專利名稱：一種電纜半導(dǎo)電屏蔽材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造電線電纜所使用的材料領(lǐng)域，具體是一種電纜半導(dǎo)電屏蔽材料。
技術(shù)背景
隨著電力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大，輸電功率的不斷增加，輸電距離逐漸增長(zhǎng)，交流輸電逐漸遇到一些技術(shù)瓶頸，采用直流輸電是解決輸電技術(shù)困難的方向之一。直流輸電相比于交流輸電具有輸送效率高、線路損失小、調(diào)節(jié)電流和改變功率傳遞方向方便、投資費(fèi)用少，長(zhǎng)度不受電容電流的限制、可作為兩種電網(wǎng)的聯(lián)接線、能降低主干線與電網(wǎng)間的短路電流、電暈無(wú)線電干擾小等優(yōu)點(diǎn)。有多項(xiàng)研究證實(shí)交聯(lián)聚乙烯中的空間電荷是導(dǎo)致電纜早期絕緣失效的主要原因?？臻g電荷注入電介質(zhì)內(nèi)，造成材料內(nèi)部電場(chǎng)畸變，并最終導(dǎo)致材料的擊穿， 絕緣材料失效。絕緣介質(zhì)中的空間電荷問(wèn)題已經(jīng)成為制約電力電纜向高電場(chǎng)發(fā)展的主要因-Ζ, ο
在導(dǎo)體和絕緣、絕緣和外屏蔽之間必須有半導(dǎo)電屏蔽層是公認(rèn)的高壓交流或直流電纜必須具有的結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)電屏蔽層是中、高壓電力電纜中至關(guān)重要的一層，其起到均勻電場(chǎng)的作用，可以降低絕緣層內(nèi)的電應(yīng)力，防止絞合導(dǎo)體和絕緣表面發(fā)生電暈放電，防止在短路時(shí)因?qū)w過(guò)熱而引起絕緣的損傷，長(zhǎng)期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明半導(dǎo)電屏蔽層對(duì)電纜使用壽命也有重大影響。
中國(guó)專利CN 101585943A公開(kāi)了一種用于高壓直流電纜的電纜半導(dǎo)電屏蔽材料及其制備方法，通過(guò)采用不同的有機(jī)材料作為基礎(chǔ)材料，并摻雜不同的性能指標(biāo)的炭黑，達(dá)到抑制電纜絕緣材料中的空間電荷積聚并且降低其電導(dǎo)率。該專利材料的組分與現(xiàn)有交流電纜的半導(dǎo)電屏蔽材料的組分相同(如中國(guó)專利CN 10262879C)，其主要作用與交流電纜的半導(dǎo)電屏蔽材料也基本相同，是利用半導(dǎo)電屏蔽材料的導(dǎo)電性能，施加電壓后，形成電流并導(dǎo)出，但是這種材料無(wú)法解決上述空間電荷向絕緣體轉(zhuǎn)移的問(wèn)題，如何制造一種具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，同時(shí)還能中和空間電荷，阻止空間電荷向絕緣體轉(zhuǎn)移的電纜半導(dǎo)電屏蔽材料是目前電線電纜行業(yè)需要解決的問(wèn)題之一。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種可以有效導(dǎo)出電流，還能中和空間電荷，阻止空間電荷向絕緣體轉(zhuǎn)移的電纜半導(dǎo)電屏蔽材料，這種材料可以用于高壓直流電纜作導(dǎo)體屏蔽和/或絕緣屏蔽。
本發(fā)明所述的一種電纜半導(dǎo)電屏蔽材料，其包括以下組份和質(zhì)量份數(shù) 聚乙烯和/或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物和/或改性橡膠 100份；導(dǎo)電碳黑10-50份；沸石1-5份；3交聯(lián)劑1. 5-5份；抗氧劑0. 1-1份。
所述聚乙烯為低密度聚乙烯LLDPE，其熔融指數(shù)為0. 8-12g/10min,密度為 0. 91-0. 925g/cm3。
所述改性橡膠最好為丁腈橡膠，其添加量為0-30份。
所述導(dǎo)電碳黑為乙炔炭黑或超導(dǎo)電炭黑，當(dāng)選用超導(dǎo)電炭黑時(shí)，其添加量為10-15 份，當(dāng)選用乙炔炭黑時(shí)，其添加量為30-50份。
本發(fā)明中聚乙烯為電纜絕緣或屏蔽材料常用的聚乙烯，可以為高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)或線性低密度聚乙烯(LLDPE)。高密度聚乙烯(HDPE)結(jié)晶度較高，雖然可以阻礙內(nèi)部由于雜質(zhì)離子解離形成的電荷的積累，但其柔韌性相對(duì)較差，不低于電纜的彎曲。線性低密度聚乙烯(LLDPE)結(jié)晶度較低，雖然柔韌性較好，但內(nèi)部容易形成空間電荷且空間電荷的分布較為復(fù)雜。因此一種較好選用低密度聚乙烯(LDPE)，為了更好地進(jìn)行工藝控制及獲得更好的性能，其熔融指數(shù)為0. 8-12g/10min，密度為0. 91-0. 925g/cm3。
乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)共聚物，為電纜絕緣或屏蔽材料常用的EVA，其乙酸乙烯 (VA)含量在5% 40%，EVA在分子鏈中引入了乙酸乙烯單體，VA含量增加，可降低結(jié)晶度， 提高了柔韌性、抗沖擊性、填料相溶性和熱密封性能，但強(qiáng)度降低、易加工。VA含量過(guò)高時(shí)， 結(jié)晶度低，同樣內(nèi)部容易形成空間電荷且空間電荷的分布較為復(fù)雜。為了更好地進(jìn)行工藝控制及獲得更好的性能，因此一種較好選用VA含量在15%-觀％。
本發(fā)明中聚乙烯和/或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物為材料的基料，其中乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)作為成型基料，具有良好的韌性、撓曲性及耐應(yīng)力開(kāi)裂性和粘結(jié)性，及相對(duì)優(yōu)良的阻燃性；聚乙烯對(duì)EVA進(jìn)行改性，兩者具有較好的相容性，可增加基料的機(jī)械物理性能，如提高基料的抗拉強(qiáng)度、延伸率，降低基料粘度，改善擠出成型性，使之在常溫下有較好的韌性。
所述改性橡膠可以根據(jù)半導(dǎo)電橡皮的可剝離性要求選擇性添加，添加量為0-30 重量份，與聚乙烯和/或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物總量為100重量份。改性橡膠可以為丁腈橡膠、氯化聚乙烯、乙酸乙烯酯含量超50%的乙酸乙烯-乙烯共聚物(VAE)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、氯丁橡膠或氯磺化聚乙烯等，應(yīng)有和聚乙烯能親和相容的基團(tuán)，又應(yīng)有和聚乙烯不相容的基團(tuán)，通過(guò)調(diào)節(jié)比例來(lái)保證與絕緣層有適當(dāng)?shù)慕又裕瑫r(shí)又要有良好的可剝離性。
所述導(dǎo)電炭黑，為減少炭黑表面存在的醌基、羥基或羧基等含氧及含氫原子的游離基等降低導(dǎo)電因素的影響，選用乙炔炭黑或超導(dǎo)電炭黑，為提高擠出加工性，一種較好選用超導(dǎo)電炭黑，如荷蘭AKZO公司的Ketien Black EC，粒徑為15_30nm，BET比表面積應(yīng)不小于200m2/g。當(dāng)選用超導(dǎo)電炭黑時(shí)，其添加量為乙炔炭黑添加量的20%-30%。
所述沸石，選用輕工業(yè)用的低硅鋁比沸石，一種較好是選用晶粒尺寸小于0. IMffl 的超微沸石。
沸石具有空曠的骨架結(jié)構(gòu)，由氧、硅、鋁三種原子構(gòu)成三維空間骨架，沸石骨架結(jié)構(gòu)中的基本單元是由四個(gè)氧原子和一個(gè)硅(鋁)原子堆砌而成的硅(鋁)氧四面體。硅氧四面體和鋁氧四面體再逐級(jí)組成單元環(huán)、雙元環(huán)、籠(結(jié)晶多面體)構(gòu)成三維空間的架狀構(gòu)造沸石晶體。由于四面體多樣的連接方式，在沸石結(jié)構(gòu)中便形成了許多孔穴和孔道。四面體只能以頂點(diǎn)相連，即共用一個(gè)氧原子，而不能“邊”或“面”相連。鋁氧四面體本身不能相連，其間至少有一個(gè)硅氧四面體。而硅氧四面體可以直接相連。硅氧四面體中的硅，可被鋁原子置換而構(gòu)成鋁氧四面體。但鋁原子是三價(jià)的，所以在鋁氧四面體中，有一個(gè)氧原子的電價(jià)沒(méi)有得到中和，而產(chǎn)生電荷不平衡，使整個(gè)鋁氧四面體帶負(fù)電。沸石孔穴中含有陽(yáng)離子， 骨架氧中含有負(fù)電荷，這樣在陽(yáng)離子周圍便形成強(qiáng)大的電場(chǎng)，吸引極性分子的負(fù)極中心，因而可以中和產(chǎn)生的空間電荷，阻止空間電荷向絕緣體轉(zhuǎn)移，達(dá)到有效消除空間電荷的目的。
低硅鋁比結(jié)構(gòu)，具有相對(duì)較高的骨架電荷密度，往往伴隨著大籠和多維孔道，中和空間電荷的效果更加出色。超微沸石與普通工業(yè)沸石相比，由于具有很小的晶粒尺寸和很大的比表面積，表面原子數(shù)與體相原子數(shù)之比隨著晶粒尺寸的減小而急劇增大，表現(xiàn)出明顯的體積效應(yīng)、表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)，具有更好的分散性和相容性，加工時(shí)不易析出， 分子整齊排列，聚合物結(jié)構(gòu)規(guī)整，物理機(jī)械性能好。
所述的交聯(lián)劑與現(xiàn)有技術(shù)相同，根據(jù)高壓電纜的加工工藝特點(diǎn)，以及聚乙烯和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物材料的硫化特性，選用過(guò)氧化物交聯(lián)劑，如過(guò)氧化二異丙苯、過(guò)氧化二甲酰、二叔丁基過(guò)氧化物、雙(叔丁基過(guò)氧異丙基)苯等。
所述的抗氧劑與現(xiàn)有技術(shù)相同，為聚乙烯和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物材料常用抗氧劑，如抗氧劑300、抗氧劑BBM、抗氧劑1076、抗氧劑CA、抗氧劑TPL抗氧劑1010等。
本發(fā)明在有效導(dǎo)出電流的同時(shí)，通過(guò)沸石的特殊作用，可以非常有效的中和空間電荷，阻止空間電荷向絕緣體轉(zhuǎn)移，達(dá)到有效消除空間電荷的目的；此外，本發(fā)明的材料與絕緣層有適當(dāng)?shù)慕又裕瑫r(shí)又要有良好的可剝離性，提高了最終產(chǎn)品的性能。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例1一種電纜半導(dǎo)電屏蔽材料，其包括以下組份和質(zhì)量份數(shù) LDPE100 份；乙炔炭黑50份沸石1份；過(guò)氧化二異丙苯1. 5份；抗氧劑3000.3份。
實(shí)施例2一種電纜半導(dǎo)電屏蔽材料，其包括以下組份和質(zhì)量份數(shù) EVA85 份丁腈橡膠15份超導(dǎo)電炭黑15份；沸石1份；過(guò)氧化二甲酰2份；抗氧劑BBM0.3份。
實(shí)施例35一種電纜半導(dǎo)電屏蔽材料，其包括以下組份和質(zhì)量份數(shù)LDPE15 份；EVA55 份丁腈橡膠30份超導(dǎo)電炭黑10份；沸石5份；二叔丁基過(guò)氧化物5份；抗氧劑10761份。
實(shí)施例4一種電纜半導(dǎo)電屏蔽材料，其包括以下組份和質(zhì)量份數(shù)LDPE85 份；EVA15 份乙炔炭黑30份沸石5份；雙(叔丁基過(guò)氧異丙基)苯3份；抗氧劑TPL0.2份。
實(shí)施例5一種電纜半導(dǎo)電屏蔽材料，其包括以下組份和質(zhì)量份數(shù)EVA100 份；超導(dǎo)電炭黑10份；沸石2份；過(guò)氧化二異丙苯2. 5份；抗氧劑3000.5份。
實(shí)施例6一種電纜半導(dǎo)電屏蔽材料，其包括以下組份和質(zhì)量份數(shù)LDPE40 份；EVA40 份；氯化聚乙烯20份；乙炔炭黑40份；沸石3份；雙(叔丁基過(guò)氧異丙基)苯5份；抗氧劑CA0.6份。
實(shí)施例7一種電纜半導(dǎo)電屏蔽材料，其包括以下組份和質(zhì)量份數(shù)LDPE60 份；EVA25 份；VAE15 份；超導(dǎo)電炭黑12份；沸石3份；雙(叔丁基過(guò)氧異丙基)苯5份；抗氧劑CA0.6份。
實(shí)施例8一種電纜半導(dǎo)電屏蔽材料，其包括以下組份和質(zhì)量份數(shù)LDPE30份；EVA50份EEA20份超導(dǎo)電炭黑15份沸石3份；過(guò)氧化二異丙苯3份；抗氧劑3001份。
實(shí)施例9一種電纜半導(dǎo)電屏蔽材料，其包括以下組份和質(zhì)量份數(shù)LDPE30份；EVA50份EEA20份超導(dǎo)電炭黑15份沸石3份；過(guò)氧化二甲酰3份；抗氧劑3001份。
實(shí)施例10一種電纜半導(dǎo)電屏蔽材料，其包括以下組份和質(zhì)量份數(shù)LDPE30份；EVA50份；EEA20份；超導(dǎo)電炭黑15份；沸石3份；二叔丁基過(guò)氧化物3份；抗氧劑BBM0. 1 份。
實(shí)施例11一種電纜半導(dǎo)電屏蔽材料，其包括以下組份和質(zhì)量份數(shù)LDPE50份；EVA40份氯丁橡膠10份；超導(dǎo)電炭黑15份沸石3份；過(guò)氧化二異丙苯4份；抗氧劑10760.4 份。
實(shí)施例127一種電纜半導(dǎo)電屏蔽材料，其包括以下組份和質(zhì)量份數(shù)LDPE50 份；EVA40 份；氯丁橡膠10份；超導(dǎo)電炭黑15份；沸石3份；雙(叔丁基過(guò)氧異丙基)苯4份；抗氧劑10760.4份。
實(shí)施例13一種電纜半導(dǎo)電屏蔽材料，其包括以下組份和質(zhì)量份數(shù)LDPE30 份；EVA50 份；氯磺化聚乙烯20份；超導(dǎo)電炭黑15份；沸石4份；雙(叔丁基過(guò)氧異丙基)苯4. 5份；抗氧劑CA0.8份。
上述這些實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種電纜半導(dǎo)電屏蔽材料，其特征在于包括以下組份和質(zhì)量份數(shù)聚乙烯和/或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物和/或改性橡膠 100100 份； 10-50 份； 1-5 份； 1. 5-5 份； 0. 1-1 份。導(dǎo)電碳黑沸石交聯(lián)劑抗氧劑
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電纜半導(dǎo)電屏蔽材料，其特征在于所述聚乙烯為低密度聚乙烯，其熔融指數(shù)為 0. 8-12g/10min，密度為 0. 91-0. 925g/cm3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述電纜半導(dǎo)電屏蔽材料，其特征在于所述乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中的乙酸乙烯酯含量在15%-28%之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述電纜半導(dǎo)電屏蔽材料，其特征在于所述改性橡膠為丁腈橡膠，其添加量為0-30份。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述電纜半導(dǎo)電屏蔽材料，其特征在于所述導(dǎo)電碳黑為乙炔炭黑或超導(dǎo)電炭黑，當(dāng)選用超導(dǎo)電炭黑時(shí)，其添加量為10-15份，當(dāng)選用乙炔炭黑時(shí)，其添加量為30-50份。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述電纜半導(dǎo)電屏蔽材料，其特征在于所述沸石為低硅鋁比沸石，晶粒尺寸小于0. lMm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種電纜半導(dǎo)電屏蔽材料，其包括以下組份和質(zhì)量份數(shù)聚乙烯和/或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物和/或改性橡膠100份；導(dǎo)電碳黑10-50份；沸石1-5份；交聯(lián)劑1.5-5份；抗氧劑0.1-1份。本發(fā)明在有效導(dǎo)出電流的同時(shí)，通過(guò)沸石的特殊作用，可以非常有效的中和空間電荷，阻止空間電荷向絕緣體轉(zhuǎn)移，達(dá)到有效消除空間電荷的目的；此外，本發(fā)明的材料與絕緣層有適當(dāng)?shù)慕又裕瑫r(shí)又要有良好的可剝離性，提高了最終產(chǎn)品的性能。
文檔編號(hào)C08K13/04GK102492199SQ20111037847
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月24日
發(fā)明者夏亞芳, 徐曼, 鐘力生, 陳曉軍, 韓俊杰 申請(qǐng)人:無(wú)錫江南電纜有限公司