一种高压直流电缆用半导电屏蔽料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电缆材料技术领域，特别是涉及一种高压直流电缆用半导电屏蔽料及 其制备方法。
【背景技术】
[0002] 半导电屏蔽材料是用于生产电缆中半导电屏蔽层的材料，半导电屏蔽层是电缆中 与绝缘层紧密结合的一层半导电材料，起到使电缆中绝缘与其他各层紧密结合，消除气隙， 保护绝缘层被破坏的作用，在高压直流输电电缆中，半导电屏蔽层还对空间电荷的控制起 着至关重要的作用。若半导电屏蔽层与绝缘接触界面不光滑，或者含有杂质较多时，将会导 致严重的空间电荷注入。由于有大量空间电荷积聚，电缆绝缘层中的电场将呈非均匀分布， 电场强度可能达到无空间电荷时的数倍之多，直流条件下，无电场周期性变化，空间电荷累 计情况还将更严重，严重威胁电缆正常运行。所以研制出可解决空间电荷积聚问题的半导 电屏蔽料对解决高压直流电缆的核心难题很有帮助。
[0003] 高电压等级用半导电屏蔽材料在生产过程中对挤出设备、生产环境、基体树脂、导 电炭黑种类和添加剂用量等要求很高，要求半导电屏蔽料制成电缆后的半导电屏蔽层的光 洁度高、屏蔽层与绝缘层的黏结性能优良、杂质控制严格。通常要去超净生产环境和优质炭 黑。
[0004] 现有的技术中，35kV以下屏蔽料的生产工艺已经比较成熟，但高压直流用屏蔽料 国内外报道较少，特别是高压直流用屏蔽料国内尚无报道，国内外的屏蔽料生产尚无法满 足高压直流电缆的生产需求。目前中低压屏蔽料都是直交流混用，所以高压直流屏蔽料不 仅需要解决生产过程中的超净环境的问题，达到屏蔽料与绝缘表面接触的超光滑性，还需 要解决因为绝缘中的大量局部态，而在直流输电中特别严重的空间电荷积聚问题。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种高压直流电缆用半导 电屏蔽料及其制备方法，保证了生产过程中的超洁净环境、界面超光滑性和高压直流屏蔽 料对空间电荷控制性能，能完全达到高压直流用直流屏蔽料的性能要求。
[0006] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0007] -种高压直流电缆用半导电屏蔽料，按照质量份数计，包括60~80份的基体树 月旨，20~40份的超导电炭黑，0. 5~5份的空间电荷抑制剂，0. 2~2份的抗氧剂，2~4份 的润滑剂，〇. 5~3份的交联剂，0. 2~2份的偶联剂，其中，基体树脂与超导电炭黑的质量 份数之和为100份，基体树脂为乙烯-丙烯酸乙酯共聚物或者乙烯-丙烯酸丁酯共聚物。
[0008] 所述乙烯-丙烯酸乙酯共聚物中丙烯酸乙酯质量含量为15%~30%，乙烯-丙烯 酸丁酯共聚物中丙烯酸丁酯质量含量为15%~30%。
[0009] 所述乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物的熔指均为2~ 20g/10min〇
[0010] 所述超导电炭黑的粒径为15nm~100nm。
[0011] 所述抗氧剂为抗氧剂1〇1〇、抗氧剂1076或者抗氧剂MB;所述润滑剂为硅油或者白 油。
[0012] 所述空间电荷抑制剂为粒径范围为lOOnm~2ym，比表面积为50~1000g/m2的 无机多孔粒子。
[0013] 所述无机多孔粒子为Si02、沸石或者分子筛。
[0014] 所述交联剂为过氧化二异丙苯，偶联剂为硅烷偶联剂或者钛酸酯偶联剂。
[0015] -种高压直流电缆用半导电屏蔽料的制备方法，包括以下步骤：
[0016] 1)称料：按照质量份数计，称量60~80份的基体树脂，20~40份的超导电炭黑， 0. 5~5份的空间电荷抑制剂，0. 2~2份的抗氧剂，2~4份的润滑剂，0. 5~3份的交联 剂，0. 2~2份的偶联剂；其中，基体树脂与超导电炭黑的质量份数之和为100份；基体树脂 为乙烯-丙烯酸乙酯共聚物或者乙烯-丙烯酸丁酯共聚物；
[0017] 2)混炼制作空间电荷抑制母料：将偶联剂分为两份，首先将空间电荷抑制剂与第 一份偶联剂混合均匀后与基体树脂、抗氧剂一起加入双螺杆往复机，在100°c~110°C的温 度下进行熔融共混，然后挤出造粒，获得空间电荷抑制母料；
[0018] 3)混炼：将导电炭黑与第二份偶联剂混合均勾，得到混合料；将空间电荷抑制剂、 混合料、润滑剂加入双螺杆往复机在100 °C~120°C的温度下进行共混，然后进行挤出造 粒；
[0019] 4)室温下，等粒料风干冷却后，得到粒料，通过高速混合器将粒料和交联剂进行混 合均勾，得到屏蔽料粒料；
[0020] 5)将屏蔽料粒料经过沸腾床，然后进行干燥，得到高压直流电缆用半导电屏蔽料。
[0021] 所述步骤2)中第一份偶联剂为偶联剂总质量的5~10% ;
[0022] 所述乙烯-丙烯酸乙酯共聚物中丙烯酸乙酯质量含量为15%~30%，乙烯-丙烯 酸丁酯共聚物中丙烯酸丁酯质量含量为15%~30%;
[0023] 所述乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物的熔指均为2~ 20g/10min；
[0024] 所述超导电炭黑的粒径为15nm~100nm ;
[0025] 所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076或者抗氧剂MB;所述润滑剂为硅油或者白 油；
[0026] 所述空间电荷抑制剂为粒径范围为100nm~2ym，比表面积为50~1000g/m2的 无机多孔粒子；
[0027] 所述交联剂为过氧化二异丙苯，偶联剂为硅烷偶联剂或者钛酸酯偶联剂。
[0028] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明以乙烯-丙烯酸乙酯共聚物或者 乙烯-丙烯酸丁酯共聚物作为基体树脂，通过向基体树脂中加入超导电炭黑作为导电填 料，并加入抗氧剂、润滑剂和分散剂，经过混炼、造粒、冷却和干燥后，在粒料中加入交联剂 进行吸收和渗透，最后经过风干制成颗粒状高压直流电缆用半导电屏蔽料。本发明的制备 方法可以保证粉料在基体树脂中分散均匀和与基体树脂的结合强度，有利于实现界面超光 滑和减少填料使用量。本发明采用的乙烯-丙烯酸乙酯共聚物或者乙烯-丙烯酸丁酯共聚 物的韧性和热稳定性在众多树脂中十分出众，且与超导电炭黑和其他添加剂有较好的相容 性。由于基体树脂为绝缘体，所以需要添加合适的导电物质使材料变为半导电状态。超导 电炭黑可以保证在较少加入的情况下也有较好的导电性能，而较少的炭黑填充量有利于保 证屏蔽料其他性能。本发明中由于采用抗氧剂，所以能够保证屏蔽料有较好的耐热性能和 抗老化性能。本发明中的润滑剂可以使炭黑分散良好，使物料均一性好，保证在基础过程中 表面光滑，加入的空间电荷抑制剂可以有效的改善屏蔽料对空间电荷的控制性能。本发明 中的氧化剂可以保证加入后的加工性能，而且还可以提高材料的耐热和耐候性。偶联剂可 以使粉料与基体树脂更好的结合，有利于保证导电性能和均一分散性能。
[0029] 进一步的，由于炭黑粒度对空间电荷注入特性也有一定影响，所以本发明采用粒 径为15nm~100nm的超导电炭黑。
[0030] 进一步的，本发明所制备的半导电屏蔽料中炭黑分散性能好，且所用材料细度高， 故具有导电性良好、抗老化性好和加工性能好的特性，因为加入了空间电荷抑制剂，所以空 间电荷性能优良，特别适合应用于高压直流电缆。
[0031] 本发明可以生产出各项性能均符合高压直流用屏蔽料要求的优质屏蔽料，特别 是：超净环境生产，保证屏蔽料成品极度纯净。生