[发明专利]端链功能化石墨烯改性智慧能源电缆、屏蔽料及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种端链功能化石墨烯改性智慧能源电缆、屏蔽料及制造方法。

背景技术

对于中高压电缆，为了均化电场，并实现导体与绝缘、绝缘与金属屏蔽层的光滑无间隙接触的目的，国家和国际标准中均要求在导体和绝缘层外面挤包一层半导电屏蔽层。目前半导电聚烯烃复合料大多采用在聚烯烃中加入导电炭黑的方式经混合、塑化、造粒、脱水、干燥等过程制成，然而炭黑一方面导电性能有限，需要加入量较多，另一方面其颗粒细度不够，且粒径分布不均匀，由此复合而成的半导电聚烯烃材料体积电阻率在40～100Ω·cm之间，对电缆产品屏蔽均化电场效果不够理想，且长期运行后体积电阻率进一步上升。

石墨烯是一种新型材料，由于其独特的结构，具有非同寻常的导电性能、良好的机械性能和导热性能，且其微片细度分布均匀且在10um以下，因而在CN203617033U及CN103739929A等专利中得到应用，但是当电缆经过长期高温运行时，纯石墨烯粉末和炭黑一样会在聚合物集体中发生重新排布使得导电网络发生改变，从而体积电阻率上升。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种电缆半导电屏蔽层体积电阻率降到10Ω·cm以下，导电介质在复合材料中的均匀分散和长期稳定，电缆长期运行安全性大大提高的端链功能化石墨烯改性智慧能源电缆。

实现本发明第一个目的的技术方案是一种石墨烯改性智慧能源电缆，由内至外依次包括缆芯、包带和外护套；所述缆芯包括一根或者三根绝缘线芯；每根绝缘线芯由内之外依次为导体、端链功能化石墨烯改性导体屏蔽层、绝缘层、端链功能化石墨烯改性绝缘屏蔽层和铜带屏蔽层；所述端链功能化石墨烯改性导体屏蔽层、绝缘层和端链功能化石墨烯改性绝缘屏蔽层为三层共挤结构。

端链功能化石墨烯改性导体屏蔽层和端链功能化石墨烯改性绝缘屏蔽层的石墨烯为经由氧化石墨烯选择性还原化学反应而得到的端链功能化石墨烯，体积电阻率不大于10Ω·cm，且端链功能化石墨烯微片直径不大于10um。

本发明的第二个目的是提供端链功能化石墨烯改性智慧能源电缆的屏蔽料。

实现本发明第二个目的的技术方案是一种端链功能化石墨烯改性智慧能源电缆的屏蔽料，端链功能化石墨烯改性屏蔽料由以下含量组成：乙烯一醋酸乙烯共聚物100份，端链功能化石墨烯粉10份，润滑剂6份、抗氧剂0.8份；所述功能化石墨烯粉的粒径不大于10um，端链功能化的官能团包括羧基、羟基。

所述润滑剂为石蜡。

所述抗氧剂为300。

本发明的第三个目的是提供前述屏蔽料的制备方法。

实现本发明第三个目的的技术方案是一种石墨烯改性智慧能源电缆的屏蔽料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：功能化石墨烯粉的制备：通过经典Hummers法首先合成氧化石墨烯，经过选择性还原等化学反应制得端链功能化石墨烯粉；

步骤二：混合：将乙烯一醋酸乙烯共聚物100份，功能化石墨烯粉10份，润滑剂6份、抗氧剂0.8份，以140～190rpm的转速搅拌混合1-3分钟，得到混合均匀的混合料；

步骤三：塑化：将混合料进行塑化，螺杆转速为150-200rpm，在85～110℃温度区间内经塑化区和挤塑区得到塑化料；

步骤四：造粒：将塑化料在105～115℃，压力5.0～8.0Mpa条件下，制成5mm×5mm×5mm的黑色颗粒状，冷却至室温；

步骤五：脱水：将黑色颗粒状粒子在1000～1200rpm转速下脱水半小时；

步骤六：干燥：脱水后的料在45～55℃温度条件下，经沸腾床干燥得到端链功能化石墨烯改性智慧能源电缆的屏蔽料，室温冷却。

所述步骤一中端链功能化石墨烯粉的制备过程具体为：首先采用经典Hummers法合成氧化石墨烯：石墨粉在冰水浴下，控制反应温度不超过20℃，经浓硫酸和高锰酸钾强氧化，并经过酸洗、水洗、过滤干燥过程制得氧化石墨烯粉；然后将2.7份氧化石墨烯，50份乙二醇经超声混合1h后，将得到的悬浮液在150℃的油浴中加热搅拌7h，再趁热过滤，用无水乙醇和蒸馏水分别洗涤3次，经60℃真空干燥得到端链功能化石墨烯粉。