本发明专利技术提供一种电缆专用半导电屏蔽石墨烯母料及制备方法。本发明专利技术中的啮合螺杆机制备半导电屏蔽石墨烯母料，在连续通过螺杆挤出腔室过程中，首先石墨能够形成片形的取向，并通过剪切剥离区的啮合块螺纹元件在定向的方向被剪切剥离，从而形成了径向大尺寸面积的高质量石墨烯并与母料载体剪切分散，在分散混合区又能将石墨烯与母料载体进一步混合分散均匀，解决了分散、相容的缺陷，得到一种电缆专用半导电屏蔽石墨烯母料。本发明专利技术克服了现有技术中成本昂贵，制备过程的产生的环境污染的技术问题，进而实现低成本、无污染、规模化地制备石墨烯电缆母料，进一步推动了石墨烯电缆的量产化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电缆材料领域，具体涉及一种电缆专用半导电屏蔽石墨烯母料及制备方法。
技术介绍
2004年，英国曼彻斯特大学物理学教授Geim等用一种极为简单的方法剥离并观测到了碳元素的准二维材料——石墨烯，其特殊的结构使其具有完美的量子隧道效应、半整数的量子霍尔效应、从不消失的电导率等一系列性质引起了科学界巨大的兴趣。自从石墨烯被发现以后，由于其透光性好、导热系数高、电子迁移率高、电阻率低、机械强度高等拥有众多普通材料不具备的性能，有望众多领域广泛应用，是最有前景的先进材料之一，石墨烯的性能和巨大的市场应用前景引发了物理和材料科学等领域的研究热潮。电缆具有内通电、外绝缘的特征。如电力电缆、控制电缆、补偿电缆、屏蔽电缆、高温电缆、计算机电缆、信号电缆、同轴电缆、耐火电缆、船用电缆、矿用电缆和铝合金电缆等，应用在电力系统、信息传输和仪表系统中用于连接电路、电器等。现有技术中见到的10KV及以上的电力电缆一般都有导体屏蔽层和绝缘屏蔽层，以达到均化电场的效果，而大多数屏蔽型橡胶软电缆均采用半导电橡皮作为屏蔽层，半导电橡皮屏蔽层一般是由橡胶与导电炭黑经过机械混合制备而成的，近年来，石墨烯作为电缆材料的一种特殊材料用于半导电屏蔽橡皮。中国专利技术专利申请号201410172273.4公开了一种含有石墨烯的电缆料，通过将石墨烯加入树脂、聚乙烯、EVA、聚乙二醇二丙烯酸酯等原料中，将原料混合均匀，于双螺杆挤出机中混炼、造粒制备出含有石墨烯的电缆。中国专利技术专利申请号201410487326.1公开了一种改性石墨烯电缆料，首先将石墨烯进行改性，获得改性石墨烯，接着将改性石墨烯和其他添加剂作为原料加入经过塑炼后的天然橡胶丁腈橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物等原料中，通过螺杆挤出制备出石墨烯电缆料。中国专利技术专利申请号201510439101.3公开了一种石墨烯半导体屏蔽料，先配制分散均匀的石墨烯纳米片(GR)水溶液，搅拌下加入乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)乳液，得到GR/EVA固体母胶，通过双辊筒开炼机充分混合，加硫化剂处理后在平板硫化机上成型，获得石墨烯半导体屏蔽料。中国专利技术专利申请号201410697240.1公开了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四氢呋喃、二甲苯、三氯甲烷等混合，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到电缆用半导电屏蔽料。由于在制备过程需要添加大量有机物溶剂，该类有机物对人体有毒且易燃易爆，易产生环境污染，导致工业生产中存在安全问题和环境问题。由此可知，现有技术中直接采用石墨烯纳米材料作为原料加工石墨烯电缆料，由于石墨烯价格昂贵，将石墨烯直接作为生产原料直接增加了石墨烯电缆料生产成本，不利于大规模推广应用。此外，在生产过程中利用有机物作为溶剂，危害人体健康并且导致环境污染，难以进行大规模生产，因此，开发低成本、规模化地制备石墨烯电缆母料符合石墨烯电缆市场需求。
技术实现思路
针对目前直接利用石墨烯作为生产电缆的原料，成本高、无法大规模生产的缺陷，本专利技术提出一种电缆专用半导电屏蔽石墨烯母料及制备方法，克服了现有技术中成本昂贵，制备过程的产生的环境污染的技术问题，从而实现低成本、规模化地制备石墨烯电缆母料，进一步推动了石墨烯电缆的量产化生产。为解决上述问题，一方面，本专利技术采用以下技术方案：一种电缆专用半导电屏蔽石墨烯母料，所述母料由下列重量百分比的原料制备而成：母料载体85-93%石墨5-10%增塑剂1.5-3%分散剂0.5-2%其中，所述的母料载体为ABS树脂、PE树脂、PP树脂、HIPS聚苯乙烯树脂、PVC树脂、EVA树脂、天然橡胶和丁晴橡胶的一种或几种的混合物；所述的石墨原料为石墨粉、鳞片石墨、膨胀石墨、高取向石墨、热裂解石墨、氧化石墨中的至少一种；所述的增塑剂为环氧大豆油、邻苯二甲酸二辛脂、癸二酸二辛脂、邻苯二甲酸二异癸酯的一种或几种混合物；所述的分散剂为聚酰胺蜡、聚丙烯蜡、EVA蜡、硬脂酸钙和硬脂酸镁、乙撑基双硬脂酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺、聚己二酸乙二醇酯、邻苯二甲酸酯、柠檬酸酯、乙酰柠檬酸酯、单甘酯和季戊四醇酯的一种或几种的混合物。另一方面，本专利技术公开一种电缆专用半导电屏蔽石墨烯母料的制备方法，采用旋转啮合螺杆机通过高剪切应力的剥离来制备，具体方法如下：（1）将母料载体、增塑剂和分散剂在高速混合机中以600-1200rpm的转速混和分散10-25min，得到预混物；预混物的质量之和以100%的质量分数计，其中橡胶载体质量分数为80~90%，增塑剂质量分数为1.5-3%，分散剂质量分数为0.5-1%；（2）将步骤（1）得到的预混物和石墨从两个喂料口分别加入所述旋转啮合螺杆机，挤出机喂料口与混流器入口相连，物料经过混流器汇合，得到母料载体与石墨混合物料，进而挤入旋转啮合螺杆机挤出腔室内，混合物料沿螺杆旋转方向均匀分散，形成均匀的随机分布，并逐渐向所述出料端输送，其中，所述混流器设置温度为100-200℃；其中，所述挤出腔室内由进料端向出料端分为剪切剥离区和分散混合区，在所述剪切剥离区内，设置至少一组旋转啮合螺杆组，所述螺杆组转轴垂平行于所述进料端与所述出料端连线，在分散混合区内设置至少一组旋转啮合螺杆组，所述螺杆组转轴垂直于所述进料端与所述出料端连线。（3）步骤（2）分散均匀的物料连续通过自然冷却、切粒、风干过程，即得到电缆专用半导电屏蔽石墨烯母料。优选地，所述剪切剥离区螺杆组的螺杆由进料端向出料端依次设置分散取向段、剪切碳化段、剪切剥离段，所述剪切剥离区螺杆组中螺杆长径比小于所述剪切剥离区长度，螺杆直径为20-180mm；所述的分散取向段由两组56/56输送螺纹元件、两组齿形盘、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向56/56输送螺纹元件组成；所述的剪切碳化段由四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组成；所述的剪切剥离段由四组斜角为30°的啮合螺纹元件、四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组、四组90°的直角啮合螺纹元件、四组反向60°的啮合螺纹元件组成。优选地，所述分散混合区螺杆组中的螺杆由四组90°的直角啮合螺纹元件构成，所述分散混合区螺杆组中螺杆长径比大于10/1，螺杆直径为50-200mm。优选地，所述螺杆组中的螺杆以100-1200rpm的转速旋转，所述旋转啮合螺杆机设置温度为170-240℃。本专利技术制备的半导电屏蔽石墨烯母料制备的石墨烯电缆性能，如表1所示。表1：性能指标拉伸强度断裂伸长率20℃体积电阻熔融指数(压力20KG)石墨烯电缆10.5MPa280%28.4Ω•cm1.0g/10min本专利技术一种利用螺杆机剪切连续制备石墨烯材料的方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1、本专利技术方法直接采用石墨和树脂等材料作为母料载体为原料，利用本专利技术中的啮合螺杆机制备半导电屏蔽石墨烯母料，原料来源广泛，成本低廉，具有显著的市场竞争力。2、本专利技术中的啮合螺杆机作为制备半导电屏蔽石墨烯母料的反应器，实现了连续规模化制备半导电屏蔽石墨烯母料，并且无环境污染、产量高，进一步推动了石墨烯电缆的大规模产业化发本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电缆专用半导电屏蔽石墨烯母料，其特征在于，所述母料由下列质量分数的原料制备而成：母料载体 85‑93%石墨原料 5‑10%增塑剂 1.5‑3%分散剂 0.5‑2%其中，所述的母料载体为ABS树脂、PE树脂、PP树脂、HIPS 聚苯乙烯树脂、PVC树脂、EVA树脂、天然橡胶和丁晴橡胶的一种或几种的混合物；所述的石墨原料为鳞片石墨、膨胀石墨、高取向石墨、热裂解石墨、氧化石墨中的至少一种；所述的增塑剂为环氧大豆油、邻苯二甲酸二辛脂、癸二酸二辛脂、邻苯二甲酸二异癸酯的一种或几种混合物；所述的分散剂为聚酰胺蜡、聚丙烯蜡、EVA蜡、硬脂酸钙和硬脂酸镁、乙撑基双硬脂酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺、聚己二酸乙二醇酯、邻苯二甲酸酯、柠檬酸酯、乙酰柠檬酸酯、单甘酯和季戊四醇酯的一种或几种的混合物。
【技术特征摘要】
1.一种电缆专用半导电屏蔽石墨烯母料，其特征在于，所述母料由下列质量分数的原料制备而成：母料载体85-93%石墨原料5-10%增塑剂1.5-3%分散剂0.5-2%其中，所述的母料载体为ABS树脂、PE树脂、PP树脂、HIPS聚苯乙烯树脂、PVC树脂、EVA树脂、天然橡胶和丁晴橡胶的一种或几种的混合物；所述的石墨原料为鳞片石墨、膨胀石墨、高取向石墨、热裂解石墨、氧化石墨中的至少一种；所述的增塑剂为环氧大豆油、邻苯二甲酸二辛脂、癸二酸二辛脂、邻苯二甲酸二异癸酯的一种或几种混合物；所述的分散剂为聚酰胺蜡、聚丙烯蜡、EVA蜡、硬脂酸钙和硬脂酸镁、乙撑基双硬脂酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺、聚己二酸乙二醇酯、邻苯二甲酸酯、柠檬酸酯、乙酰柠檬酸酯、单甘酯和季戊四醇酯的一种或几种的混合物。2.一种电缆专用半导电屏蔽石墨烯母料的制备方法，其特征在于，采用旋转啮合螺杆机通过高剪切应力的剥离来制备，具体方法如下：（1）将质量分数为85-93%母料载体、1.5-3%增塑剂和0.5-2%分散剂在高速混合机中以600-1200rpm的转速混和分散10-25min，得到预混物；（2）将步骤（1）得到的预混物和质量分数为5-10%的石墨从两个喂料口分别加入所述旋转啮合螺杆机，挤出机喂料口与混流器入口相连，物料经过混流器汇合，得到母料载体与石墨混合物料，进而挤入旋转啮合螺杆机挤出腔室内，混合物料沿螺杆旋转方向均匀分散，形成均匀的随机分布，并逐渐向所述出料端输送，其中，所述混流器设置温度为100-200℃；其中，所述挤出腔室内由进料端向出料端分为剪切剥离区和分散混合区，在...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，曾军堂，陈兵，王镭迪，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51
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