石墨烯复合高性能大截面中压电缆及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种石墨烯复合高性能大截面中压电缆，包括缆芯，所述的缆芯由多根绝缘线缆绞合、在绞合后中心的空隙处填充聚乙烯纤维绳、在绝缘线缆的边缘填充以使电缆圆整的扇形热塑性聚酯弹性体以及绕包聚酰亚胺薄膜而成；在缆芯外挤包无卤阻燃交联聚烯烃内衬层，在无卤阻燃交联聚烯烃内衬层外设有钢带铠装加强层，在钢带铠装加强层外挤包聚醚醚酮外护套层；通过以上改进，可以提高屏蔽层对电场的均化效果，减少电缆运行中可能出现的局部放电现象，降低电力线路运行故障，保障电力线路运行的安全性和可靠性，并提高电缆寿命。并提高电缆寿命。并提高电缆寿命。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯复合高性能大截面中压电缆及其制备方法
[0001]

[0002]本专利技术涉及电线电缆领域，具体是一种石墨烯复合高性能大截面中压电缆及其制备方法。

技术介绍

[0003]国家标准规定，对于导体截面大于500mm
²
的10 kV及以上中高压电力电缆或110 kV及以上超高压电力电缆，均要求在导体外面先绕包一层高强度半导电带材料，然后再挤包内外屏和绝缘，其目的是减少导体应力对内屏的损伤的同时，与挤包内屏一起承担均化电场的作用，因而要求其具备高的强度和相对良好的导电性。另外对于要求防高频电磁干扰的控制电缆及信号电缆，也需要在铜丝编织屏蔽层内绕包高强度导电布带。
[0004]目前市场上的半导电带材均采用炭黑作为导电介质，但受炭黑颗粒细度不均匀或杂质等因素影响，导电性能并不影响，目前大部分产品的体积电阻率在1
×
10
5 Ω
·
cm以上，表面电阻在1000Ω以上；虽然目前有一些材料厂家已经着手研究将导电性能更优的石墨烯应用在半导电带材中，以提高半导电带的导电性能，但因石墨烯的比表面积太大，表面活性不高，其在导电胶中的均匀分散问题一直未得到解决，即使做出成品，其石墨烯分散也不均匀，最终导致半导电带的表面电阻也不均匀，其他各项性能依然很差，因而对电缆产品屏蔽均化电场效果不够理想，对电缆的安全运行带来了安全隐患。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决现有的问题，提供了一种石墨烯复合高性能大截面中压电缆及其制备方法。
[0006]本专利技术所述的一种石墨烯复合高性能半导电带，包括尼龙/无纺布织物基材，在尼龙/无纺布织物基材的两面涂覆导电胶；其中，所述的导电胶包括如下质量份的组分:去离子水：40～45份黏合剂：20～23份表面活性剂：13～15.5份白油:8～12份石墨烯：3～3.25份碳纳米管粉体:2～2.25份乙二醇单甲醚：0.5～0.8份甲基丙烯酸羟乙酯：2～2.5份非离子表面活性剂:0.4～0.7份。
[0007]进一步改进，所述的黏合剂为聚醋酸乙烯乳液、丙烯酸丁酯乳液或丙烯酸乙酯乳
液。
[0008]进一步改进，所述的表面活性剂为o
‑
10脂肪醇聚氧乙烯醚。
[0009]进一步改进，所述的非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚。
[0010]本专利技术还公开了一种石墨烯复合高性能半导电带的制备方法，包括如下步骤：1、取得导电分散液：先将8～12份的白油加入搅拌器，并加热45℃并保温，随后将3～3.25份的直径不大于10μm的石墨烯粉体缓慢加入白油中，待石墨烯粉体被白油完全浸润后，再开启搅拌机，速度由慢变快，最终控制在1000
‑
2000r/min，搅拌1.5h后关闭搅拌机，将0.4～0.7份的非离子表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚加入其中，开启搅拌机并搅拌0.5h后关闭搅拌机，最后加入2～2.25份的碳纳米管粉体，待碳纳米管粉体完全浸润后，开启搅拌机，搅拌3h后关闭搅拌机，得到导电分散液；2、取得导电胶：若导电分散液处于停止搅拌状态时间过长时，需先开启搅拌机搅拌30分钟后，将2/3的40～45份的去离子水加入搅拌器，并加热至95～100℃，随后加入13～15.5份的O
‑
10脂肪醇聚氧乙烯醚，并搅拌直至搅拌均匀，再加入20～23份的聚醋酸乙烯乳液，搅拌直至搅拌均匀，最后加入0.5～0.8份的乙二醇单甲醚、2～2.5份的甲基丙烯酸羟乙酯以及剩余1/3的去离子水，搅拌3
‑
4h后得到导电胶溶液，并密封保存；3、涂覆：首先，基材先浸没在装满导电胶的容器中，浸没时间1
‑
2天；然后，开启涂覆机，基材以5～10m/min的速度匀速前行，并匀速经过刷涂装置，刷涂装置继续将导电胶均匀涂覆在基材两面，再经过双面刮板，将基材两面多余的导电胶刮掉并使导电胶涂覆均匀，至此涂覆厚度控制在0.01～0.03mm；最后涂覆均匀的半导电带将匀速经过温度在120～130℃的烘箱内，烘烤1～2min，随后自然冷却，再通过分切机切制得到石墨烯复合高性能半导电带。
[0011]本专利技术还公开了一种石墨烯复合高性能大截面中压电缆，包括缆芯，所述的缆芯由多根绝缘线缆绞合、在绞合后中心的空隙处填充聚乙烯纤维绳、在绝缘线缆的边缘填充以使电缆圆整的扇形热塑性聚酯弹性体以及绕包聚酰亚胺薄膜而成；在缆芯外挤包无卤阻燃交联聚烯烃内衬层，在无卤阻燃交联聚烯烃内衬层外设有钢带铠装加强层，在钢带铠装加强层外挤包聚醚醚酮外护套层；其中，所述的绝缘线缆包括铜导体，在铜导体外重叠绕包内石墨烯复合高性能半导电带，在内石墨烯复合高性能半导电带外从内到外共同挤包石墨烯复合高半导电导体屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层以及石墨烯复合高半导电绝缘屏蔽层，在石墨烯复合高半导电绝缘屏蔽层外绕包外石墨烯复合高性能半导电带，在外石墨烯复合高性能半导电带外先疏绕镀锡铜丝层后再间隙绕包铜带。
[0012]本专利技术还公开了一种石墨烯复合高性能大截面中压电缆的制备方法，包括如下步骤：1、制备绝缘线缆：1
‑
1、拉丝：将直径为8mm的铜杆在LT
‑
13
‑
450型铜大拉机上拉制成直径为3.33～3.76mm的铜单丝，所配拉丝模具尺寸分别为：7.19mm、6.46mm、5.81mm、5.22mm、4.69mm、4.22mm、3.79mm、3.36mm；铜丝出线速度为8～15m/s，退火电流为1500～1700A；1
‑
2、绞线：通过HTK
‑
630/60型框绞机将60根铜单丝以1+6+12+18+23的排列方式绞
合成铜导体，绞合外径为26.5～30.1mm，绞合方向为右
‑
左
‑
右
‑
左；铜单丝直径为3.33mm时，第1～4层的绞合节距分别不大于359、360、416、358mm，紧压模具分别为9.2、15.0、20.8、26.5mm，绞笼档位分别是6、6、5、6，牵引档位36；当单丝直径为3.76mm时，第1～4层的绞合节距分别不大于361、355、421、419mm，紧压模具分别为10.3、16.9、23.4、29.9mm，绞笼档位分别是6、6、5、5，牵引档位36；1
‑
3：制备导线：绞合铜导体在KP
‑
65型屏蔽机上绕包层
×
宽
×
厚为1
×
40
×
0.12mm的石墨烯复合高性能半导电带，形成线芯，采用重叠绕包方式，绕包角为25～45
°
，绕包方向为右，重叠宽度为4～8mm，绕包厚外径控制范围26.9～30.5mm，绕包头档位和牵引变速级别分别为6和26；1
‑
4：三层共挤：导线在CCV三层共挤悬链式生产线上进行石墨烯复合高半导电导体屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、石墨烯复合高半导电绝缘屏蔽层三层共挤工序；1
‑
5：形成绝缘线芯：三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯复合高性能半导电带，其特征在于：包括尼龙/无纺布织物基材，在尼龙/无纺布织物基材的两面涂覆导电胶；其中，所述的导电胶包括如下质量份的组分:去离子水：40～45份黏合剂：20～23份表面活性剂：13～15.5份白油:8～12份石墨烯：3～3.25份碳纳米管粉体:2～2.25份乙二醇单甲醚：0.5～0.8份甲基丙烯酸羟乙酯：2～2.5份非离子表面活性剂:0.4～0.7份。2.根据权利要求1所述的石墨烯复合高性能半导电带，其特征在于：所述的黏合剂为聚醋酸乙烯乳液、丙烯酸丁酯乳液或丙烯酸乙酯乳液。3.根据权利要求1所述的石墨烯复合高性能半导电带，其特征在于：所述的表面活性剂为o
‑
10脂肪醇聚氧乙烯醚。4.根据权利要求1所述的石墨烯复合高性能半导电带，其特征在于：所述的非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚。5.一种石墨烯复合高性能半导电带的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1、取得导电分散液：先将8～12份的白油加入搅拌器，并加热45℃并保温，随后将3～3.25份的直径在10μm以下的石墨烯粉体缓慢加入白油中，待石墨烯粉体被白油完全浸润后，再开启搅拌机，速度由慢变快，最终控制在1000
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2000r/min，搅拌1.5h后关闭搅拌机，将0.4～0.7份的非离子表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚加入其中，开启搅拌机并搅拌0.5h后关闭搅拌机，最后加入2～2.25份的碳纳米管粉体，待碳纳米管粉体完全浸润后，开启搅拌机，搅拌3h后关闭搅拌机，得到导电分散液；2、取得导电胶：若导电分散液处于停止搅拌状态时间过长时，需先开启搅拌机搅拌30分钟后，再将2/3的40～45份的去离子水加入搅拌器，并加热至95～100℃，随后加入13～15.5份的O
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10脂肪醇聚氧乙烯醚，并搅拌直至搅拌均匀，再加入20～23份的聚醋酸乙烯乳液，搅拌直至搅拌均匀，最后加入0.5～0.8份的乙二醇单甲醚、2～2.5份的甲基丙烯酸羟乙酯以及剩余1/3的去离子水，搅拌3
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4h后得到导电胶溶液，并密封保存；3、涂覆：首先，基材先浸没在装满导电胶的容器中，浸没时间1
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2天；然后，开启涂覆机，基材以5～10m/min的速度匀速前行，并匀速经过刷涂装置，刷涂装置继续将导电胶均匀涂覆在基材两面，再经过双面刮板，将基材两面多余的导电胶刮掉并使导电胶涂覆均匀，至此涂覆厚度控制在0.01～0.03mm；最后涂覆均匀的半导电带将匀速经过温度在120～130℃的烘箱内，烘烤1～2min，随后自然冷却，再通过分切机切制得到石墨烯复合高性能半导电带。6.一种石墨烯复合高性能大截面中压电缆，其特征在于：包括缆芯，所述的缆芯由多根绝缘线缆绞合、在绞合后中心的空隙处填充聚乙烯纤维绳、在绝缘线缆的边缘填充以使电缆圆整的扇形热塑性聚酯弹性体以及绕包聚酰亚胺薄膜而成；
在缆芯外挤包无卤阻燃交联聚烯烃内衬层，在无卤阻燃交联聚烯烃内衬层外设有钢带铠装加强层，在钢带铠装加强层外挤包聚醚醚酮外护套层；其中，所述的绝缘线缆包括铜导体，在铜导体外重叠绕包内石墨烯复合高性能半导电带，在内石墨烯复合高性能半导电带外从内到外共同挤包石墨烯复合高半导电导体屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层以及石墨烯复合高半导电绝缘屏蔽层，在石墨烯复合高半导电绝缘屏蔽层外绕包外石墨烯复合高性能半导电带，在外石墨烯复合高性能半导电带外先疏绕镀锡铜丝层后再间隙绕包铜带。7.一种石墨烯复合高性能大截面中压电缆的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1、制备绝缘线缆：1
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1、拉丝：将直径为8mm的铜杆在LT
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13
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450型铜大拉机上拉制成直径为3.33～3.76mm的铜单丝，所配拉丝模具尺寸分别为：7.19mm、6.46mm、5.81mm、5.22mm、4.69mm、4.22mm、3.79mm、3.36mm；铜丝出线速度为8～15m/s，退火电流为1500～1700A；1
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2、绞线：通过HTK
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630/60型框绞机将60根铜单丝以1+6+12+18+23的排列方式绞合成铜导体，绞合外径为26.5～30.1mm，绞合方向为右
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左
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右
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左；铜单丝直径为3.33mm时，第1～4层的绞合节距分别不大于359、360、416、358mm，紧压模具分别为9.2、15.0、20.8、26.5mm，绞笼档位分别是6、6、5、6，牵引档位36；当单丝直径为3.76mm时，第1～4层的绞合节距分别不大于361、355、421、419mm，紧压模具分别为10.3、16.9、23.4、29.9mm，绞笼档位分别是6、6、5、5，牵引档位36；1
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3：制备导线：绞合铜导体在KP
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65型屏蔽机上绕包层
×
宽
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厚为1
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40
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0.12mm的石墨烯复合高性能半导电带，形成线芯，采用重叠绕包方式，绕包角为25～45
°
，绕包方向为右，重叠宽度为4～8mm，绕包厚外径控制范围26.9～30.5mm，绕包头档位和牵引变速级别分别为6和26；1
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4：三层共挤：导线在CCV三层共挤悬链式生产线上进行石墨烯复合高半导电导体屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、石墨烯复合高半导电绝缘屏蔽层三层共挤工序；1
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5：形成绝缘线芯：三层共挤的线芯在KP
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65型屏蔽机上绕包层
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宽
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厚为1
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50
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0.12mm的石墨烯复合高性能半导电带，采用重叠绕包方式，绕包角为25～45
°
，绕包方向为左，重叠宽度为5～10mm，绕包厚外径控制范围51.9～55.5mm，绕包头档位和牵引变速级别分别为6和26；1
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6：形成绝缘线缆：先后通过疏绕机在绝缘线芯上进行镀锡铜丝疏绕、铜带间隙绕包铜丝工序，最终形成绝缘线缆；采用直径为0.85mm的镀锡铜丝，疏绕根数为62
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88根，疏绕方向为右向，采用62根铜丝疏绕时，疏绕节距控制范围为590～804mm，采用88根铜丝疏绕时，疏绕节距控制范围为629～858mm，铜丝绕包完后的外径范围为53.6～57.2mm；铜带间隙绕包采用层
×
宽
×
厚为1
×
20
×
0.05mm的铜带，方向为左向绕包，间隙宽度控制范围为40～60mm，计算外径为53.7～57.3mm；2、形成缆芯：在JPD
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3150盘绞成缆机上进行成缆工序，三根绝缘线缆的中间加入2根规格为270mm的超高分子量聚乙烯纤维绳填充，边上再加入热塑性聚酯弹性体扇形填充以使电缆圆整，再
用聚酰亚胺薄膜绕包进行固定；成缆方向为左向，节距控制为4680～6240mm，成缆尼龙压膜中所采用的并线模及定径模的膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓晨，吴春忠，蒋旭辉，吴斌，张庆杰，史明鹏，胡蔡田，李志远，
申请(专利权)人：江苏中超电缆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：