[发明专利]一种500kV及以下直流电缆用屏蔽料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电缆用屏蔽料，具体涉及一种500kV及以下直流电缆用屏蔽料及其制备方法。属于高压电缆材料加工技术领域。

背景技术

近年来高压直流输电获得了迅速发展，高压直流电缆是直流输电装备中的不可或缺的重要组成部分。在高压直流电缆中，半导电屏蔽层紧密包围在绝缘层内外，其主要作用是使电场分布更加均匀，降低电场强度，减少金属导体与绝缘层界面上的气隙，从而减少应力集中对电缆绝缘层的破坏，并在一定程度上降低绝缘层的温升。半导电屏蔽材料的性能对电缆的使用寿命及长期运行安全性起着至关重要的作用。

目前，北欧化工和美国陶氏化学是高压直流电缆用半导电屏蔽料的主要生产商，两家公司的产品几乎垄断了全球市场。国内高压直流电缆用半导电屏蔽料几乎处于空白状态，仅有较少数厂家可以生产110kV电压等级的交流电缆用半导电屏蔽料。

由于高压直流电缆内部易产生空间电荷，当空间电荷积累到一定程度时，就会加速绝缘材料的电老化，可能引发绝缘击穿，导致绝缘失效。探索直流电场下空间电荷的产生机理是目前学术界关注的热点议题。由于半导电屏蔽材料影响直流电缆绝缘材料中空间电荷的注入、迁移和积累，若接触绝缘材料内外层的半导电屏蔽料表面粗糙，或存在凹凸，将会在与绝缘的交界面处存在缺陷和间隙，其均匀电场的作用将会减弱，有可能导致电场集中，是空间电荷产生的一个重要原因。

因此，高压直流电缆对半导电屏蔽料的光洁度要求更高。如何通过优化屏蔽料的表面特性，减少和消除空间电荷是研制高压直流电缆的关键。同时半导电屏蔽料和绝缘料的匹配特性也是影响直流电缆内部空间电荷行为的关键因素，优良的配合特性能有效抑制空间电荷的产生。此外，填料的分散特性将直接影响半导电屏蔽材料的电阻率以及热、机械性能，填料出现团聚将影响半导电屏蔽料的挤出工艺和长期加工性能。在高机械剪切作用下，确保填料的结构完整和均匀分散，才能保证批量化产品综合性能的稳定性。

由于我国在基体树脂制备工艺和关键性能等方面与国际先进水平之间存在较大差距，同时高压屏蔽料对生产设备、环境等要求非常高，以至国产半导电屏蔽料在电阻稳定性、表面光洁度、纯净度等性能指标方面不达标。因此，如何通过严控生产环境，优化生产设备，筛选优质基体树脂和填料，调整配方工艺技术，获得具有填料均匀分散、低电阻率、超光滑表面和长期加工特性的半导电屏蔽料，是目前国内在攻克高压直流电缆屏蔽料方面面临的主要技术瓶颈。

201110378481.6号中国专利申请公开了一种高压直流电缆用超光滑半导电屏蔽材料，其中聚乙烯80-100份；乙烯-乙酸乙烯酯共聚物0-20份；超导电碳黑5-15份；交联剂1-2.5份；抗氧剂0.1-0.5份。但其超光滑表面特性还有待于提高，室温体积电阻率无法降到15Ω·cm以下，与高压直流电缆绝缘料的配合特性欠佳。

发明内容

有鉴于此，为了克服现有技术的不足，本发明提供一种500kV及以下直流电缆用屏蔽料，该电缆用屏蔽料中纳米导电炭黑均匀分散在树脂基体中，屏蔽料表面超光滑，不存在50μm以上凹凸物，体积电阻率降到15Ω·cm以下，且随温度变化小，与高压直流电缆绝缘料具有良好的配合特性。

本发明提供的一种500kV及以下直流电缆用屏蔽料，所述屏蔽料以质量计包括：基体树脂：高纯纳米导电炭黑：抗氧剂：润滑剂：交联剂＝70-75：20-25：0.5-1：0.5-3：1-2.5。进一步，所述基体树脂为乙烯丙烯酸丁酯共聚物，其中含有质量百分比15％-25％的丙烯酸丁酯。

进一步，所述基体树脂为乙烯丙烯酸乙酯共聚物，其中含有质量百分比15％-25％的丙烯酸乙酯。

进一步，所述高纯纳米导电炭黑为粒径30-50nm、邻苯二甲酸二丁酯DBP吸油值大于200cc/100g和吸碘值大于150mg/g的纳米导电炭黑。

所述高纯纳米导电炭黑灰分含量小于0.1％，硫含量小于0.1％，水分含量小于0.3％。

进一步，所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸锌、硬酯酰胺中任意一种或任意两种组成的混合物。

进一步，所述交联剂为过氧化二异丙苯和/或双叔丁基过氧化二异丙基苯，纯度≥99.9％。

进一步，所述抗氧剂为硫代双酚类，可以是纯度≥99.9％的抗氧剂300。

本发明还提供所述的500kV及以下直流电缆用屏蔽料的制备方法，包括在超净环境下进行(1)将基体树脂、炭黑、抗氧剂和润滑剂进行熔融混炼；(2)过滤净化；(3)挤出造粒；(4)脱水干燥；(5)交联剂后吸收；(6)杂质检测；(7)成品包装。