一种半导电屏蔽复合材料及其制备方法和在电力电缆中的应用技术

本发明专利技术涉及半导电屏蔽复合材料技术领域，具体涉及一种电力电缆用半导电屏蔽复合材料，其包含如下按重量份的组分：乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物(EVA)94％～98％，碳纳米管(CNT)1％～3％，氧化石墨烯(GO)1％～3％。其制备工艺如下：(1)GO‑CNT/EVA混合物的制备；(2)压制成型。本发明专利技术采用高导电CNT作为导电填料，EVA作为基体材料，GO作为CNT与EVA基体界面改善剂，实现在低CNT含量下构建高效导电网络，获得了具有良好导电性和机械性能的半导电屏蔽复合材料。该电力电缆用半导电屏蔽复合材料制备简单，生产成本低，易在工业上实现大量生产。

【技术实现步骤摘要】
一种半导电屏蔽复合材料及其制备方法和在电力电缆中的应用
本专利技术涉及一种电力电缆用半导电屏蔽复合材料制备领域，特别涉及氧化石墨烯(以下简称GO)-碳纳米管(以下简称CNT)/乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(以下简称EVA)电力电缆用半导电屏蔽复合材料。
技术介绍
随着我国经济的快速增长和电力技术的进步，高压以及特高压输电技术因其传输距离远、传输容量大和损耗低等优点受到越来越多的关注。但是在高压下电缆绝缘容易产生空间电荷，导致电场发生畸变，甚至击穿绝缘进而造成电缆的损坏。半导电屏蔽层能使电场分布更均匀以防局部放电，减少应力集中对绝缘层造成的损害，同时还能降低导线损耗。因此，研制电力电缆用半导电屏蔽材料对延长电缆寿命和实现电力系统长期安全稳定运行具有重要作用。传统半导电屏蔽材料主要通过在聚合物基体中添加导电炭黑粒子经熔融混合得到，通常需要较高的炭黑含量才能形成相互连通的导电网络，满足电性能使用要求。然而高含量的炭黑粒子导致加工困难，通过在传统炭黑填充半导电屏蔽料中引入大长径比碳纳米管(CNT)可降低导电粒子使用量(专利号201810173156.8)，但是导电粒子与聚合物基体界面相容性较差，存在严重团聚问题，影响复合材料的电性能和机械性能，且表面光洁度较差。因此，如何实现导电粒子良好分散提高其与聚合物基体的界面相容性成为半导电屏蔽材料研究的重点和难点。
技术实现思路
为解决电力电缆用半导电屏蔽料炭黑填充量大、容易团聚，性能不理想等缺点，本专利技术的第一目的在于提供一种半导电屏蔽复合材料，旨在改善CNT分散性，降低CNT添加量，且改善导电性以及机械性能。本专利技术第二目的在于，提供所述的半导电屏蔽复合材料的制备方法。本专利技术第三目的在于，提供所述的半导电屏蔽复合材料在电力电缆中的应用。本专利技术第四目的在于，还提供了一种氧化石墨烯的全新的应用方法。一种半导电屏蔽复合材料，包含乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、碳纳米管和氧化石墨烯。氧化石墨烯不具备导电性能，常被排除在半导电屏蔽复合材料的应用体系中。但本专利技术基于半导电屏蔽复合材料的广泛研究总结发现，所述的氧化石墨烯虽然不具备导电性，但其可对CNT在EVA体系中起到分散剂的作用，改善CNT在EVA基体中的分散性能，有助于有效解决CNT的团聚，达到在降低CNT含量的情况下，还有效保证以及改善材料的导电性能，此外，还有助于改善材料的机械性能。本专利技术研究发现，所述的二维结构的非导电性的GO和一维的CNT存在明显的协同性，能够协同改善导电性，不仅如此，还能够协同改善材料的机械性能。所述的半导电屏蔽复合材料，包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物基底，以及均匀分散在所述的基底中的碳纳米管和氧化石墨烯。作为优选，所述的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的醋酸乙烯酯重量含量为25～30％；优选为28％；熔体粘度20～30g/(10min)(190℃，21.6N)，优选为25g/(10min)(190℃，21.6N)。作为优选，碳纳米管平均直径9～10nm，优选为9.5nm；平均长度1～2μm，优选为1.5μm。作为优选，所述的氧化石墨烯的片尺寸约为0.5-1微米，厚度为～1.1nm(不超过1.1nm)。作为优选，碳纳米管的重量百分含量为1～3％；氧化石墨烯的重量百分含量为1～3％；余量为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。本专利技术技术方案，借助于所述的氧化石墨烯良好的分散作用，能够有效改善CNT在EVA体系中的分散和取向，能够改善CNT导电网络的构建，有助于在降低CNT含量的前提下，还保证以及改善其导电性能和机械性能，从而改善所述的半导电屏蔽复合材料的性能。一种优选的半导电屏蔽复合材料，复合材料主要原料质量百分比构成如下：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)94％～98％碳纳米管(CNT)1％～3％氧化石墨烯(GO)1％～3％本专利技术中，还提供了一种所述的半导电屏蔽复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将EVA溶液与GO-CNT分散液混合得混合液，随后絮凝并干燥得到GO-CNT/EVA混合物；(2)将GO-CNT/EVA混合物压制成型，得到所述的半导电屏蔽复合材料。本专利技术中，所述的EVA溶液为EVA的二甲苯溶液。作为优选，所述的GO-CNT分散液为分散有GO和CNT的二甲苯溶液；作为优选，向混合液中添加乙醇，进行絮凝，得到所述的GO-CNT/EVA混合物；优选地，将GO-CNT/EVA混合物在150～180℃的温度下预热，随后再在8～12MPa的压力下热压得到。本专利技术还提供一种优选的制备方法，包括以下步骤：(1)GO-CNT/EVA混合物的制备：首先将EVA加入二甲苯中在60℃机械搅拌30min得到EVA溶液，随后将经超声10min后得到的GO-CNT/二甲苯均匀分散溶液加入EVA溶液，继续搅拌混合30min得GO-CNT/EVA混合液，最后将混合液倒入乙醇中絮凝并干燥得到GO-CNT/EVA混合物；(2)压制成型：将步骤(1)中得到的GO-CNT/EVA混合物在160℃预热5min，然后在10MPa下热压10min，最后冷却至室温，得到目标产品。本专利技术还提供了一种所述的半导电屏蔽复合材料的应用，将其用于电力电缆用半导电屏蔽复合材料。本专利技术还提供了一种氧化石墨烯的应用，将其用作分散剂，用于改善CNT在EVA基体界面相容性。本专利技术创新地发现，非导电的GO能够改善CNT与EVA基体界面相容性，实现在低填料含量下构建高效的导电网络，获得具有良好导电性和机械性能的半导电屏蔽复合材料。本专利技术具有以下优点：本专利技术提供了一种全新的半导电屏蔽复合材料，其采用CNT为导电填料、EVA为基体材料，创新地采用GO改善CNT与EVA的界面相容性，利用CNT优良的导电性能和极大的长径比特性、GO与CNT的π-π相互作用及其与EVA的良好相容性，实现在低导电粒子填料下获得满意的导电性和机械性能的半导电屏蔽材料。本专利技术基于所述的非导电Go与CNT之间的协同性，在降低CNT含量的前提下，还可改善材料的导电性能以及机械性能。研究发现，在3％的CNT添加量下，导电率可达到1.2×10-1S/m，且材料的机械性能优异。本专利技术通过溶液混合和热压成型技术即可实现GO-CNT在EVA中的良好分散，在低填料下获得了满意导电性。该制备过程操作简单并且制作成本低，有利于在工程上进行大量生产。附图说明图1为本专利技术制备过程示意图。具体实施方式以下案例中，除特别声明外，其所述的乙烯-醋酸乙烯共聚物(杜邦EVA-28)的醋酸乙烯酯重量含量为28％，熔体粘度25g/(10min)(190℃，21.6N)；其所述的碳纳米管平均直径9.5nm，平均长度1.5μm；其所述的氧化石墨烯的片尺寸约为0.5-1微米，厚度为～1.1nm。实施例1主要原料质量百分比按如下：EVA98％；CNT1％；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导电屏蔽复合材料，其特征在于，包含乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、碳纳米管和氧化石墨烯。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导电屏蔽复合材料，其特征在于，包含乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、碳纳米管和氧化石墨烯。


2.如权利要求1所述的半导电屏蔽复合材料，其特征在于，包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物基底，以及均匀分散在所述的基底中的碳纳米管和氧化石墨烯。


3.如权利要求1所述的半导电屏蔽复合材料，其特征在于，所述的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的醋酸乙烯酯重量含量为25～30％；熔体粘度20～30g/(10min)(190℃,21.6N)。


4.如权利要求1所述的半导电屏蔽复合材料，其特征在于，碳纳米管平均直径9～10nm，平均长度1～2μm。


5.如权利要求1所述的半导电屏蔽复合材料，其特征在于，所述的氧化石墨烯的片尺寸约为0.5-1微米，厚度为～1.1nm。


6.如权利要求1～5任一项所述的半导电屏蔽复合材料，其特征在于，碳纳米管的重量百分含量为1～3％；氧化石墨烯的重量百分含量为1～3％；余量为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。

【专利技术属性】
技术研发人员：万代，齐飞，周恒逸，赵邈，段绪金，彭思敏，由凯，彭涛，
申请(专利权)人：国网湖南省电力有限公司，国网湖南省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43