一种中高压电力电缆用半导体屏蔽层胶料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种中高压电力电缆用半导体屏蔽层胶料的制备方法，本发明专利技术基料是采用部分CSM橡胶代替EVA，在半导电屏蔽胶料中引入卤族元素，从而提高半导电屏蔽胶料的导电性，本发明专利技术采用掺杂碳纳米管和氧化铟锡复合导电凹凸棒土作为替代炭黑的导电填料，一方面其高电导率可以降低EVA/CSM半导电屏蔽复合材料的体积电阻率，另一方面其在高分子基体中形成的特殊导电网络在热膨胀过程中更不容易被破坏，这种更加稳定的导电网络使得EVA/CSM半导电屏蔽复合材料的体积电阻率在变温下的稳定性增强，大大延长了中高压电力电缆的使用寿命。

Preparation method of semiconductor shielding layer compound for medium and high voltage power cable

The invention discloses a high voltage power cable with shielding layer of the semiconductor compound preparation method, the invention uses the rubber base material is CSM instead of EVA, the introduction of halogen elements in semi conductive rubber, so as to improve the conductivity of the semi conductive shield material, the invention adopts doped oxide and carbon nanotubes indium tin composite attapulgite as conductive filler instead of carbon black, on the one hand, high conductivity can reduce the volume resistivity of EVA/CSM semi conductive shielding composite materials, on the other hand, formed in the polymer matrix in the special conductive network in thermal expansion process is not easy to be destroyed, the more stable the conductive network volume the resistivity of EVA/CSM semi conductive shielding composite materials to enhance the stability in temperature, greatly prolong the service life of the high voltage power cable.

【技术实现步骤摘要】
一种中高压电力电缆用半导体屏蔽层胶料的制备方法
本专利技术涉及一种中高压电力电缆用半导体屏蔽层胶料的制备方法，属于高分子材料

技术介绍
一般电力电缆由铜或铝单线绞合而成的导电线芯、绝缘层和护套层构成。对于6KV及以上中高压电力电缆来说，由于外部施加电压较高，绝缘层承受的电场应力大，沿绝缘层内壁的电场分布不均，易产生电晕放电，导致绝缘层击穿。为了避免电缆内部电场应力集中和保护绝缘层，要求在导电线芯和绝缘层及在绝缘层和护套层之间分别加一层半导电屏蔽层，其主要作用绝缘表面电场应力分布均匀，改善电缆内部电场径向分布，防止局部放电，降低电场强度，从而提高电缆的电气强度，减少导电线芯与绝缘层交界面上的气隙，提高电缆起始电晕放电电压和电缆耐游离放电性能，并在一定程度上降低绝缘层升温，保护绝缘层，延长电缆的使用寿命。半导电屏蔽层是中高压电力电缆结构的重要组成部分，能够使电缆内部的电场分布更加均匀，减少应力集中对于电缆绝缘层造成的破坏。半导电屏蔽层胶料的质量对电缆的使用安全及使用寿命起着至关重要的作用。半导电屏蔽层所用复合材料的导电性和体积电阻率必须在不同温度下及长期使用过程中保持较好的稳定性。但是目前半导电屏蔽层胶料多以炭黑为导电填料的聚合物复合材料，当温度达到熔点附近时，炭黑粒子会在聚合物基体中发生重新排布使得导电网络发生改变，从而导致复合材料体积电阻率变大，局部放电和介电性能的下降直接影响到电力电缆运行时的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种中高压电力电缆用半导体屏蔽层胶料的制备方法，本专利技术制得的半导电屏蔽胶料具有体积电阻率低且稳定性优异的优点。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种中高压电力电缆用半导体屏蔽层胶料的制备方法，包括以下步骤：（1）按照质量比8-10:6-9:2-4:1-2:0.5-1:0.3-0.6称取基料、导电凹凸棒土、增塑剂、硫化剂、润滑剂和加工助剂；（2）将基料加入到密炼机内，在70-80℃下混炼30-50s，依次加入导电凹凸棒土总量的1/3-1/2、润滑剂和加工助剂，在80-90℃下混炼60-120s，依次加入剩余导电凹凸棒土和增塑剂，在90-100℃下混炼40-60s，最后加入硫化剂，在75-85℃下混炼20-40s，待温度降至40-50℃时排胶；（3）将开炼机辊距调节至1-2mm，投入胶料薄通，打三角包，薄通3-5次，将辊距调节至3-4mm，投入胶料包辊，待表面光滑无气泡，下片；（4）将步骤（3）制得混炼胶先在温度为160-190℃、压强为10-15MPa的条件下热压10-15min，再在温度为10-15℃、压强为20-25MPa的条件下冷压5-10min，即制得中高压电力电缆用半导体屏蔽层胶料。所述基料由德国拜耳EVA456和修远化工CSM3550按照质量比7-9:1-3混合组成。所述导电凹凸棒土的制备方法如下：（1）将凹凸棒土在380-440℃下煅烧2-3h，冷却至室温后按照固液比1:15-20加入到质量分数为15%的盐酸溶液中，水浴加热至50-60℃，浸泡1-2h，过滤，用蒸馏水洗涤至中性，烘干后在450-500℃下煅烧1-2h，冷却至室温；（2）按照固液比1:20-30将步骤（1）处理的凹凸棒土加入蒸馏水中，再加入相当于凹凸棒土质量2-4%的聚乙烯吡咯烷酮K-30，搅拌30-40min，在200-250W的功率下超声分散20-30min，得凹凸棒土悬浮液；（3）将金属铟和金属锡按质量比In2O3:SnO2=9:1混合，然后按照固液比1:6-8将混合金属加入到质量分数为40%的盐酸溶液中，水浴加热至60-70℃，搅拌20-30min，得到铟锡盐溶液；（4）将步骤（3）制得的溶液加入到步骤（2）制得的凹凸棒土悬浮液中，搅拌20-30min，然后在搅拌下加入质量分数为25%的氢氧化钠溶液，待体系pH=7-8时，停止加入氢氧化钠溶液，过滤，用蒸馏水洗涤至无Cl-，烘干后在氩气气氛下于油浴中加热，在温度为280-320℃、压强为1.5-2MPa的条件下，加热2-4h，然后将压强降至0.8-1.2MPa，温度不变，继续加热0.5-1.5h，自然冷却至室温，即得凹凸棒土/氧化铟锡复合材料；（5）按照质量比1:3-6称取碳纳米管和凹凸棒土/氧化铟锡复合材料，所述的碳纳米管为多壁碳纳米管且管径小于6nm；（6）按照固液比1:30-40将碳纳米管加入到由质量分数为70%的浓硝酸和质量分数为75%的浓硫酸按照体积比1:2-4混合而成的混合酸溶液中，水浴加热至60-70℃，搅拌4-6h，取出再按照固液比1:20-30将羧基化的碳纳米管加入到氯化亚砜中，水浴加热至80-90℃，搅拌3-5h，得到酰氯化的碳纳米管；（7）按照固液比1:8-10将凹凸棒土/氧化铟锡复合材料加入到3-(2-氨基乙基氨基)丙基甲基二甲氧基硅烷中，水浴加热至90-100℃，搅拌8-10h，得到氨基硅烷化的凹凸棒土/氧化铟锡复合材料；（8）按照固液比1:20-25将酰氯化的碳纳米管加入到四氢呋喃中，充分搅拌均匀，再加入氨基硅烷化的凹凸棒土/氧化铟锡复合材料，在100-150W的功率下超声分散0.5-1h后水浴加热至70-80℃，搅拌4-6h，过滤，用蒸馏水洗涤2-3次，烘干，得到掺杂碳纳米管和氧化铟锡复合导电凹凸棒土，即为所需的导电凹凸棒土。所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯、乙酰蓖麻醇酸甲氧基乙酯、油酸四氢呋喃甲酯、三氯乙基磷酸酯中的一种或多种组合物。所述硫化剂是由过氧化物和助交联剂按照质量比2.5-3.5:1混合而成；所述过氧化物为过氧化二异丙苯、双叔丁基过氧异丙基苯、过氧化苯甲酰、2,5-二甲基-2,5-二（叔丁基过氧化）己烷、4,4-二（叔丁基过氧化）戊酸正丁酯中的一种；所述助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三聚氰酸三烯丙酯、三丙烯酸三羟甲基丙烷酯、三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯、二丙烯酸乙二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、N,N'-间苯撑双马来酰亚胺、二丙烯酸锌、二甲基丙烯酸锌中的一种。所述润滑剂为氯化石蜡、微晶石蜡、硬脂酸正丁酯、12-羟基硬脂酸锂、三硬脂酸甘油酯、亚甲基双十八酰胺、N-羟甲基硬脂酰胺、季戊四醇单油酸酯中的一种或多种组合物。所述加工助剂是由促进剂和防老剂按照质量比1-2:1混合而成；所述促进剂为二硫化四乙基秋兰姆、四硫化双戊撑秋兰姆、4,4'-二硫代二吗啉、N,N'-二邻甲苯基硫脲、2-（4-吗啉基二硫代）苯并噻唑、N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺中的一种或多种组合物；所述防老剂为N,N'-二（β-萘基）对苯二胺、3-甲基-6-叔丁基苯酚、N-环己基对乙氧基苯胺、三壬基苯基亚磷酸酯、苯乙烯化苯酚中的一种或多种组合物。本专利技术的有益效果：（1）本专利技术将以金属铟和金属锡为原料的铟锡盐溶液与凹凸棒土悬浮液混合，以氢氧化钠为沉淀剂，通过水热共沉淀法将氧化铟锡包覆在凹凸棒土上；最后分别对碳纳米管进行酰氯化处理，对凹凸棒土/氧化铟锡复合材料进行氨基硅烷化处理；通过酰胺键键合的作用将碳纳米管包覆在凹凸棒土/氧化铟锡复合材料上，使制得的凹凸棒土具有两层包覆层，一层是氧化铟锡内包覆层，另一层是纳米碳外包覆层，改性后的凹凸棒土不仅具有优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中高压电力电缆用半导体屏蔽层胶料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照质量比8‑10:6‑9:2‑4:1‑2:0.5‑1:0.3‑0.6称取基料、导电凹凸棒土、增塑剂、硫化剂、润滑剂和加工助剂；将基料加入到密炼机内，在70‑80℃下混炼30‑50s，依次加入导电凹凸棒土总量的1/3‑1/2、润滑剂和加工助剂，在80‑90℃下混炼60‑120s，依次加入剩余导电凹凸棒土和增塑剂，在90‑100℃下混炼40‑60s，最后加入硫化剂，在75‑85℃下混炼20‑40s，待温度降至40‑50℃时排胶；（3）将开炼机辊距调节至1‑2mm，投入胶料薄通，打三角包，薄通3‑5次，将辊距调节至3‑4mm，投入胶料包辊，待表面光滑无气泡，下片；（4）将步骤（3）制得混炼胶先在温度为160‑190℃、压强为10‑15MPa的条件下热压10‑15min，再在温度为10‑15℃、压强为20‑25MPa的条件下冷压5‑10min，即制得中高压电力电缆用半导体屏蔽层胶料。

【技术特征摘要】
1.一种中高压电力电缆用半导体屏蔽层胶料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照质量比8-10:6-9:2-4:1-2:0.5-1:0.3-0.6称取基料、导电凹凸棒土、增塑剂、硫化剂、润滑剂和加工助剂；将基料加入到密炼机内，在70-80℃下混炼30-50s，依次加入导电凹凸棒土总量的1/3-1/2、润滑剂和加工助剂，在80-90℃下混炼60-120s，依次加入剩余导电凹凸棒土和增塑剂，在90-100℃下混炼40-60s，最后加入硫化剂，在75-85℃下混炼20-40s，待温度降至40-50℃时排胶；（3）将开炼机辊距调节至1-2mm，投入胶料薄通，打三角包，薄通3-5次，将辊距调节至3-4mm，投入胶料包辊，待表面光滑无气泡，下片；（4）将步骤（3）制得混炼胶先在温度为160-190℃、压强为10-15MPa的条件下热压10-15min，再在温度为10-15℃、压强为20-25MPa的条件下冷压5-10min，即制得中高压电力电缆用半导体屏蔽层胶料。2.根据权利要求1所述的一种中高压电力电缆用半导体屏蔽层胶料的制备方法，其特征在于，所述基料由德国拜耳EVA456和修远化工CSM3550按照质量比7-9:1-3混合组成。3.根据权利要求1所述的一种中高压电力电缆用半导体屏蔽层胶料的制备方法，其特征在于，所述导电凹凸棒土的制备方法如下：（1）将凹凸棒土在380-440℃下煅烧2-3h，冷却至室温后按照固液比1:15-20加入到质量分数为15%的盐酸溶液中，水浴加热至50-60℃，浸泡1-2h，过滤，用蒸馏水洗涤至中性，烘干后在450-500℃下煅烧1-2h，冷却至室温；（2）按照固液比1:20-30将步骤（1）处理的凹凸棒土加入蒸馏水中，再加入相当于凹凸棒土质量2-4%的聚乙烯吡咯烷酮K-30，搅拌30-40min，在200-250W的功率下超声分散20-30min，得凹凸棒土悬浮液；将金属铟和金属锡按质量比In2O3:SnO2=9:1混合，然后按照固液比1:6-8将混合金属加入到质量分数为40%的盐酸溶液中，水浴加热至60-70℃，搅拌20-30min，得到铟锡盐溶液；（4）将步骤（3）制得的溶液加入到步骤（2）制得的凹凸棒土悬浮液中，搅拌20-30min，然后在搅拌下加入质量分数为25%的氢氧化钠溶液，待体系pH=7-8时，停止加入氢氧化钠溶液，过滤，用蒸馏水洗涤至无Cl-，烘干后在氩气气氛下于油浴中加热，在温度为280-320℃、压强为1.5-2MPa的条件下，加热2-4h，然后将压强降至0.8-1.2MPa，温度不变，继续加热0.5-1.5h，自然冷却至室温，即得凹凸棒土/氧化铟锡复合材料；（5）按照质量比1:3-6称取碳纳米管和凹凸棒土/氧化铟锡复合材料，所述的碳纳米管为多壁碳纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏善恒，何立群，肖本国，
申请(专利权)人：安徽国电电缆集团有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34