具有可回用的包覆層的電纜的制作方法

專利名稱：具有可回用的包覆層的電纜的制作方法
技術領域：
本發明涉及具有可回用的包覆層的電纜。尤其，本發明涉及輸送或分配中或高壓電能的電纜，其中存在以熱塑性聚合物材料與具有優異機械和電氣性能的電介質液體的摻混物為基礎的擠出包覆層，尤其，使高操作溫度的使用和高功率能量的輸送成為可能。
對于具有高度環境適應性、由能夠在使用壽命的結束之后容易再循環利用的材料(而且在生產或利用過程中對環境無害)組成的產品的要求現在已經在電力和通信電纜的領域中充分被接受。
然而與環境相適應的材料的使用是以限制成本為條件的，盡管對于更常見的用途可提供一種等于或好于常規材料的性能。
對于輸送中和高壓能量的電纜，包覆導體的各種包覆層通常由聚烯烴型交聯聚合物，尤其是交聯聚乙烯(XLPE)，或彈性體乙烯/丙烯(EPR)或乙烯/丙烯/二烯烴(EPDM)共聚物(也是交聯的)組成。在將聚合物材料擠出到導體上的步驟之后進行的交聯可使材料具有令人滿意的性能，甚至在連續使用過程中的熱條件下和對于電流過載的情況。
然而，眾所周知的是，交聯的材料不能回用，使得制造廢料和在使用壽命結束時電纜的包覆材料僅僅通過焚化來廢棄處理。
電力電纜也已知具有由浸漬了大量的電介質液體的紙或紙/聚丙烯層壓體的多層包皮組成的絕緣體(一般已知為本體(mass)浸漬電纜或充油電纜)。通過完全填充在多層包皮之間存在的空間，該電介質液體防止引起電絕緣體穿孔的局部放電。作為電介質液體產品，通常使用例如礦物油，聚異丁烯類，烷基苯等等(參見例如US-4,543,207，US-4,621,302，EP-A-0987718，WO98/32137)。
然而，大家熟知的是，與擠出的絕緣電纜相比，本體浸漬電纜具有多個缺點，使得它們的應用現在局限于特定的應用領域，尤其限于高電壓和極高電壓直流電傳輸線的構造，對于陸地上和尤其水下安裝兩者而言。在這方面，本體浸漬電纜的生產是特別復雜和花費大的，對于層壓體的高成本以及對于在包封該層壓體和然后用電介質液體浸漬它的步驟中遇到的困難兩者而言。尤其，所使用的電介質液體必須在冷的條件下具有低粘度以允許快速和均勻的浸漬，而與此同時它必須在電纜的安裝和操作過程中有較低的遷移傾向以防止從電纜終端發生的液體損失或伴隨的破壞。另外，本體浸漬電纜不能被再循環利用和它們的使用限于低于90℃的操作溫度。
在非交聯的聚合物材料內，已知可使用高密度聚乙烯(HDPE)來包覆高壓電纜。然而HDPE的缺點是比XLPE有更低的耐熱性，對于電流過載和在操作過程中的兩種情況。
熱塑性低密度聚乙烯(LDPE)絕緣包覆層也用于中和高壓電纜再次在這種情況下，這些包覆層受到太低的操作溫度(大約70℃)的限制。
WO99/13477描述了由構成連續相的熱塑性聚合物組成的絕緣材料，它引入了在固體聚合物結構中形成可活動的互穿相的液體或容易熔化的電介質。熱塑性聚合物與電介質的重量比是在95∶5和25∶75之間。該絕緣材料能夠通過間歇或連續方式趁熱混合兩種組分來生產(例如利用擠出機)。所獲得的混合物然后造粒和用作絕緣材料，通過擠出到導體上來生產高壓電力電纜。該材料能夠以熱塑性或交聯的形式使用。作為熱塑性聚合物，可指定聚烯烴類，聚乙酸酯類，纖維素聚合物，聚酯，聚酮，聚丙烯酸酯類，聚酰胺和聚胺。特別建議使用低結晶度的聚合物。該電介質優選是低或高粘度的合成或礦物油，尤其是聚異丁烯，環烷屬烴，多核芳族烴(polyaromatic)，α-烯烴或硅油。
本申請人認為仍然未解決生產具有從熱塑性聚合物材料制造的包覆層的電力電纜的技術問題，該聚合物材料所具有的機械和電氣性能與具有交聯材料的絕緣包覆層的電纜的那些相當。尤其，本申請人已考慮到了生產具有非交聯絕緣包覆層的電纜的問題，該包覆層在熱和冷條件下具有良好的柔韌性和高機械強度，而與此同時具有高的介電強度，不使用在電纜的使用壽命中(從電纜的生產到它的廢棄處理)潛在造成污染的產品。
考慮到該問題，本申請人認為按照在所列舉的WO99/13477中建議，將電介質液體添加到聚合物材料中將得到完全不令人滿意的結果。在這方面，本申請人堅持，通過向絕熱材料中添加電介質液體應該同時確定它的電性能(尤其是它的介電強度)的顯著提高，而不改變材料特性(熱-機械性能，可操縱性)和不會導致電介質液體的滲出。尤其，所獲得的電纜應該隨著時間的推移而得到大體上恒定的性能，因此獲得高可靠性，甚至在高的操作溫度(至少90℃和超過90℃)下。
本申請人現在已經發現，通過使用與下面定義的電介質液體混合的、作為可回用的聚合物基礎材料的熱塑性丙烯均聚物或共聚物，有可能解決該技術問題。所獲得的組合物具有良好的柔韌性(甚至在處于低溫下時)，優良的熱-機械強度和高的電性能，因此使得它特別適合于形成具有至少90℃和超過90℃的高操作溫度的中壓或高壓電纜的至少一個包覆層和尤其是電絕緣層。適合于實施本發明的電介質液體與基礎聚合物有高度相容性和在改進電性能的意義上的高效率，因此允許使用少量的添加劑，不致于損害絕熱層的熱-機械性能。
在電介質液體和基礎聚合物之間的高相容性確保了液體在聚合物基質中的均勻分散和改進了聚合物的低溫行為。而且，因為適合于形成本發明的電纜的電介質液體不具有極性基團，它吸收極少量的水，因此防止了由于蒸汽(正常在高溫擠出的過程中形成)的存在而導致絕緣缺陷的形成。
根據第一方面，本發明因此涉及電纜(1)，它包括至少一種導電體(2)和至少一種擠出包覆層(3，4，5)，后者基于熱塑性聚合物材料與電介質液體的摻混物，其中-該熱塑性材料包括丙烯均聚物或丙烯與具有從乙烯或除丙烯以外的其它α-烯烴中選擇的至少一種烯烴共聚單體的共聚物，該均聚物或共聚物具有大于或等于140℃的熔點和30-100J/g的熔化焓；-該液體包括至少一種烷基芳基烴，它具有至少兩個非稠合的芳族環以及芳基碳原子的數目與碳原子總數的比率大于或等于0.6，和優選大于或等于0.7。
根據第一個實施方案，基于該熱塑性聚合物材料與該電介質液體的摻混物的擠出包覆層是電絕緣層。
根據另外的實施方案，基于該熱塑性聚合物材料與該介電液體的摻混物的擠出包覆層是半導電層。
優選，該丙烯均聚物或共聚物具有從145到170℃的熔點。
優選，該丙烯均聚物或共聚物具有從30到85J/g的熔化焓。
優選，該丙烯均聚物或共聚物在室溫下具有根據ASTM D790測量的撓曲模量為30到1400MPa，和更優選從60到1000MPa。
優選，該丙烯均聚物或共聚物具有熔體流動指數(MFI)(根據ASTMD1238/L，在21.6N負荷下于230℃測量)為0.05到10.0dg/min，更優選從0.5到5.0dg/min。
如果使用丙烯與烯烴共聚單體的共聚物，該共聚單體優選以小于或等于15mol％，和更優選小于或等于10mol％的量存在。該烯烴共聚單體尤其是乙烯或具有通式CH2＝CH-R的α-烯烴，其中R是線性或支化C2-C10烷基，例如選自1-丁烯，1-戊烯，4-甲基-1-戊烯，1-己烯，1-辛烯，1-癸烯，1-十二碳烯等等，或它們的結合物。丙烯/乙烯共聚物是特別優選的。
優選，該熱塑性材料是選自a)丙烯均聚物或丙烯與選自乙烯和除丙烯以外的其它α-烯烴中的至少一種烯烴共聚單體的共聚物，具有一般為30到900MPa，和優選為50到400MPa的撓曲模量；b)多相共聚物，它包括基于丙烯的熱塑性相和基于與α-烯烴(優選與丙烯)共聚合的乙烯的彈性體相，其中該彈性體相以該多相共聚物的總重量的至少45wt％的量存在。
類型a)的均聚物或共聚物顯示出單相微觀結構，即大體上缺少作為尺寸大于1微米的分子疇所分散的非均相。這些材料事實上沒有顯示出為多相聚合物材料所典型具備的光學現象，和尤其以更好的透明性和降低的由于局部機械應力引起的發白(通常已知為“應力發白”)為特征。
特別優選的該類型a)是丙烯均聚物或丙烯與選自乙烯和除丙烯以外的其它α-烯烴中的至少一種烯烴共聚單體的共聚物，該均聚物或共聚物具有-140到165℃的熔點；-30-80J/g的熔化焓；-以小于或等于12wt％，優選1-10wt％的量可溶于沸騰乙醚中，具有小于或等于4J/g，優選小于或等于2J/g的熔化焓的級分；-以15-60wt％，優選20-50wt％的量可溶于沸騰正庚烷中，具有10-40J/g，優選15-30J/g的熔化焓的級分；和-以40-85wt％，優選50-80wt％的量不溶于沸騰正庚烷中，具有大于或等于45J/g，優選50-95J/g的熔化焓的級分。
這些材料和它們在包覆電纜中的應用的其它細節給出在歐洲專利申請99122840(以本申請人的名義于1999年11月17日申請)中，其被引入本文供參考。
類型b)的多相共聚物是通過順序共聚合下列單體來獲得的熱塑性彈性體i)丙烯，可能含有少量的選自乙烯和除丙烯以外的其它α-烯烴中的至少一種烯烴共聚單體；然后ii)乙烯與α-烯烴，尤其是丙烯，和可能有少部分的二烯烴的混合物。這一類型的產品也一般由術語“熱塑性反應器彈性體”為大家熟知。
特別優選的該類型b)是多相共聚物，其中該彈性體相由乙烯和丙烯的彈性體共聚物組成，它包括15-50wt％的乙烯和50-85wt％的丙烯(基于彈性體相的重量)。這些材料和它們在包覆電纜中的應用的其它細節給出在歐洲專利申請98830800(以本申請人的名義于1998年12月30日申請)中，其被引入本文供參考。
類型a)的產品例如以Huntsman Polymer Corporation的商標RexflexR商購。
類型b)的產品例如以Montell的商標HifaxR商購。
另外地，作為熱塑性基礎材料，這里所定義的丙烯均聚物或共聚物能夠用于具有低結晶度聚合物的機械混合物中，該低結晶度聚合物一般具有低于30J/g的熔化焓，它主要用于提高材料的柔韌性。低結晶度聚合物的量通常是低于70wt％和優選是20到60wt％，基于熱塑性材料的總重量。
優選，該低結晶度聚合物是乙烯與C3-C12α-烯烴，和可能的二烯烴的共聚物。該α-烯烴優選是選自丙烯，1-己烯和1-辛烯。如果存在二烯烴共聚單體，則它通常是C4-C20，和優選是選自共軛或非共軛的線性二烯烴類，如1，3-丁二烯，1，4-己二烯，1，6-辛二烯或它們的混合物等；單環或多環二烯烴類，如1，4-環己二烯，5-亞乙基-2-降冰片烯，5-亞甲基-2-降冰片烯，5-乙烯基-2-降冰片烯或它們的混合物等等。
特別優選的乙烯共聚物是(i)具有下列單體組成的共聚物35-90mol％的乙烯；10-65mol％的α-烯烴，優選丙烯；0-10mol％的二烯烴，優選1，4-己二烯或5-亞乙基-2-降冰片烯(EPR和EPDM橡膠是在這一類型之內)；(ii)具有下列單體組成的共聚物75-97mol％，優選90-95mol％的乙烯；3-25mol％，優選5-10mol％的α-烯烴；0-5mol％，優選0-2mol％的二烯烴(例如乙烯/1-辛烯共聚物，如Dow-DuPont Elastomers的產品EngageR)。
本發明的烷基芳基烴優選在25℃具有小于或等于3.5和優選低于3(根據IEC 247測量)的介電常數。
根據進一步優選的方面，本發明的烷基芳基烴具有預定的粘度，從而防止液體在絕緣層內的快速擴散和它因此的向外遷移，與此同時使它容易地加入和混入該聚合物中。通常，本發明的電介質液體在20℃下具有在1-500mm2/s之間，優選在5-100mm2/s之間的運動粘度(根據ISO3104測量)。
根據進一步優選的方面，本發明的烷基芳基烴具有大于或等于5mm3/min，優選大于或等于50mm3/min的吸氫容量(根據IEC628-A測量)。
根據優選的方面，環氧樹脂能夠被加入到適合于形成本發明的電纜的電介質液體中，添加量一般為小于或等于液體重量的1wt％，這被認為主要用于減少在電場作用下離子遷移速率，和因此減少該絕緣材料的介電損耗。
在優選的實施方案中，本發明的電介質液體包括具有至少三個非稠合芳族環的至少一種烷基芳基烴。
甚至更優選，本發明的電介質液體包括含量不低于電介質液體總重量的10wt％的具有至少三個非稠合芳族環的至少一種烷基芳基烴。
優選，本發明的電介質液體包括具有以下結構式的至少一種烷基芳基烴 其中R1，R2，R3和R4，可以相同或不同，是氫或甲基；n1和n2，可以相同或不同，是0，1或2，前提條件是n1+n2之和小于或等于3。
該電介質液體也能夠含有少量的至少一種三苯基甲烷，未被取代或被選自甲基、芐基和甲基芐基中的至少一個基團所取代。三苯基甲烷類的例子是二甲苯基苯基甲烷，二(二甲苯基)苯基甲烷，(二甲苯基)(甲苯基)(苯基)甲烷等，或它們的混合物。
更優選地，本發明的電介質液體包括前述通式(I)的至少一種烷基芳基烴，其中n1+n2之和不是零。
對應于其中n1+n2之和等于零的通式(I)并且可以有利地用于本發明中的烷基芳基烴是例如芐基甲苯，芐基二甲苯，(甲基芐基)甲苯，(甲基芐基)二甲苯等，或它們的混合物。
對應于其中n1+n2之和不是零的通式(I)并且可以有利地用于本發明中的烷基芳基烴是例如二芐基甲苯，二芐基二甲苯，二(甲基芐基)甲苯，二(甲基芐基)二甲苯等，或它們的混合物。
通式(I)的烷基芳基烴通常由芐基氯、甲基芐基氯或它們的混合物與選自苯、甲苯、二甲苯或它們的混合物中的芳族烴，在Friedel-Crafts催化劑(例如FeCl3，SbCl3，TiCl4或AlCl3)存在下進行反應來制備。有關通式(I)的烷基芳基烴的制備的其它細節例如給出在US-5,192,463，US-5,446,228，US-5,545,355和US-5,601,755中。
適合于實施本發明的電介質液體具有良好耐熱性，相當大的氣體吸收容量(尤其對于氫氣)，和對局部放電的高抵抗力，使得甚至在高溫下和高的電梯度下介電損耗不高。本發明的電介質液體與基礎聚合物的重量比通常是在1∶99和25∶75之間，優選在2∶98和20∶80之間，和更優選在3∶97和1 5∶85之間。
根據優選的方面，本發明的電纜具有從熱塑性聚合物材料與上述電介質液體的摻混物形成的具備電絕緣性能的至少一個擠出包覆層。
根據另一優選的實施方案，本發明的電纜具有從熱塑性聚合物材料與上述電介質液體的摻混物形成的具備半導電性能的至少一個擠出包覆層。為了形成半導電層，導電性填料通常被加到該聚合物材料中。為了確保導電性填料在基礎聚合物材料中的良好分散性，后者優選是選自包括至少40wt％的無定形相(基于總聚合物重量)的丙烯均聚物或共聚物。
在優選的實施方案中，本發明的電纜具有從熱塑性聚合物材料與上述電介質液體的摻混物形成的至少一種電絕緣層和至少一種半導電層。這防止了隨著時間推移該半導電層吸收在絕熱層中存在的電介質液體的一部分，使得減少了剛好在絕熱層和半導電層(尤其電場較高的內部半導電層)之間的界面上的電介質液體量。
根據又一方面，本發明涉及包括熱塑性聚合物材料與電介質液體的摻混物的聚合物組合物，其中-該熱塑性材料包括丙烯均聚物或丙烯與具有從乙烯或除丙烯以外的其它α-烯烴中選擇的至少一種烯烴共聚單體的共聚物，該均聚物或共聚物具有大于或等于140℃的熔點和30-100J/g的熔化焓；-該液體包括至少一種烷基芳基烴，它具有至少兩個非稠合的芳族環以及芳基碳原子的數目與碳原子總數的比率大于或等于0.6，和優選大于或等于0.7。
根據再一方面，本發明涉及如上所述的聚合物組合物作為制備具有電絕緣性能的包覆層(4)，或制備具有半導電性能的包覆層(3，5)用的基礎聚合物材料的用途。
在形成本發明的電纜的包覆層時，其它常規組分能夠加入到前面定義的聚合物組合物中，如抗氧化劑、加工助劑、水樹阻滯劑等等。
適合于這一目的的常規抗氧化劑例如是硫代丙酸二硬脂基酯和季戊四醇-四[3-(3，5-二-叔丁基-4-羥苯基)丙酸酯]等等，或它們的混合物。
能夠加入到聚合物基料中的加工助劑包括，例如，硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、硬脂酸、石蠟等等，或它們的混合物。
特別對于中壓和高壓電纜，如以上所定義的聚合物材料能夠有利地用于形成絕緣層。如上所述，這些聚合物材料在環境溫度下和在熱條件下都顯示了的確良好的機械特性，和還顯示出了改進的電性能。尤其它們允許使用高操作溫度，與具有由交聯聚合物基礎材料組成的包覆層的電纜的所允許使用的高操作溫度相當或甚至超過它。
如果形成半導電層，導電性填料、尤其炭黑通常以一定用量被分散在聚合物材料中，該用量使得可提供具有半導電特性的材料(即使得獲得在環境溫度下低于50hm.m的電阻)。這一用量通常是在混合物總重量的5-80wt％之間，和優選在10-50wt％之間。
對于絕緣層和半導電層兩者使用相同類型的聚合物組合物的可能性對于生產中壓或高壓的電纜是特別有利的，在于它確保了在相鄰層之間優異的粘合性和因此更好的電行為，尤其在絕熱層和內部半導電層之間的界面上，在此電場和局部放電的風險是較高的。
本發明的組合物是通過現有技術中已知的方法將基礎聚合物材料、電介質液體和可能存在的任何其它添加劑混合在一起來制備。該混合能夠例如通過具有正切轉子(Banbury)或具有互穿轉子的那些類型的密閉式混合機，或優選在Ko-Kneader(Buss)類型，或順轉或反轉雙螺桿型的連續混合機中進行。
另外地，本發明的電介質液體能夠在擠出步驟中被直接注入擠出機料筒中而被加入到聚合物材料中。
根據本發明，以上所定義的聚合物組合物在包覆中壓或高壓電纜中的使用導致獲得了具有優異機械和電性能的可回用的、柔韌性的包覆層。
與對于同樣聚合物材料與現有技術中已知的其它電介質液體的類似混合物的情況相比，在本發明的電介質液體和熱塑性基礎聚合物之間還發現了更大的相容性。這一更大的相容性尤其導致了電介質液體的較少滲出和因此減少了早已討論的遷移現象。因為它們的高操作溫度和它們的低介電損耗，本發明的電纜能夠對于相同的電壓輸送至少等于或甚至大于由具有XLPE包覆層的傳統電纜可輸送的電力的一種電力。
對于本發明，術語“中壓”通常指在1和35千伏之間的電壓，而“高壓”指高于35千伏的電壓。
雖然這一描述主要集中在用于輸送或分配中壓或高壓電能的電纜的生產，但是本發明的聚合物組合物能夠用于包覆通常的電氣設備和尤其不同類型的電纜，例如低壓電纜、通信電纜或合并的電能/通信電纜，或用于構建輸電線的附件，如線端或連接器，其它特性將從下面給出的詳細說明，再參考附圖而變得更加清楚，其中-

圖1是根據本發明的尤其適合于中壓或高壓的電力電纜的透視圖。
在圖1中，該電纜1包括導體2，具有半導電性能的內層3，具有絕緣性能的中間層4，具有半導電性能的外層5，金屬屏蔽層6，和外護套7。
該導體2通常由金屬線，優選銅或鋁的金屬線組成，這些金屬線利用常規方法擰成多股絞線。選自絕緣層4和半導電層3和5中的至少一個包覆層包括前面所定義的本發明的組合物。在外部半導電層5周圍通常有屏蔽層6，通常由螺旋形卷繞的導電線或線條組成。這一屏蔽層然后被熱塑性材料，例如非交聯聚乙烯(PE)或優選如以上所定義的丙烯均聚物或共聚物的護套層7包覆。
該電纜還可以具有外部保護結構(在圖1中沒有示出)，其主要目的是以機械方式保護該電纜不受沖擊或壓縮的影響。這一保護結構能夠是例如金屬加強層或發泡聚合物層，如在WO98/52197中所述。
圖1顯示了根據本發明的電纜的僅僅一種可能的實施方式。現有技術中已知的合適的改進形式明顯地適用于這一實施方式，但不脫離本發明的范圍。
本發明的電纜能夠根據現有技術中已知的沉積熱塑性材料層的方法(例如通過擠出)來構造。該擠出有利地在單輪次(single pass)中進行，例如通過其中各擠出機串聯排列的串聯法，或通過具有多個擠出頭的共擠塑法。
下列實施例用于說明本發明，但沒有限定它。
實施例表1示出了在下列實施例中使用的電介質液體的特性。
表1電介質液體介電常數(*) 總碳原子 比率C(芳基)/C(總共)JarylecR2.8MXX＝16 0.75Exp4DXX＝24JarylecR2.721 0.86Exp3BaysiloneR2.6--(*)根據IEC247，在25℃下根據本發明的電介質液體是JarylecRExp4(Elf Atochem的商品)含有85wt％的單二甲苯基二甲苯(MXX)
和15wt％的二(二甲苯基)二甲苯(DXX)的混合物 JarylecRExp3(Elf Atochem的商品)二芐基甲苯(DBT) 比較的電介質液體是BaysiloneRPD5(General Electric-Bayer的商品)聚苯基甲基硅氧烷(PPMS)，一種多芳族核的介電油，如在IEEETransactions on Electrical Insulation 26卷，No.4，1991中所述，在25℃下具有4mm2/sec的粘度；FlexonR641(Esso的商品)環烷烴型芳族油，在40℃下具有22mm2/sec的粘度，由40wt％芳族烴、57wt％飽和烴和3wt％極性化合物組成。
使用下列聚合物材料-具有熔點160℃，熔化焓56.7J/g，MFI 1.8dg/min和撓曲模量290MPa的柔韌性丙烯均聚物(RexflexRWL105-Huntsman Polymer Corp.的商品)(實施例1-6)。
-乙烯/丙烯彈性體相含量為約65wt％(在彈性體相中的丙烯為72wt％)，熔化焓32J/g，熔點163℃，MFI 0.8dg/min和撓曲模量為大約70MPa的丙烯多相共聚物(HifaxRKSO81-Montell的商品)。
組合物制備粒形的聚合物在葉輪式混合機中預熱到80℃。該電介質液體，按照在表2中給出的配方所規定的量，經過15分鐘被加入到在80℃下攪拌的葉輪式混合機中的預熱聚合物里。在添加之后攪拌繼續在80℃下進行另外1小時，直至液體完全吸收在聚合物粒料中為止。
在第一階段之后，所獲得的材料在185℃的溫度下在實驗室雙螺桿布拉本德塑性記錄儀PL2000中進行捏和以完成均化。該材料以粒料形式離開雙螺桿混合機。
介電強度(DS)的測量所獲得的聚合物組合物的介電強度是針對絕緣材料的測試件進行評價的，該測試件具有由EFI(Norwegian Electric Power ResearchInstitute)在出版物“The EFI Test Method for Accelerated Growthof Water Trees”(IEEE International Symposium on Electricalinsulation，多倫多，加拿大，1990年6月3-6日)中建議的幾何結構。在這一方法中，該電纜用絕緣材料的眼鏡片形測試件進行模擬，在其基材的兩側上涂有半導電材料涂層。
該眼鏡片形測試件是利用在大約190℃下對粒料壓塑所獲得的厚度10mm的片，在160-170℃下模塑加工絕緣材料的圓盤來形成的。
具有大約0.40-0.45mm厚度的基材的內表面和外表面涂有半導電涂層。該DS測量如下進行對于浸泡在20℃的硅油中的這些樣品施加50Hz的交流電，從25kV的電壓開始，然后在多個步驟中每30分鐘升高5kV，直至測試件發生穿孔為止。每個測量是針對10個測試件重復進行。表2中給出的值是各實測值的算術平均。
表2實施例 聚合物 電介質液體 wt％電介質液體 DS(平均)1* RexflexR---- 92WL1052* RexflexRBaysiloneR5 90WL105PD53* RexflexRFlexonR641 5 94WL1054 RexflexRJarylecR6 128WL105Exp45 RexflexRJarylecR15 150WL105EXP46 RexflexRJarylecR4 143WL105Exp37* HifaxR---- 90KSO818 HifaxRJarylecR15 140KSO81Exp4*對比在表2中給出的介電強度值強調了由于本發明的電介質液體所帶來的介電性能的改進，與基礎聚合物本身或當該聚合物與對比電介質液體混合時的情況相比。
遷移試驗使用在實施例5和6中制備的聚合物/電介質液體組合物，在190℃下模塑加工成5mm片，測量在20℃和在空氣中電介質液體隨時間推移的損失(按照初始量的重量百分數表達)，以確認電介質液體在聚合物中的擴散性和因此它們在這些組合物中隨時間推移的穩定性。
表3天數 組合物 組合物實施例6實施例30 100.00 100.001 100.00 99.844 99.97 99.325 99.97 99.146 99.97 99.148 99.75 98.61299.45 97.911899.34 96.692899.24 94.923999.14 93.54表3的數據顯示了電介質液體與所述基礎聚合物材料的高度相容性和因此這些液體遷移到聚合物材料之外的趨勢較低。
權利要求
1.一種電纜(1)，它包括至少一種導電體(2)和至少一種擠出包覆層(3，4，5)，后者基于熱塑性聚合物材料與電介質液體的摻混物，其中-該熱塑性材料包括丙烯均聚物或丙烯與具有從乙烯或除丙烯以外的其它α-烯烴中選擇的至少一種烯烴共聚單體的共聚物，該均聚物或共聚物具有大于或等于140℃的熔點和30-100J/g的熔化焓；-該液體包括至少一種烷基芳基烴，它具有至少兩個非稠合的芳族環以及芳基碳原子的數目與碳原子總數的比率大于或等于0.6。
2.根據權利要求1的電纜，其中芳基碳原子的數目與總碳原子數的比率大于或等于0.7。
3.根據權利要求1或2的電纜，其中丙烯均聚物或共聚物具有145到170℃的熔點。
4.根據前述權利要求中任何一項的電纜，其中丙烯均聚物或共聚物具有30-85J/g的熔化焓。
5.根據前述權利要求中任何一項的電纜，其中丙烯均聚物或共聚物具有在環境溫度下測量的撓曲模量為30-1400MPa。
6.根據前述權利要求中任何一項的電纜，其中丙烯均聚物或共聚物具有在環境溫度下測量的撓曲模量為60-1000MPa。
7.根據前述權利要求中任何一項的電纜，其中丙烯均聚物或共聚物具有在230℃下測量的熔體流動指數為0.05-10.0dg/min。
8.根據前述權利要求中任何一項的電纜，其中丙烯均聚物或共聚物具有在230℃下測量的熔體流動指數為0.5-5.0dg/min。
9.根據前述權利要求中任何一項的電纜，其中烯烴共聚單體以小于或等于15mol％的量存在。
10.根據前述權利要求中任何一項的電纜，其中烯烴共聚單體以小于或等于10mol％的量存在。
11.根據前述權利要求中任何一項的電纜，其中烯烴共聚單體是乙烯或結構式CH2＝CH-R的α-烯烴，其中R是線性或支化C2-C10烷基。
12.根據前一個權利要求的電纜，其中α-烯烴選自1-丁烯，1-戊烯，4-甲基-1-戊烯，1-己烯，1-辛烯，1-癸烯，1-十二碳烯和類似物，或它們的結合物。
13.根據前述權利要求中任何一項的電纜，其中熱塑性材料是選自a)丙烯均聚物或丙烯與選自乙烯和除丙烯以外的其它α-烯烴中的至少一種烯烴共聚單體的共聚物，它具有30-900MPa的撓曲模量；b)多相共聚物，它包括基于丙烯的熱塑性相和基于與α-烯烴共聚合的乙烯的彈性體相，其中該彈性體相以該多相共聚物的總重量的至少45wt％的量存在。
14.根據前一個權利要求的電纜，其中在a)下的丙烯均聚物或共聚物具有50-400MPa的撓曲模量。
15.根據權利要求13或14的電纜，其中在a)下的丙烯均聚物或共聚物具有-140到165℃的熔點；-30-80J/g的熔化焓；-以小于或等于12wt％的量可溶于沸騰乙醚中的級分，具有小于或等于4J/g的熔化焓；-以15-60wt％的量可溶于沸騰正庚烷中的級分，具有10-40J/g的熔化焓；和-以40-85wt％的量不溶于沸騰正庚烷中的級分，具有大于或等于45J/g的熔化焓。
16.根據權利要求13-15中任何一項的電纜，其中在a)下的丙烯均聚物或共聚物具有-以1-10wt％的量可溶于沸騰乙醚中的級分，具有小于或等于2J/g的熔化焓；-以20-50wt％的量可溶于沸騰正庚烷中的級分，具有15-30J/g的熔化焓；和-以50-80wt％的量不溶于沸騰正庚烷中的級分，具有50-95J/g的熔化焓。
17.根據權利要求13的電纜，其中在b)下的多相共聚物的彈性體相中所包含的α-烯烴是丙烯。
18.根據前一個權利要求的電纜，其中彈性體相由乙烯和丙烯的彈性體共聚物組成，它包括15-50wt％的乙烯和50-85wt％的丙烯，基于彈性體相的重量。
19.根據前述權利要求中任何一項的電纜，其中基礎熱塑性材料是丙烯均聚物或共聚物與具有小于或等于30J/g的熔化焓和基于熱塑性材料的總重量小于或等于70wt％含量的低結晶度聚合物兩者的機械混合物。
20.根據前一個權利要求的電纜，其中低結晶度聚合物的量是熱塑性材料總重量的20-60wt％。
21.根據權利要求19或20的電纜，其中低結晶度聚合物是乙烯與C3-C12α-烯烴的共聚物。
22.根據權利要求19或20的電纜，其中低結晶度聚合物是乙烯與α-烯烴和二烯烴的共聚物。
23.根據權利要求21或22的電纜，其中乙烯共聚物是選自i)具有下列單體組成的共聚物35-90mol％的乙烯；10-65mol％的α-烯烴；0-10mol％的二烯烴；ii)具有下列單體組成的共聚物75-97mol％的乙烯；3-25mol％的α-烯烴；0-5mol％的二烯烴。
24.根據前一個權利要求的電纜，其中乙烯共聚物是選自具有下列單體組成的共聚物90-95mol％的乙烯；5-10mol％的α-烯烴；0-2mol％的二烯烴。
25.根據權利要求21-24中任何一項的電纜，其中α-烯烴選自丙烯，1-己烯和1-辛烯。
26.根據權利要求22-25中任何一項的電纜，其中二烯烴具有4-20個碳原子。
27.根據權利要求22-26中任何一項的電纜，其中二烯烴選自共軛或非共軛的線性二烯烴，和單環或多環二烯烴。
28.根據權利要求22-27中任何一項的電纜，其中二烯烴選自1，3-丁二烯，1，4-己二烯，1，6-辛二烯，1，4-環己二烯，5-亞乙基-2-降冰片烯，5-亞甲基-2-降冰片烯，5-乙烯基-2-降冰片烯，或它們的混合物和類似物。
29.根據前述權利要求中任何一項的電纜，其中烷基芳基烴在25℃下具有小于或等于3.5的介電常數。
30.根據前述權利要求中任何一項的電纜，其中介電常數在25℃下是小于或等于3。
31.根據前述權利要求中任何一項的電纜，其中電介質液體在20℃下具有在1-500mm2/s之間的運動粘度。
32.根據前述權利要求中任何一項的電纜，其中電介質液體在20℃下具有在5-100mm2/s之間的運動粘度。
33.根據前述權利要求中任何一項的電纜，其中烷基芳基烴具有大于或等于5mm3/min的吸氫容量。
34.根據前一個權利要求的電纜，其中吸氫容量大于或等于50mm3/min。
35.根據前述權利要求中任何一項的電纜，其中環氧樹脂以基于液體的重量小于或等于1wt％的量被加入到電介質液體中。
36.根據前一個權利要求的電纜，其中烷基芳基烴以大于或等于10wt％的量存在，基于電介質液體的總重量。
37.根據前述權利要求中任何一項的電纜，其中電介質液體包括具有至少三個非稠合芳族環的至少一種烷基芳基烴。
38.根據前述權利要求中任何一項的電纜，其中烷基芳基烴具有結構式 其中R1，R2，R3和R4，可以相同或不同，是氫或甲基；n1和n2，可以相同或不同，是0，1或2，前提條件是n1+n2之和小于或等于3。
39.根據前述權利要求中任何一項的電纜，其中烷基芳基烴選自芐基甲苯，芐基二甲苯，(甲基芐基)甲苯，(甲基芐基)二甲苯，二芐基甲苯，二芐基二甲苯，二(甲基芐基)甲苯，二(甲基芐基)二甲苯和類似物，或它們的混合物。
40.根據前述權利要求中任何一項的電纜，其中電介質液體包括至少一種三苯基甲烷，未被取代或被選自甲基、芐基和甲基芐基中的至少一個基團所取代。
41.根據前一個權利要求的電纜，其中三苯基甲烷選自二(甲苯基)(苯基)甲烷，二(二甲苯基)(苯基)甲烷，(二甲苯基)(甲苯基)(苯基)甲烷和類似物，或它們的混合物。
42.根據前述權利要求中任何一項的電纜，其中電介質液體與基礎聚合物材料的重量比是1∶99到25∶75。
43.根據前述權利要求中任何一項的電纜，其中電介質液體與基礎聚合物材料的重量比是2∶98到20∶80。
44.根據前述權利要求中任何一項的電纜，其中電介質液體與基礎聚合物材料的重量比是3∶97到15∶85。
45.根據前述權利要求中任何一項的電纜，其中擠出包覆層是具有電絕緣性能的層(4)。
46.根據權利要求1到45中任何一項的電纜，其中擠出包覆層是具有半導電性能的層(3，5)。
47.根據前一個權利要求的電纜，其中導電性填料被分散在具有半導電性能的層中。
48.根據前述權利要求中任何一項的電纜，其中基礎聚合物材料選自丙烯均聚物或包括至少40wt％的無定形相的共聚物，基于總聚合物重量。
49.根據前述權利要求中任何一項的電纜，其中存在著具有電絕緣性能的至少一層和具有半導電性能的至少一層。
50.聚合物組合物，它包括根據權利要求1-49中任何一項的熱塑性聚合物材料與電介質液體的摻混物。
51.根據權利要求50的聚合物組合物作為基礎聚合物材料用于制備具有電絕緣性能的包覆層(4)的用途。
52.根據權利要求50的聚合物組合物作為基礎聚合物材料用于制備具有半導電性能的包覆層(3，5)的用途。
全文摘要
本發明描述了具有可回用的包覆層、尤其用于輸送或分配中或高壓電能的電纜，其中至少一種包覆層是以熱塑性聚合物材料與電介質液體的摻混物為基礎，該聚合物材料包括丙烯均聚物或丙烯與乙烯或除丙烯外的其它α－烯烴的共聚物。本發明的電纜具有優異的機械和電性能，包括高的介電強度，尤其使它能夠在高的操作溫度下使用。
文檔編號H01B3/18GK1503977SQ01811959
公開日2004年6月9日 申請日期2001年6月15日 優先權日2000年6月28日
發明者L·卡斯特萊尼, L·馬蒂諾托, C·塞爾扎, E·阿爾貝扎蒂, , L 卡斯特萊尼, 叢, 倥低 申請人:皮雷利·卡維系統有限公司, 皮雷利 卡維系統有限公司