一种高压交流电缆半导电屏蔽料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种高压交流电缆半导电屏蔽料的制备方法及其应用，按重量份计，原料组分包括：复合填料20～30份、基体树脂55～65份、功能助剂3～6份、交联剂0.9～2份；其中，所述复合填料为聚吡咯和导电炭黑的复合填料。首先利用分散剂将导电炭黑均匀分散在溶液中，随后加入活性剂、吡咯单体和氧化剂，充分反应后清洗、烘干和研磨制得聚吡咯/导电炭黑复合填料。把聚吡咯/导电炭黑复合填料、基体树脂、功能助剂通过转矩熔融共混，最后加入交联剂后制成电缆屏蔽料。本发明专利技术复合填料制备方法可以将聚吡咯均匀分布在炭黑导电网络中，提高炭黑与聚吡咯协同效果，且聚吡咯的存在将抑制导电炭黑颗粒团聚，有效的提高了电缆屏蔽料的综合性能。有效的提高了电缆屏蔽料的综合性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高压交流电缆半导电屏蔽料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及电力电缆材料
，尤其是一种高压交流电缆半导电屏蔽料制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]半导体屏蔽层在电极和绝缘层之间提供平滑、连续、导电和等电位界面，从而消除界面缺陷，包括金属纤维、突起和空腔(气隙)，其品质直接影响着超高压电缆的使用安全性和稳定性。然而，我国高压电缆生产所需半导电屏蔽层原材料完全依赖进口(北欧化工和陶氏化学)，这对我国电力电缆发展和城市输电安全构成极大威胁。因此，开展高压电缆半导电屏蔽料的研究，对推动超高压电力电缆的完全自主化生产具有非常重要意义。
[0003]高压电缆半导电屏蔽料是通过导电填料、基体树脂以及加工助剂熔融共混挤出，并加入交联剂进行预交联制备而成。半导电屏蔽料优异的电性能和表面光洁度是高压电缆安全稳定运行的关键。维持优异的电性能通常需在屏蔽料中添加大量的导电炭黑，而过量导电炭黑的加入会使得混炼过程中炭黑颗粒之间因静电作用力和范德华力作用形成较大的颗粒，造成半导电屏蔽层表面凸起，劣化半导电屏蔽层表面光洁度。现在通用技术是首先是采用表面分散剂物理改性或者化学改性等手段提高分散性，但往往劣化其导电性能；其次是采用碳纳米管、石墨烯等无机填料作为第二填料增强填料的导电性，但由于该类纳米材料本身存在团聚和与基体相容性差的问题，会劣化屏蔽料表面光洁度。因此，如何在解决导电炭黑分散的同时维持或提升其导电性是关键，也是该领域的一大挑战。

技术实现思路

[0004]针对现有电缆屏蔽料中的导电炭黑填料容易团聚的问题，本专利技术提供一种高压交流电缆半导电屏蔽料制备方法及其应用。制备的电缆屏蔽料抑制了半导电屏蔽料高温电阻率，降低了导电炭黑颗粒之间的团聚。
[0005]本专利技术提供的高压交流电缆半导电屏蔽料，包括如下重量份的组分：
[0006]复合填料20～30份、基体树脂55～65份、功能助剂3～6份、交联剂0.9～2份。
[0007]其中，所述功能助剂包括润滑剂硬脂酸锌和抗氧剂。
[0008]所述交联剂优选为过氧化二异丙基苯。
[0009]所述基体树脂为乙烯
‑
丙烯酸丁酯或乙烯
‑
丙烯酸乙酯共聚物中的一种或两种。
[0010]所述复合填料为聚吡咯和导电炭黑的复合填料；复合填料的制备方法如下：
[0011](1)将聚乙烯吡咯烷酮PVP溶于去离子水中，得到PVP溶液，然后将导电炭黑加入PVP溶液中，超声分散后静置，使PVP充分包覆导电炭黑粒子，制得导电炭黑溶液。
[0012](2)将活性剂溶于去离子水中，然后将水溶液置于冰水浴(0～4℃)中，向水溶液中加入吡咯单体，搅拌均匀，得到吡咯单体溶液。所述活性剂为苯磺酸钠或对甲苯磺酸钠或两者的混合。所述吡咯单体使用前减压蒸馏，在4℃冷藏备用。
[0013](3)将导电炭黑溶液和吡咯单体溶液混合，在冰水浴条件下混合均匀；然后滴加氧
化剂溶液，在冰水浴静置12h充分反应。氧化剂溶液优选氯化铁溶液，溶液浓度为2％。
[0014](4)反应结束后，将产物离心分离，无水乙醇清洗，烘干后研磨，得到聚吡咯/导电炭黑复合填料粉末。
[0015]步骤(2)中，由于苯环、萘环等共轭电子体系结构有利于电子的传导，采用苯磺酸钠和对甲苯磺酸钠等作为表面活性剂，有利于提高聚吡咯产物的导电性。
[0016]步骤(3)中，由于在高温下化学反应较快，形成的聚吡咯分子链缺陷较多，不能形成良好的导电网络，因此本专利技术中聚合反应均在冰水浴(0～4℃)中进行。
[0017]采用聚吡咯作为导电高分子填料，由于吡咯单体成本低，在掺杂的情况下具有良好的导电性，吡咯单体在水中具有良好的溶解度，可在水介质中聚合。
[0018]采用FeCl3作为氧化剂，其氧化性适中，不会引起聚吡咯的局部过氧化等副反应，可以减少吡咯在聚合时在分子链中产生的缺陷，使聚吡咯形成良好的导电网络，且FeCl3既可以充当氧化剂又可以充当掺杂剂，氯离子可以掺杂进入聚吡咯大分子链中提高其导电性能。
[0019]所述导电炭黑为高纯净度型导电炭黑，其DBP吸收值为110
‑
150ml/100g，灰分含量＜0.2％。
[0020]所述PVP为高纯净度型，其纯度大于98％。本专利技术在导电炭黑溶液中引入了PVP作为分散剂，使导电炭黑均匀的分散在溶液中，减少导电炭黑介质中团聚，使得吡咯单体在导电炭黑颗粒间均匀分散，增强聚吡咯与导电炭黑的协同效果。其此，PVP分子包覆在导电炭黑粒子表面，起到保护层的作用，可以有效的阻止FeCl3氧化剂对导电炭黑的氧化，提高了导电炭黑颗粒的导电性能。
[0021]所述高压交流电缆半导电屏蔽料的制备方法，步骤如下：
[0022]S1、制备复合填料；
[0023]S2、将复合填料粉末和功能助剂混合，在转速160rpm高速混合机下混合10min，混合均匀后，加入基体树脂，在转速160rpm高速混合机下混合10min，得到混合物；
[0024]S3、将混合物在转矩流变仪中进行混炼，混炼温度180℃，主机转速80rpm，混炼时间为15min，然后再经冷却，切粒，80℃烘箱烘干，得到颗粒料；
[0025]S4、将颗粒料置于70℃的恒温箱中6h，将交联剂与颗粒料混合，放在60℃烘箱中放置10h使交联剂被充分吸收，得到电缆屏蔽料。
[0026]优选的是，进行步骤S2之前，基体树脂、复合填料粉末、功能助剂放入60℃烘箱6h去除水分。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益之处在于：
[0028](1)本专利技术采用聚乙烯吡咯烷酮PVP作为导电炭黑分散剂，提高了导电炭黑在水溶液中的分散性，且采用水溶性较好的吡咯单体作为导电高分子填料，在水溶液中使得吡咯单体均匀分布在炭黑导电网络中，增强聚吡咯与导电炭黑的协同效果。其次，PVP分子包覆在导电炭黑粒子表面，起到保护层的作用，可以有效的阻止FeCl3氧化剂对导电炭黑的氧化，提高了导电炭黑颗粒的导电性能。
[0029](2)在混炼过程中，聚吡咯的存在将进一步抑制基体树脂中导电炭黑颗粒团聚，使得制备的高压电缆半导电屏蔽料具有良好的导电性、力学性能和表面光洁度等优点，有效的提高了半导电屏蔽料的综合性能。
[0030](3)本专利技术利用聚吡咯高维结构的特点，在导电网络中起到桥接作用，增强了导电网络中的电子通道，提高了半导电屏蔽料的综合性能。
[0031]本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
[0032]以下对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0033]实施例1
[0034]一种高压交流电缆半导电屏蔽料的制备方法，包括以下重量份的组分：
[0035]聚吡咯/导电炭黑复合填料25份、基体树脂7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压交流电缆半导电屏蔽料的制备方法，其特征在于，步骤如下：S1、制备复合填料：所述复合填料为聚吡咯和导电炭黑的复合填料；复合填料的制备方法如下：S11、将聚乙烯吡咯烷酮PVP溶于去离子水中，得到PVP溶液，然后将导电炭黑加入PVP溶液中，超声分散后静置，使PVP充分包覆导电炭黑粒子，制得导电炭黑溶液；S12、将活性剂溶于去离子水中，然后将水溶液置于冰水浴中，向水溶液中加入吡咯单体，搅拌均匀，得到吡咯单体溶液；S13、将导电炭黑溶液和吡咯单体溶液混合，在冰水浴条件下混合均匀；然后滴加氧化剂溶液，在冰水浴静置12h充分反应；S14、反应结束后，将产物离心分离，清洗，烘干后研磨，得到聚吡咯/导电炭黑复合填料粉末；S2、将复合填料粉末和功能助剂混合均匀后，加入基体树脂，混合均匀，得到混合物；S3、将混合物在转矩流变仪中进行混炼，混炼温度180℃，主机转速80rpm，混炼时间为15min，然后再经冷却，切粒，80℃烘箱烘干，得到颗粒料；S4、将颗粒料置于70℃的恒温箱中6h，将交联剂与颗粒料混合，放在60℃烘箱中放置10h使交联剂被充分吸收，得到电缆屏蔽料。2.如权利要求1所述的高压交流电缆半导电屏蔽料的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾利川，曾剑峰，汪梦灵，王智星，赵莉华，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：