本發(fā)明涉及一種基于微膠囊導(dǎo)入技術(shù)的電纜用屏蔽材料的制備方法，屬于電纜材料
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：標(biāo)準(zhǔn)電力電纜的電纜芯線通常含有一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體，電纜芯線周圍被多層聚合材料包圍，這些材料包括第一半導(dǎo)電屏蔽內(nèi)層（導(dǎo)體或絞線束屏蔽層）、絕緣層、第二半導(dǎo)電屏蔽層（絕緣屏蔽或外半導(dǎo)體層）、金屬帶或金屬線屏蔽層及保護(hù)套。半導(dǎo)體屏蔽內(nèi)層通常都是粘合而成的。半導(dǎo)體屏蔽外層可粘結(jié)在絕緣體上也可放在其上。濕化密封材料也可加入包圍層中。多年來(lái)，多層電力電纜都使用了聚合半導(dǎo)電屏蔽材料。一般來(lái)說(shuō)，這些屏蔽材料都用于制備額定電壓大于ikv的固體絕緣電力電纜，既可構(gòu)成高電壓導(dǎo)體和一次絕緣體間的中間傳導(dǎo)率層，也可構(gòu)成一次絕緣體和地面或中性電壓間的中間傳導(dǎo)率層。該半導(dǎo)電材料的體積電阻一般為10-1～108ω·cm。通常，內(nèi)層或外層屏蔽材料含有聚烯烴，如乙烯/醋酸乙烯酯共聚物（該共聚物的醋酸乙烯酯含量較高）、導(dǎo)電炭黑、有機(jī)過(guò)氧化交聯(lián)劑，以及丁腈橡膠（一種剝離力減小助劑）、加工助劑及抗氧化劑等其它傳統(tǒng)添加劑。這些材料通常以粒狀或球狀形式存在。聚通常，將屏蔽材料導(dǎo)入壓出機(jī)，將其在導(dǎo)電體周圍進(jìn)行共壓出，以生成電纜。石墨烯作為一種導(dǎo)電率非常優(yōu)異的二維新型材料，其電阻率為10-8ω·m，比銀銅更低，將石墨烯用于聚合物半導(dǎo)電屏蔽料的導(dǎo)電填料能在低填充量的情況下保持良好的導(dǎo)電率，從而改善了其在電纜制備時(shí)的加工性能。cn104356487a涉及一種電纜用石墨烯半導(dǎo)電屏蔽料的制備方法，通過(guò)將石墨烯和樹(shù)脂分別與有機(jī)溶液混合，得到石墨烯混合溶液和樹(shù)脂混合溶液，然后將石墨烯溶液與樹(shù)脂混合溶液混合，得到石墨烯和樹(shù)脂的混合溶液，然后在惰性氣體保護(hù)下，通過(guò)噴霧干燥造粒得到所述的電纜用半導(dǎo)電屏蔽料。但是石墨烯在聚合物材料中存在著分散性不好的問(wèn)題，導(dǎo)致電磁屏蔽材料的屏蔽作用不高。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于：常規(guī)的采用石墨烯和樹(shù)脂共混得到的電纜半導(dǎo)電屏蔽材料存在的電阻率高、材料均勻性低的問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題，采用了如下技術(shù)手段：本發(fā)明利用了微膠囊包覆技術(shù)成功地制備得到了含有石墨烯的微膠囊，通過(guò)將微膠囊表面改性之后，可以與屏蔽材料之間形成較好的分散，實(shí)現(xiàn)了電阻率降低的效果。技術(shù)方案是：一種基于微膠囊導(dǎo)入技術(shù)的電纜用屏蔽材料的制備方法，包括如下步驟：第1步，表面交聯(lián)修飾的氧化石墨烯的制備：按重量份計(jì)，取氧化石墨烯（go）20～30份分散于250～320份的無(wú)水乙醇中，再加入hcl調(diào)節(jié)分散液的ph至3～4，然后將1～5wt%硅烷偶聯(lián)劑的乙醇溶液200～350份緩慢滴加入上述分散液中，升溫至50～60℃進(jìn)行反應(yīng)15～20h，離心分離，固體物依次用無(wú)水乙醇和去離子水洗滌，真空干燥后得到表面交聯(lián)修飾的氧化石墨烯；第2步，表面功能化的石墨烯的制備：將表面交聯(lián)修飾的氧化石墨烯15～25份分散于220～350份的無(wú)水乙醇中，然后加入50～80份的水合肼，升溫至55～65℃進(jìn)行反應(yīng)15～20h，將產(chǎn)物離心分離后，依次經(jīng)過(guò)無(wú)水乙醇洗滌、去離子水洗滌、真空干燥后，得到表面功能化的石墨烯；第3步，芯材的制備：按重量份計(jì)，將tdi（甲苯-2,4-二異氰酸酯）25～45份、聚醚15～25份、dmpa（2,2-二羥基丙酸）5～12份、表面功能化的石墨烯5～8份混合均勻，升溫至75～80℃，加入有機(jī)錫催化劑2～3份進(jìn)行反應(yīng)2～4h，再加入擴(kuò)鏈劑3～6份進(jìn)行反應(yīng)2～4h，得到芯液；第4步，壁材的制備：按重量份計(jì)，將殼聚糖30～45份和二氧化硅氣凝膠25～30份混合，升溫至75～85℃攪拌均勻，作為壁材；第5步，微膠囊的制備：按重量份計(jì)，將芯液10～15份滴加入75～85℃的壁材30～45份中，邊滴加邊攪拌，滴加完畢后，繼續(xù)在55～60℃下攪拌2～4h，自然冷卻，再加入石油醚洗滌，濾出固體物，真空干燥后得到微膠囊；第6步，電纜屏蔽材料的制備：將按重量份計(jì)，將微膠囊20～25份分散于乙酸乙酯10～12份中，得到微膠囊溶液；再將聚合物30～40份溶解于乙酸乙酯18～24份中，得到聚合物溶液；將微膠囊溶液與聚合物溶液混合之后，通過(guò)擠出機(jī)進(jìn)行擠出造粒，得到電纜屏蔽材料。所述的第1步中，所述的硅烷偶聯(lián)劑選自kh550、kh560或者kh570。所述的第3步中，所述的有機(jī)錫催化劑是指二丁基二月桂酸錫。所述的第3步中，所述的聚醚是指聚醚e-210。所述的第3步中，所述的擴(kuò)鏈劑為l,4-丁二醇、新戊二醇、乙二醇、一縮二乙二醇、甘油、順丁烯二酸酐、三羥甲基丙烷、乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺或二羥甲基丙酸中的一種或幾種的混合物。所述的第4步中，攪拌時(shí)間是1～2h。所述的第5步中，真空干燥的溫度是40～45℃。所述的第6步中，聚合物選自聚乙烯、聚丙烯或者聚氯乙烯中的一種或者幾種的混合。有益效果：本發(fā)明利用了微膠囊技術(shù)，可以較好地實(shí)現(xiàn)石墨烯在聚合物材料中的分散，可以明顯地降低屏蔽材料的電阻率；通過(guò)對(duì)石墨烯的表面功能化，可以實(shí)現(xiàn)其在微膠囊制備過(guò)程中的分散性和包覆性，使石墨烯在微膠囊中的較好地包覆，使得到的微膠囊的導(dǎo)入效果更好，降低屏蔽材料的電阻率。具體實(shí)施方式實(shí)施例1第1步，表面交聯(lián)修飾的氧化石墨烯的制備：按重量份計(jì)，取氧化石墨烯（go）20份分散于250份的無(wú)水乙醇中，再加入hcl調(diào)節(jié)分散液的ph至3，然后將1wt%kh550硅烷偶聯(lián)劑的乙醇溶液200份緩慢滴加入上述分散液中，升溫至50℃進(jìn)行反應(yīng)15h，離心分離，固體物依次用無(wú)水乙醇和去離子水洗滌，真空干燥后得到表面交聯(lián)修飾的氧化石墨烯；第2步，表面功能化的石墨烯的制備：將表面交聯(lián)修飾的氧化石墨烯15份分散于220份的無(wú)水乙醇中，然后加入50份的水合肼，升溫至55℃進(jìn)行反應(yīng)15h，將產(chǎn)物離心分離后，依次經(jīng)過(guò)無(wú)水乙醇洗滌、去離子水洗滌、真空干燥后，得到表面功能化的石墨烯；第3步，芯材的制備：按重量份計(jì)，將tdi（甲苯-2,4-二異氰酸酯）25份、聚醚e-21015份、dmpa（2,2-二羥基丙酸）5份、表面功能化的石墨烯5份混合均勻，升溫至75℃，加入二丁基二月桂酸錫2份進(jìn)行反應(yīng)2h，再加入擴(kuò)鏈劑乙二醇3份進(jìn)行反應(yīng)2h，得到芯液；第4步，壁材的制備：按重量份計(jì)，將殼聚糖30份和二氧化硅氣凝膠25份混合，升溫至75℃攪拌1h，作為壁材；第5步，微膠囊的制備：按重量份計(jì)，將芯液10份滴加入75℃的壁材30份中，邊滴加邊攪拌，滴加完畢后，繼續(xù)在55℃下攪拌2h，自然冷卻，再加入石油醚洗滌，濾出固體物，40℃真空干燥后得到微膠囊；第6步，電纜屏蔽材料的制備：將按重量份計(jì)，將微膠囊20份分散于乙酸乙酯10份中，得到微膠囊溶液；再將聚氯乙烯30份溶解于乙酸乙酯18份中，得到聚合物溶液；將微膠囊溶液與聚合物溶液混合之后，通過(guò)擠出機(jī)進(jìn)行擠出造粒，得到電纜屏蔽材料。實(shí)施例2第1步，表面交聯(lián)修飾的氧化石墨烯的制備：按重量份計(jì)，取氧化石墨烯（go）30份分散于320份的無(wú)水乙醇中，再加入hcl調(diào)節(jié)分散液的ph至4，然后將5wt%kh550硅烷偶聯(lián)劑的乙醇溶液350份緩慢滴加入上述分散液中，升溫至60℃進(jìn)行反應(yīng)20h，離心分離，固體物依次用無(wú)水乙醇和去離子水洗滌，真空干燥后得到表面交聯(lián)修飾的氧化石墨烯；第2步，表面功能化的石墨烯的制備：將表面交聯(lián)修飾的氧化石墨烯25份分散于350份的無(wú)水乙醇中，然后加入80份的水合肼，升溫至65℃進(jìn)行反應(yīng)20h，將產(chǎn)物離心分離后，依次經(jīng)過(guò)無(wú)水乙醇洗滌、去離子水洗滌、真空干燥后，得到表面功能化的石墨烯；第3步，芯材的制備：按重量份計(jì)，將tdi（甲苯-2,4-二異氰酸酯）45份、聚醚e-21025份、dmpa（2,2-二羥基丙酸）12份、表面功能化的石墨烯8份混合均勻，升溫至80℃，加入二丁基二月桂酸錫3份進(jìn)行反應(yīng)4h，再加入擴(kuò)鏈劑乙二醇6份進(jìn)行反應(yīng)4h，得到芯液；第4步，壁材的制備：按重量份計(jì)，將殼聚糖45份和二氧化硅氣凝膠30份混合，升溫至85℃攪拌2h，作為壁材；第5步，微膠囊的制備：按重量份計(jì)，將芯液15份滴加入85℃的壁材45份中，邊滴加邊攪拌，滴加完畢后，繼續(xù)在60℃下攪拌4h，自然冷卻，再加入石油醚洗滌，濾出固體物，45℃真空干燥后得到微膠囊；第6步，電纜屏蔽材料的制備：將按重量份計(jì)，將微膠囊25份分散于乙酸乙酯12份中，得到微膠囊溶液；再將聚氯乙烯40份溶解于乙酸乙酯24份中，得到聚合物溶液；將微膠囊溶液與聚合物溶液混合之后，通過(guò)擠出機(jī)進(jìn)行擠出造粒，得到電纜屏蔽材料。實(shí)施例3第1步，表面交聯(lián)修飾的氧化石墨烯的制備：按重量份計(jì)，取氧化石墨烯（go）25份分散于270份的無(wú)水乙醇中，再加入hcl調(diào)節(jié)分散液的ph至3，然后將3wt%kh550硅烷偶聯(lián)劑的乙醇溶液300份緩慢滴加入上述分散液中，升溫至5℃進(jìn)行反應(yīng)17h，離心分離，固體物依次用無(wú)水乙醇和去離子水洗滌，真空干燥后得到表面交聯(lián)修飾的氧化石墨烯；第2步，表面功能化的石墨烯的制備：將表面交聯(lián)修飾的氧化石墨烯18份分散于240份的無(wú)水乙醇中，然后加入70份的水合肼，升溫至60℃進(jìn)行反應(yīng)15h，將產(chǎn)物離心分離后，依次經(jīng)過(guò)無(wú)水乙醇洗滌、去離子水洗滌、真空干燥后，得到表面功能化的石墨烯；第3步，芯材的制備：按重量份計(jì)，將tdi（甲苯-2,4-二異氰酸酯）33份、聚醚e-21017份、dmpa（2,2-二羥基丙酸）7份、表面功能化的石墨烯7份混合均勻，升溫至78℃，加入二丁基二月桂酸錫2份進(jìn)行反應(yīng)3h，再加入擴(kuò)鏈劑乙二醇5份進(jìn)行反應(yīng)3h，得到芯液；第4步，壁材的制備：按重量份計(jì)，將殼聚糖35份和二氧化硅氣凝膠28份混合，升溫至80℃攪拌2h，作為壁材；第5步，微膠囊的制備：按重量份計(jì)，將芯液12份滴加入80℃的壁材40份中，邊滴加邊攪拌，滴加完畢后，繼續(xù)在58℃下攪拌3h，自然冷卻，再加入石油醚洗滌，濾出固體物，42℃真空干燥后得到微膠囊；第6步，電纜屏蔽材料的制備：將按重量份計(jì)，將微膠囊22份分散于乙酸乙酯11份中，得到微膠囊溶液；再將聚氯乙烯35份溶解于乙酸乙酯22份中，得到聚合物溶液；將微膠囊溶液與聚合物溶液混合之后，通過(guò)擠出機(jī)進(jìn)行擠出造粒，得到電纜屏蔽材料。對(duì)比例1與實(shí)施例3的區(qū)別在于：石墨烯未經(jīng)過(guò)制備微膠囊，而是直接添加于聚合物材料中制備屏蔽材料。第1步，表面交聯(lián)修飾的氧化石墨烯的制備：按重量份計(jì)，取氧化石墨烯（go）25份分散于270份的無(wú)水乙醇中，再加入hcl調(diào)節(jié)分散液的ph至3，然后將3wt%kh550硅烷偶聯(lián)劑的乙醇溶液300份緩慢滴加入上述分散液中，升溫至5℃進(jìn)行反應(yīng)17h，離心分離，固體物依次用無(wú)水乙醇和去離子水洗滌，真空干燥后得到表面交聯(lián)修飾的氧化石墨烯；第2步，表面功能化的石墨烯的制備：將表面交聯(lián)修飾的氧化石墨烯18份分散于240份的無(wú)水乙醇中，然后加入70份的水合肼，升溫至60℃進(jìn)行反應(yīng)15h，將產(chǎn)物離心分離后，依次經(jīng)過(guò)無(wú)水乙醇洗滌、去離子水洗滌、真空干燥后，得到表面功能化的石墨烯；第3步，電纜屏蔽材料的制備：將按重量份計(jì)，將表面功能化的石墨烯22份分散于乙酸乙酯11份中，得到微膠囊溶液；再將聚氯乙烯35份溶解于乙酸乙酯22份中，得到聚合物溶液；將微膠囊溶液與聚合物溶液混合之后，通過(guò)擠出機(jī)進(jìn)行擠出造粒，得到電纜屏蔽材料。對(duì)比例2與實(shí)施例3的區(qū)別在于：石墨烯未經(jīng)過(guò)表面功能化修飾。第1步，表面交聯(lián)修飾的氧化石墨烯的制備：按重量份計(jì)，取氧化石墨烯（go）25份分散于270份的無(wú)水乙醇中，再加入hcl調(diào)節(jié)分散液的ph至3，然后將3wt%kh550硅烷偶聯(lián)劑的乙醇溶液300份緩慢滴加入上述分散液中，升溫至5℃進(jìn)行反應(yīng)17h，離心分離，固體物依次用無(wú)水乙醇和去離子水洗滌，真空干燥后得到表面交聯(lián)修飾的氧化石墨烯；第2步，芯材的制備：按重量份計(jì)，將tdi（甲苯-2,4-二異氰酸酯）33份、聚醚e-21017份、dmpa（2,2-二羥基丙酸）7份、表面交聯(lián)修飾的氧化石墨烯7份混合均勻，升溫至78℃，加入二丁基二月桂酸錫2份進(jìn)行反應(yīng)3h，再加入擴(kuò)鏈劑乙二醇5份進(jìn)行反應(yīng)3h，得到芯液；第3步，壁材的制備：按重量份計(jì)，將殼聚糖35份和二氧化硅氣凝膠28份混合，升溫至80℃攪拌2h，作為壁材；第4步，微膠囊的制備：按重量份計(jì)，將芯液12份滴加入80℃的壁材40份中，邊滴加邊攪拌，滴加完畢后，繼續(xù)在58℃下攪拌3h，自然冷卻，再加入石油醚洗滌，濾出固體物，42℃真空干燥后得到微膠囊；第5步，電纜屏蔽材料的制備：將按重量份計(jì)，將微膠囊22份分散于乙酸乙酯11份中，得到微膠囊溶液；再將聚氯乙烯35份溶解于乙酸乙酯22份中，得到聚合物溶液；將微膠囊溶液與聚合物溶液混合之后，通過(guò)擠出機(jī)進(jìn)行擠出造粒，得到電纜屏蔽材料。以上制備得到的電纜屏蔽材料的表征性能結(jié)果如下：電阻率ω·cm拉伸強(qiáng)度mpa拉斷伸長(zhǎng)率%實(shí)施例143.312.4320實(shí)施例242.113.2340實(shí)施例341.215.2360對(duì)比例176.712.3280對(duì)比例259.213.4270從上表中可以看出，本發(fā)明提供的電纜屏蔽材料具有較低的電阻率，可以應(yīng)用于電纜的電磁屏蔽，實(shí)施例3相對(duì)于對(duì)比例1來(lái)說(shuō)，通過(guò)將石墨烯進(jìn)行了微膠囊包覆，使其更好地分散于聚合物材料當(dāng)中，使電阻率顯著下降；實(shí)施例3相對(duì)于對(duì)比例2來(lái)說(shuō)，通過(guò)對(duì)石墨烯的表面功能化修飾，使其能夠與壁材之間分散性更好，能夠較好地被壁材包覆，形成尺寸小而分散性均勻的微膠囊包覆石墨烯，能夠降低電阻率，并能夠提高拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率。當(dāng)前第1頁(yè)12