一种环保型高压电缆热塑性屏蔽料及其制备方法与流程

1.本发明涉及屏蔽料技术领域，具体涉及一种环保型高压电缆热塑性屏蔽料及其制备方法。


背景技术：

2.电力电缆是我国经济建设重要的配套产业，在国民经济中有着极其重要的地位。现阶段普遍采用交联聚乙烯(xlpe)绝缘电缆，但xlpe材料在制备过程所需要的设备成本比较高、产率低、能耗大；且xlpe是热固性材料，回收困难，当其到达使用寿命不但会带来严重的污染而且浪费了大量的资源。
3.为改善材料与环境相容性，利用聚丙烯(pp)作为替代xlpe绝缘的绿色环保、可回收再利用的非交联热塑性电缆绝缘材料成为一种发展趋势，符合当今社会低碳环保的导向。对与之配套的热塑性屏蔽料进行研究也具有十分重要的意义。
4.目前，聚丙烯电缆用屏蔽料采用熔融共混的方式制备，如以聚丙烯和弹性体作为基体，以碳黑(cb)为导电填料。然而，基体树脂与导电填料相容性和粘合性较差，使得所制备的屏蔽料虽然具备较好的电学性能，但很难同时满足力学性能以及热稳定性能的要求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种环保型高压电缆热塑性屏蔽料及其制备方法，以克服现有技术中屏蔽料很难同时满足力学性能以及热稳定性能要求的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
7.第一方面，本发明提供了一种环保型高压电缆热塑性屏蔽料，包括下述重量份的组分：
8.聚丙烯40～60份，导电炭黑10～25份，弹性体30～60份，相容剂5～10份，分散剂0.5～1份，抗氧剂0.5～1份；
9.所述相容剂为马来酸酐接枝pp、马来酸酐接枝poe、马来酸酐接枝聚乙烯pe、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯与醋酸乙烯共聚合物中的至少一种。
10.本发明通过对配方体系的设计，无需交联，即可兼顾屏蔽料电学和力学性能，能够简化生产工序，有效节约生产成本。本发明通过引入接枝高分子相容剂，接枝高分子相容剂组分使基体树脂分子之间以及基体树脂与导电填料发生结合，改善聚丙烯、弹性体和导电炭黑之间的粘结性和相容性，提高导电炭黑、弹性体在聚丙烯中的分散性，进而提高屏蔽料的热稳定性，提升屏蔽料的电学性能(降低体积电阻率)。
11.作为本发明所述环保型高压电缆热塑性屏蔽料的优选实施方式，所述聚丙烯的熔融指数为2～5g/10min。
12.作为本发明所述环保型高压电缆热塑性屏蔽料的优选实施方式，所述导电炭黑的粒径为20～30nm，比表面积为200～1400m2/g。
13.作为本发明所述环保型高压电缆热塑性屏蔽料的优选实施方式，所述弹性体为乙烯-辛烯共聚物、聚乙烯、乙烯与醋酸乙烯共聚合物、乙丙橡胶中的至少一种，以与其他组分协同提高抗冲击强度。
14.作为本发明所述环保型高压电缆热塑性屏蔽料的优选实施方式，所述相容剂的接枝率0.4～1.5％，熔融指数1～100g/10min。
15.作为本发明所述环保型高压电缆热塑性屏蔽料的优选实施方式，所述分散剂为硅烷或钛酸酯类偶联剂，以与其他组分协同促进填料分散、降低混炼能耗、提高胶料流动性、改善制品的外观，还具有脱模剂的效果。
16.作为本发明所述环保型高压电缆热塑性屏蔽料的优选实施方式，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1024、抗氧剂300中的至少一种；以与其他组分协同稳定屏蔽材料的体积电阻率，在一定程度延长屏蔽材料的使用寿命。
17.第二方面，本发明提供了上述环保型高压电缆热塑性屏蔽料的制备方法，包括以下步骤：
18.(1)将所述导电炭黑和分散剂充分混合，得预处理导电炭黑；
19.(2)将聚丙烯、弹性体、相容剂、抗氧剂充分混合，得混合料；
20.(3)混合料和预处理导电炭黑混合，挤出、造粒，即成。
21.作为本发明所述环保型高压电缆热塑性屏蔽料的制备方法的优选实施方式，所述挤出时，螺转速为30～70r/min；温度为：加料段175
±
10℃，混料段185
±
10℃，挤出造粒段195
±
10℃，机头部分170
±
10℃。
22.通过对挤出机的工作参数的设定和优化，有助于在挤出过程中提高导电填料在屏蔽料中的分散性，有助于降低屏蔽料的体积电阻率，提升屏蔽料的电性能。
23.第三方面，本发明将上述环保型高压电缆热塑性屏蔽料应用于110、220、500千伏高压交流或直流电缆中。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
25.本发明的环保型高压电缆热塑性屏蔽料行了配方体系的设计，使得聚丙烯在制备时无需交联反应，仅通过接枝反应即可在保证屏蔽料导电性能的基础上，具备优良的物理机械性能，能够简化生产工序，有效节约生产成本。
具体实施方式
26.为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
27.实施例中所用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
28.下述实施例及对比例所用的原材料说明如下，但不限于这些材料：
29.聚丙烯1，牌号为k8303，熔融指数为2.5g/10min，购自燕山石化；
30.聚丙烯2，牌号为t30s，熔融指数为3.4g/10min，购自茂名石化；
31.导电炭黑1，牌号为vxc-72，粒径为30nm，比表面积为254m2/g，购自卡博特；
32.导电炭黑2，牌号为ec-600jd，粒径为21nm，比表面积为1400m2/g，购自日本狮王；
33.导电炭黑3，牌号为tyt-5，粒径为50nm，比表面积为63m2/g，购自天一化工；
34.弹性体1，牌号为poe8450，购自美国陶氏；
35.弹性体2，牌号为epdm3720，购自美国陶氏；
36.相容剂1，马来酸酐接枝pp，牌号为swj-1b，接枝率为0.6～0.8％，熔融指数为100g/10min；
37.相容剂2，马来酸酐接枝poe，牌号为po-1020，接枝率为1.0～1.3％，熔融指数为2.6g/10min；
38.相容剂3，马来酸酐接枝聚乙烯pe，牌号为1040，接枝率为0.4～1％，熔融指数为1～4g/10min；
39.上述聚丙烯和相容剂的熔融指数按照《gb/t 3682-2000热塑性塑料熔体质量流动速率和熔体体积流动速率的测定》进行测试，温度为230℃、载荷为2.16kg。
40.分散剂，牌号为kh550，市售；
41.抗氧剂1010，市售；
42.抗氧剂300，市售。
43.实施例和对比例：
44.1.制备热塑性屏蔽料
45.(1)按照表1中的重量份数配比，按比例称量各组分。
46.表1实施例和对比例的热塑性屏蔽料各组分的配比
[0047][0048]
(2)导电炭黑预处理：将导电炭黑和分散剂在70
±
5℃下先低速混合2～3min，再高速混合3～5min；
[0049]
改性基体树脂的制备：将聚丙烯、弹性体、相容剂、抗氧剂加入混合机充分混合，温度控制在70
±
5℃混合2～3min，搅拌速率40～50rpm，使各粉体之间均匀分散；
[0050]
半导电屏蔽料制备：将聚丙烯、弹性体、相容剂、抗氧剂混合后加入主喂料；将高速搅拌后的导电炭黑和分散剂混合物加入侧喂料，在喂料挤出造粒混炼型双螺杆挤出造粒机中挤出，通过水下切粒，干燥，制成该环保型电力电缆绝半导电屏蔽料的颗粒。
[0051]
其中，双螺杆工艺参数为：螺杆转速30～70r/min，双螺杆挤出机的温度为：加料段
175
±
10℃，混料段185
±
10℃，挤出造粒段195
±
10℃，机头部分170
±
10℃。
[0052]
2.电学性能和力学性能检测
[0053]
(1)检测标准
[0054]
电阻率参照gb3048.3标准检测，检测条件为体积电阻率测试利用烘箱，将测试装置置于烘箱中，测试设备为bd400h型半导电橡胶电阻率测试仪，测量试样在30℃时的体积电阻率。测试电流大小1ma，测试前样品置于烘箱中至少15min；
[0055]
断裂伸长率参照gb/t13022-91标准检测，检测条件为样为国家标准4
×
75mm的哑铃型试样，试样按每个试验方向为一组，每组试样5个。试验采用的控制方式为位移控制，试验速度为250mm/min；
[0056]
老化处理参照gb/t 2951.12-2008标准检测，具体为试验条件为135℃，168h。
[0057]
(2)实施例和对比例热塑性屏蔽料的检测结果如表2所示。
[0058]
表2热塑性屏蔽材料性能
[0059][0060]
实施例1、2、3和4制备的热塑性屏蔽材料具有更高的断裂伸长率，且经老化测试后，断裂伸长率劣化率更低，且对电学性能基本无影响，满足电缆运行的要求。
[0061]
综上，本发明的实施例进行了配方体系的设计，使得聚丙烯在挤出机中产生接枝反应，无需交联即可在保证屏蔽料导电性能的基础上，具备优良的物理机械性能，能够简化生产工序，有效节约生产成本。
[0062]
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。