[发明专利]一种高压电缆热塑性半导电屏蔽材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高压电缆热塑性半导电屏蔽材料及其制备方法；所述材料由按照重量份计的下述各组分组成：聚丙烯15‑40份、聚烯烃弹性体30‑50份、导电炭黑15‑40份、MXene‑石墨烯(MXene‑GNS)或MXene‑碳纳米管(MXene‑CNT)或石墨烯‑碳纳米管(GNS‑CNT)复合导电粉料0.1‑5.0份、润滑分散剂0.5‑10份、抗氧剂0.5‑5.0份。本发明通过加入复合导电填料，降低了导电碳黑的用量，提高了屏蔽料的加工性能；得到的半导电屏蔽材料具有较高的电导率，良好的电导率温度稳定性，良好的耐热性能，机械性能，同时非交联，绿色环保。

技术领域

本发明属于高压电缆技术领域，涉及一种高压电缆热塑性半导电屏蔽材料及其制备方法。

背景技术

电力电缆是由金属导体、导体屏蔽、绝缘、绝缘屏蔽以及防护材料等组成的。其中，半导电屏蔽层起到均匀导体表面电场或接地的作用，其性能很大程度上影响电缆性能。传统的交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆的屏蔽料主要采用乙烯类聚合物作为基体，如乙烯和丙烯酸乙酯的共聚物(EEA)或乙烯与醋酸乙烯酯的共聚物(EVA)、添加导电碳黑形成导电网络。然而，EVA和EEA常用于中低压电缆屏蔽材料，在高电压下会释放出少量酸性物质(如乙酸等)腐蚀铜导体，并不适合用作高压电缆屏蔽材料。基于聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚烯烃弹性体的半导电材料在在高电压下化学稳定性高，可用作高压电缆的导体屏蔽材料。

近年来，聚丙烯(PP)基热塑性绝缘电缆因具有绝缘特性优异、耐温等级高、无交联副产物、生产周期短、可回收利用等优点，是未来对高压电缆的发展方向。为配合PP基热塑性绝缘，需要高性能的半导电屏蔽材料，长期工作温度达到90℃。然而由于屏蔽料基体为非交联热塑性聚合物，环境温度升高时，聚合物的体积膨胀效应会破坏炭黑导电网络，导致体积电阻率迅速升高。为达到规定要求的低电阻率，降低电阻率的温度依赖性，需要添加高含量的碳黑，导致屏蔽料熔融粘度增大，不利于加工。

通过对现有专利文献的检索发现，申请号为201810537792.4的中国发明专利申请公开了一种用于高压电缆聚丙烯绝缘的半导体屏蔽层材料，按照重量份数包括：聚丙烯基料20-50份，弹性体基料50-80份，导电炭黑20-55份，协同抗氧剂0.5-2.5份，抗铜剂0.01-3.0份和润滑分散剂0.5-10份，还含有1.0份石墨烯。该材料具有良好的机械性能，耐热性能，，抗铜性好，非交联，挤出线速度快等优点；然而，其并不能显著降低屏蔽料的体积电阻率以及体积电阻率的温度依赖性，因此电阻率稳定性提高程度有限。

发明内容

本发明的目的在于克服现有高压电缆半导电屏蔽料性能的不足，提供一种具有低体积电阻率、低电阻率温度依赖性的高压电缆热塑性半导电屏蔽材料及其制备方法。通过制备复合二维导电填料，如二维层状过渡金属碳化物MXene-石墨烯(MXene-GNS)或MXene-碳纳米管(MXene-CNT)或石墨烯-碳纳米管(GNS-CNT)复合导电填料，提供了高连通的导电网络通路，使得添加少量第二导电组分即可显著降低复合半导电屏蔽料的体积电阻率，提高了电阻率温度稳定性，保证了优异的电学性能。同时降低了导电碳黑的用量，提高了屏蔽料的加工性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种高压电缆热塑性半导电屏蔽材料，所述材料包括如下重量份数的各组分：聚丙烯15～40份、聚烯烃共聚物弹性体30～50份、导电碳黑15～40份、复合导电粉料0.1～5.0份、润滑分散剂0.5～10份、抗氧剂0.5～5.0份；所述复合导电粉料为MXene-石墨烯(MXene-GNS)、MXene-碳纳米管(MXene-CNT)或石墨烯-碳纳米管(GNS-CNT)复合导电粉料。

本发明中，所述聚丙烯的熔融指数为1.5～5.0g/10min，聚烯烃共聚物弹性体的熔融指数为1.5～5.0g/10min。

作为本发明的一个实施方案，所述聚丙烯选自均聚聚丙烯、共聚聚丙烯、低密度聚乙烯的一种或多种。