CN116656069A - 一种阻水粉及其制备方法、阻水带和xlpe电缆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电缆电力领域，具体是一种阻水粉及其制备方法、阻水带和XLPE电缆。本发明提供了一种阻水粉，其包括聚丙烯酸钠和高岭土的复合物和包覆在所述复合物表面的乙基纤维素。本发明提供的阻水粉具有乙基纤维素包层，用于阻水带中能够在充分发挥阻水粉阻水性能的同时，避免了导电性能不良物质的产生。实验表明，对比两种阻水带与皱纹铝护套波谷接触位置的白色粉末情况，普通阻水带毛面有明显白粉，阻水带光面无白粉但有小块凝胶，铝护套波谷表面有明显腐蚀痕迹；含涂覆乙基纤维素阻水粉的阻水带毛面无白粉，光面无白粉，铝护套波谷表面无腐蚀痕迹。

Description

一种阻水粉及其制备方法、阻水带和XLPE电缆

技术领域

本发明涉及电力电缆领域，具体是一种阻水粉及其制备方法、阻水带和XLPE电缆。

背景技术

随着经济社会持续发展，电力电缆因其有利于城市美化及故障率低、占地走廊小等优点，在城网改造中应用广泛。电力电缆通常敷设于地底，易受市政工程等外力破坏，引起水分侵入。为防止电缆绝缘受潮产生水树枝，常用半导电缓冲阻水带作纵向阻水结构，阻水带中填充以聚丙烯酸钠为基底的阻水粉，由于具有三维网状结构，能够吸附百倍于自身质量的水分；如图1所示，图1为高压XLPE电缆的剖面结构示意图，其中包含导体1、导体屏蔽层2、绝缘层3、绝缘屏蔽层4、阻水带5、铝护套6和外护套7，阻水带5位于绝缘屏蔽层4和铝护套6之间，起纵向阻水和机械缓冲作用。一旦水分进入电缆，阻水带5中的阻水粉会由团聚状吸水膨胀成相互独立的球状，将水分储存在内部，阻止其进一步渗透入电缆深处。

但近年来发生多起由于缓冲层烧蚀缺陷引发的电缆故障，且多个迁改工程发现，在电缆阻水带表面与铝护套接触位置有白色粉末生成，业内分析是阻水粉受潮膨胀与铝护套接触后经化学反应生成，是高压电缆缓冲层出现烧蚀缺陷的重要原因之一。白色粉末是高阻值物质，分布在原本导电性能良好的阻水带表面，造成场强畸变，引起阻水带局部放电，长期放电烧蚀引起电缆绝缘故障。

目前，行业内常用的阻水带是半导电缓冲阻水带，由半导电聚酯纤维无纺布、阻水粉、半导电粘合剂和半导电膨松棉组成。外界水分侵入时，阻水带中的阻水粉受潮体积膨胀，会通过无纺布和蓬松棉表面的微小孔洞与铝护套波谷接触反应，在阻水带表面生成高阻值白色粉末，这与原本希望绝缘屏蔽层和铝护套间电气接触良好的设计思路相悖。

现有阻水带除具有防潮作用外，还需兼顾机械缓冲作用，因此蓬松棉作用不可替代，阻水带表面势必呈现多孔结构。受潮后体积膨胀的阻水粉能够通过阻水带表面的孔隙与铝护套波谷接触，反应生成主要成分为高阻值NaHCO₃、Na₂CO₃、Al₂O₃等的白色粉末，这些白色粉末的形成原理如下：

以聚丙烯酸钠为基底的阻水粉加工过程为丙烯酸单体聚合，生成聚丙烯酸，通过加入氢氧化钠调节反应液pH至6～9，烘干得到白色粉末状的聚丙烯酸钠。因此，该类阻水粉通常都呈碱性。当阻水粉中的OH^-吸收空气中的CO₂后将形成CO₃ ^2-(少量CO₂)或HCO₃ ^-(过量CO₂)，与Na⁺结合后形成Na₂CO₃或NaHCO₃，即可能的化学反应过程如下：CO₂浓度较低时发生CO₂+2OH^-＝CO₃ ^2-+H₂O或CO₃ ^2-+2Na⁺＝Na₂CO₃两个反应；CO₂浓度较高时发生CO₂+OH^-＝HCO₃ ^-或HCO₃ ^-+Na⁺＝NaHCO₃两个反应。这一过程不可逆，高阻值物质一经形成不会自行消失，导致绝缘屏蔽层-铝护套位置的场强因出现白色粉末而发生畸变，在长期放电烧蚀作用下不断劣化形成绝缘薄弱点，最终导致绝缘击穿。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种阻水粉及其制备方法、阻水带和XLPE电缆，本发明提供的阻水粉具有乙基纤维素包层，用于阻水带中能够在充分发挥阻水粉阻水性能的同时，避免了导电性能不良物质的产生。

本发明提供了一种阻水粉，其包括聚丙烯酸钠和高岭土的复合物和包覆在所述复合物表面的乙基纤维素。

本发明提供的阻水粉包括聚丙烯酸钠和高岭土的复合物，所述聚丙烯酸钠和高岭土的复合物为本领域技术人员熟知的普通阻水粉成分。本发明提供的阻水粉还包括包覆在所述复合物表面的乙基纤维素。本发明用表面多孔的乙基纤维素封装阻水粉，一旦阻水带受潮，水分子能通过乙基纤维素的多孔结构被内部的普通阻水粉成分吸收，阻止水分进一步迁移扩散，同时不溶于水、对碱性和弱酸性不敏感的乙基纤维素能有效隔绝受潮膨胀阻水粉与铝护套波谷部分的接触，避免阻水粉与铝发生电化学反应生成白色粉末。本发明所述乙基纤维素的含量可根据电缆敷设环境中生产单位对潮气控制的要求进行调节。在本发明的某些实施例中，所述聚丙烯酸钠、高岭土和所述乙基纤维素的质量比为(80～130)：(10～20)：(20～40)。在本发明的某些实施例中，所述阻水粉的粒径大小为100μm～150μm。

本发明提供的阻水粉，在普通阻水粉表面包覆乙基纤维素，将其应用于阻水带的阻水层中，含有乙基纤维素包层的阻水粉能够在电缆受潮时充分吸收水分，阻水带起纵向阻水作用，同时乙基纤维素包层作为不溶于水且性质不活泼的物质，能够避免内部阻水粉成分与铝护套波谷接触从而出现导致电气接触不良的局部白色粉末，进而避免因白色粉末造成的电缆绝缘屏蔽层-铝护套局部场强畸变。

本发明还提供了一种上述阻水粉的制备方法，包括：将聚丙烯酸钠和高岭土的复合物、乙基纤维素和有机溶剂加热混合，得到阻水粉。具体而言，本发明将乙基纤维素和有机溶剂加热混合，同时边搅拌边向其中加入聚丙烯酸钠和高岭土的复合物，直到所述有机溶剂挥发消失，得到阻水粉。在本发明的某些实施例中，将一定质量的乙基纤维素和有机溶剂置于容器中，机械搅拌进行加热混合均匀至形成均一透明溶液，持续搅拌并边搅拌边加入聚丙烯酸钠和高岭土的复合物，待有机溶剂充分挥发消失，得到阻水粉。

在本发明的某些实施例中，所述聚丙烯酸钠和高岭土的复合物、乙基纤维素和有机溶剂的质量配比为(10～20)：(1～2)：(60～120)，优选为17：1.5：81.5。在本发明的某些实施例中，所述混合的温度为55℃～65℃，优选为60℃。在本发明的某些实施例中，所述有机溶剂选自无水乙醇、甲醇或二氯甲烷中的至少一种，优选选自无水乙醇。

在本发明中，上述聚丙烯酸钠和高岭土的复合物的制备方法，包括：在引发剂和交联剂的作用下，将丙烯酸、木质素磺酸钠、尿素和高岭土进行反应，得到聚丙烯酸钠和高岭土的复合物。具体而言，在引发剂和交联剂的作用下，将丙烯酸、木质素磺酸钠、尿素和高岭土进行复合反应，通过丙烯酸中和、引发处理、超声反应、脱水、干燥、破碎等工艺制备得到阻水粉。在本发明的某些实施例中，所述引发剂选自水溶性的过硫酸盐，具体而言选自过硫酸钾或过硫酸钠中的任一种；所述交联剂选自二甲基丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸乙二醇酯或二丙烯酸丙二醇酯中的任一种。在本发明的某些实施例中，所述丙烯酸：木质素磺酸钠：尿素：高岭土：引发剂：交联剂的质量比例为(80～130)：(20～40)：(10～30)：(10～20)：(1～2)：(0.3～0.7)，优选为110：30：20：10：1：0.5。在本发明的某些实施例中，所述复合反应的温度为55℃～65℃；所述复合反应的时间为3h～4h。

本发明还提供了一种阻水带，包括基底、粘附在所述基底上的阻水层和复合在所述阻水层上的吸水层；所述阻水层由上述的阻水粉组成或者由上述的制备方法制得的阻水粉组成。

本发明提供的阻水带包括基底；在一个实施例中，所述基底的厚度为0.1mm～0.2mm。本发明提供的阻水带还包括粘附在所述基底上的阻水层；具体而言，所述阻水层和所述基底之间设置有粘合剂层，所述阻水层通过所述粘合剂层黏附在所述基底上；在一个实施例中，所述阻水层的厚度为0.1mm～0.2mm；所述粘合剂层的厚度为0.1mm～0.2mm。本发明提供的阻水带还包括复合在所述阻水层上的吸水层，所述吸水层的厚度为1.0mm～1.5mm。

在本发明的某些实施例中，本发明提供的阻水带具体包括半导电聚酯纤维无纺布基底、涂覆在所述无纺布上的粘合剂层、分散黏附在所述粘合剂层上的阻水层和复合在所述阻水层上的半导体蓬松棉吸水层。在本发明的某些实施例中，所述阻水带的厚度为1.3mm～2.1mm。如图1所示，图1为本发明的含涂覆乙基纤维素阻水粉的高压XLPE电缆阻水带的剖面结构示意图，图1中包含半导电膨松棉51、本发明所述的阻水粉52、半导电粘合剂53和半导电聚酯纤维无纺布54。

在本发明中，上述阻水带的制备方法，包括：将基底内表面浸渍在半导电粘合剂中，再将本发明所述阻水粉分散在所述基底的内表面上，在所述阻水粉上复合扎制吸水层，得到上述阻水带。在本发明的某些实施例中，上述阻水带的制备方法，包括：将半导电聚酯纤维无纺布内表面浸渍半导电粘合剂；用放带设备牵引所述半导电聚酯纤维无纺布，将所述无纺布粘有半导电粘合剂的一面平行浸入本发明所述的阻水粉槽内，匀速牵动，使所述阻水粉均匀分散在无纺布上；将半导电膨松棉和半导电聚酯纤维无纺布粘有半导电粘合剂的一面复合轧制，得到高压XLPE电缆阻水带，并用分切机裁切成合适宽度进行成卷包装。

上述半导电聚酯纤维无纺布的具体制备方法包括：将导电碳黑与丙烯酸甲醋、丙烯酸丁醋、涤纶级乙二醇在水溶液中混合搅拌，制备得到半导电粘合剂；其中，各物质的质量配比为导电碳黑：丙烯酸甲醋：丙烯酸丁醋：涤纶级乙二醇：水＝5：(0.5～1.5)：(0.5～1.5)：(2.5～3.5)：10。

本发明还提供了一种XLPE电缆，由内至外依次包括导体、绝缘层、阻水带和护套；所述阻水带为上述的阻水带。在本发明的某些实施例中，所述XLPE电缆，由内至外依次包括导体、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、阻水带、铝护套、外护套。如图2所示，图2为高压XLPE电缆的剖面结构示意图，图2中包含导体1、导体屏蔽层2、绝缘层3、绝缘屏蔽层4、阻水带5、铝护套6和外护套7。阻水带5位于绝缘屏蔽层4和铝护套6之间，起纵向阻水和机械缓冲作用；一旦水分进入电缆，阻水带5中的阻水粉成分会由团聚状吸水膨胀成相互独立的球状，将水分储存在内部，阻止其进一步渗透入电缆深处；同时乙基纤维素包层避免了内部阻水粉成分与铝护套波谷接触从而出现导致电气接触不良的局部白色粉末，进而避免因白色粉末造成的电缆绝缘屏蔽层-铝护套局部场强畸变。

本发明提供了一种阻水粉，其包括聚丙烯酸钠和高岭土的复合物和包覆在所述复合物表面的乙基纤维素。本发明提供的阻水粉具有乙基纤维素包层，用于阻水带中能够在充分发挥阻水粉阻水性能的同时，避免了导电性能不良物质的产生。实验表明，对比两种阻水带与皱纹铝护套波谷接触位置的白色粉末情况，普通阻水带毛面有明显白粉，阻水带光面无白粉但有小块凝胶，铝护套波谷表面有明显腐蚀痕迹；含涂覆乙基纤维素阻水粉的阻水带毛面无白粉，光面无白粉，铝护套波谷表面无腐蚀痕迹。

附图说明

图1为本发明的含涂覆乙基纤维素阻水粉的高压XLPE电缆阻水带的剖面结构示意图；

图2为高压XLPE电缆的剖面结构示意图；

图3为本发明的含涂覆乙基纤维素阻水粉的高压XLPE电缆阻水带的制备流程图；

图4为阻水带注水试验示意图；

图5为普通阻水带与皱纹铝护套波谷接触在阻水带毛面的白粉产生情况示意图；

图6为普通阻水带与皱纹铝护套波谷接触在阻水带光面的白粉产生情况示意图；

图7为普通阻水带与皱纹铝护套波谷接触在铝护套波谷表面的影响情况示意图；

图8为含涂覆乙基纤维素阻水粉的阻水带与皱纹铝护套波谷接触在阻水带毛面的白粉产生情况示意图；

图9为含涂覆乙基纤维素阻水粉的阻水带与皱纹铝护套波谷接触在阻水带光面的白粉产生情况示意图；

图10为含涂覆乙基纤维素阻水粉的阻水带与皱纹铝护套波谷接触在铝护套波谷表面的影响情况示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种阻水粉及其制备方法、阻水带和XLPE电缆。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

如图3所示，图3为本发明的含涂覆乙基纤维素阻水粉的高压XLPE电缆阻水带的制备流程图；本发明按照图3所示的制备流程图中的步骤S1～S6进行本发明所述阻水带的制备。

以下结合实施例对本发明进行进一步阐述：

实施例1

将导电炭黑与丙烯酸甲醋、丙烯酸丁醋、涤纶级乙二醇和水按照5:0.5:0.5:2.5:10的比例进行混合搅拌，得到半导电粘合剂，然后将其涂抹在半导电聚酯纤维无纺布表面。

将丙烯酸、木质素磺酸钠、尿素、高岭土、过硫酸钾和二丙烯酸乙二醇酯按照110:30:20:10:1:0.5的质量比例进行复合反应，反应温度为60℃；反应时间为3h，通过丙烯酸中和、引发处理、超声反应、脱水、干燥、破碎等工艺制备得到聚丙烯酸钠和高岭土的复合物。

将聚丙烯酸钠和高岭土的复合物、乙基纤维素和无水乙醇按照17:1.5:81.5的比例在温度60℃下机械搅拌均匀，直到无水乙醇充分挥发消失，即可得到涂覆乙基纤维素的阻水粉。

用放带设备牵引上述半导电聚酯纤维无纺布，将所述无纺布粘有半导电粘合剂的一面平行浸入盛有涂覆乙基纤维素的阻水粉槽内，匀速牵动，使阻水粉均匀分散在无纺布上。将半导电膨松棉和半导电聚酯纤维无纺布粘有半导电粘合剂的一面复合轧制成高压XLPE电缆阻水带，并对阻水带进行干燥处理，将阻水带裁剪成尺寸150mm×80mm×1.5mm，皱纹铝护套对半切开截成等长。用注射器向阻水带注入一定量水后，静置30天观察记录阻水带毛面、光面是否有白色粉末，铝护套接触位置是否有腐蚀痕迹。如图4所示，图4为阻水带注水试验示意图。

对比例1

将本发明提出的含涂覆乙基纤维素阻水粉的阻水带替换成含未涂覆乙基纤维素阻水粉的普通阻水带，重复进行实施例1的注水试验，即用注射器向阻水带注入一定量水后，静置14天观察记录阻水带毛面、光面是否有白色粉末，铝护套接触位置是否有腐蚀痕迹。

对比两种阻水带与皱纹铝护套波谷接触位置的白色粉末情况。如图5～7所示，图5为普通阻水带与皱纹铝护套波谷接触在阻水带毛面的白粉产生情况示意图，图6为普通阻水带与皱纹铝护套波谷接触在阻水带光面的白粉产生情况示意图，图7为普通阻水带与皱纹铝护套波谷接触在铝护套波谷表面的影响情况示意图；由图5～7可知，普通阻水带毛面有明显白粉，阻水带光面无白粉但有小块凝胶，铝护套波谷表面有明显腐蚀痕迹。

如图8～10所示，图8为含涂覆乙基纤维素阻水粉的阻水带与皱纹铝护套波谷接触在阻水带毛面的白粉产生情况示意图，图9为含涂覆乙基纤维素阻水粉的阻水带与皱纹铝护套波谷接触在阻水带光面的白粉产生情况示意图，图10为含涂覆乙基纤维素阻水粉的阻水带与皱纹铝护套波谷接触在铝护套波谷表面的影响情况示意图；由图8～10可知，含涂覆乙基纤维素阻水粉的阻水带毛面无白粉，光面无白粉，铝护套波谷表面无腐蚀痕迹。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种阻水粉，其特征在于，其包括聚丙烯酸钠和高岭土的复合物和包覆在所述复合物表面的乙基纤维素。

2.根据权利要求1所述的阻水粉，其特征在于，所述聚丙烯酸钠、高岭土和乙基纤维素的质量比为(80～130)：(10～20)：(20～40)。

3.根据权利要求1所述的阻水粉，其特征在于，所述阻水粉的粒径大小为100μm～150μm。

4.一种阻水粉的制备方法，其特征在于，包括：将聚丙烯酸钠和高岭土的复合物、乙基纤维素和有机溶剂加热混合，得到阻水粉。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述复合物、乙基纤维素和有机溶剂的质量配比为(10～20)：(1～2)：(60～120)。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述混合的温度为55℃～65℃。

7.一种阻水带，其特征在于，包括基底、粘附在所述基底上的阻水层和复合在所述阻水层上的吸水层；

所述阻水层由权利要求1～3中任一所述的阻水粉组成或者由权利要求4～6中任一所述的制备方法制得的阻水粉组成。

8.根据权利要求7所述的阻水带，其特征在于，所述阻水层的厚度为0.1mm～0.2mm。

9.根据权利要求7所述的阻水带，其特征在于，其具体包括半导电聚酯纤维无纺布、涂覆在所述无纺布上的粘合剂层、分散黏附在所述粘合剂层上的阻水层和复合在所述阻水层上的半导体蓬松棉。

10.一种XLPE电缆，其特征在于，由内至外依次包括导体、绝缘层、阻水带和护套；

所述阻水带为权利要求7～9中任一所述的阻水带。