[发明专利]中高压电力电缆用石墨烯复合半导电屏蔽料及其制备方法

说明书

本发明公开的一种中高压电力电缆用石墨烯复合半导电屏蔽料，由以下质量百分比原料制备而成：极性聚烯烃共聚物30％‑80％，石墨烯材料与导电炭黑的复配混合物15％‑35％，润滑剂1％‑6％，抗氧剂0.2％‑1％。本发明还公开了该中高压电力电缆用石墨烯复合半导电屏蔽料的制备方法。本发明与现有技术相比，可有效降低屏蔽料的导电炭黑含量，改善屏蔽料的挤出性能，提高屏蔽层的表面光滑度，可用于中高压电力电缆的内外屏蔽，提高电缆屏蔽均化电场效果，增加电缆长期运行的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种中高压输配电缆材料及其制备方法，特别是一种中高压电力电缆用石墨烯复合半导电屏蔽料及其制备方法。

背景技术

在中高压电力电缆中，应有导体屏蔽和绝缘屏蔽，其作用是使得绝缘层和电缆、导体绝缘层和金属护套有较好的接触，消除导体表面的不光滑引起导体表面电场强度的增加，缓和电缆内部电场应力集中，改善电缆内部电场径向分布，以提高电缆的电气强度。

中高压电力电缆交联聚乙烯绝缘内外屏蔽材料一般采用半导电屏蔽料，其组成由极性聚烯烃树脂复合导电碳黑制成。聚烯烃树脂本身有比较强的电绝缘性，在制造屏蔽材料的过程中，需要加入大量的导电炭黑来提高材料的导电性能，但大量的导电炭黑加入使得屏蔽材料的理化性能以及加工性能都大大降低，薄壁挤出后屏蔽层的表面光滑度较差。半导电屏蔽料如果自身不能保证表面光滑(表面粗糙、甚至有尖锐的突出)，存在不平的凹坑或有裂缝、断口，与绝缘接触不充分等缺陷，就难以起到均匀电缆电场的作用，甚至有可能引起严重的电场集中，导致局部放电或绝缘击穿。另一方面，由于导电炭黑的电阻率随温度变化很大，使电缆屏蔽层20℃与90℃的电阻差异很大，造成电缆电场分布随温度而变化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是减少屏蔽材料体积电阻对于温度的敏感度，提高薄壁挤出时屏蔽层表面的光滑度而提供一种中高压电力电缆用石墨烯复合半导电屏蔽料，该中高压电力电缆用石墨烯复合半导电屏蔽料可用于中高压电力电缆聚乙烯绝缘内外屏蔽层，增加电缆屏蔽均化电场效果，提高电缆长期运行的可靠性。

本发明同时还提供一种中高压电力电缆用石墨烯复合半导电屏蔽料的制备方法，该方法可使石墨烯和导电炭黑在高速混合过程中，单层结构的石墨烯插层如炭黑的多层结构中，使得两者相互结合，相互作用，一定程度上降低石墨烯的表面能，降低了团聚效果，在屏蔽材料中的分散均匀。

本发明的目的是利用石墨烯材料稳定的晶格结构，利用其优秀的导电、导热性能，替代部分导电炭黑，减少屏蔽材料中的导电炭黑用量，提高屏蔽材料的导电性和导热性，改善挤出加工性能，提高屏蔽层的表面光滑度。

本发明的技术路线是首先将石墨烯材料与导电炭黑预先制成导电复配混合物作为导电载体，再与极性聚烯烃共聚物共混塑化造粒制成聚烯烃半导电屏蔽料，其质量百分含量组成：极性聚烯烃共聚物30％-80％，石墨烯材料与导电炭黑的复配混合物15％-35％，润滑剂0.1％-0.6％，抗氧剂0.2％-1％。

本发明的石墨烯材料与导电炭黑的复配混合物质量百分含量组成：石墨烯材料5％-30％，导电炭黑95％-70％。

石墨烯材料的厚度10nm,D50粒径≤1.5/um。

本发明的导电炭黑比表面积(75-120)*103m2/kg，DBP吸值：130-150。

本发明的极性聚烯烃共聚物采用乙烯-醋酸乙烯共聚物，其中醋酸乙烯含量为18％-28％，也可采用乙烯-丙烯酸乙酯,乙烯丙烯酸丁酯。

所述的润滑剂为微晶石蜡与选自聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、白油及硅酮母粒中的一种或任意两种以上的混合物的组合，且微晶石蜡占润滑剂的重量比例不低于50％。

所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂300、抗氧剂DLTP及抗氧剂1024中的一种或任意两种以上的混合物的组合。