一种用于橡胶电缆屏蔽料的导电复合母粒及其制备方法技术

本发明专利技术公开了用于橡胶电缆屏蔽料的导电复合母粒及其制备方法，复合母粒按质量份由以下组分构成：胶体石墨烯40

【技术实现步骤摘要】
一种用于橡胶电缆屏蔽料的导电复合母粒及其制备方法


[0001]本专利技术涉及碳纳米复合材料改性及应用领域，具体涉及一种用于橡胶电缆屏蔽料的导电复合母粒及其制备方法。

技术介绍

[0002]中高压特种橡胶电缆在城市输配电、舰船、轨道交通、航空航天、风力发电、煤矿等领域的应用十分广泛，对使用安全性上的要求很高，为了有效防止电缆内部电场集中，使电场均匀分布，避免绝缘层电树化而导致的绝缘层击穿，相关标准规定必须使用半导电屏蔽材料，随着电缆电压等级的提高，屏蔽层材料的性能特别是电性能和材料洁净度要求越来越高，另外橡胶电缆多使用在移动和运动场合，在应用过程中经常导致屏蔽层疲劳断裂，严重影响电缆寿命和用电安全，传统材料组分复杂，大量使用导电炭黑粉体，材料抗撕裂、加工性能、电性能和洁净度经常不能满足应用需求，急需找到抗撕裂性好、体积电阻率低、洁净度可控的导电材料解决这个问题。
[0003]自2004年英国曼彻斯特大学物理学家安德烈
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海姆和康斯坦丁
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诺沃肖洛夫成功在实验中从石墨中分离出石墨烯以来，其优异的性能特别是导电、导热性能的应用引起了全世界的研究热潮。在石墨烯中，电子能够极为高效地迁移，因此其具有极高的导电性能，在常温下，石墨烯中电子迁移率超过15000cm2/V
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s，其电阻率只有约10
‑6Ω
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cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。
[0004]石墨烯片层之间存在很强的范德华力，用量过多则极易堆叠团聚而使其导电、导热性能大幅下降，而石墨烯在橡胶和弹性体中的分散也是很大的难题，一旦超量造成团聚很难再次分散，同时对物理机械性能也会产生很大影响，且石墨烯粉体堆积密度极低，极易造成粉尘飞扬和过度损耗，无法直接使用，另外现有屏蔽材料所使用的导电炭黑需要大量填充才能达到所需的导电性，导致加工过程中的粉尘问题，造成材料加工性差，对物理机械性能特别是抗撕裂影响很大，同时很难控制材料的洁净度。
[0005]中国专利申请号201710353718.2公开了一种汽车工程塑料专用石墨烯母料的制备方法，将石墨烯以浆体形式预先与多孔微球复合，使多孔微球携带石墨烯，加入硅烷封端的聚氨酯预聚体，经高压喷雾聚合连接，然后分散在载体树脂中造粒得到石墨烯母料，虽然该方法有助于提高石墨烯的分散，但其所使用的载体为工程塑料，其熔点过高，在电缆屏蔽材料加工温度下无法应用，且母料中引入的多孔微球和聚氨酯预聚体会对屏蔽料性能产生较大影响。
[0006]中国专利申请号201811511779.8公开了一种复合抗静电塑料浓缩母料及其制备方法，将改性石墨烯、碳纳米管、导电炭黑和包含马来酸酐接枝聚丙烯的润滑剂制成浆料并喷雾干燥成浓缩母料，该方法得到的浓缩母料能提高与塑料的兼容，改善塑料强度等性能，但润滑剂中含有的接枝聚丙烯熔点通常在160
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180℃，而橡胶屏蔽料加工温度不超过150℃，该母料在屏蔽料中无法使用，另外该母料中引入了双氧水和溶剂二甲苯，会对屏蔽料基材(如乙丙橡胶、乙烯
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辛烯共聚物等)的强度、老化性能产生较大影响且不利于环保，该母
料中石墨烯和碳纳米管含量过高，难免团聚，且碳纳米管极易浮纤导致表观缺陷，另外，其导电物质最高含量为28.6％，润滑剂含量过高，会对材料物理机械性能产生较大影响，只能少量添加作为抗静电剂，无法用于生产具有较高电性能的产品。
[0007]上述专利技术存在的共同问题是制取流程较长，性能控制难度较大，且过程中都有水参与，必须经过能耗高且效率低的干燥过程。
[0008]因此，需要开发一种用于橡胶电缆屏蔽料的导电复合母粒，在屏蔽料中能够有效分散，又能有效提高屏蔽料抗撕裂、电性能和清洁度，同时制备流程短、易于实现批量化生产的复合母粒。

技术实现思路

[0009]针对上述所存在的问题，本专利技术提供了一种适合应用于橡胶电缆屏蔽料的导电复合母粒，首先将石墨烯、偶联剂分散在前处理液中制成石墨烯分散液，并和液体橡胶、催化剂高温共混，形成接枝改性的胶体石墨烯，然后将不同粒径的导电炭黑搭配混合，最后将前述两种料和石蜡油混合造粒制成导电复合母粒，所述复合母粒将石墨烯改性并用胶体包裹，实现将石墨烯和导电炭黑隔离的效果，避免了石墨烯和导电炭黑相互吸附导致的性能失效，同时少量石墨烯和不同粒径超导电炭黑搭配产生体积堆积效应，能有效弥补单一导电炭黑在屏蔽料中形成的导电网络缺陷。将该母粒应用于屏蔽料后能有效降低门尼粘度，提高抗撕裂性，改善加工性，同时大幅降低屏蔽料体积电阻率，解决了现有屏蔽料大量应用炭黑导致的加工性差，抗撕裂性差，电性能不高同时洁净度很难控制的的问题，且制备过程及产物无需干燥，流程短，能耗低，使用常规设备，易于批量化生产，有良好的应用前景。
[0010]本专利技术还提供了一种用于橡胶电缆屏蔽料的导电复合母粒的制备方法，该方法能提高石墨烯和超导电炭黑的分散性，减少高成本石墨烯的用量，达到仅使用少量石墨烯配合适量炭黑就能得到抗撕裂性好、清洁度高、电性能好且稳定性高的高性能屏蔽料的效果，制备过程及产物均无需干燥，流程短，能耗低，使用常规设备，易于实现批量化生产。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0012]一种用于橡胶电缆屏蔽料的导电复合母粒，按质量份数计包含如下组分：胶体石墨烯40
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60份，超导电炭黑组合25
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40份，石蜡油10
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20份。其中导电物质有效含量占总质量的30
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45％。
[0013]所述超导电炭黑组合是由比表面积小于90m2/g且粒径大于40纳米的超导电炭黑A和比表面积小于100m2/g且粒径小于20纳米的超导电炭黑B按质量比2：1组合而成。所述石蜡油为运动粘度(40℃)大于95mm2/s且闪点大于230℃的石油基液体石蜡油。
[0014]图1
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2给出了石墨烯母粒加入屏蔽料后三种不同石墨烯含量对屏蔽料料拉伸强度和抗撕裂性能的影响，可以看出，使用母粒后仅需添加屏蔽料总质量0.1％的石墨烯即可提高屏蔽料抗撕裂性能且对拉伸强度影响不大，添加5％的石墨烯会对拉伸强度和撕裂强度产生不利影响。图3
‑
4给出了使用复合母粒制成屏蔽料后门尼粘度和体积电阻率的变化情况，可以看出，门尼粘度和体积电阻率均降低，说明加工性能和电性能得到改善，同时体积电阻率波动率变小，说明电性能稳定性得到改善。
[0015]作为优选，所述胶体石墨烯由以下组分构成：石墨烯0.05
‑
3份，偶联剂0.05
‑
0.5份，过氧化二异丙苯0.05
‑
0.5份，前处理液10
‑
20份，液体乙丙橡胶20
‑
40份。其中所述胶体
石墨烯中石墨烯浓度为0.1
‑
5％，所述偶联剂为乙烯基二甲基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或两种的组合，所述前处理液为石蜡油和二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于橡胶电缆屏蔽料的导电复合母粒，其特征在于：按质量份数计包含如下组分：胶体石墨烯40
‑
60份，超导电炭黑组合25
‑
40份，石蜡油10
‑
20份；其中：导电物质有效含量占总质量的30
‑
45％；所述超导电炭黑组合是由比表面积小于90m2/g且粒径大于40纳米的超导电炭黑A和比表面积小于100m2/g且粒径小于20纳米的超导电炭黑B按质量比2：1组合而成。2.根据权利要求1所述的一种用于橡胶电缆屏蔽料的导电复合母粒，其特征在于：所述石蜡油为40℃时运动粘度大于95mm2/s且闪点大于230℃的石油基液体石蜡油。3.根据权利要求1所述的一种用于橡胶电缆屏蔽料的导电复合母粒，其特征在于：所述胶体石墨烯按质量份数计包含如下组分：石墨烯0.05
‑
3份，偶联剂0.05
‑
0.5份，过氧化二异丙苯0.05
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0.5份，前处理液10
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20份，液体乙丙橡胶20
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40份；其中，所述胶体石墨烯中石墨烯浓度为0.1
‑
5％，所述石墨烯为单层或少数层石墨烯中的一种或多种组合。4.根据权利要求3所述的一种用于橡胶电缆屏蔽料的导电复合母粒，其特征在于：所述偶联剂为乙烯基二甲基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或两种组合。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷小波，罗安帮，张燕萍，王庆，
申请(专利权)人：上海利物盛石墨烯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：