專利名稱：一種高壓直流電纜用超光滑半導(dǎo)電屏蔽材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電纜材料，具體是一種高壓直流電纜用超光滑半導(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)，交流輸電遇到一些技術(shù)困難，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)中的空間電荷問題已經(jīng)成為制約電力電纜向高電場(chǎng)發(fā)展的主要因素之一。
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)電屏蔽層可以均勻電場(chǎng)，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。
半導(dǎo)電聚烯烴的導(dǎo)電性能通常是用加入導(dǎo)電炭黑的方法獲得的。從炭黑的連鎖導(dǎo)電機(jī)理考慮，炭黑的加入量是支配體積絕緣電阻率(P U)值的最大因素，只有加到一定數(shù)量后，才顯示出導(dǎo)電性能，并隨炭黑的增加而迅速降低，直到接近各炭黑自己的特性值為止。
現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)電屏蔽材料為了使材料具有導(dǎo)電性能，需要大量添加炭黑，但是炭黑屬于無機(jī)填料，與有機(jī)基料之間相容性差，大量添加的炭黑不能與基料充分相容，而且在半導(dǎo)電屏蔽材料擠出時(shí)，為了使材料具有較好的致密性，需要有較大的壓力，在擠出壓力的作用下，大量添加的炭黑也較容易析出，這些均導(dǎo)致半導(dǎo)電屏蔽層表面光滑性較差?，F(xiàn)有技術(shù)一般采用聚乙烯和/或乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)為材料的基料，在大量添加炭黑后， 導(dǎo)致材料的物理機(jī)械性能變差，EVA添加量一般在40%以上，以增加基料的機(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，大量添加的EVA與聚乙烯之間相容性也較差，同樣會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)電屏蔽層表面光滑性較差。
半導(dǎo)電屏蔽層如果自身不能保證電性光滑(表面粗糙，甚至有尖銳的突出)，存有不平的凹坑或有裂縫、斷口，與絕緣接觸不良等缺陷，就難以起到均勻電場(chǎng)的作用，甚至有可能引起嚴(yán)重的電場(chǎng)集中，導(dǎo)致局部放電或絕緣擊穿，是空間電荷產(chǎn)生的一個(gè)主要原因。
現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)電屏蔽材料中添加乙炔導(dǎo)電炭黑或其它普通導(dǎo)電炭黑，配制混煉對(duì)質(zhì)量影響較大，對(duì)剪切力的強(qiáng)弱和混煉時(shí)間長(zhǎng)短比較敏感，如果混煉時(shí)間不夠，炭黑集結(jié)的大顆粒(平時(shí)炭黑顆粒之間，由于內(nèi)聚力的作用，常集結(jié)成大顆粒)，沒有充分分散，影響將來擠出物的表面平整和力學(xué)物理性能；如果混煉時(shí)間太長(zhǎng)，由于強(qiáng)烈的機(jī)械剪切力會(huì)破壞炭黑的高結(jié)構(gòu)，降低連鎖狀態(tài)影響導(dǎo)電性能；因此半導(dǎo)電屏蔽材料性能不穩(wěn)定。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠有效導(dǎo)出電流，還具有超光滑表面特性，抑制電纜絕緣材料中的空間電荷積聚并且降低其電導(dǎo)率的半導(dǎo)電屏蔽材料。
本發(fā)明所述的高壓直流電纜用超光滑半導(dǎo)電屏蔽材料，其包括以下組份和質(zhì)量份數(shù)聚乙烯80-100份；乙烯-乙酸乙烯酯共聚物0-20份；超導(dǎo)電碳黑5-15份；交聯(lián)劑1-2. 5份；抗氧劑0.1-0. 5份。
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。
所述乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中乙酸乙烯酯含量在5% 40%之間，最好含量在 15%-28%。
所述超導(dǎo)電碳黑粒徑小于30nm，BET比表面積大于600m2/g，DBP吸油量大于 200ml/g。
所述交聯(lián)劑為過氧化二異丙苯、過氧化二甲酰、二叔丁基過氧化物或雙(叔丁基過氧異丙基)苯。
所述抗氧劑為氧劑300、抗氧劑BBM、抗氧劑1076、抗氧劑CA、抗氧劑TPL或抗氧劑 1010。
本發(fā)明的有益效果用該材料制備的半導(dǎo)電屏蔽層，能夠有效導(dǎo)出電流，還具有超光滑表面特性。其性能穩(wěn)定，能起到良好的均勻電場(chǎng)的作用，防止半導(dǎo)電屏蔽層由于表面缺陷可能引起嚴(yán)重的電場(chǎng)集中，導(dǎo)致局部放電或絕緣擊穿的問題，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。
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)一步說明。
實(shí)施例1聚乙烯100份；超導(dǎo)電碳黑15份；過氧化二異丙苯2. 5份；抗氧劑3000. 5份。
實(shí)施例2聚乙烯80份；乙烯-乙酸乙烯酯共聚物20份；超導(dǎo)電碳黑5份；
過氧化二甲酰1份；
抗氧劑BBM0.1份。實(shí)施例3
聚乙烯90份； 乙烯-乙酸乙烯酯共聚物 10份；
超導(dǎo)電碳黑10份；
二叔丁基過氧化物1. 5份；
抗氧劑10760. 2份。實(shí)施例4
聚乙烯85份；
乙烯-乙酸乙烯酯共聚物15份；
超導(dǎo)電碳黑8份；
雙(叔丁基過氧異丙基)苯1. 2份；
抗氧劑CA0. 3份。實(shí)施例5
聚乙烯95份； 乙烯-乙酸乙烯酯共聚物 5份；
超導(dǎo)電碳黑12份；
過氧化二異丙苯2. 2份；
抗氧劑TPL0.4份。實(shí)施例6
聚乙烯100份；
超導(dǎo)電碳黑5份；
二叔丁基過氧化物2. 5份；
抗氧劑10100. 5份。本發(fā)明所涉及的高壓直流電纜用超光滑半導(dǎo)電屏蔽材料的制備方法與高壓電纜用半導(dǎo)電屏蔽材料方法相同，具體為將聚乙烯、超導(dǎo)電碳黑、抗氧劑、交聯(lián)劑通過失重電子秤、失重式計(jì)量泵進(jìn)行喂料，進(jìn)入雙螺桿主機(jī)中混煉后，進(jìn)入單螺桿主機(jī)，再經(jīng)過偏心水霧切粒機(jī)，離心脫水機(jī)脫水，進(jìn)入沸騰床、成品料倉(cāng)后自動(dòng)包裝?；蜻M(jìn)入單螺桿主機(jī)，風(fēng)冷模面熱切機(jī)頭熱切后，進(jìn)入旋風(fēng)分離器冷卻分離，進(jìn)入風(fēng)冷加長(zhǎng)振動(dòng)篩、料倉(cāng)后自動(dòng)包裝。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，其乙酸乙烯酯(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
5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％。聚乙烯和/或乙烯-乙酸乙烯共聚物為材料的基料，EVA作為成型基料，具有良好的韌性、撓曲性及耐應(yīng)力開裂性和粘結(jié)性，及相對(duì)優(yōu)良的阻燃性；聚乙烯對(duì)EVA進(jìn)行改性， 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。由于本發(fā)明較現(xiàn)有技術(shù)添加的炭黑含量較少，對(duì)材料的機(jī)械物理性能影響較小，因此需要添加的EVA含量也較小，僅需0-20份，提高了半導(dǎo)電屏蔽層的表面光滑性。所述超導(dǎo)電炭黑，粒徑小于30nm，BET比表面積大于600m2/g，DBP吸油量大于 200ml/g。超導(dǎo)電炭黑與一般的導(dǎo)電炭黑相比，具有較好的導(dǎo)電性能和加工性能，降低了臨界濃度，同一用量比一般的導(dǎo)電炭黑，導(dǎo)電性能高3-4倍，同樣地導(dǎo)電率，其用量只需四分之一左右，大大地改善了屏蔽料的擠出加工性，使機(jī)械性能和流變性能方面的損失最小化， 因此需要添加的EVA含量也大幅降低。超導(dǎo)電炭黑，粒徑小于30nm，炭黑的粒徑小，單位體積中的粒子數(shù)多，有利于提高導(dǎo)電性。超導(dǎo)電炭黑BET比表面積大于600m2/g，DBP吸油量大于200ml/g，比乙炔炭黑及普通導(dǎo)電炭黑具有更大的比表面積，粒子本身顯示出中空薄殼結(jié)構(gòu)，每單位重量的體積很大， 有利于形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，分散性好，對(duì)剪切力的強(qiáng)弱和混煉時(shí)間長(zhǎng)短沒有乙炔導(dǎo)電炭黑和其他普通導(dǎo)電炭黑敏感，半導(dǎo)電屏蔽材料性能穩(wěn)定。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-乙酸乙烯共聚物材料的硫化特性，選用過氧化物交聯(lián)劑，如過氧化二異丙苯、過氧化二甲酰、二叔丁基過氧化物、雙(叔丁基過氧異丙基)苯等。所述的抗氧劑與現(xiàn)有技術(shù)相同，為聚乙烯和乙烯-乙酸乙烯共聚物材料常用抗氧齊U，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。上述這些實(shí)施方式僅用于說明本發(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
1.一種高壓直流電纜用超光滑半導(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80-100份；乙烯-乙酸乙烯酯共聚物0-20份；超導(dǎo)電碳黑5-15份；交聯(lián)劑1-2. 5份；抗氧劑0. 1-0. 5份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓直流電纜用超光滑半導(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所述的高壓直流電纜用超光滑半導(dǎo)電屏蔽材料，其特征在于乙 烯-乙酸乙烯酯共聚物中乙酸乙烯酯含量在5% 40%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓直流電纜用超光滑半導(dǎo)電屏蔽材料，其特征在于乙 烯-乙酸乙烯酯共聚物中乙酸乙烯酯含量在15%-觀％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高壓直流電纜用超光滑半導(dǎo)電屏蔽材料，其特征在于所 述超導(dǎo)電碳黑粒徑小于30nm，BET比表面積大于600m2/g，DBP吸油量大于200ml/g。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高壓直流電纜用超光滑半導(dǎo)電屏蔽材料，其特征在于所 述交聯(lián)劑為過氧化二異丙苯、過氧化二甲酰、二叔丁基過氧化物或雙(叔丁基過氧異丙基) 苯。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高壓直流電纜用超光滑半導(dǎo)電屏蔽材料，其特征在于所 述抗氧劑為氧劑300、抗氧劑BBM、抗氧劑1076、抗氧劑CA、抗氧劑TPL或抗氧劑1010。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高壓直流電纜用超光滑半導(dǎo)電屏蔽材料，其中聚乙烯80-100份；乙烯-乙酸乙烯酯共聚物0-20份；超導(dǎo)電碳黑5-15份；交聯(lián)劑1-2.5份；抗氧劑0.1-0.5份。用該材料制備的半導(dǎo)電屏蔽層，能夠有效導(dǎo)出電流，還具有超光滑表面特性。其性能穩(wěn)定，能起到良好的均勻電場(chǎng)的作用，防止半導(dǎo)電屏蔽層由于表面缺陷可能引起嚴(yán)重的電場(chǎng)集中，導(dǎo)致局部放電或絕緣擊穿的問題，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。
文檔編號(hào)H01B1/24GK102509573SQ20111037848
公開日2012年6月20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:無錫江南電纜有限公司