CN106279929A - 一种电缆半导电屏蔽材料及制备方法 - Google Patents

一种电缆半导电屏蔽材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

一种电缆半导电屏蔽材料及制备方法，包括以下重量百分比的原料：聚乙烯40‑80％、乙烯‑醋酸乙烯共聚物5‑20％、改性炭黑15‑40％、助剂5‑20％、交联剂0.1‑1.5％。本发明首次提出在炭黑上负载活性金属，改善了炭黑上的空间电位分布，而且可以在一定程度上改善炭黑的表面性质，提高炭黑在屏蔽材料制备过程中的分散程度，从而制备出表面光滑，与导体接触孔隙小的优良屏蔽材料。

Description

一种电缆半导电屏蔽材料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种屏蔽材料，特别是一种用于电缆的中低压耐油橡胶半导电屏蔽材料，以及这种屏蔽材料的制备方法。
背景技术
国内外对电缆的长期稳定性研究认为，影响长期使用寿命的主要原因之一是绞合导体和绝缘之间空隙处所产生的局部放电。在国标GB/T12706-2008、IEC502中明确规定，对3.6/6kV及以上XLPE绝缘电力电缆应有导体和绝缘屏蔽。在电缆中，导体表面电场最高，如果导体屏蔽稍不完善，游离放电的可能性最大。
防止局部放电的有效措施是采用半导电导体屏蔽结构，导体屏蔽可分为半导电带绕包式和半导电料挤包式两种。由于半导电带绕包式不可能做到导体和绝缘之间没有空隙，效果很不理想，除较低电压级上很少采用外，现在基本不采用。现在普遍采用的是半导电料挤包结构，它与导体、绝缘牢固紧密接触且没有空隙，大大降低了电缆的局放值，提高了电缆的长期稳定性及使用寿命。
半导电屏蔽层是交联电缆尤其是高压交联电缆中用于保护主绝缘层不被破坏的半导电复合材料，其性能直接决定交联电缆的品质。根据应用的电压等级分为低压(35kV以下)、中高压(66～110kV)、高压(110～220kV)、超高压(>220kV)电缆屏蔽料。交联电缆半导电屏蔽层的光洁性、屏蔽层与绝缘层的黏结、半导电屏蔽料中的杂质等对交联电缆的性能影响很大。在电缆中使用内、外半导电屏蔽层主要作用是使电场分布均匀，降低电场强度，减少导体与绝缘层交界面上的气隙，提高电缆起始电晕放电和电缆耐游离放电性能，并在一定程度上降低绝缘层的温升，保护主绝缘。
屏蔽层应具备以下性能：屏蔽和绝缘复合介质的tgδ要小，对tgδ很小的XLPE等绝缘材料而言，所用的屏蔽层电阻率要适当，使复合介质tgδ不增加；屏蔽层的焦耳损耗及tgδ引起发热时，屏蔽层不软化；屏蔽和导体应牢固紧密接触，他们之间接触电阻要小，它们之间接触电阻大，引起局放，接触电阻部位发热，使屏蔽层受损伤，最后有可能导致绝缘击穿；分担与屏蔽层的电压，不致引起屏蔽层先击穿，进而防止绝缘击穿。
CN101585943A公开了一种电缆制造技术领域的电缆半导电屏蔽材料及其制备方法，所述材料的组分及其含量为：乙烯-乙酸乙烯共聚物或线性低密度聚乙烯100重量份、炭黑10-50重量份、抗氧剂0.1-5重量份以及交联剂0.1-5重量份。所述屏蔽材料可以有效抑制绝缘材料中空间电荷的积聚，并且提高空间电荷注入的电场阈值，降低空间电荷限制电流(SCLC)引起的绝缘材料电导率增大的效应。
CN101891915A公开了一种交联电缆绝缘用可剥离半导电屏蔽料，按质量计算组分为：45％～60％的EVA材料、30％～40％的炭黑、6％～10％的增塑剂、1％～2.5％的交联剂、以及0.1％～1％的抗氧剂；其中所述EVA材料为乙烯与醋酸乙烯的比例可调共聚物；所述交联剂为过氧化物；所述增塑剂包括油、石蜡、硬脂酸、硬脂酸锌、聚乙烯蜡中的一种或多种混合；所述屏蔽料在洁净的密炼机中由配方组分按序投料密炼，再经挤出机挤出造粒，然后加交联剂制成；该屏蔽料提升了应用于35kV及其以下的交联聚乙烯绝缘电缆绝缘用半导电屏蔽料产品的电学性能，消除产品使用过程中的焦烧现象，并改善了绝缘表面的残留。
发明内容
炭黑是制备屏蔽材料的重要原料，炭黑的性质对于屏蔽材料有重要的影响。其中炭黑间的摩擦，较差的炭黑分布，聚合物凝胶以及环境污染是影响绝缘层和半导电层间光滑程度的主要因素。本发明首次提出在炭黑上负载活性金属，改善了炭黑上的空间电位分布，而且可以在一定程度上改善炭黑的表面性质，提高炭黑在屏蔽材料制备过程中的分散程度，从而制备出表面光滑，与导体接触孔隙小的优良屏蔽材料。
一种电缆半导电屏蔽材料，包括以下重量百分比的原料：聚乙烯40-80％、乙烯-醋酸乙烯共聚物5-20％、改性炭黑15-40％、助剂5-20％、交联剂0.1-1.5％。
所述助剂是环己烷、甲苯、正辛烷、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中的一种；
所述改性炭黑是炭黑经过负载活性金属得到，所述活性金属是镍和铝。所述改性炭黑的制备方法包括以下步骤：炭黑预处理，炭黑在碱液中浸渍24-72h，水洗后在硝酸中浸渍24-72h，经去离子水清洗，惰性气氛下150-200℃煅烧活化；将活化后的炭黑加入到含有Ni2+和Al3+的水溶液中，加入氨水调整pH值到9-10，并搅拌1-6h，减压抽滤，清洗滤饼，在110-130℃干燥1h，惰性气氛下在300-350℃煅烧3-10h，即得所述改性炭黑。
其中所述Ni2+和Al3+的摩尔比为5-10:1，优选是8-9:1。
所述Ni2+和Al3+的水溶液的摩尔浓度是1-3mol/L。
以镍和铝计，所述改性炭黑中镍负载质量百分比是10-20％，铝的负载质量百分比是1-4％。
所述改性炭黑的粒径是100-5000nm，优选是500-1000nm。
所述交联剂是三烯丙基异氰脲酸酯、三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯中的一种。
所述电缆半导电屏蔽材料还包括抗氧剂，所述抗氧剂是抗氧剂1010、抗氧剂1024、抗氧剂1035、抗氧剂264和DNP中的任一种或几种的混合物，所述抗氧剂的用量为0.5-2wt％。
具体实施方式
下面结合具体实施例对发明的技术方案进行详细说明。
实施例中所述改性炭黑的制备方法包括以下步骤：炭黑预处理，炭黑在碱液中浸渍24-72h，水洗后在硝酸中浸渍24-72h，经去离子水清洗，惰性气氛下150-200℃煅烧活化；将活化后的炭黑加入到含有Ni2+和Al3+的水溶液中，加入氨水调整pH值到9-10，并搅拌1-6h，减压抽滤，清洗滤饼，在110-130℃干燥1h，惰性气氛下在300-350℃煅烧3-10h，即得所述改性炭黑。
实施例1
一种电缆半导电屏蔽材料，包括以下重量百分比的原料：聚乙烯50％、乙烯-醋酸乙烯共聚物20％、改性炭黑19％、助剂10％、交联剂0.5％，抗氧剂0.5％。
实施例2
一种电缆半导电屏蔽材料，包括以下重量百分比的原料：聚乙烯45％、乙烯-醋酸乙烯共聚物25％、改性炭黑13％、助剂15％、交联剂1％，抗氧剂1％。
对比例1
一种电缆半导电屏蔽材料，包括以下重量百分比的原料：聚乙烯50％、乙烯-醋酸乙烯共聚物20％、改性炭黑19％、助剂10％、交联剂0.5％，抗氧剂0.5％。
对实施例和对比例进行性能测试，结果如下表所示：
实施例1 实施例2 对比例1
体积电阻率(Ω·m) 35 32 127
50μm以上杂质数量 5 6 385
其中所述50μm以上杂质数量是以1kg成品中经过检测的平均值。
本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概括。本发明的所有实施方案都只能认为是对本发明的说明而不是限制，凡是根据本发明的技术内容所作出的任何细微修改或等同替换，都属于本发明的技术方案之内。

Claims (8)

1.一种电缆半导电屏蔽材料，包括以下重量百分比的原料：聚乙烯40-80％、乙烯-醋酸乙烯共聚物5-20％、改性炭黑15-40％、助剂5-20％、交联剂0.1-1.5％；所述改性炭黑是炭黑经过负载活性金属得到，所述活性金属是镍和铝。
2.如权利要求1所述的电缆半导电屏蔽材料，其特征在于所述助剂是环己烷、正辛烷、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中的一种。
3.如权利要求1所述的电缆半导电屏蔽材料，其特征在于所述改性炭黑的制备方法包括以下步骤：炭黑预处理，炭黑在碱液中浸渍24-72h，水洗后在硝酸中浸渍24-72h，经去离子水清洗，惰性气氛下150-200℃煅烧活化；将活化后的炭黑加入到含有Ni2+和Al3+的水溶液中，加入氨水调整pH值到9-10，并搅拌1-6h，减压抽滤，清洗滤饼，在110-130℃干燥1h，惰性气氛下在300-350℃煅烧3-10h，即得所述改性炭黑。
4.如权利要求3所述的电缆半导电屏蔽材料，其特征在于其中所述Ni2+和Al3+的摩尔比为5-10:1，优选是8-9:1；。所述Ni2+和Al3+的水溶液的摩尔浓度是1-3mol/L。
5.如权利要求1所述的电缆半导电屏蔽材料，其特征在于以镍和铝计，所述改性炭黑中镍负载质量百分比是10-20％，铝的负载质量百分比是1-4％。
6.如权利要求1所述的电缆半导电屏蔽材料，其特征在于所述改性炭黑的粒径是100-5000nm，优选是500-1000nm。
7.如权利要求1所述的电缆半导电屏蔽材料，其特征在于所述交联剂是三烯丙基异氰脲酸酯、三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯中的一种。
8.如权利要求1所述的电缆半导电屏蔽材料，其特征在于所述电缆半导电屏蔽材料还包括抗氧剂，所述抗氧剂是抗氧剂1010、抗氧剂1024、抗氧剂1035、抗氧剂264和DNP中的任一种或几种的混合物，所述抗氧剂的用量为0.5-2wt％。
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