[發明專利]6-220 kV高壓電纜用非交聯改性聚丙烯基石墨烯復合半導電屏蔽料及其制備方法

在審

• 申請號: 202110565754.1
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113292810A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 霍振平;陸洲;吳俊;吳曉晨;魏息平;陳剛
• 申請（專利權）人: 常州中超石墨烯電力科技有限公司
• 主分類號: C08L53/00
• 分類號: C08L53/00;C08K3/04
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明公開了6?220 kV高壓電纜用非交聯改性聚丙烯基石墨烯復合半導電屏蔽料及其制備方法，屬于電纜屏蔽領域，對聚丙烯樹脂基料進行改性，而且解決了石墨烯不易分散的問題，制備得到的屏蔽料使用壽命長，性能更穩定。本發明采用氧化石墨烯和聚丙烯嵌段共聚物樹脂形成復合物，氧化石墨烯和聚丙烯嵌段共聚物樹脂能夠產生共軛結構使分子能降低，增強了聚丙烯樹脂的穩定性，使屏蔽料的使用壽命更長，而且能改善聚丙烯樹脂的物理機械性能；且改性聚丙烯采用非交聯形式做到環保可回收，石墨烯/聚丙烯樹脂復合物，石墨烯和導電炭黑共同作為導電介質，增強了屏蔽料的導電性和熱穩定性，而且解決了石墨烯不易分散，容易團聚的問題，而且以石墨為原料，降低了生產成本。

技術領域

本發明屬于電纜屏蔽領域，尤其涉及6-220 kV高壓電纜用非交聯改性聚丙烯基石墨烯復合半導電屏蔽料及其制備方法。

背景技術

隨著我國經濟的快速發展和對電力能源需求量的提高，高壓電力電纜的使用量越來越大，并且不斷向高壓、超高壓、大容量和環保方向發展。目前國產 35 kV及以下半導電屏蔽料已完全取代進口，而110-220 kV 超高壓半導電屏蔽料基本依賴進口。國內現有的電力電纜用半導電屏蔽料全部采用以 EVA 或 PE 為基料，以炭黑為導電填料，并添加交聯劑（DCP 或 TAIC 等）及其他助劑制成。因為EVA 或 PE 樹脂耐溫等級低，不能滿足電力電纜運行要求，需添加交聯劑使塑料交聯變化為熱固性來提高其耐溫等級。但添加交聯劑的缺點是：一方面在添加交聯劑后其分子結構將變為網狀結構，密集的網狀結構會阻礙炭黑粒子間連接，減少導電網絡的形成，導致復合材料體系的電導率降低，影響對電纜產品的電場均化效果；二是 EVA 或 PE 交聯后就變為熱固性材料，無法回收利用，不利于環保。

發明內容

本發明提供了6-220 kV高壓電纜用非交聯聚丙烯基石墨烯復合半導電屏蔽料及其制備方法，對聚丙烯樹脂基料進行改性，而且解決了石墨烯不易分散的問題，制備得到的屏蔽料使用壽命長，性能更穩定。

為實現以上目的，本發明采用以下技術方案：

6-220 kV高壓電纜用非交聯改性聚丙烯基石墨烯復合半導電屏蔽料及其制備方法，包括以下質量分數組分：50%-60%氧化石墨烯/聚丙烯嵌段共聚物復合物、25%-30%導電炭黑、1%-8%石墨烯。

以上所述屏蔽料中，所述石墨烯由氧化石墨烯/聚丙烯嵌段共聚物復合物中的氧化石墨烯部分氧化得到，為石墨烯-氧化石墨烯/聚丙烯嵌段共聚物樹脂復合物；所述導電炭黑為高結構導電炭黑；所述聚丙烯嵌段共聚物為聚丙烯主鏈上嵌段共聚2%-3%乙烯單體。

6-220 kV高壓電纜用非交聯改性聚丙烯基石墨烯復合半導電屏蔽料及其制備方法，包括以下步驟：

步驟1：在聚丙烯的主鏈上嵌段共聚2%-3%的乙烯單體，得到聚丙烯嵌段共聚物；

步驟2：將步驟1得到的聚丙烯嵌段共聚物加入有機溶劑中，再加入氧化石墨烯，在高速攪拌下得到氧化石墨烯/聚丙烯嵌段共聚物復合物溶液；

步驟3：在步驟2得到的氧化石墨烯/聚丙烯樹脂溶液中加入少量還原劑，將氧化石墨烯部分還原得到石墨烯-氧化石墨烯/聚丙烯嵌段共聚物樹脂；

步驟4：將導電炭黑和步驟3得到的石墨烯-氧化石墨烯/聚丙烯嵌段共聚物樹脂180℃-185℃混煉5-10分鐘，再加入抗氧化劑、銅抑制劑、硬脂酸鋅繼續混煉5-10分鐘；

步驟5：將混煉后的混合體進行塑化、造粒得到復合半導電屏蔽料。

以上所述步驟中，步驟2中所述高速攪拌的速度為1000-1300轉/分鐘，所述氧化石墨烯與聚丙烯嵌段共聚物的質量比為1.5:1；步驟3中的還原劑為水合肼，所述水合肼與氧化石墨烯的摩爾比為0.02:1；步驟4中所述抗氧化劑質量分數為0.2%-5%、銅抑制劑0.2%-5%、硬脂酸鋅0.5%-3%。