一种硅烷交联型半导电屏蔽材料及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种硅烷交联型半导电屏蔽材料及其制备方法和应用，半导电屏蔽材料由质量比为2～5︰1的A料和B料混合后在水中交联而制成；以重量份计，所述A料的原料包括乙烯丙烯酸丁酯共聚物、双峰聚乙烯、导电炭黑、抗氧剂、硅烷、引发剂、润滑剂和分散剂；B料的原料包括双峰聚乙烯和水解催化剂；乙烯丙烯酸丁酯共聚物中的丙烯酸丁脂含量为10～30％，双峰聚乙烯的熔融指数为0.1～20g/10min；制备：分别制备A料和B料，然后按质量比在水中交联而成；应用：其在电线、电缆架空绝缘材料中的应用；本发明的半导电屏蔽材料具有较高的耐温等级、较好的机械强度以及较低的体积电阻率等性能，其具有制备条件温和，反应速度快等优点。

权利要求

1.一种硅烷交联型半导电屏蔽材料，其特征在于，所述半导电屏蔽材料由质量比为2~

5︰1的A料和B料混合后在水中交联而制成；

其中，以重量份计，所述A料的原料包括：乙烯丙烯酸丁酯共聚物50 100份、双峰聚乙烯~

5 45份、导电炭黑40 80份、抗氧剂0.1 2份、硅烷1 10份、引发剂0.1 1份、润滑剂1 10份和~ ~ ~ ~ ~ ~分散剂1 10份；所述B料的原料包括：双峰聚乙烯80 120份和水解催化剂10 30份；

~ ~ ~

所述乙烯丙烯酸丁酯共聚物中的丙烯酸丁酯含量为10 30%，所述双峰聚乙烯的熔融指~数以ASTM D1238标准在190℃条件下按照测试载荷为2.16Kg时测定为0.1 20g/10min。

~

2.根据权利要求1所述的硅烷交联型半导电屏蔽材料，其特征在于，所述A料和B料的质量比为3 5︰1。

~

3.根据权利要求1所述的硅烷交联型半导电屏蔽材料，其特征在于，使所述交联在70~

90℃的水中进行。

4.根据权利要求1所述的硅烷交联型半导电屏蔽材料，其特征在于，在制备所述半导电屏蔽材料的过程中，先对所述A料进行干燥处理，再与所述B料混合。

5.根据权利要求1所述的硅烷交联型半导电屏蔽材料，其特征在于，所述A料的原料包括：乙烯丙烯酸丁酯共聚物60 90份、双峰聚乙烯10 40份、导电炭黑50 65份、抗氧剂0.5~ ~ ~ ~

1.5份、硅烷3 8份、引发剂0.5 1份、润滑剂3 8份和分散剂1 6份。

~ ~ ~ ~

6.根据权利要求1所述的硅烷交联型半导电屏蔽材料，其特征在于，所述B料的原料包括：双峰聚乙烯90 110份和水解催化剂10 20份。

~ ~

7.根据权利要求1-6中任一项权利要求所述的硅烷交联型半导电屏蔽材料，其特征在于，所述硅烷为选自乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和乙烯基-三(2-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或多种的组合。

8.根据权利要求1-6中任一项权利要求所述的硅烷交联型半导电屏蔽材料，其特征在于，所述抗氧剂为选自抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂300和防老剂TMQ中的一种或多种的组合；所述引发剂为过氧化二异丙苯；所述润滑剂为选自聚乙烯蜡、EVA蜡和芥酸酰胺中的一种或多种的组合；所述分散剂为选自为酰胺类分散剂TAS-2A、EBS和BYK9076中的一种或多种的组合；所述水解催化剂为选自二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二丁辛基锡和辛酸亚锡中的一种或多种的组合。

9.一种权利要求1-8中任一项权利要求所述的硅烷交联型半导电屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：（1）、按所述A料的原料配方称取各原料，然后加入挤出机中混合，接枝，挤出造粒，制得接枝型A料；

（2）、按所述B料的原料配方称取各原料，然后加入挤出机中混合，挤出造粒，制得催化剂型B料；

（3）、将所述接枝型A料和所述催化剂型B料按所述质量比混合，挤出成型，然后在水中交联，即得所述的硅烷交联型半导电屏蔽材料。

10.一种权利要求1-8中任一项权利要求所述的硅烷交联型半导电屏蔽材料在电线、电缆架空绝缘材料中的应用。

说明书

一种硅烷交联型半导电屏蔽材料及其制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明属于电线、电缆架空绝缘料领域，具体涉及一种硅烷交联型半导电屏蔽材料及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 电力电缆导体和绝缘的屏蔽主要是缓和电缆内部电场应力集中，消除导体绞合的影响，改善电缆内部电场径向分布，以提高电缆的电气强度，直接或者间接改善电缆的使用寿命。根据国外长期运行的经验介绍，半导电屏蔽料与绝缘层的分层会直接促使局部放电量的不断增长；杂质向绝缘迁移和屏蔽表面尖端物却会促使绝缘内部电树或水树的形成和发展，严重影响电缆的电气性能和使用寿命。

[0003] 目前半导电屏蔽材料在交联电力电缆中用量很大，据估计年消耗导体和绝缘的半导电屏蔽料的总量约1.2万吨，总产值约3亿左右，是个不可忽视的品种，具有极佳的市场前景。然而现有技术中的半导电屏蔽材料耐温等级不高且制备工艺繁琐，生产速度慢。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种改进的硅烷交联型半导电屏蔽材料，其具有较高的耐温等级、较好的机械强度以及较低的体积电阻率等性能。

[0005] 本发明还提供了硅烷交联型半导电屏蔽材料的制备方法。

[0006] 本发明还提供了硅烷交联型半导电屏蔽材料在电线、电缆架空绝缘材料中的应用。

[0007] 为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案如下：

[0008] 一种硅烷交联型半导电屏蔽材料，所述半导电屏蔽材料由质量比为2～5︰1的A料和B料混合后在水中交联而制成；

[0009] 其中，以重量份计，所述A料的原料包括：乙烯丙烯酸丁酯共聚物50～100份、双峰聚乙烯5～45份、导电炭黑40～80份、抗氧剂0.1～2份、硅烷1～10份、引发剂0.1～1份、润滑剂1～10份和分散剂1～10份；所述B料的原料包括：双峰聚乙烯80～120份和水解催化剂10～30份；

[0010] 所述乙烯丙烯酸丁酯共聚物中的丙烯酸丁酯含量为10～30％，所述双峰聚乙烯的熔融指数以ASTM D1238标准在190℃条件下按照测试载荷为2.16Kg时测定为0.1～20g/10min。

[0011] 优选地，所述半导电屏蔽材料由质量比为3～5︰1的A料和B料混合后在水中交联而制成。根据本发明的一个具体方面，所述半导电屏蔽材料由质量比为4︰1的A料和B料混合后在水中交联而制成。

[0012] 根据本发明的一个具体且优选的方面，使所述交联在70～90℃的水中进行。

[0013] 根据本发明的一些具体方面，在制备所述半导电屏蔽材料的过程中，先对所述A料进行干燥处理，再与所述B料混合。

[0014] 根据本发明的一些优选方面，所述A料的原料包括：乙烯丙烯酸丁酯共聚物60～90份、双峰聚乙烯10～40份、导电炭黑50～65份、抗氧剂0.5～1.5份、硅烷3～8份、引发剂0.5～1份、润滑剂3～8份和分散剂1～6份。

[0015] 根据本发明的一些优选方面，所述B料的原料包括：双峰聚乙烯90～110份和水解催化剂10～20份。

[0016] 根据本发明的一些具体且优选的方面，所述硅烷为选自乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和乙烯基-三(2-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或多种的组合。

[0017] 在本发明的一些具体实施方式中，所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂300、防老剂TMQ。

[0018] 在本发明的一些具体实施方式中，所述引发剂包括过氧化二异丙苯。

[0019] 在本发明的一些具体实施方式中，所述润滑剂包括聚乙烯蜡、EVA蜡、芥酸酰胺。

[0020] 在本发明的一些具体实施方式中，所述分散剂包括酰胺类分散剂TAS-2A、EBS、BYK9076。

[0021] 在本发明的一些具体实施方式中，所述水解催化剂包括二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二丁辛基锡及辛酸亚锡。

[0022] 本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的硅烷交联型半导电屏蔽材料的制备方法，所述制备方法包括：

[0023] (1)、按所述A料的原料配方称取各原料，然后加入挤出机中混合，接枝，挤出造粒，制得接枝型A料；

[0024] (2)、按所述B料的原料配方称取各原料，然后加入挤出机中混合，挤出造粒，制得催化剂型B料；

[0025] (3)、将所述接枝型A料和所述催化剂型B料按所述质量比混合，挤出成型，然后在水中交联，即得所述的硅烷交联型半导电屏蔽材料。

[0026] 本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的硅烷交联型半导电屏蔽材料在电线、电缆架空绝缘材料中的应用。

[0027] 由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：

[0028] 本发明的硅烷交联型半导电屏蔽材料，耐温等级高，可在高达200℃条件下具有优异的热延伸性能，且拉伸强度好，体积电阻率低，在电线、电缆架空绝缘材料领域有广泛的应用。且其可由A料和B料混合在温水中交联而成，具有制备条件温和，反应速度快，操作简单，成本低等优点。

具体实施方式

[0029] 本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种具有耐温等级高、机械性能较好，体积电阻率低等优点的硅烷交联型半导电屏蔽材料。本发明的半导电屏蔽材料由A料和B料混合制成，在水中交联之前，A料和B料均不会提前发生交联反应，如若直接混合，由于导电炭黑易吸水，在催化剂的作用下可能提前发生大面积交联反应，进而在体系混合不均匀的情况下，整个交联体系将极差，造成产品性能的极大降低，而本发明将原料分为两部分，使得在分开制备时，A料在制备过程中仅发生接枝反应(“接枝”：在接枝过程中，聚合物在引发剂作用下，失去叔碳原子上的氢原子产生自由基，该自由基与本发明使用的乙烯基硅烷的乙烯基反应，硅烷接枝到聚合物上生成含有活性基团三氧基硅酯基的接枝聚合物)而不会发生交联(“交联”：置于温水中时，活性基团三氧基硅酯基在催化剂作用下发生水解生产硅醇，羟基与相邻的Si-O-H基团缩合形成Si-O-Si键，从而使聚合物大分子间交联)，B料仅为简单的混合均匀造粒，当按照特定的比例使得A料与B料混合造粒后，即得混合均匀且分散极好的成型成品，在体系中催化剂的催化作用下、在温水中发生快速的交联反应，进而可以得到具有较好综合性能的所述硅烷交联型半导电屏蔽材料，整个反应过程温和，制备简单，制备速度快，有利于工业化的应用。同时本发明充分利用乙烯丙烯酸丁酯共聚物和双峰聚乙烯复配，使得导电炭黑在整体体系中分散更均匀，在生产过程中更易加工，使得交联成型后的半导电屏蔽材料整体机械性能更好，耐温等级更高。

[0030] 本发明中的A料和B料均可以单独稳定的存放，在需要的时候在按照特定的比例挤出成型后在70～90℃的水中进行交联，即可得到性能优异的硅烷交联型半导电屏蔽材料。

[0031] 以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明；应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制；实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

[0032] 实施例中，没有特殊说明时，下面的“份”指质量份，所用导电炭黑为BALCK PEARLS 2000，下述中用到的乙烯丙烯酸丁酯共聚物的丁基-丙烯酸酯含量为10～30％(杜邦3427)，双峰聚乙烯的熔融指数以ASTM D1238标准在190℃条件下按照测试载荷为2.16Kg时测定为
0.1～20g/10min(北欧化工FB2230)。为描述方便，下述的乙烯丙烯酸丁酯共聚物用EBA表示。下述实施例中，如无特殊说明，所有的原料均来于商购或者通过本领域的常规方法制得。

[0033] 具体地，硅烷为选自乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基-三(2-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或多种的组合；抗氧剂为选自抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂300、防老剂TMQ中的一种或多种的组合；引发剂为过氧化二异丙苯；润滑剂为选自聚乙烯蜡、EVA蜡、芥酸酰胺中的一种或多种的组合；分散剂为选自酰胺类分散剂TAS-2A、EBS、BYK9076；水解催化剂为选自二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二丁辛基锡及辛酸亚锡中的一种或多种的组合。

[0034] 实施例1

[0035] 本实施例提供一种硅烷交联型半导电屏蔽材料，其原料包括：

[0036] A料，以重量份计，原料配方如下：EBA 90份，双峰聚乙烯10份，导电炭黑55份，抗氧剂1010 1份，乙烯基三甲氧基硅烷6份，过氧化二异丙苯1份，EVA蜡6份，TAS-2A 3份。

[0037] B料，以重量份计，原料配方如下：双峰聚乙烯100份，二月桂酸二丁基锡20份。

[0038] 所述硅烷交联型半导电屏蔽材料的制备方法如下：

[0039] (1)、将上述A料通过自动计量装置，自动下料进入往复式单螺杆中混炼，接枝，挤出造粒，干燥，制得接枝型A料；

[0040] (2)、将上述B料通过自动计量秤装置，自动下料进入双螺杆中挤出造粒，制得催化剂型B料；

[0041] (3)、将所述接枝型A料和所述催化剂型B料以质量比4︰1混合，经挤出成型后，在85±5℃水中交联，即得所述的硅烷交联型半导电屏蔽材料。

[0042] 实施例2

[0043] 本实施例提供一种硅烷交联型半导电屏蔽材料，其包括：

[0044] A料，以重量份计，原料配方如下：EBA 80份，双峰聚乙烯20份，导电炭黑55份，抗氧剂168 1份，乙烯基三乙氧基硅烷6份，过氧化二异丙苯1份，EVA蜡6份，TAS-2A 3份。

[0045] B料，以重量份计，原料配方如下：双峰聚乙烯100份，二月桂酸二丁辛基锡20份。

[0046] 所述硅烷交联型半导电屏蔽材料的制备方法基本同实施例1，区别在于在75±5℃水中交联，所述接枝型A料和所述催化剂型B料的质量比为4︰1。

[0047] 实施例3

[0048] 本实施例提供一种硅烷交联型半导电屏蔽材料，其包括：

[0049] A料，以重量份计，原料配方如下：EBA 70份，双峰聚乙烯30份，导电炭黑55份，抗氧剂1010 1份，乙烯基三甲氧基硅烷6份，过氧化二异丙苯1份，EVA蜡6份，TAS-2A 3份。

[0050] B料，以重量份计，原料配方如下：双峰聚乙烯100份，二月桂酸二丁基锡20份。

[0051] 所述硅烷交联型半导电屏蔽材料的制备方法基本同实施例1，区别在于在85±5℃水中交联，所述接枝型A料和所述催化剂型B料的质量比为4︰1。

[0052] 实施例4

[0053] 本实施例提供一种硅烷交联型半导电屏蔽材料，其包括：

[0054] A料，以重量份计，原料配方如下：EBA 60份，双峰聚乙烯40份，导电炭黑55份，抗氧剂1010 1份，乙烯基三甲氧基硅烷6份，过氧化二异丙苯1份，聚乙烯蜡6份，TAS-2A 3份。

[0055] B料，以重量份计，原料配方如下：双峰聚乙烯100份，二月桂酸二丁基锡20份。

[0056] 所述硅烷交联型半导电屏蔽材料的制备方法基本同实施例1，区别在于在75±5℃水中交联，所述接枝型A料和所述催化剂型B料的质量比为4︰1。

[0057] 对比例1

[0058] 基本同实施例1，其区别仅在于，将乙烯丙烯酸丁酯共聚物和双峰聚乙烯替换为EVA。

[0059] 对比例2

[0060] 基本同实施例1，其区别仅在于，不加乙烯丙烯酸丁酯共聚物。

[0061] 性能测试：

[0062] 对上述的实施例1-4和对比例1-2所得的半导电屏蔽材料的基础性能及热延伸进行测试，结果见表1。

[0063] 表1

[0064]

[0065] 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。