[发明专利]一种石墨烯半导体屏蔽料

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种高压电力电缆的屏蔽材料，具体讲涉及一种石墨烯半导体屏蔽料。

【背景技术】

石墨烯是由SP²杂化方式的碳原子紧密排列在一起的具有二维蜂窝状点阵结构的一种碳单质，由于其独特的化学结构、超大的比表面积及无与伦比的电学、力学、热学等性能而在新能源材料(储能材料、超级电容器、太阳能电池等)、光催化材料、生物材料以及各类传统的复合材料领域掀起了前所未有的研究热潮。

乙烯-醋酸乙烯酯，缩称EVA，是由乙烯和醋酸乙烯酯共聚而制得的热塑性树脂，它和许多材料有良好粘结性能，它柔韧且具有弹性，可用作鞋底密封条、泡沫塑料制品和电力电缆制品等。

石墨烯和EVA材料都可应用于改善电力电缆制品性能，目前聚合物/石墨烯复合材料的研究成果层出不穷，将石墨烯作为新的高性能增体可以为聚合物复合材料带来力学、电学、热学以及摩擦学等多方面性能得到提升。其制备方法主要为原位聚合法、熔融共混法以及乳液混合法。

熔融共混法通常将原始石墨氧化，经过剥离并还原制成石墨烯，与聚合物在熔融状态下共混制得复合材料。熔融共混中可以分别制备石墨烯和聚合物，因此石墨烯的尺寸与形态可控，但是石墨烯在聚合物基体中不易分散，与聚合物的界面作用较差。通过化学改性的石墨烯中的有机基团在熔融状态下不稳定，不能应用于熔融共混法。目前熔融共混法采用的石墨烯大多通过热还原制得，这种石墨烯的密度较小，通常也会增加熔融混合的难。

原位聚合法是将石墨烯与聚合物单体混合，加入引发剂引发反应，最后制得复合材料。原位聚合法可以将石墨烯均匀分散在聚合物基体中，缺点是加入石墨烯(或氧化石墨烯)的聚合物的黏度增大，使得聚合反应变得复杂。

乳液混合法是利用氧化石墨烯在水中具有良好的分散性，可将氧化石墨烯的水性分散液与聚合物胶乳进行混合，通过还原制备石墨烯/聚合物复合材料。也可以采用表面活性剂对石墨烯进行表面改性，改善其在水中的分散性，然后与胶乳混合制备复合材料。这种方法可以避免有机溶剂的危害，制得高导电性能的聚合物复合材料。

溶液共混法中，常常先制备氧化石墨烯，对其进行改性得到在有机溶剂中能够分散的分散液，通过还原得到石墨烯，然后与聚合物进行溶液共混制备石墨烯/聚合物复合材料。溶液混合法的优点是石墨烯(或氧化石墨烯)的制备与聚合物的合成分别进行，可控制石墨烯的尺寸与形态，且石墨烯比较容易分散。缺点是需要使用有机溶剂，危害环境，而且采用原位还原法时，由于聚合物种类和还原剂的不同可能会引起聚合物的降解。

然而已报道的一种氧化石墨烯纳米带/极性橡胶、石墨烯纳米带/橡胶复合材料等现有技术仅仅报道了同种类型材料的力学性能和导电性能，缺乏关于专门研究石墨烯和EVA材料两者结合应用于电力电缆制品相关技术的报道。因此需要提供一种高压电缆中屏蔽材料用的半导体屏蔽料，以满足现有技术的需要。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种石墨烯半导体屏蔽料，以石墨烯纳米片和乙烯-醋酸乙烯酯为主要原料合成石墨烯半导体屏蔽料，本发明提供的石墨烯半导体屏蔽料密度低、半导电性能优越、耐压高、抗张强度高、光滑且耐水树，可广泛地应用与电缆屏蔽料，防静电等领域，具有巨大的应用前景。

为实现上述目的本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种石墨烯半导体屏蔽料，石墨烯半导体屏蔽料由石墨烯纳米片和乙烯-醋酸乙烯酯组成，石墨烯纳米片占屏蔽料质量百分比的0.5～30％。

本发明提供的石墨烯半导体屏蔽料中石墨烯纳米片占屏蔽料质量百分比的1～10％。

本发明提供的石墨烯半导体屏蔽料中石墨烯纳米片占屏蔽料质量百分比的1.5～3.3％。

本发明还提供了一种石墨烯半导体屏蔽料的制备方法，包括下述步骤：

1)频率为20～25kHz、功率为70～90％下超声处理石墨烯纳米片配成的水溶液15-30min；

2)在300～500rpm速率下，将乙烯-醋酸乙烯酯乳液加入步骤1)的石墨烯溶液中搅拌30～60min，得絮状混合料；

3)用去离子水冲洗所述混合料，过滤，真空冷冻干燥，得石墨烯半导体屏蔽料的母料；

4)开炼混合10～15h，在160～180℃、压力为8～15MPa下硫化步骤3)所得的母料8～12min，得石墨烯半导体屏蔽料。

本发明提供的制备方法步骤1)中，石墨烯溶液的浓度为5～20g/L。

本发明提供的制备方法步骤3)中，混合料用去离子水冲洗至中性。