一种交联型半导电屏蔽料及其制备方法与流程
本发明涉及高分子材料，具体为一种交联型半导电屏蔽料及其制备方法。
背景技术：
1、交联型半导电屏蔽料通过平滑导体表面缺陷、消除绝缘层与导体界面间的气隙，有效缓解电场集中，避免局部放电；同时其稳定的半导电特性与交联后的耐热、抗变形能力，能长期紧密贴合绝缘层，均匀分布径向电场，防止绝缘因电应力过早老化或击穿，从而显著提升电缆的运行可靠性与使用寿命。
2、现有技术中，交联型半导电屏蔽料多采用硅烷偶联剂对导电炭黑进行表面改性或直接物理共混，炭黑与聚烯烃基体之间仅依靠弱界面作用结合，冷热循环与长期热老化过程中界面易发生脱粘，导电网络结构遭到破坏；基体多采用单峰分布聚烯烃或通用增韧复配体系，炭黑在基体中缺乏选择性分布的相区结构，导电通路构建效率低且分散均匀性不足；交联工艺多采用分步加料实现时间维度的分步交联或单一均匀交联，无法在空间维度上对导电网络所在相区进行定向交联固定，交联分布不均导致导电网络稳定性与材料韧性难以兼顾。上述问题共同影响了半导电屏蔽料在长期运行过程中的导电稳定性、界面结合强度与力学性能的平衡水平。基于此，本发明提供了一种交联型半导电屏蔽料及其制备方法。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种交联型半导电屏蔽料及其制备方法，本发明通过双键封端1-辛烯齐聚物对导电炉法炭黑进行熔融接枝改性，在炭黑表面形成碳-碳共价键结合的齐聚物分子链层，与乙烯-1-辛烯共聚物基体形成拓扑缠结并诱导界面结晶层生长，构建物理锚定与化学键合协同的一体化导电网络；通过低结晶度与高结晶度乙烯-1-辛烯共聚物复配形成双峰结晶度分布基体，使炭黑自发选择性分布于无定形相区构建高效导电通路；通过单一过氧化物交联剂利用相区溶解度差异形成无定形相优先的交联分布倾向，主体交联反应在熔融共混阶段充分完成，配合三段程序控温结晶工艺完成界面结晶层生长与体系定型，从而提升导电网络的长期稳定性、炭黑与基体的界面结合强度以及材料力学性能与导电性能的平衡水平。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种交联型半导电屏蔽料，按质量份数计，包括以下组分：烯烃基体树脂80～85份、齐聚物接枝改性导电炭黑18～22份、过氧化物交联剂1.0～1.5份、加工助剂0.5～1.0份；
4、所述烯烃基体树脂由双峰结晶度分布乙烯-1-辛烯共聚物复配物与高密度聚乙烯组成；所述双峰结晶度分布乙烯-1-辛烯共聚物复配物的用量为72～80份，由低结晶度乙烯-1-辛烯共聚物与高结晶度乙烯-1-辛烯共聚物按质量比55:45～65:35复配而成；所述高密度聚乙烯的用量为5～8份，密度为0.945～0.955g/cm3，在190℃、2.16kg载荷下测得的熔融指数为5～8g/10min；所述双峰结晶度分布乙烯-1-辛烯共聚物复配物与所述高密度聚乙烯的用量之和为80～85份；
5、所述齐聚物接枝改性导电炭黑以导电炉法炭黑为基材，经双键封端1-辛烯齐聚物熔融接枝改性得到；所述双键封端1-辛烯齐聚物的数均分子量为1500～2500，双键官能度为1.8～2.0，接枝量为导电炉法炭黑质量的2.0%～3.0%；
6、所述过氧化物交联剂为2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷；
7、所述加工助剂由抗氧剂与润滑剂组成。
8、优选的，所述低结晶度乙烯-1-辛烯共聚物的1-辛烯共聚单体含量为24%～28%，结晶度为5%～10%，重均分子量为20万～25万；所述高结晶度乙烯-1-辛烯共聚物的1-辛烯共聚单体含量为8%～12%，结晶度为45%～55%，重均分子量为8万～10万。
9、优选的，所述导电炉法炭黑的原始粒径为20～30nm，dbp吸收值为38～42ml/100g，比表面积为420～480m2/g；所述熔融接枝采用过氧化二异丙苯作为引发剂，用量为导电炉法炭黑质量的0.1%～0.2%。
10、优选的，所述2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷的1min半衰期温度为178～182℃。
11、优选的，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，用量为0.3～0.6份；所述润滑剂为硬脂酸锌，用量为0.2～0.4份。
12、优选的，制备方法包括以下步骤：
13、步骤s1，齐聚物接枝改性导电炭黑制备：将导电炉法炭黑、双键封端1-辛烯齐聚物与过氧化二异丙苯预混后，加入双螺杆挤出机进行熔融力化学接枝，挤出造粒后得到接枝改性炭黑；所述过氧化二异丙苯的用量为导电炉法炭黑质量的0.1%～0.2%；
14、步骤s2，双峰基体预混：将低结晶度乙烯-1-辛烯共聚物、高结晶度乙烯-1-辛烯共聚物、高密度聚乙烯按比例加入高速混合机，混合均匀得到基体预混物；
15、步骤s3，共混挤出交联：将基体预混物、接枝改性导电炭黑、过氧化物交联剂与加工助剂一同加入双螺杆挤出机，熔融共混并完成主体交联反应，借助过氧化物在不同微相区的溶解度差异形成无定形相优先的交联分布倾向，挤出得到熔体；
16、步骤s4，控温结晶定型：挤出熔体进入分段控温冷却水槽，熔融共混并经梯度降温完成炭黑表面界面结晶生长与体系定型，同时伴随极微量后续交联反应；
17、步骤s5，牵引切粒得到直径3～4mm、长度3～5mm的圆柱状成品颗粒。
18、优选的，步骤s1中双螺杆挤出机的长径比为40:1，各段温度为165～180℃，螺杆转速为300～350rpm，物料停留时间为40～50s。
19、优选的，步骤s2中高速混合机的混合温度为80～90℃，转速为1200～1500rpm，混合时间为5～7min。
20、优选的，步骤s3中双螺杆挤出机的长径比为40:1，加料段至熔融段温度为120～140℃，均化段至模头温度为165～180℃，螺杆转速为280～320rpm，熔融共混并经梯度降温物料总停留时间为50～60s，保证过氧化物在熔融段充分分解并完成主体交联反应。
21、优选的，步骤s4中分段控温的具体参数为：
22、第一冷却段即成核段水温恒定为95～100℃，熔体停留时间为2～3min；
23、第二冷却段即横晶生长段水温以3℃/min的速率线性降至85～90℃，恒温停留5～7min；
24、第三冷却段即定型段水温为20～25℃。
25、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
26、1.本发明通过双键封端1-辛烯齐聚物对导电炉法炭黑进行熔融接枝改性，使炭黑表面形成碳-碳共价键结合的齐聚物分子链层，在基体共混与冷却过程中齐聚物分子链与乙烯-1-辛烯共聚物基体形成拓扑缠结并诱导界面结晶层生长，构建物理锚定与化学键合协同作用的一体化导电网络，与现有技术中采用硅烷偶联剂或简单物理混合的炭黑改性方式相比，可以提高炭黑与基体的界面结合强度以及导电网络在冷热循环和热老化条件下的稳定性，因此可以解决现有半导电屏蔽料中炭黑与基体界面结合弱、长期运行过程中电阻率漂移大、炭黑易迁移脱粘的问题。
27、2.本发明通过采用低结晶度乙烯-1-辛烯共聚物与高结晶度乙烯-1-辛烯共聚物按特定比例复配形成的双峰结晶度分布基体，使导电炭黑基于表面能差异自发选择性分布于低结晶度的无定形相区，形成连续高效的导电通路，同时高结晶度组分提供力学强度与耐热变形性，与现有技术中采用单峰分布聚烯烃或通用增韧复配体系相比，可以提高导电网络的构建效率以及材料力学性能与导电性能的平衡水平，因此可以解决现有半导电屏蔽料中炭黑分散性差、导电通路构建效率低、力学性能与导电性能难以兼顾的问题。
28、3.本发明通过采用2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷作为单一交联剂，利用其在无定形相区与结晶相区的溶解度差异形成无定形相优先的交联分布倾向，主体交联反应在熔融共混阶段充分完成，配合三段程序控温结晶工艺完成炭黑表面界面结晶层生长与体系定型，与现有技术中采用分步加料时间维度交联或单一均匀交联的方式相比，可以提高导电网络所在相区的交联固定程度以及材料整体的韧性与加工流动性，因此可以解决现有半导电屏蔽料中交联分布不均、导电网络固定不足、交联度过高导致加工困难或交联度过低导致力学性能下降的问题。