CN109810453A

CN109810453A - 一种中高压用热塑性半导电屏蔽材料及制备方法

Info

Publication number: CN109810453A
Application number: CN201910117142.9A
Authority: CN
Inventors: 候盛斐; 仲伟霞; 宋刚; 项健; 李滨耀; 翁文彪
Original assignee: SHANGHAI ZHIZHENG DAOHUA POLYMER MATERIALS Co Ltd
Current assignee: Shanghai Zhizheng New Material Co ltd
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2019-05-28

Abstract

本发明公开了一种中高压用热塑性半导电屏蔽材料及制备方法。所述屏蔽材料的各组分及重量份数如下：80‑95份基础树脂；5‑20份弹性体；20‑35份导电炭黑；0.4‑2份抗氧剂；0.4‑1份抗铜剂；0.4‑1份润滑剂；所述基础树脂为嵌段聚丙烯(PPB)。

Description

一种中高压用热塑性半导电屏蔽材料及制备方法

技术领域

本发明涉及电缆材料制备领域，更具体地涉及一种中高压电力电缆用热塑性半导电屏蔽材料及制备方法。

背景技术

半导电屏蔽层是中高压电力电缆结构的重要组成部分。对于6KV及以上中高压电力电缆，由于外部施加电压较高，绝缘层承受的电场应力大，绝缘层与导体间产生的气隙在较高场强下，孔内气体发生电离，损伤绝缘层，最终导致绝缘击穿破坏；金属突起的存在使得绝缘层内壁的电场分布不均，在高场强下易产生电晕放电，导致绝缘层击穿。为避免电缆内部电场应力集中和保护绝缘层，要求在导体线芯和绝缘层及在绝缘层和护套层之间分别加一层半导电屏蔽层，使电缆中各层紧密接触并为绝缘之间导线提供光滑、连续、等电位的连接界面，确保电场应力分布均匀，改善电缆内部电场径向分布，防止局部放电，降低电场强度，并在一定程度上降低绝缘层升温，保护绝缘层，从而提高电缆运行的可靠性。因此，半导电屏蔽层胶料的质量对电缆的使用安全及使用寿命起着至关重要的作用。

目前国内外中、高压电缆绝缘***以XLPE材料为主，但是XLPE为热固性树脂，存在不可回收利用、不符合环境友好的缺点，同时制造XLPE电缆时采用的交联工艺本身具有能耗大、效率低。因此，开发热塑性绝缘材料一直是国内外同行努力的目标。而聚丙烯(PP)因具有良好的电气性能、耐热性能优异长期工作温度可达90℃、可循环利用符合环保可回收电缆绝缘材料的发展需求，受到研究者的广泛关注。

一般的聚丙烯树脂难以在加入大量导电炭黑满足低电阻要求的同时保持较高的力学性能、柔韧性、耐低温性，而且聚丙烯材料耐老化性能较差，加入炭黑将明显降低材料的耐老化性，同时大量炭黑的加入导致材料熔融流动性差，不利于加工。

因此，本领域迫切需要一种克服现有技术的不足的半导电材料，可以满足中高压电力电缆对材料的技术要求。

发明内容

本发明的旨在获得一种克服现有技术的不足的中高压电力电缆用热塑性半导电屏蔽材料。

本发明的第二目的在于获得一种克服现有技术的不足的中高压电力电缆用热塑性半导电屏蔽材料的制备方法。

本发明的第三目的在于获得一种克服现有技术的不足的中高压电力电缆。

在本发明的第一方面，提供了一种中高压用热塑性半导电屏蔽材料，其中，所述屏蔽材料的各组分及重量份数如下：

所述基础树脂为嵌段聚丙烯(PPB)。

在另一优选例中，所述弹性体为丙烯-乙烯共聚物(PER)，三元乙丙橡胶共聚物(EPDM)或乙烯-辛烯共聚物(POE)中的一种或两种。

在另一优选例中，所述嵌段聚丙烯与弹性体的重量比为(70-100)﹕(5-30)，更优选为(80-90)﹕(10-20)。

在另一优选例中，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯(抗氧剂168)、4,4-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)(抗氧剂300)中的一种或两种以上。

在另一优选例中，所述抗铜剂为N-水杨酰胺基邻苯二酰亚胺(MDA-5)、2,2-草酰胺基-双[乙基-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)]丙酸酯(Naugard XL-1)、N,N-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼(MD-1024)中的一种或两种以上。

在另一优选例中，所述润滑剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、液体石蜡(白油)、硬脂酸钙或硬脂酸钡中的一种或多种。

在本发明的第二方面，提供了一种制备如上所述的本发明提供的中高压用热塑性半导电屏蔽材料的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：

提供如上所述的本发明涉及的组分；

将基体树脂、弹性体、导电炭黑、抗氧剂、抑铜剂和润滑剂按照所述的比例混合，经密炼得到如上所述的本发明提供的中高压用热塑性半导电屏蔽材料。

在本发明的第三方面，提供了一种如上所述的本发明提供的中高压用热塑性半导电屏蔽材料制得的电缆。

据此，本发明提供了一种可以满足中高压电力电缆对材料的技术要求的半导电材料。

具体实施方式

本发明人经过广泛而深入的研究，采用嵌段聚丙烯为基体树脂以满足热塑性中高压电线电缆的要求，无需交联处理可满足90℃的长期使用温度要求。同时加入适当比例的弹性体材料解决该类型半导电材料无法兼顾低电阻要求和物理性能差的问题；通过合适的抗氧剂配方使材料的耐老化性能满足技术要求。

本发明中，术语“含有”或“包括”表示各种成分可一起应用于本发明的混合物或组合物中。因此，术语“主要由...组成”和“由...组成”包含在术语“含有”或“包括”中。

以下对本发明的各个方面进行详述：

中高压用热塑性半导电屏蔽材料

在本发明的第一方面，提供了一种中高压用热塑性半导电屏蔽材料，所述屏蔽材料的各组分及重量份数如下：

所述基础树脂为嵌段聚丙烯(PPB)。

在本发明的一个具体实施方式中，所述弹性体为丙烯-乙烯共聚物(PER)，三元乙丙橡胶共聚物(EPDM)或乙烯-辛烯共聚物(POE)中的一种或两种。

在一优选例中，所述嵌段聚丙烯与弹性体的重量比为(70-100)﹕(5-30)，更优选为(80-90)﹕(10-20)。

在本发明的一个具体实施方式中，以基础树脂和弹性体的总量为100重量份计，所述导电炭黑的用量不少于20-35重量份，优选不少于20-30重量份。

在本发明的一个具体实施方式中，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯(抗氧剂168)、4,4-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)(抗氧剂300)中的一种或两种以上；优选两种以上。

本发明的润滑剂没有具体限制，可以采用各种可用的润滑剂，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。例如但不限于，金属钝化剂，如肼类化合物等。

在本发明的一个具体实施方式中，所述抗铜剂为N-水杨酰胺基邻苯二酰亚胺(MDA-5)、2,2-草酰胺基-双[乙基-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)]丙酸酯(Naugard XL-1)、N,N-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼(MDA-1024)中的一种或某些组合。本发明的润滑剂没有具体限制，可以采用各种可用的润滑剂，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。例如硬脂酸盐、聚乙烯蜡、硅树脂。

在本发明的一个具体实施方式中，所述润滑剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、液体石蜡(白油)、硬脂酸钙、硬脂酸钡中的一种或某些组合。

制备方法

本发明提供一种本发明所述的中高压用热塑性半导电屏蔽材料的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：

第一步，根据本发明的配方将基体树脂、弹性体、导电炭黑(CB)、抗氧剂、抑铜剂和润滑剂按质量分数(wt％)配比混合，得多混合物

第二步，使混合物通过密炼制得中高压电力电缆用的热塑性半导电屏蔽材料。

在本发明的一种具体实施方式中，上述第二步是使混合物在密炼机中熔融共混后制得中高压电力电缆用的热塑性半导电屏蔽材料。

在一优选例中，上述第二步在180℃-230℃下熔融共混，密炼时间为10-20min。

在一优选例中，上述第二步中密炼机转速为30-60r/min。

电缆

本发明提供一种本发明所述的中高压用热塑性半导电屏蔽材料制得的电缆。

所述电缆的制备方法可采用本领域的常规技术。

在本发明的一种具体实施例中，所述电缆可满足热塑性绝缘电缆所需。

本发明的优点在于：

1、本发明提供的半导电材料可兼顾低电阻要求和物理性能好的问题。

2、本发明提供的半导电材料可提高耐老化性能并解决材料的加工问题。

本发明的其他方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。除非另外说明，否则所有的份数为重量份，所有的百分比为重量百分比，所述的聚合物分子量为数均分子量。

除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。

下述实施例中各组分的用量数值为根据上述比例计算所得加工时的具体用量，非比例份数。

实施例1-6制备的半导电屏蔽材料的性能列于表1，对比例1-3制备的半导电屏蔽材料的性能列于表2。测试内容主要参考《JB/T 10738—2007额定电压35KV及以下挤包绝缘电缆用半导电屏蔽料》标准要求。

实施例中使用的嵌段聚丙烯熔融指数为1.0-5.0g/10min，拉伸强度＞25MPa、断裂伸长率＞500％，冲击脆化温度低于-15℃。

实施例中使用的导电炭黑的参数见下表

牌号	A	B	C
				DBP吸收值ml/g	280	270	130-140
粒径nm	20-30	9-17	10-20
				电阻率Ω·m	0.8-1.0	≤0.5
加热减量％	≤0.5	≤0.5	0.5-1.5
				灰分％	≤0.5	≤0.3	0.01-0.2
pH值	7.5-9		7.1
				筛余物45μm％	≤0.02		0.02

实施例1

1.将140克嵌段聚丙烯(PPB)和丙烯-乙烯共聚物(PER)混合物(PP/PER＝9/1)，49克导电炭黑C，1.12克抗氧剂1010/168/300混合物，0.98克抑铜剂MD1024，0.98克聚丙烯蜡润滑剂均匀混合；

2.将以上混合物加入密炼机中熔融共混，密炼温度为190℃，转子转速为60r/min，密炼时间为15min得到半导电屏蔽材料。

实施例2

1.将140克的嵌段聚丙烯(PPB)和乙烯-辛烯共聚物(POE)混合物(PP/POE＝8/2)，49克导电炭黑C，1.12克抗氧剂1010/168/300混合物，0.98克抑铜剂MD1024，1.4克聚丙烯蜡/硬脂酰胺混合物均匀混合；

实施例3

1.将140克嵌段聚丙烯(PPB)和丙烯-乙烯共聚物(PER)混合物(PP/PER＝8/2)，42克导电炭黑C，1.4克抗氧剂168/300混合物，1.26克抑铜剂MDA-5，1克聚乙烯蜡润滑剂均匀混合；

实施例4

1.将140克嵌段聚丙烯(PPB)和丙烯-乙烯共聚物(PER)混合物(PP/PER＝8/2)，28克导电炭黑A，1.4克抗氧剂1010/168混合物，1.12克抑铜剂MD1024，1克聚乙烯蜡润滑剂均匀混合

2.将以上混合物加入密炼机中熔融共混，密炼温度为200℃，转子转速为60r/min，密炼时间为10min得到半导电屏蔽材料。

实施例5

1.将140克嵌段聚丙烯(PPB)和乙烯-辛烯共聚物(POE)混合物(PP/POE＝8/2)，40克导电炭黑B，1.4克的抗氧剂300，1.12克抑铜剂Naugard XL-1，1.4克聚丙烯蜡/液体石蜡混合物均匀混合；

2.将以上混合物加入密炼机中熔融共混，密炼温度为210℃，转子转速为60r/min，密炼时间为20min得到半导电屏蔽材料。

实施例6

1.将140克嵌段聚丙烯(PPB)和丙烯-乙烯共聚物(PER)混合物(PP/PER＝85/15)，49克导电炭黑B，1.4克抗氧剂1010，1.12克抑铜剂MD1024，0.98克聚丙烯蜡润滑剂均匀混合；

表1

结果表明，半导电屏蔽材料力学性能优良，低温韧性良好，体积电阻率较低，材料的性能符合JB/T 10738-2007对热塑性半导电屏蔽材料的性能要求。

对比例1

1.将140克无规聚丙烯(PPR)和丙烯-乙烯共聚物(PER)混合物(PPR/PER＝80/20)，49克导电炭黑C，1.12克抗氧剂1010/168/300混合物，0.98克抑铜剂MD1024，0.98克聚丙烯蜡润滑剂均匀混合；

2.将以上混合物加入密炼机中熔融共混，密炼温度为170℃，转子转速为60r/min，密炼时间为15min得到半导电屏蔽材料。

对比例2

1.将140克嵌段聚丙烯(PPB)和丙烯-乙烯共聚物(PER)混合物(PP/PER＝95/5)，49克导电炭黑C，1.12克抗氧剂1010/168/300混合物，0.98克抑铜剂MD1024，0.98克聚丙烯蜡润滑剂均匀混合；

对比例3

1.将140克嵌段聚丙烯(PPB)，49克导电炭黑C，1.12克抗氧剂1010/168/300混合物，0.98克抑铜剂MD1024，0.98克聚丙烯蜡润滑剂均匀混合；

表2

对比例2和3的结果显示，弹性体的添加主要改善材料的力学性能，相比标准要求能够保证一定的余量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的实质技术内容范围，本发明的实质技术内容是广义地定义于申请的权利要求范围中，任何他人完成的技术实体或方法，若是与申请的权利要求范围所定义的完全相同，也或是一种等效的变更，均将被视为涵盖于该权利要求范围之中。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种中高压用热塑性半导电屏蔽材料，其中，所述屏蔽材料的各组分及重量份数如下：

所述基础树脂为嵌段聚丙烯(PPB)。

2.如权利要求1所述的中高压用热塑性半导电屏蔽材料，其特征在于，所述弹性体为丙烯-乙烯共聚物(PER)，三元乙丙橡胶共聚物(EPDM)或乙烯-辛烯共聚物(POE)中的一种或两种。

3.如权利要求1所述的中高压用热塑性半导电屏蔽材料，其特征在于，所述嵌段聚丙烯与弹性体的重量比为(70-100)﹕(5-30)。

4.如权利要求3所述的中高压用热塑性半导电屏蔽材料，其特征在于，所述嵌段聚丙烯与弹性体的重量比为(80-90)﹕(10-20)。

5.如权利要求1所述的中高压用热塑性半导电屏蔽材料，其特征在于，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯(抗氧剂168)、4,4-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)(抗氧剂300)中的一种或两种以上。

6.如权利要求1所述的中高压用热塑性半导电屏蔽材料，其特征在于，所述抗铜剂为N-水杨酰胺基邻苯二酰亚胺(MDA-5)、2,2-草酰胺基-双[乙基-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)]丙酸酯(Naugard XL-1)、N,N-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼(MD-1024)中的一种或两种以上。

7.如权利要求1所述的中高压用热塑性半导电屏蔽材料，其特征在于，所述润滑剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、液体石蜡(白油)、硬脂酸钙或硬脂酸钡中的一种或多种。

8.一种制备如权利要求1-7任一项所述的中高压用热塑性半导电屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：

提供权利要求1-7任一项所述的组分；

将基体树脂、弹性体、导电炭黑、抗氧剂、抑铜剂和润滑剂按照所述的比例混合，经密炼得到如权利要求1-7任一项所述的中高压用热塑性半导电屏蔽材料。

9.一种如权利要求1所述的1-7任一权利要求所述的中高压用热塑性半导电屏蔽材料制得的电缆。