本發(fā)明涉及一種高壓直流電纜用半導(dǎo)電屏蔽材料及其制備方法，屬于高壓電纜材料及其制備。

背景技術(shù)：

1、絕緣材料在高壓直流電場下的空間電荷積聚問題已成為制約高壓直流電纜發(fā)展的主要因素?？臻g電荷的累積將會(huì)導(dǎo)致絕緣層局部電場發(fā)生畸變，加速材料的老化，降低材料的擊穿強(qiáng)度，可能引發(fā)局部放電等嚴(yán)重的事故，造成不可預(yù)料的后果。半導(dǎo)電屏蔽層是高壓交直流電纜的重要組成部分，能夠與電纜導(dǎo)體、金屬屏蔽層形成等電位，形成絕緣層與高壓電位、地電位間的光滑界面，起到消除電纜絕緣和導(dǎo)體與金屬屏蔽界面缺陷、均勻電場、抑制空間電荷向絕緣層注入等作用。但目前高壓直流電纜用半導(dǎo)電屏蔽材料的導(dǎo)電填料炭黑在基體樹脂中的分散不均勻，易形成較大的填料顆粒，可使半導(dǎo)電屏蔽層表面形成較多、較大的突起，影響屏蔽層/絕緣層界面的光滑度，進(jìn)而增大屏蔽層/絕緣層界面的電場強(qiáng)度，增加半導(dǎo)電屏蔽層向絕緣層中的電荷注入，導(dǎo)致絕緣層的空間電荷積聚。

2、同時(shí)，半導(dǎo)電屏蔽材料作為高壓電纜的重要組成部分，在生產(chǎn)和使用過程中極易在熱和氧的作用下發(fā)生老化，影響其介電性能、力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性，降低電纜的使用壽命?？寡鮿┠苎泳従酆衔锏难趸匣?，是半導(dǎo)電屏蔽材料必不可少的組分。半導(dǎo)電屏蔽材料中所使用的抗氧劑主要有抗氧劑300，2246，1035，1010等，然而這些抗氧劑屬于添加型抗氧劑，在電纜的生產(chǎn)、儲(chǔ)存和使用過程中，容易遷移析出而損失，同時(shí)其與樹脂相容性較差，有效濃度低，從而降低了抗氧劑的抗氧化效果。

3、因此，研制可抑制電荷向絕緣層注入，改善絕緣層直流介電性能，耐熱老化性能提高的高壓直流電纜用半導(dǎo)電屏蔽材料及其制備方法是十分必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有半導(dǎo)電屏蔽材料中導(dǎo)電填料炭黑在基體樹脂中分散不均勻，使半導(dǎo)電屏蔽層/絕緣層界面電場增強(qiáng)、電荷向絕緣層注入增加，以及添加型抗氧劑易遷移、析出，降低半導(dǎo)電屏蔽材料耐熱老化性能的問題，提供一種高壓直流電纜用半導(dǎo)電屏蔽材料及其制備方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案：

3、本發(fā)明的目的之一是提供一種高壓直流電纜用半導(dǎo)電屏蔽材料，該半導(dǎo)電屏蔽材料由以下重量份數(shù)原料制成：100份基體樹脂、25～60份炭黑、0.02～6份引發(fā)劑和0.01～10份反應(yīng)型抗氧劑；

4、所述反應(yīng)型抗氧劑為n-(3-甲基丙烯酰氧基-2-羥丙基)-n'-苯基對苯二胺、n-(4-苯胺基苯基)馬來酰亞胺或n-(4-苯胺基苯基)甲基丙烯酰胺。

5、進(jìn)一步限定，反應(yīng)型抗氧劑為0.05～10份n-(3-甲基丙烯酰氧基-2-羥丙基)-n'-苯基對苯二胺。

6、進(jìn)一步限定，反應(yīng)型抗氧劑為0.02～6.5份n-(4-苯胺基苯基)馬來酰亞胺。

7、進(jìn)一步限定，反應(yīng)型抗氧劑為0.01～5份n-(4-苯胺基苯基)甲基丙烯酰胺。

8、進(jìn)一步限定，引發(fā)劑為二(叔丁基過氧化異丙基)苯、過氧化二異丙苯或2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基過氧基)己烷。

9、更進(jìn)一步限定，引發(fā)劑為0.02～4份二(叔丁基過氧化異丙基)苯。

10、更進(jìn)一步限定，引發(fā)劑為0.02～5份2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基過氧基)己烷。

11、更進(jìn)一步限定，引發(fā)劑為0.02～6份過氧化二異丙苯

12、進(jìn)一步限定，基體樹脂為乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(eba)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(eva)或乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(eea)。

13、本發(fā)明的目的之二是提供一種上述高壓直流電纜用半導(dǎo)電屏蔽材料的制備方法，該制備方法包括以下步驟：

14、(1)將基體樹脂在密煉機(jī)中熔融后依次加入炭黑、反應(yīng)型抗氧劑和引發(fā)劑，并在溫度為80～150℃，轉(zhuǎn)速為40～80r/min的條件下混煉5～30min，得到共混物；

15、(2)將共混物置于平板硫化機(jī)中進(jìn)行定型、接枝和交聯(lián)，得到高壓直流電纜用半導(dǎo)電屏蔽材料。

16、進(jìn)一步限定，(1)的操作過程為：將基體樹脂在密煉機(jī)中熔融后加入炭黑，在溫度為80～150℃，轉(zhuǎn)速為40～80r/min的條件下混煉2～12min，加入抗氧劑，繼續(xù)在溫度為80～150℃，轉(zhuǎn)速為40～80r/min的條件下混煉2～10min，最后加入引發(fā)劑，繼續(xù)在溫度為80～150℃，轉(zhuǎn)速為40～80r/min的條件下混煉1～8min。

17、進(jìn)一步限定，(2)的操作過程為：將共混物置于平板硫化機(jī)中在80～150℃下通過逐級(jí)加壓的方法加壓至10～25mpa熱壓成型，然后轉(zhuǎn)移至溫度為140～220℃的平板硫化機(jī)中，直接加壓至10～25mpa，交聯(lián)并接枝20～50min，得到高壓直流電纜用半導(dǎo)電屏蔽材料。

18、有益效果：

19、本發(fā)明將含有極性基團(tuán)的反應(yīng)型抗氧劑加入到基體樹脂中，經(jīng)自由基引發(fā)劑引發(fā)，通過熔融接枝反應(yīng)鍵合到基體樹脂大分子鏈上，提高基體樹脂大分子鏈的極性，同時(shí)接枝抗氧劑的極性基團(tuán)可能與炭黑表面的羥基發(fā)生反應(yīng)，形成氫鍵或共價(jià)化學(xué)鍵，增強(qiáng)基體樹脂大分子鏈與炭黑之間的相互作用，進(jìn)而提高炭黑在基體樹脂中的分散性，降低屏蔽/絕緣層界面處的電場畸變，連同抗氧劑的氨基等極性基團(tuán)與電荷載流子的相互作用，限制電荷，降低電荷載流子的注入，增加空間電荷注入的閾值場強(qiáng)，從而降低絕緣層中空間電荷的積累，有效抑制絕緣層電場畸變，提高絕緣層介電性能。同時(shí)，抗氧劑接枝到基體樹脂大分子鏈上，降低了抗氧劑的遷移和析出，提高了半導(dǎo)電屏蔽材料的耐熱老化性能。因此，本發(fā)明制備的半導(dǎo)電屏蔽材料具有優(yōu)良的抑制絕緣層空間電荷積聚的能力以及優(yōu)異的耐熱老化性能。

技術(shù)特征：

1.一種高壓直流電纜用半導(dǎo)電屏蔽材料，其特征在于，由以下重量份數(shù)原料制成：100份基體樹脂、25～60份炭黑、0.02～6份引發(fā)劑和0.01～10份反應(yīng)型抗氧劑；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)電屏蔽材料，其特征在于，反應(yīng)型抗氧劑為0.05～10份n-(3-甲基丙烯酰氧基-2-羥丙基)-n'-苯基對苯二胺。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)電屏蔽材料，其特征在于，反應(yīng)型抗氧劑為0.02～6.5份n-(4-苯胺基苯基)馬來酰亞胺。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)電屏蔽材料，其特征在于，反應(yīng)型抗氧劑為0.01～5份n-(4-苯胺基苯基)甲基丙烯酰胺。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)電屏蔽材料，其特征在于，引發(fā)劑為二(叔丁基過氧化異丙基)苯、過氧化二異丙苯或2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基過氧基)己烷。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)電屏蔽材料，其特征在于，引發(fā)劑為0.02～4份二(叔丁基過氧化異丙基)苯。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)電屏蔽材料，其特征在于，引發(fā)劑為0.02～5份2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基過氧基)己烷。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)電屏蔽材料，其特征在于，基體樹脂為eba、eva或eea。

9.一種權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述的高壓直流電纜用半導(dǎo)電屏蔽材料的制備方法，其特征在于，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，(2)的操作過程為：將共混物置于平板硫化機(jī)中在80～150℃下通過逐級(jí)加壓的方法加壓至10～25mpa熱壓成型，然后轉(zhuǎn)移至溫度為140～220℃的平板硫化機(jī)中，直接加壓至10～25mpa，交聯(lián)并接枝20～50min，得到高壓直流電纜用半導(dǎo)電屏蔽材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高壓直流電纜用半導(dǎo)電屏蔽材料及其制備方法，屬于高壓電纜材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明將含有極性基團(tuán)的反應(yīng)型抗氧劑加入到基體樹脂中，經(jīng)自由基引發(fā)劑引發(fā)，通過熔融接枝反應(yīng)鍵合到基體樹脂大分子鏈上，提高基體樹脂大分子鏈的極性，同時(shí)接枝抗氧劑的極性基團(tuán)與炭黑表面的羥基發(fā)生反應(yīng)，形成氫鍵或共價(jià)化學(xué)鍵，增強(qiáng)基體樹脂大分子鏈與炭黑間的相互作用，進(jìn)而提高炭黑在基體樹脂中的分散性，降低屏蔽/絕緣層界面處的電場畸變，連同抗氧劑的氨基等極性基團(tuán)與電荷載流子的相互作用，限制電荷，降低電荷載流子的注入，增加空間電荷注入的閾值場強(qiáng)，從而降低絕緣層中空間電荷的積累，有效抑制絕緣層電場畸變，提高絕緣層介電性能。

技術(shù)研發(fā)人員：張城城,孫山鑠,林珂,陳明華,趙洪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/8/20