[发明专利]一种电缆用石墨烯半导电屏蔽料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电缆用石墨烯半导电屏蔽料及其制备方法，属于电缆料领域。

背景技术

聚合物半导电屏蔽料在电缆屏蔽领域应用十分广泛，其制备方法通常是通过在聚合物基体中添加大量的导电炭黑，以提高聚合物的导电率，炭黑的添加质量分数一般为30～50％，制得的半导电屏蔽料电阻率一般在100Ω·cm左右，然而大量的添加炭黑不但降低了聚合物基体的力学性能，并且会使屏蔽料表面变得粗糙，屏蔽料表面的凸起在高压电场条件下容易产生应力集中，导致电缆绝缘层击穿，同时还会影响导电屏蔽料在电缆挤出时的加工性能；此外电缆额定工作温度通常在90℃，聚合物半导电屏蔽料的电阻率会随温度升高而升高，为抵消正温度系数效应带来的影响，保证屏蔽料在电缆额定工作温度也能保持一定的体积电阻率，还需进一步提高炭黑的使用量。如何在保证半导电屏蔽料导电性能的前提下改善其加工性能是目前需要解决的问题。

石墨烯作为一种导电率非常优异的二维新型材料，其电阻率为10^-8Ω·m，比银铜更低，将石墨烯用于聚合物半导电屏蔽料的导电填料能在低填充量的情况下保持良好的导电率，从而改善了其在电缆制备时的加工性能。在专利CN201410012969.0中，温鹏等人将石墨烯与树脂采用混合，塑化，造粒的方法制备了石墨烯的电缆用半导电屏蔽料，但是石墨烯作为一种纳米材料，非常容易团聚，熔融混合挤出的方法很难将石墨烯均匀的分散在树脂基体中，在树脂基体中团聚的石墨烯不仅在高压电场作用下容易形成尖端放电，而且这种不均匀的分布也难以发挥石墨烯在低填充量的高导电能力。在专利CN201110419323.0中，邢妍等人提供了一种溶液共混的方式将石墨烯均匀的分散在树脂中的方法，但是这种方法去除溶剂效率不高，且容易对环境造成污染，所以这种方法仅仅限于实验室水平，无法应用于大规模的生产。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种电缆用石墨烯半导电屏蔽料的制备方法，通过将石墨烯和树脂分别与有机溶液混合，得到石墨烯混合溶液和树脂混合溶液，然后将石墨烯溶液与树脂混合溶液混合，得到石墨烯和树脂的混合溶液，然后在惰性气体保护下，通过喷雾干燥造粒得所述电缆用半导电屏蔽料。

所述一种电缆用石墨烯半导电屏蔽料的其制备方法，具体包括以下步骤：

(1)将石墨烯与有机溶剂混合，超声分散一段时间后，置于高速分散剂机中搅拌混合，形成石墨烯的混合溶液；

(2)将树脂与有机溶剂混合，加热搅拌均匀混合后冷却至室温，得到树脂的混合溶液；

(3)将步骤(1)的石墨烯的混合溶液与步骤(2)的树脂混合溶液进行混合，搅拌均匀，得到石墨烯与树脂的混合溶液；

(4)在惰性气体保护下，将所述石墨烯与树脂的混合溶液经喷雾干燥造粒机干燥造粒，得到所述电缆用石墨烯半导电屏蔽料。

其中，

优选的，步骤(1)中，所述有机溶剂选自四氢呋喃、二甲苯、三氯甲烷和石油醚。

优选的，步骤(2)中，所述有机溶剂选自四氢呋喃、二甲苯、三氯甲烷和石油醚。

更优选的，步骤(1)和步骤(2)使用相同的有机溶剂。

优选的，步骤(1)中，所述石墨烯和有机溶剂的质量比为1:100～1000。

优选的，步骤(1)中，所述超声分散的时间为0.5～2小时。

优选的，步骤(1)中，所述高速分散剂机的转速为100～1000r/min，搅拌0.5～2小时。

优选的，步骤(2)中，所述树脂选自聚乙烯(聚合度400～1600)或乙烯-醋酸乙烯酯(醋酸乙烯含量14.6～28％)。

优选的，步骤(2)中，所述树脂与有机溶剂的质量比为1～3:20。

优选的，步骤(2)中，所述加热搅拌为在40～130℃下加热搅拌2～10h。

优选的，步骤(3)中，所述石墨烯的混合溶液与树脂的混合溶液的混合质量之比为0.5～6：1。

优选的，步骤(3)中，在室温、200～600r/min的转速下搅拌1～5h，得到石墨烯与树脂的混合溶液。

优选的，步骤(4)中，所述惰性气体选自氮气或氩气。

优选的，步骤(4)中，所述喷雾干燥造粒机的进口温度100～300℃，出口温度100～300℃，喷雾间隔5～30s。

优选的，所述喷雾干燥造粒机的废气通过冷凝装置回收有机溶剂。

优选的，所述冷凝装置的冷凝温度0～5℃。

经上述制备方法制得的电缆用半导电屏蔽料电阻率为3.1～5000Ω·cm。