高压直流电缆及其聚丙烯半导电屏蔽材料和制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高压直流电缆及其聚丙烯半导电屏蔽材料和制备方法，涉及高压直流电缆材料技术领域。所述半导电屏蔽材料由按重量份计共100份的聚丙烯基料与弹性体基料、以及额外的20～30份的导电填料和0.3～0.4份的抗氧剂制成，其中，所述弹性体基料为丙烯基弹性体与聚乙烯辛烯共弹性体中的一种或两种，且不含有聚乙烯或乙烯，所述聚乙烯辛烯共弹性体在190℃、2.16kg测量条件下熔流率不低于25g/10min。本发明专利技术具有合理的原料组成和配比且不含有能发生交联的物料，有效减小了空间电荷注入和积聚，同时产品可回收利用，符合环境友好型电缆的需求。型电缆的需求。型电缆的需求。

【技术实现步骤摘要】
高压直流电缆及其聚丙烯半导电屏蔽材料和制备方法


[0001]本专利技术涉及高压直流电缆材料
，具体来讲，涉及一种高压直流电缆的半导电屏蔽材料及其制备方法、使用该半导电屏蔽材料的半导电屏蔽层、以及包含该半导电屏蔽层的耐高温高压直流电缆。

技术介绍

[0002]随着全球范围内高压直流输电工程的不断建设和运行，以XLPE为绝缘层的材料在生产和运行中暴露出来越来越多的问题：电缆运行最高温度可到90℃，但现有的XLPE电缆的最高工作温度仅为70℃、交联过程会产生副产物，加剧电荷积聚现象。
[0003]专利CN105131413A和专利CN109836686A在XLPE绝缘电缆材料中普遍存在甲基苯乙烯、苯乙酮、苯甲醇等影响空间电荷分布的交联副产物；专利CN113150438A将基体加入到溶剂—甲苯或二甲苯等的一种中进行共混，随后进行干燥、水冷切粒等，该类溶剂对皮肤、粘膜有刺激性，对中枢神经系统有麻醉作用，短时间内吸入较高浓度该品可出现眼及上呼吸道明显的刺激症状、眼结膜及咽部充血、头晕、头痛、恶心、呕吐、胸闷、四肢无力、步态蹒跚、意识模糊，重症者可有躁动、抽搐、昏迷；专利CN110591216A在材料配比中含有聚碳酸酯，由于制造聚碳酸酯中需要添加双酚A，而双酚A作为一种化工原料，2008年4月18日已经被加拿大联邦政府正式认定为有毒物质，因此，该制作方法在加工过程中可能会对加工者的身体健康产生一定的危害。
[0004]相对于聚乙烯，聚丙烯具有较高的熔点，可以满足较高的电缆运行温度。聚丙烯作为绝缘材料，不需要交联即可具备较好的力学强度和绝缘性能，且聚丙烯是典型的热塑性材料，可以对其进行回收利用，符合环境友好型电缆的需求，同时也满足当下国家提出的“碳中和”“碳达峰”目标。当电缆的绝缘材料发生变化，其相应的半导电屏蔽层以及绝缘屏蔽层也应该进行更迭。更好地与聚丙烯绝缘层相配合，减少空间电荷的注入与积聚。因此，本专利技术提供一种与聚丙烯绝缘层相匹配的半导电屏蔽层材料及其制备方法。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供了一种用于高压直流电缆的聚丙烯半导电屏蔽层的材料及制备方法。其具有良好的机械性能，耐热性能，导电性能稳定，非交联，空间电荷的注入与积聚现象减少，绿色环保，易于回收利用。
[0006]本专利技术的一方面提供了一种用于高压直流电缆的聚丙烯半导电屏蔽层的材料，按重量份计共100份的聚丙烯基料与弹性体基料、以及额外的20～30份的导电填料和0.3～0.4份的抗氧剂制成，其中，所述弹性体基料为丙烯基弹性体与聚乙烯辛烯共弹性体中的一种或两种，且不含有聚乙烯或乙烯，所述聚乙烯辛烯共弹性体在190℃、2.16kg测量条件下熔流率不低于25g/10min。
[0007]其中，根据相似相容原理，丙烯基弹性体能够与聚丙烯基料较好地结合，形成良好的晶体界面，从而提高材料的整体性能；熔流率不低于25g/10min的聚乙烯辛烯共弹性体展
现出较为优异的加工流动性，而且与聚丙烯基料共混可增强其韧性、细化聚丙烯基料晶体。此外，本专利技术的上述配料不含有能够发生交联的聚乙烯或乙烯等物料，这有利于从原料源头减少交联发生的可能性，进而避免因交联过程而产生或加剧电荷积聚现象。
[0008]同时，本申请无需添加抗铜剂、润滑分散剂，抗铜剂广泛用于以聚乙烯、聚丙稀等为绝缘材料的铜芯电线电缆中，具有与树脂相溶性好，提高分散性的作用。润滑分散剂可吸附在炭黑粒子表面以达到导电炭黑改性和分散的目的，如若分散剂的型号选择不合适或者剂量不足，结果会适得其反，不能使其达到分散状态，因此润滑分散剂的加入不仅需要严格的控制，同时也在一定程度上提高了生产成本。本专利技术通过合理控制物料类型、配比以及熔流率，并使所有原料在密炼机中充分混合，达到分散均匀的目的，从而可不用加入抗铜剂和润滑分散剂，这有利于降低操作复杂性和成本。
[0009]所述聚丙烯基料为35～45份，进一步为38～43份。相应地，作为弹性体基料的丙烯基弹性体和/或聚乙烯辛烯共弹性体占65～55份，进一步为62～57份。
[0010]所述丙烯基弹性体在230℃、2.16kg测量条件下熔流指数为2～5g/10min，所述聚乙烯辛烯共弹性体在190℃、2.16kg测量条件下熔流指数为30～40g/10min，进一步，所述丙烯基弹性体在230℃、2.16kg测量条件下熔流指数为2～5g/10min，所述聚乙烯辛烯共弹性体在190℃、2.16kg测量条件下熔流指数为33～37g/10min。
[0011]所述导电填料为导电炭黑，电阻率为0.8～1.0Ω
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cm，吸碘值800～1000g/kg，DBP吸油值≥300ml/100g，灰分≤1.5％，颗粒尺寸≤20nm，外观为柔软的片状颗粒。
[0012]所述半导电屏蔽层通过上述任一半导电屏蔽材料制成。
[0013]一种耐高温高压直流电缆，包括由内到位依次设置的导电芯、包裹上述导电芯的半导电屏蔽层以及包裹所述半导电屏蔽层的聚丙烯绝缘层，且不含有聚乙烯。
[0014]所述耐高温高压直流电缆的半导电屏蔽层在80～100℃的电荷注入量相对于聚乙烯电缆屏蔽层降低40％以上。
[0015]本专利技术的另一方面提供了一种高压直流电缆的半导电屏蔽材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0016]S1、设置密炼机温度，加入所述聚丙烯基料，所述温度能够使所述聚丙烯基料熔融；
[0017]S2、添加所述弹性体基料共混；
[0018]S3、缓慢加入所述导电填料共混；
[0019]S4、加入抗氧剂，继续共混；
[0020]S5、共混完成，得到所述半导电屏蔽材料。
[0021]所述密炼机的温度设置范围为180℃～275℃。
[0022]其中，本申请直接采用熔融共混法将母料与炭黑顺次加入密炼机中，密炼过程封闭，减少了与外界的接触，防止了高温下的氧化与其他杂质的进入。
[0023]本专利技术的有益效果包括以下内容中的至少一项：
[0024]1、本申请提供的半导电屏蔽层材料能够更好地与聚丙烯绝缘材料相匹配，且不含有聚乙烯或乙烯，因此减少交联的发生，且本申请提供的半导电屏蔽层材料熔点高、刚性强、耐磨性能好、介电性能好，同时，本申请使用的原料无害无毒，在加工、使用或运行过程中，都是环境友好型、对人友好的材料；
[0025]2、本申请上述所有的半导电屏蔽层材料的制备过程，相较于XLPE半导电屏蔽层材料的制备，无交联现象的发生，因此不必考虑交联过程产生的副产物，这也大大减小了绝缘层与屏蔽层内的杂质进入，有效减小了空间电荷注入和积聚，同时，不进行交联也意味着可以回收利用，符合环境友好型电缆的需求；
[0026]3、本申请利用上述方法制得的半导电屏蔽层材料得到的半导电屏蔽层均通过了变温电阻率的测试，其体积电阻率25℃小于50Ω
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cm、90℃小于80Ω
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cm，符合国家标准中对于高压直流电缆半导电屏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压直流电缆的半导电屏蔽材料，其特征在于，所述半导电屏蔽材料由按重量份计共100份的聚丙烯基料与弹性体基料、以及额外的20～30份的导电填料和0.3～0.4份的抗氧剂制成，其中，所述弹性体基料为丙烯基弹性体与聚乙烯辛烯共弹性体中的一种或两种，且不含有聚乙烯或乙烯，所述聚乙烯辛烯共弹性体在190℃、2.16kg测量条件下熔流率不低于25g/10min。2.根据权利要求1所述的半导电屏蔽材料，其特征在于，所述聚丙烯基料为35～45份，进一步为38～43份。3.根据权利要求1所述的半导电屏蔽材料，其特征在于，所述丙烯基弹性体在230℃、2.16kg测量条件下熔流指数为2～5g/10min，所述聚乙烯辛烯共弹性体在190℃、2.16kg测量条件下熔流指数为30～40g/10min，进一步，所述丙烯基弹性体在230℃、2.16kg测量条件下熔流指数为2～5g/10min，所述聚乙烯辛烯共弹性体在190℃、2.16kg测量条件下熔流指数为33～37g/10min。4.根据权利要求1所述的半导电屏蔽材料，其特征在于，所述导电填料为导电炭黑，电阻率为0.8～1.0Ω/cm，吸碘值800～1000g/kg，DBP吸油值≥300ml/100g，灰分≤1.5％，颗粒尺寸≤20nm，外观为柔软的片状颗...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏艳慧，刘璐，李国倡，李雪静，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：