技术领域

本发明属于电缆材料制造技术领域，涉及一种半导电胶及其制备方法、利用半导电胶制备半导电带的方法，以及上述制备方法得到的半导电带及其应用。

背景技术

半导电缓冲阻水带设置于超高压电缆的铝波纹层与缆芯屏蔽层之间，起到电气连接的作用，降低绝缘表面电荷的富集，降低局部放电的可能；同时，半导电缓冲阻水带可填充铝波纹层，防止水分进入铝波纹层，降低超高压电缆水树等危害电缆安全事故的发生。

目前所用的半导电缓冲阻水带，常出现使铝波纹内壁层烧蚀、腐蚀现象，且纵向阻水性差，主要是因为现有半导电缓冲阻水带在导热、传输电流方面性能差，以及所采用的吸水性树脂粉吸水效果差，导致水分进入电缆内腐蚀金属件而引起的。另外，目前所用半导电缓冲阻水带还存在抗张强度小、表面电阻大、体积电阻率大、膨胀速度慢、膨胀高度低、纵向阻水性差、自身厚度大、热及电流传输通道长等缺点。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种半导电胶材料，用于解决现有半导电缓冲阻水带的半导电胶在导热、传输电流方面性能差以及阻水性差的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

半导电胶，包括以下质量百分比的组分：铝粉10-15％、高吸水树脂粉15-20％、导电乙炔炭黑10-15％、丙烯酸乳液15-30％、水性分散剂3-5％、丙二醇30-40％。

优选的，铝粉为轻质导电铝粉，粒径为20-50目，粒径小、质量轻，分散均匀、不易结团，可以与铝波纹层充分接触，既可以增强半导电胶的导电性能，又可以提高半导电胶的导热性能，耐腐蚀性高。轻质导电铝粉与导电乙炔炭黑复合使用，协同导电、导热，可以显著提高半导电胶的导热、传输电流的性能。

优选的，高吸水树脂粉为日本住友精细化工高吸水树脂粉（产品型号：10SH-PF-HR），吸水性好，保水性能优良，提高了半导电胶的阻水性能，有效防止水分进入电缆内对铝波纹层等金属件产生腐蚀等伤害。

优选的，丙烯酸乳液的固含量大于55％，具有良好的耐水性、良好的粘附力。

优选的，水性分散剂为环保水性分散剂，优选DN分散剂，又名乙二醇。

本发明所制得的半导电胶具有导电性能优、吸水性能强、保护电缆内金属件不被水腐蚀的特点，可以取代目前市场上用导电炭黑与水性丙烯酸乳液制成的导电液（经织带涂覆烘干后，再在其表面粘胶与吸水树脂粉结合制作而成的工艺，其缺点易落粉、导电性能差、工艺繁杂、效率差、耗能高）。

本发明的第二个目的是提供一种半导电胶的制备方法，包括以下步骤：

（1）在搅拌机中加入丙二醇、水性分散剂，在室温下搅拌，搅拌时间为5-10min，搅拌速度600-800r/min；

（2）再加入导电乙炔炭黑，在室温下先低速搅拌，防止成团，后高速搅拌，使导电乙炔炭黑分散均匀，具体按以下速度和时间进行多阶变速搅拌：

①搅拌速度600-800r/min，搅拌时间为20-40min；

②搅拌速度800-1000r/min，搅拌时间为20-40min；

③搅拌速度1000-1200r/min，搅拌时间为20-40min；

④搅拌速度1200-1400r/min，搅拌时间为20-40min；

（3）在步骤（2）中加入铝粉，在室温下搅拌，搅拌时间为5-10min，搅拌速度600-800r/min，使铝粉分散均匀；

（4）在步骤（3）中加入高吸水树脂粉，在室温下搅拌，搅拌时间为5-10min，搅拌速度600-800r/min，使高吸水树脂粉分散均匀；

（5）最后，在步骤（4）中加入丙烯酸乳液，在室温下搅拌，搅拌时间为5-10min，搅拌速度600-800r/min，所有物质搅拌混合均匀，得到半导电胶。

本发明的第三个目的是提供一种半导电带的制备方法，以解决目前所用半导电缓冲阻水带的抗张强度小、表面电阻大、体积电阻率大、膨胀速度慢、膨胀高度低、自身厚度大，以及热、电流传输通道长等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种半导电带的制备方法，织带浸渍上述半导电胶后经挤压、再次浸渍上述半导电胶、表面刮涂、烘干，制得半导电带，在织带正反面分别形成高性能导电阻水层，具体包括以下步骤：

（1）织带编织

1）运用镀锡铜丝（直径0.18-0.2mm，为单丝或者多根单丝绞合而成）取代部分经纱，剩余经纱选用20-30支棉纱或300-1000dtex涤纶长丝，纬纱选用与经纱一样规格型号的棉纱或涤纶长丝。

2）根据织带所需宽度调整好织带机（优选高速编织机）纬纱交叉行程，设定好高速编织机转速（145-160r/min）和出带速度（0.5-2m/min)，织带由纵向的经纱、镀锡铜丝和横向的纬纱编织而成，镀锡铜丝均匀有序间隔分布于经纱之中。

将经纱、纬纱放于放卷纱架上，经纱架张力器、纱架分丝板、钢梳均匀排列；将镀锡铜丝放于金属丝放卷纱架上，经瓷孔、纱架张力器、钢梳均匀排列，使镀锡铜丝均匀有序间隔排列于经纱中间；

经纱与纬纱交叉编织，镀锡铜丝则间隔一定根数的纬纱呈波浪型跳跃式与纬纱进行编织，形成交叉跳跃织带工艺；

经高速编织机编织得到的织带，采用恒张力收卷，盘径达到50cm以上（或其他尺寸），盘内孔采用常规76mm纸芯（或其他尺寸）。

优选的，镀锡铜丝的编织密度为2-8根/cm（即每厘米等距离含有2-8根镀锡铜丝排列），经纱编织密度为8-16根/cm，纬纱的编织密度为10-20根/cm。

优选的，上述交叉跳跃织带工艺，即镀锡铜丝在上方时，经、纬纱在下方交叉编织一定长度（如：3-5mm）后，镀锡铜丝跳跃至下方，经、纬纱则在上方交叉编织同样的长度（则在织带的正面或反面，纵向方向上，每段镀锡铜丝长度为3-5mm，相邻两段镀锡铜丝的间距3-5mm），如此往复，镀锡铜丝形成波浪型跳跃式编织，使镀锡铜丝充分暴露于织带表面。

（2）挤压涂覆

该工序中，采用2-5条织带同时进行，将编织好的织带依次经过恒张力放卷、经过隔距槽（起到保持织带间距作用）、进入含有上述半导电胶的胶槽浸渍、经上下橡胶辊挤压、进入同样的半导电胶胶槽浸渍，最后由一对圆柱形压辊在织带正反两面刮胶，利用压力传感器监测刮胶压力，刮胶压力保持在2kg，使带材保持平整。

优选的，橡胶辊直径20-40cm，挤压的压力为2-5kg，硬度50-80度。

优选的，圆柱形压辊与织带压力大小决定于涂覆量大小，压力越小，涂覆越厚，设定涂覆量在100-150g/m²。

（3）真空烘干

该工序中，同样采用2-5条织带同时进行。经挤压涂覆后，将织带依次送入烘筒，经隔距挡板（起到保持织带间距作用）、恒张力收卷、真空包装，制得半导电带。织带传输速度设定在10-20m/min，达到节能、快速、高效的生产效率。

优选的，烘筒采用宽50-100cm、直径57-80cm蒸汽或电加热烘筒，温度设定为130-200℃（根据织带的厚度：厚度较厚，温度相对高；每条生产线可用6-12只烘筒，真空烘干压力-0.05～-0.1MPa。

本发明中织带经涂覆半导电胶后，由于织带表面带有金属镀锡铜丝，极大地提高了半导电带的导电性能和抗张强度。

本发明运用交叉跳跃织带工艺，使镀锡铜丝完全展现在织带的表面（正面、反面沿纵向方向上间隔跳跃式分布），避免镀锡铜丝部分埋于经、纬纱之间，提高了镀锡铜丝与铝波纹壁的接触面积，提高了半导电带的导电、导热效果。

另外，由于镀锡铜丝呈波浪型跳跃式与纬纱进行编织，使半导电带带材内呈波浪型结构，具有微型弹簧的作用，且织带本身具有弹性功能，可以在外界压力作用下，相互协同起到缓冲作用。

本发明的第四个目的是提供一种半导电带，通过上述半导电包带的制备方法得到。

本发明所制得的半导电带具有导电性能优、吸水性能强、有效阻止水分进入电缆内腐蚀金属件的特点，其表面电阻、体积电阻率更小，厚度更薄，实现了电流及热的快速传输和传导，解决了纵向阻水差的问题，提高了横向阻水性能，并创新性地采用正反两面阻水层结构，可以取代目前市场上用导电炭黑与水性丙烯酸乳液制成的导电液（经织带涂覆烘干后，再在其表面粘胶与吸水树脂粉结合制作而成的工艺，其缺点易落粉、导电性能差、工艺繁杂、效率差、耗能高）。

本发明所制得的半导电带，有益效果具体如下：

1、厚度薄

本发明制得的半导电带，厚度为0.3-0.5mm（而目前半导电缓冲阻水带厚1.5-2.0mm），绕包后电缆外径减小，铝波纹管外径变小。

2、抗张强度大

本发明制得的半导电带，抗张强度大于1000N/cm，而目前半导电缓冲阻水带抗张强度小于100N/cm。

3、半导电性能优

本发明制得的半导电带，表面电阻小于100Ω，体积电阻率小于1×10²Ω•cm。而目前半导电缓冲阻水带表面电阻在400-1500Ω，体积电阻率1×10

4、吸水性能优

本发明制得的半导电带，表面均含有优越的吸水性材料，具有两层吸水层（织带正反两面的半导电阻水层），膨胀速度＞16mm/min,膨胀高度＞22mm/3min。而目前半导电缓冲阻水带均只有一层吸水层，位于带材内部，其膨胀速度＜12mm/min，膨胀高度＜20mm/3min。

5、危害性小

本发明的半导电带对超高压电缆内缆芯屏蔽层绕包后，具有快速导电、散热效果，对铝波纹管内壁不易产生烧蚀、腐蚀、击穿现象。而目前半导电缓冲阻水带，常易使铝波纹管内壁产生烧蚀、腐蚀及击穿现象。

6、生产效率高，生产环境友好

本发明的半导电带采用高速编织机，具有一机产多带的优点，织带经浸胶、挤压、再次浸胶、烘干、收卷而成，整个生产过程无污染。而目前半导电缓冲阻水带要经过多道工艺制作，且制作过程中纤维飘扬多，吸水性粉体在洒粉粘结复合过程中会随风飘扬，对环境污染大，对人体具有一定的危害，且目前所采用的阻水粉阻水效果不够优越，不能有效阻止水分进入电缆内腐蚀金属件，整个制作过程工序多而复杂，制作过程中对环境污染大、生产效率差、耗能大，其生产要经过高达几倍（相对本发明）的工序才能完成。

本发明的第五个目的是提供一种半导电带在超高压电缆制造中的应用。

本发明工艺简单，将采用交叉跳跃织带工艺制得的织带浸渍于含铝粉的高性能半导电胶，经挤压涂覆、真空烘干等快速制造而成。本发明具有厚度薄（0.3-0.5mm），抗张强度大（大于1000N/cm)；半导电性能优：表面电阻小（小于100Ω），体积电阻率小（小于1×10²Ω•cm）；吸水性强：膨胀性能高（膨胀速度大于16mm/min，膨胀高度大于22mm/3min），吸水效果好，能有效阻止水分进入电缆内腐蚀金属件。

附图说明

图1为本发明实施例1中织带编织的结构示意图；

图2为本发明实施例1中工艺流程图；

图中：1经纱、2纬纱、3镀锡铜丝。

具体实施方式

本发明中各原料的获取来源如下：

轻质导电铝粉，采购自郑州新利耐磨材料有限公司；

高吸水树脂粉，采用日本住友精细化工高吸水树脂粉，产品型号：10SH-PF-HR；

导电乙炔炭黑，采购自焦作和兴化学工业有限公司，粒状乙炔炭黑；

丙烯酸乳液，采购自罗门哈斯（上海）国际贸易有限公司，产品型号：HS-11；

水性分散剂，采用DN分散剂（又名乙二醇），采购自江苏海云花新材料有限公司，型号：B-700；

丙二醇，采购自河南春启化工产品有限公司；

镀锡铜丝，采购自泰州飞达电工器材有限公司；

涤纶长丝，采购自荣盛石化股份有限公司。

对照例1

现有半导电缓冲阻水带的制备方法（参考公开号为CN 105002653 A、公开日为2015年10月28日的中国发明专利申请：超强型纳米半导电缓冲阻水带及其加工工艺的说明书实施例一）：将SAF 纤维通过刺棉生产工艺生产出针刺棉无纺布；再将针刺棉无纺布浸渍于油性纳米导电液（由纳米中空碳管20%、油性丙烯酸胶体30%、乙脂50%组成），经挤压、真空烘干而成。

实施例1

一种半导电胶材料，质量为2000g，包括以下质量百分比的组分：轻质导电铝粉10％、高吸水树脂粉20％、导电乙炔炭黑15％、丙烯酸乳液20％、DN分散剂3％、丙二醇32％，其中，铝粉粒径为35目，丙烯酸乳液的固含量大于55％。

上述半导电胶材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）在搅拌机中加入丙二醇、水性分散剂进行搅拌（室温下搅拌），搅拌时间为6min，搅拌速度800r/min；

（2）再加入导电乙炔炭黑进行搅拌（室温下先低速搅拌），防止成团，后高速搅拌，使导电乙炔炭黑分散均匀，具体按以下速度和时间进行多阶变速搅拌：

①搅拌速度800r/min，搅拌时间为30min；

②搅拌速度1000r/min，搅拌时间为30min；

③搅拌速度1200r/min，搅拌时间为30min；

④搅拌速度1400r/min，搅拌时间为30min；

（3）在步骤（2）中加入铝粉进行搅拌（室温下搅拌），搅拌时间为10min，搅拌速度800r/min，使铝粉分散均匀；

（4）在步骤（3）中加入高吸水树脂粉搅拌（室温下搅拌），搅拌时间为10min，搅拌速度800r/min，使高吸水树脂粉分散均匀；

（5）最后，在步骤（4）中加入加入丙烯酸乳液（室温下搅拌），搅拌时间为5min，搅拌速度800r/min，所有物质搅拌混合均匀，得到半导电胶。

本实施例制得的半导电胶具有导电性能优、吸水性能强、保护缆内金属件不被水分腐蚀的特点。

如图2所示，一种半导电带的制备方法，

（1）织带编织

1）运用镀锡铜丝（直径是0.18mm，为单丝）取代部分经纱，剩余经纱选用1000dtex涤纶长丝，纬纱选用与经纱一样规格型号涤纶长丝。

2）根据织带所需宽度调整好高速编织机纬纱交叉行程，设定好高速编织机转速（150r/min）和出带速度（1m/min)；

织带由纵向的经纱、镀锡铜丝和横向的纬纱编织而成，镀锡铜丝均匀有序间隔分布于经纱之中；镀锡铜丝的编织密度为5根/cm（即每厘米等距离含有5根镀锡铜丝排列），经纱编织密度为12根/cm，纬纱的编织密度为15根/cm。

将经纱、纬纱放于放卷纱架上，经纱架张力器、纱架分丝板、钢梳均匀排列；将镀锡铜丝放于金属丝放卷纱架上，经瓷孔、纱架张力器、钢梳均匀排列，使镀锡铜丝均匀有序间隔排列于经纱中间；

如图1所示，经纱与纬纱交叉编织，镀锡铜丝则间隔一定根数的纬纱呈波浪型跳跃式与纬纱进行编织，形成交叉跳跃织带工艺；即镀锡铜丝在上方时，经、纬纱在下方交叉编织4mm后，镀锡铜丝跳跃至下方，经、纬纱则在上方交叉编织同样的长度；如此往复，镀锡铜丝形成波浪型跳跃式编织，使镀锡铜丝充分暴露于织带表面；

经高速编织机编织得到的织带，采用恒张力收卷，盘径达到50cm，盘内孔采用常规76mm纸芯。

（2）挤压涂覆

该工序中，采用4条织带同时进行，将编织好的织带依次经过恒张力放卷、经过隔距槽（起到保持织带间距作用）、进入含有上述半导电胶的胶槽浸渍、经上下橡胶辊挤压（直径40cm，挤压的压力为4kG，硬度60度）、进入同样的半导电胶胶槽浸渍，最后由一对圆柱形压辊在织带正反两面刮胶，设定涂覆量在120g/m²，利用压力传感器监测刮胶压力，刮胶压力保持在2kg，使带材保持平整。

（3）真空烘干

该工序中，同样采用4条织带同时进行。经挤压涂覆后，将织带依次送入烘筒，经隔距挡板（起到保持织带间距作用）、恒张力收卷、真空包装，制得半导电带。织带传输速度设定在15m/min。

其中，烘筒采用宽80cm、直径60cm的电加热烘筒，温度设定为150℃，真空烘干压力-0.05MPa。

实施例2

与实施例1不同的是：一种半导电胶材料，质量为2000g，包括以下质量百分比的组分：轻质导电铝粉13％、高吸水树脂粉17％、导电乙炔炭黑12％、丙烯酸乳液23％、DN分散剂4％、丙二醇31％。

实施例3

与实施例1不同的是：一种半导电胶材料，质量为2000g，包括以下质量百分比的组分：轻质导电铝粉15％、高吸水树脂粉15％、导电乙炔炭黑10％、丙烯酸乳液22％、DN分散剂5％、丙二醇33％。

实施例4

与实施例1不同的是，一种半导电胶材料，质量为2000g，包括以下质量百分比的组分：轻质导电铝粉10％、高吸水树脂粉20％、导电乙炔炭黑10％、丙烯酸乳液25％、DN分散剂3％、丙二醇32％。

实施例5

与实施例1不同的是，一种半导电胶材料，质量为2000g，包括以下质量百分比的组分：轻质导电铝粉20％、高吸水树脂粉20％、丙烯酸乳液25％、DN分散剂3％、丙二醇32％。本实施例中，半导电胶的导电成分均采用轻质导电铝粉，金属含量大，比重大；轻质导电铝粉表面粗糙，半导电带绕包或者折叠，易导致轻质导电铝粉脱落、半导电带导电性能不稳定。

实施例6

与实施例1不同的是，一种半导电胶材料，质量为2000g，包括以下质量百分比的组分：高吸水树脂粉20％、导电乙炔炭黑20％、丙烯酸乳液25％、DN分散剂3％、丙二醇32％。

实施例7

与实施例1不同的是，一种半导电胶材料，质量为2000g，包括以下质量百分比的组分：轻质导电铝粉10％、阻水粉20％（采购自汉邦环保科技（天津）有限公司，型号HS150）、导电乙炔炭黑15％、丙烯酸乳液20％、DN分散剂3％、丙二醇32％。其中，铝粉粒径为35目，丙烯酸乳液的固含量大于55％。

实施例8

与实施例1不同的是，一种半导电胶材料，质量为2000g，包括以下质量百分比的组分：轻质导电铝粉10％、吸水树脂25％（住友高吸水性树脂CA180）、导电乙炔炭黑15％、丙烯酸乳液20％、DN分散剂3％、丙二醇27％。

性能测试

半导电带在使用时一般绕包在电缆半成品外，呈弯曲缠绕状态。为了获得半导电带在使用状态时的性能参数（更具参考性），在性能测试前，将实施例1-8中制得的半导电带进行模拟绕包，绕包对象为电缆半成品，绕包方法为常规工艺。接着，通过天平、测厚仪、拉力仪、电阻仪、量杯（显示膨胀高度）、等设备测定对照例1，实施例1、2、3、4、5、6、7、8中得到的半导电带产品性能，结果如表1所示。

上述半导电带产品性能测试方法为：

①抗张强度：单位N/㎝；技术要求：不小于100；测试方法采用GB/T 1040.1-2018，参见塑料拉伸性能的测定第1部分：总则；

②表面电阻：单位：Ω；技术要求：小于等于200；测试方法：采用GB/T 1410-2006，参见固体绝缘材料体积电阻率率和表面电阻率试验方法；

③体积电阻率：单位：Ω•cm；技术要求：小于等于1.0×10

④膨胀速度：单位：mm/min；技术要求：大于等于16；测试方法：采用JB/T 10259-2014，参见电缆和光缆用阻水带；

⑤膨胀高度：单位：mm/3min；技术要求：大于等于20；测试方法：采用JB/T 10259-2014，参见电缆和光缆用阻水带。

表1 对照例1与实施例1-8中半导电带的性能参数对比