本發(fā)明涉及一種10-220kv高壓電纜及其制備方法，特別涉及一種采用聚丙烯樹脂為基料制作的非交聯(lián)的高壓電纜及其制備方法。
背景技術(shù)：
：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)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(huán)保方向發(fā)展。目前國產(chǎn)35kv及以下半導(dǎo)電屏蔽料已完全國產(chǎn)化，而110-220kv超高壓半導(dǎo)電屏蔽料基本依賴進(jìn)口。國內(nèi)現(xiàn)有的電力電纜用半導(dǎo)電屏蔽料全部采用以eva(中文名：乙烯-醋酸乙烯共聚物，英文名：ethylene-vinylacetatecopolymer，簡稱eva)或pe(中文名：聚乙烯，英文名：polyethylene，簡稱pe)為基料，以導(dǎo)電炭黑為導(dǎo)電介質(zhì)，并添加交聯(lián)劑(dcp或taic等)及其他助劑制成。由于eva或pe樹脂耐溫等級低，不能滿足電力電纜對耐溫特性的要求，需添加交聯(lián)劑使塑料交聯(lián)變化為熱固性來提高其耐溫等級。上述添加交聯(lián)劑的用于高壓電纜的半導(dǎo)電屏蔽材料的缺點如下：1)添加交聯(lián)劑后，其分子結(jié)構(gòu)變?yōu)榫W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，密集的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)會阻礙導(dǎo)電炭黑的粒子間的連接，減少導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成，導(dǎo)致該高壓電纜復(fù)合材料體系的電導(dǎo)率降低，影響對電纜產(chǎn)品的電場均化效果。2)eva或pe交聯(lián)后就變?yōu)闊峁绦圆牧?，無法回收利用，不利于環(huán)保。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種非交聯(lián)、耐溫等級高、體積電阻率低、無污染且可回收再利用的用于10-220kv高壓電纜的半導(dǎo)電屏蔽材料及其制備方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：本發(fā)明的用于10-220kv高壓電纜的半導(dǎo)電屏蔽材料，由作為基料的聚丙烯樹脂和作為導(dǎo)電介質(zhì)的導(dǎo)電炭黑構(gòu)成非交聯(lián)且在20℃時的體積電阻率不大于10ω·cm，在90℃時的體積電阻率不大于20ω·cm的半導(dǎo)電屏蔽材料。所述導(dǎo)電介質(zhì)還包括直徑不大于5μm的的石墨烯粉；所述導(dǎo)電炭黑為清潔的乙炔炭黑，其顆粒直徑不大于40nm。該半導(dǎo)電屏蔽材料的拉伸強度在13-17mpa。該半導(dǎo)電屏蔽材料的斷裂伸長率在280-400％。本發(fā)明的用于10-220kv高壓電纜的半導(dǎo)電屏蔽材的制備方法，其包括以下步驟：1)混合步驟1、將石墨烯粉加入分散劑中，常溫下攪拌3-5小時構(gòu)成一級混合體；步驟2、將聚丙烯樹脂、導(dǎo)電炭黑粉體和上述一級混合體依次加入密煉機中，在180-185℃溫度下混煉5-8分鐘構(gòu)成二級混合體；步驟3、之后，將潤滑劑、抗氧劑、銅抑制劑、硬脂酸鋅加入該密煉機中，在180-185℃溫度下繼續(xù)混煉7-10分鐘構(gòu)成終級混合體；2)塑化、造粒步驟4、將密煉好的終級混合體注入單螺桿擠出機中，經(jīng)塑化、擠出、造粒制成該半導(dǎo)電屏蔽材料的顆粒；步驟5、將經(jīng)水冷和脫水處理后的所述顆粒置于溫度在50-60℃的沸騰床上進(jìn)行干燥；步驟6、經(jīng)振動篩進(jìn)行顆粒篩選后，稱重包裝入庫。本發(fā)明的所述半導(dǎo)電屏蔽材料的制備方法中，按質(zhì)量組分計算，其中，聚丙烯樹脂：53％-60％；石墨烯粉：0.5％-5％；導(dǎo)電炭黑：23％-29％；分散劑：3％-9％；潤滑劑：8％-15％；抗氧劑：0.3％-1％；銅抑制劑：0.2％-0.8％；硬脂酸鋅：0.5％-1％。本發(fā)明的所述半導(dǎo)電屏蔽材料的制備方法中，所述分散劑為n-甲基吡咯烷酮。本發(fā)明的所述半導(dǎo)電屏蔽材料的制備方法中，所述潤滑劑為n’,n’-乙撐雙硬脂酰胺或pe精蠟。本發(fā)明的所述半導(dǎo)電屏蔽材料的制備方法中，所述抗氧劑為2,6-二叔丁對甲酚或β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯。本發(fā)明的所述半導(dǎo)電屏蔽材料的制備方法中，所述銅抑制劑為2,2-草酰胺基雙-[乙基-3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)]丙酸酯。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明選用聚丙烯樹脂作為基料，采用乙炔炭黑和石墨烯共同作為導(dǎo)電介質(zhì)，不僅提高了屏蔽料的導(dǎo)電性能和熱穩(wěn)定性，而且由于聚丙烯樹脂機械性能優(yōu)良、耐溫等級高的原因，本發(fā)明的半導(dǎo)電屏蔽材料在無需交聯(lián)的情況下即可長期在-20℃-95℃環(huán)境中工作。本發(fā)明針對中、高、超高壓電纜用半導(dǎo)電屏蔽材料，實現(xiàn)了耐溫高、非交聯(lián)、環(huán)保可回收、低電阻及熱穩(wěn)定等特性要求，應(yīng)用于電纜產(chǎn)品后，不僅可提高均化電場效果，防止局部放電產(chǎn)生，提高電纜運行的可靠性和壽命。由于聚丙烯樹脂為一種無毒、無臭、無味的非極性材料且所制成的半導(dǎo)電屏蔽材料為非交聯(lián)型，因此，當(dāng)電纜產(chǎn)品更換或廢棄后，該半導(dǎo)電屏蔽材料無污染且易于回收再利用。附圖說明圖1是本發(fā)明的半導(dǎo)電屏蔽材料的制備方法的流程圖。具體實施方式本發(fā)明的用于10-220kv高壓電線的半導(dǎo)電屏蔽材料是一種用非交聯(lián)的聚丙烯樹脂作為基料和導(dǎo)電炭黑作為導(dǎo)電介質(zhì)構(gòu)成的半導(dǎo)電屏蔽材料。作為優(yōu)選方案，所述導(dǎo)電介質(zhì)采用導(dǎo)電炭黑和石墨烯的混合材料。聚丙烯是一種無毒、無臭、無味的非極性材料，密度為0.91g/cm3，是目前所有塑料中最輕的品種之一。在非交聯(lián)時也有強度高、硬度大、耐磨、耐彎曲疲勞等優(yōu)良的機械性能和耐化學(xué)性能。其還具有優(yōu)良的抗吸濕性，在水中的吸水率僅為0.01％。聚丙烯具有良好的耐熱性，其制品能在100℃以上溫度中進(jìn)行消毒滅菌，在不受外力的情況下，150℃也不會自動變形，將其應(yīng)用于電力電纜的半導(dǎo)電屏蔽料中具有重要價值。同時，由于其耐溫等級高，無需交聯(lián)即可在-20℃-95℃環(huán)境中長期工作，可實現(xiàn)回收利用，符合環(huán)保要求。石墨烯粉體具有良好的導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能，將其與導(dǎo)電炭黑一起作為導(dǎo)電填料復(fù)合添加到高分子材料中，石墨烯的微片結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電炭黑的球狀結(jié)構(gòu)不僅在導(dǎo)電通道形成方面形成互補，同時由于石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)熱性，從而明顯提高半導(dǎo)電屏蔽材料的導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性。如圖1所示，本發(fā)明的用于10-220kv高壓電纜的半導(dǎo)電屏蔽材料采用下以方法制作：1、各組分按以下質(zhì)量百分比組成：聚丙烯樹脂：53％-60％；導(dǎo)電炭黑：23％-29％；石墨烯粉：0.5％-5％；分散劑：3％-9％；潤滑劑：8％-15％；抗氧劑：0.3％-1％；銅抑制劑：0.2％-0.8％；硬脂酸鋅：0.5％-1％。2、各組分材料特性選用石墨烯粉和導(dǎo)電炭黑共同作為導(dǎo)電介質(zhì)，材料的導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性明顯提高。所述石墨烯粉呈微片狀，其直徑不大于5μm；所述導(dǎo)電炭黑為清潔的乙炔炭黑，顆粒直徑不大于40nm。分散劑為n-甲基吡咯烷酮，是一種選擇性強和穩(wěn)定性好的極性溶劑，對石墨烯粉體有較好的分散能力，且對聚丙烯樹脂有較大的溶解度，具有毒性低、沸點高、溶解力強、不易燃、可生物降解、可回收利用、使用安全等優(yōu)點。潤滑劑為n’,n’-乙撐雙硬脂酰胺(簡稱潤滑劑01)或pe精蠟(簡稱潤滑劑02)，這兩類潤滑劑的熔點、揮發(fā)度、純度較一般低分子量的烴類潤滑劑高，在超高溫條件下不易被單相分解，具有優(yōu)良的穩(wěn)定性?？寡鮿?,6-二叔丁基對甲酚(簡稱抗氧化劑01)或β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯(簡稱抗氧化劑02)，用來抑制或延緩半導(dǎo)電屏蔽料的熱降解和氧化降解，延長電纜的使用壽命。銅抑制劑為2,2-草酰胺基雙-[乙基-3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)]丙酸酯，用來抑制電纜銅導(dǎo)體和半導(dǎo)電屏蔽材料之間可能出現(xiàn)的化學(xué)作用。硬脂酸鋅與潤滑劑協(xié)同作用，可降低材料在加工過程中與機械內(nèi)部的摩擦，提高材料的流動性。本發(fā)明的半導(dǎo)電屏蔽材料在20℃時的體積電阻率不大于10ω·cm，在90℃時的體積電阻率不大于20ω·cm。3、制作步驟1)混合步驟1、先將分散劑放入不銹鋼桶中(不銹鋼桶尺寸：直徑350mm×高365mm)，再將微片狀的石墨烯粉體在r6201a型攪拌機的攪拌下，徐徐加入該不銹鋼桶中與所述分散劑進(jìn)行混合，待石墨烯粉體全部溶入后，在常溫下以200rpm的轉(zhuǎn)速攪拌3-5小時構(gòu)成一級混合體，該一級混合體為均勻分散且無沉淀、無團(tuán)聚現(xiàn)象的黑色懸浮液體系。步驟2、將聚丙烯樹脂、導(dǎo)電炭黑粉體和上述一級混合體依次加入ksml-75型密煉機中，將密煉機加壓蓋壓下(加壓蓋壓力6kg/cm2)，在180-185℃溫度下混煉5-8分鐘構(gòu)成二級混合體，密煉機的攪拌軸轉(zhuǎn)速為：前軸42rpm，后軸33rpm。該二級混合體為可塑的黑色固體。由于聚丙烯的熔融溫度較高(在165℃左右)，因此，選擇180-185℃混煉，能確保熔融混合物的流變性和可加工性。步驟3、之后，將密煉機加壓蓋升起，再將潤滑劑、抗氧劑、銅抑制劑、硬脂酸鋅加入該密煉機中，壓下密煉機加壓蓋，在180-185℃溫度下與所述二級混合體一起繼續(xù)混煉7-10分鐘構(gòu)成終級混合體(密煉機的攪拌軸轉(zhuǎn)速同前)。2)塑化、造粒步驟4、將密煉好的終級混合體注入ksd-150型的單螺桿擠出機中，經(jīng)塑化、擠出、造粒制成直徑×高度為3.5mm×3mm圓柱形的半導(dǎo)電屏蔽材料顆粒。在擠出機篩板內(nèi)側(cè)依次疊置三層不銹鋼濾網(wǎng)，三層不銹鋼濾網(wǎng)的目數(shù)為40目、80目和60目，擠出機螺桿轉(zhuǎn)速為120rpm，造粒用900rpm切刀旋轉(zhuǎn)。擠出機各區(qū)溫度(℃)如下：1區(qū)2區(qū)3區(qū)機頭170178183185步驟5、將經(jīng)水冷(水冷卻水溫度32℃)和脫水處理(脫水時離心機轉(zhuǎn)速為1440rpm)后的所述顆粒置于型號為600型的沸騰床上進(jìn)行干燥，沸騰床風(fēng)機的風(fēng)量為12000m3/h，干燥溫度為50-60℃。步驟6、干燥后半導(dǎo)電屏蔽材料顆粒經(jīng)振動篩振動篩選后，將符合粒度要求的顆粒稱重包裝入庫。振動篩上層孔徑為ф5mm、下層孔徑為ф2mm、長度為1m，振動力為2.2kn，振動頻率為每分鐘180次。本發(fā)明的各實施例見表1(其中參數(shù)僅為混合流程中各實施例對應(yīng)的參數(shù)，而塑化、造粒工藝流程各實施例相同)。各實施例對應(yīng)的性能測試表見表2，其中半導(dǎo)電屏蔽材料的密度、拉伸強度、斷裂伸長率和體積電阻率分別按gb/t1033-2008、gb/t1040-2006、gb/t2951.12-2008和gb/t3048.3-2007進(jìn)行測試。其中，半導(dǎo)電屏蔽材料在溫度(135±2)℃和168小時的條件下進(jìn)行熱老化試驗，老化后的拉伸強度和斷裂伸長率分別按gb/t1040-2006和gb/t2951.12-2008進(jìn)行測試。現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)采用jb/t10738-2007。表1－各實施例組分表2－各實施例對應(yīng)的性能測試表當(dāng)前第1頁12