一种石墨烯半导体屏蔽料的制备方法
【专利说明】一种石墨烯半导体屏蔽料的制备方法 【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高压电力电缆的屏蔽材料的制备方法，具体讲涉及一种石墨烯半 导体屏蔽料的制备方法。 【【背景技术】】
[0002] 石墨烯是由SP2杂化方式的碳原子紧密排列在一起的具有二维蜂窝状点阵结构的 一种碳单质，由于其独特的化学结构、超大的比表面积及无与伦比的电学、力学、热学等性 能而在新能源材料（储能材料、超级电容器、太阳能电池等）、光催化材料、生物材料以及各 类传统的复合材料领域掀起了前所未有的研究热潮。
[0003] 乙烯-醋酸乙烯酯，缩称EVA，是由乙烯和醋酸乙烯酯共聚而制得的热塑性树脂， 它和许多材料有良好粘结性能，它柔韧且具有弹性，可用作鞋底密封条、泡沫塑料制品和电 力电缆制品等。
[0004] 石墨烯和EVA材料都可应用于改善电力电缆制品性能，目前聚合物/石墨烯复合 材料的研究成果层出不穷，将石墨烯作为新的高性能增体可以为聚合物复合材料带来力 学、电学、热学以及摩擦学等多方面性能得到提升。其制备方法主要为原位聚合法、熔融共 混法以及乳液混合法。
[0005] 熔融共混法通常将原始石墨氧化，经过剥离并还原制成石墨烯，与聚合物在熔融 状态下共混制得复合材料。熔融共混中可以分别制备石墨烯和聚合物，因此石墨烯的尺寸 与形态可控，但是石墨烯在聚合物基体中不易分散，与聚合物的界面作用较差。通过化学改 性的石墨烯中的有机基团在熔融状态下不稳定，不能应用于熔融共混法。目前熔融共混法 采用的石墨烯大多通过热还原制得，这种石墨烯的密度较小，通常也会增加熔融混合的难。
[0006] 原位聚合法是将石墨烯与聚合物单体混合，加入引发剂引发反应，最后制得复合 材料。原位聚合法可以将石墨烯均匀分散在聚合物基体中，缺点是加入石墨烯（或氧化石 墨烯）的聚合物的黏度增大，使得聚合反应变得复杂。
[0007] 乳液混合法是利用氧化石墨烯在水中具有良好的分散性，可将氧化石墨烯的水性 分散液与聚合物胶乳进行混合，通过还原制备石墨烯/聚合物复合材料。也可以采用表面 活性剂对石墨烯进行表面改性，改善其在水中的分散性，然后与胶乳混合制备复合材料。这 种方法可以避免有机溶剂的危害，制得高导电性能的聚合物复合材料。
[0008] 溶液共混法中，常常先制备氧化石墨烯，对其进行改性得到在有机溶剂中能够分 散的分散液，通过还原得到石墨烯，然后与聚合物进行溶液共混制备石墨烯/聚合物复合 材料。溶液混合法的优点是石墨烯（或氧化石墨烯）的制备与聚合物的合成分别进行，可 控制石墨烯的尺寸与形态，且石墨烯比较容易分散。缺点是需要使用有机溶剂，危害环境， 而且采用原位还原法时，由于聚合物种类和还原剂的不同可能会引起聚合物的降解。
[0009] 然而已报道的一种氧化石墨稀纳米带/极性橡胶、石墨稀纳米带/橡胶复合材料 等现有技术仅仅报道了同种类型材料的力学性能和导电性能，缺乏关于专门研究石墨烯和 EVA材料两者结合应用于电力电缆制品相关技术的报道。因此需要提供一种高压电缆中屏 蔽材料用的半导体屏蔽料，以满足现有技术的需要。 【
【发明内容】
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[0010] 本发明的目的在于提供一种石墨烯半导体屏蔽料的制备方法，以石墨烯纳米片和 乙烯-醋酸乙烯酯为主要原料合成石墨烯半导体屏蔽料，本发明提供的制备方法具有工艺 简单、成本低、能耗低，易于控制等优势，且制得的石墨烯半导体屏蔽料密度低、半导电性能 优越、耐压高、抗张强度高、光滑且耐水树，可广泛地应用与电缆屏蔽料，防静电等领域，具 有巨大的应用前景。
[0011] 为实现上述目的本发明采用以下技术方案：
[0012] 本发明提供了一种石墨烯半导体屏蔽料的制备方法，包括下述步骤：
[0013] 1)频率为20~25kHz、功率为70~90 %下超声处理石墨烯纳米片配成的水溶液 15 ~30min;
[0014] 2)在300~500rpm速率下将乙烯-醋酸乙烯酯乳液加入步骤1)的石墨烯溶液中 搅拌30~60min，得絮状混合料；
[0015] 3)用去离子水冲洗所述混合料，过滤，真空冷冻干燥，得石墨烯半导体屏蔽料的母 料；
[0016] 4)开炼混合10~15h，在160~180°C、压力为8~15MPa下硫化步骤3)所得的 母料，得石墨稀半导体屏蔽料。
[0017] 本发明提供的制备方法步骤1)中石墨烯纳米片占石墨烯半导体屏蔽料质量百分 比的0. 5~30%。
[0018] 本发明提供的制备方法步骤1)中石墨烯溶液的浓度为5~20g/L。
[0019] 本发明提供的制备方法步骤1)中超声处理的频率为25kHz，功率为80%。
[0020] 本发明提供的制备方法步骤1)中超声处理的时间为20min。
[0021] 本发明提供的制备方法步骤2)中搅拌速率为400rpm，搅拌时间为45min。
[0022] 本发明提供的制备方法步骤3)中混合料用去离子水冲洗至中性。
[0023] 本发明提供的制备方法步骤3)中所述的冷冻温度为-50~-15°C，时间为3~ 5day，真空度< 10Pa。
[0024] 本发明提供的制备方法步骤4)中开炼混合时间为12~13h。
[0025] 本发明提供的制备方法步骤4)中硫化温度为170~175°C，硫化时间为10~ 12min，硫化压力为8~12MPa。
[0026] 与最接近现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
[0027] 1、本发明制备方法简单、操作容易、成本低、能耗低，易于控制，可批量生产；
[0028] 2、本发明提供的制备方法制得的具有耐压高、抗张强度高、光滑且耐水树等特 性；
[0029] 3、本发明制得的屏蔽料密度更低，电阻率减小具有优越的半导体性能。 【【附图说明】】
[0030] 图1为石墨烯/乙烯-醋酸乙烯酯半导体屏蔽料的断面扫描电镜照片，表明技术 方案提供的石墨烯纳米片和乙烯-醋酸乙烯酯界面结合良好。 【【具体实施方式】】
[0031] 下面以各实施例对本发明做进一步详细说明。
[0032] 实施例1制备石墨烯/乙烯-醋酸乙烯酯半导体屏蔽料
[0033] 用去离子水将5g石墨烯纳米片定容至3000ml，在超声频率为25kHz、功率为80 % 条件下处理20min，然后边搅拌便加495g的乙烯-醋酸乙烯酯溶液，搅拌速率为350r/min， 搅拌时间为30min，过滤洗涤得中性絮状混合料；随后在-50°C下冷冻干燥处理3day，得母 料；将干燥好的母料经双辊筒开炼机混合l〇h。然后进行硫化成型：硫化温度160°C，硫化时 间8min，硫化压力8MPa，得石墨稀/乙稀-醋酸乙稀酯半导体屏蔽料，其性能如表1所示， 产率90%。
[0034] 实施例2制备石墨烯/乙烯-醋酸乙烯酯半导体屏蔽料
[0035] 用去离子水将15g石墨烯纳米片定容至3000ml，在超声频率为25kHz、功率为80 % 条件下处理20min，然后边搅拌便加485g的乙烯-醋酸乙烯酯溶液，搅拌速率为350r/min， 搅拌时间为30min，过滤洗涤得中性絮状混合料；随后在-15°C下冷冻干燥处理3day，得母 料；将干燥好的母料经双辊筒开炼机混合l〇h。然后进行硫化成型：硫化温度160°C，硫化时 间8min，硫化压力8MPa，得石墨稀/乙稀-醋酸乙稀酯半导体屏蔽料，其性能如表1所示， 产率91%。
[0036] 表1为实施例1与实施例2在相同实验条件下不同含量的石墨烯的性能比较，可 以看出石墨烯含量从l.Owt%增加到3.Owt%，其拉伸强度、断裂伸长率、邵氏硬度A等力学 性能基本稳定不变，但屏蔽料的密度减小、20°C体积电阻率减小了28. 5%，性能改善显著。
[0037] 表1石墨烯/乙烯-醋酸乙烯酯半导体屏蔽料的性能数据