具有半導性阻水膨脹層的電纜的制作方法

專利名稱：具有半導性阻水膨脹層的電纜的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電纜，特別涉及具有半導性阻水膨脹層的中壓或高壓輸電或配電電纜。在本發明說明書中，“中壓”一詞系指約1KV-約30KV之間的電壓，“高壓”一詞系指大于30KV的電壓。
中壓或高壓電源的輸電或配電電纜通常由包覆有第一半導性內層、絕緣層和半導性外層的金屬導電體組成。在一些室外的應用中(特別是需要水密時)，電纜是被包覆在金屬屏蔽(通常是鋁屏蔽或銅屏蔽)中的，是由連續的管子形成的，或是用金屬薄片形成管形，再加以熔焊或焊封，以便使其不滲水。
在電纜的生產、安裝或使用過程中，金屬屏蔽可能出現裂隙或刺孔，引起濕氣、甚至是水滲透入電纜芯，同時在絕緣層中形成電化學樹狀結晶，破壞了絕緣。
此問題的可能解決辦法提供于USP4,145,567中，其中描述了一高壓電纜，它的半導性外層的外部圍繞著一層泡沫塑料材料的可壓縮層，以防止外部濕氣進入絕緣層，因而避免了電化學樹狀結晶的形成。按照其公開的內容，金屬屏蔽最好對可壓縮層保持一些壓力，這樣就不會有空氣或其它流體沿可壓縮層和金屬屏蔽間的界面流動。防止流體沿電纜流動的另一保障是將金屬屏蔽粘合在可壓縮層上。可壓縮層最好是半導性的。
金屬屏蔽可因電纜受到的熱循環引起破裂，熱循環是電纜承受日常輸送的電流強度變化并且電纜中的溫度也相應地在室溫和最大工作溫度之間(例如20℃-90℃)變化的結果。這些熱循環引起電纜包覆層的膨脹和相繼的收縮，最后在金屬屏蔽上產生徑向輻射力。因此金屬屏蔽承受了機械變形，并在屏蔽和半導性外層之間形成空隙，這樣便可能產生非均勻性電場。在極度情況下，這些變形可導致屏蔽的破裂，特別是在熔焊或用封接方式連接的情況下，并因此完全失掉了屏蔽功能。
此問題的可能解決方法提供在USP5,281,757中，其中金屬屏蔽對于相鄰的層是自由移動的，并有用黏合劑粘合在一起的重疊的邊緣部分，黏合劑允許重疊的邊緣部分在電纜的熱循環過程中互相之間作相對運動。在金屬屏蔽和電纜芯之間可采用如上述USP4,145,567中所公開的襯墊層。需要時，襯墊層可以是水溶脹性帶子或是水溶脹性粉末，以代替泡沫塑料材料。
根據申請人的經驗，諸如USP4,145,567和USP5,281,757中所述的那些電纜設計是不能完全令人滿意的。首先，如USP4,145,567中所公開的金屬屏蔽和電纜芯之間存在的可壓縮層不能充分有效地避免濕氣或水沿電纜的滲透和傳播。事實上，要得到有效的阻水作用，在USP5,281,757中建議使用水溶脹性帶子或粉末以代替可壓縮層。但是，在金屬屏蔽下引入水溶脹性材料會引起嚴重的電學問題。在實際上，金屬屏蔽除了對水和/或濕氣的滲透構成屏障外，還給予了重要的電學功能并需要與半導性外層進行電學接觸。金屬屏蔽的第一個功能是在電纜的內部建立一個均勻的徑向電場，同時消除電纜外部的電場。它的進一步功能是支持短路電流。
諸如金屬屏蔽下的水溶脹性材料之類的絕緣材料的存在不能保證電纜芯和金屬屏蔽間的電學連續性。再者，從生產和處理的觀點看，水溶脹性帶子或自由流動的水溶脹性粉末的使用存在許多缺點。特別是水溶脹性帶子的使用包括了明顯的成本增加和生產率的降低，因為帶子很貴并意味著在電纜的生產過程中要增加包覆工段。另一方面，自由流動的水溶脹性粉末的存在使電纜的生產和安裝變得十分繁瑣。
最后，為減弱熱循環對金屬屏蔽的作用同時又避免濕氣和/或水沿電纜傳播而設計的本技術領域中已知的電纜提供有縱向V-形槽的半導性外層，槽中充填了粉末狀水溶脹性材料。V-形幾何形狀一方面應保證半導層與金屬屏蔽間的電接觸，另一方面應由生成半導層的材料幫助熱膨脹的彈性恢復。
但是，縱向槽的生產包括使用厚度大的(約2mm或更大)半導層，因而增加了成本和電纜的總重量。加之所要求的半導層的幾何形狀一般是用精密的擠出加工來完成的，其中使用了適當設計的模具。實際上，根據申請人的經驗，在這種擠出過程中不可避免地形成幾何形狀不規則的槽。這些幾何形狀的不規則性能使施于金屬屏蔽上的壓力產生非均勻分布，并因此阻止半導層去正確執行徑向輻射力的彈性吸收功能。
因此，上述現有技術的電纜不能有效地解決避免電纜芯內部的濕氣和/或水分的滲透和傳播問題以及由于電纜熱循環引起的金屬屏蔽可能的變形或破裂問題，同時在金屬屏蔽和電纜芯之間保持正常的電接觸。
申請人現已發現，上述的問題可以有效地用如下的方法來解決在金屬屏蔽之下插入一層有半導性并包括一水溶脹性材料的膨脹型聚合材料。此層材料能夠有彈性地和均勻地吸收電纜使用時受熱循環所引起的膨脹和收縮的徑向輻射力，同時保證了電纜和金屬屏蔽間必須的電連續性。再者，分散在膨脹層中的水溶脹性材料的存在能夠有效地阻止濕氣和/或水分，因此就避免了使用水溶脹性帶子或自由流動的水溶脹性粉末。
因此，本發明的第一方面涉及包括一導體、至少一個絕緣層、一層外部的金屬屏蔽和一層置于金屬屏蔽之下的膨脹型聚合材料層的電纜，其特征在于膨脹型聚合材料層是半導性的并包括一水溶脹性材料。
下面的“膨脹型聚合材料層”將簡要地以“膨脹層”表示。
在本發明說明書和權利要求書中，“膨脹型聚合材料”應理解為在此材料中有預定的“自由”空間百分數，即此空間沒有被聚合物所占據而是被氣體或空氣所占據。
一般，膨脹型聚合物中的自由空間百分數是以膨脹度(G)一詞表示的，用下列的公式來定義G=(do/de-1)×100式中do代表非膨脹型聚合物密度；de代表膨脹型聚合物的表觀密度。
本發明膨脹層的膨脹度根據所使用的特定聚合材料和要求得到的包覆厚度而有較寬范圍的變化。預測膨脹度，以便保證電纜由熱膨脹和收縮產生的徑向輻射力能被彈性吸收并同時保持半導性性能。一般，膨脹度的范圍可為5％-500％，優選10％-200％。
本發明的膨脹層厚度至少等于0.1mm，優選0.2-2mm，甚至更優選0.3-1mm。厚度低于0.1mm時，在實際上是很難生產的，并且在任何情況下只能對變形做有限的補償。厚度大于2mm時，雖然在原則上沒有任何功能上的缺點，但當任何特定的要求能有理地說明增加的成本時是可以使用的。
根據優選，本發明的電纜也包括一置于絕緣包層和膨脹層之間的密實半導層。
“密實半導層”一詞應理解為由非膨脹型半導性材料(即膨脹度基本上為零的材料)制成的層。
申請人認為，密實半導層能有效地執行阻止部分放電并因而損害電纜的功能。這種放電是由絕緣包層和膨脹層的界面表面中的任何不規則性引起的。這一功能甚至可用一非常薄的半導層來完成，即其厚度約為0.1mm或更小的半導層。但從實際的觀點看，厚度為0.2-1mm是優選的，甚至更優選0.2-0.5mm。
如上所示，膨脹層包括水溶脹性材料。如申請人進行的試驗所示，膨脹層能摻合大量的水溶脹性材料，當膨脹層置于與濕氣或水接觸時，摻合的水溶脹性材料能夠膨脹，因而能有效地執行它的阻水功能。
水溶脹性材料一般是細分的形式，特別是粉末形式。構成水溶脹性粉末的顆粒的優選粒徑不大于250μm，平均粒徑為10-100μm。粒徑為10-50μm的顆粒的較優選用量為粉末總重量的至少50％(重量)。
水溶脹性材料一般由聚合物鏈上有親水基團的均聚物或共聚物組成，例如交聯的并至少是部分成鹽的聚丙烯酸(例如C.F.StockhausenGmbH的產品Cabloc或Grain Processing Co.的Waterlock)；與丙烯酰胺和丙烯酸鈉的共聚物混合的淀粉或其衍生物(例如Henkel AG的SGP吸收劑聚合物)；羧甲基纖維素鈉(例如Hercules Inc.的產品Blanose)。
要得到有效的阻水作用，包括在膨脹層中的水溶脹性材料的量一般是5-120phr，優選15-80phr(phr=相對100重量份基聚合物所用的重量份)。


圖1所示為本發明電纜的具體實施方案的橫截面，為單極類型，適合于中壓電力傳輸。
此電纜包括導體(1)、半導性內層(2)、絕緣層(3)、密實半導層(4)、膨脹層(5)、金屬屏蔽(6)和一外保護層(7)。
導體(1)一般由金屬線組成，優選的金屬線是鋁或銅，是用常規的技術編織在一起的。金屬屏蔽(6)，通常是用鋁或銅制成，也可使用鉛，是由連續的金屬管或用金屬片加工成管狀，然后熔焊或用粘合材料封接，制成以使其成為水密性的。金屬屏蔽(6)通常包裹了外保護層(7)，外保護層(7)是用交聯或非交聯的聚合材料組成，例如聚氯乙烯(PVC)或聚乙烯(PE)。
構成膨脹層的聚合材料可以是任何類型的可膨脹的聚合物，諸如聚烯烴、不同烯烴的共聚物、烯烴與烯屬不飽和酯的共聚物、聚酯、聚碳酸酯、聚砜、酚型樹脂、尿型樹脂以及它們的混合物。適合的聚合物之例有聚乙烯(PE)，特別是低密度聚乙烯(LDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、線型低密度聚乙烯(LLDPE)、超低密度聚乙烯(ULDPE)，聚丙烯(PP)，彈性乙烯/丙烯共聚物(EPR)或乙烯/丙烯/二烯三元共聚物(EPDM)，天然橡膠，丁基橡膠，乙烯/乙烯酯共聚物，例如乙烯/乙酸乙烯酯共聚物(EVA)，乙烯/丙烯酸酯共聚物，特別是乙烯/丙烯酸甲酯(EMA)、乙烯/丙烯酸乙酯(EEA)和乙烯/丙烯酸丁酯(EBA)，乙烯/α-烯烴熱塑性共聚物，聚苯乙烯，丙烯腈/丁二烯/苯乙烯(ABS)樹脂，鹵化聚合物，特別是聚氯乙烯(PVC)，聚氨酯(PUR)，聚酰胺，芳香族聚酯，諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)以及它們的共聚物或機械混合物。
優選的聚合材料是烯烴聚合物或基于乙烯和/或丙烯的共聚物，并特別選自(a)乙烯與烯屬不飽和酯的共聚物，例如乙酸乙烯酯，或乙酸丁酯，其中不飽和酯的量一般在5-80％(重量)，優選10-50％(重量)；(b)乙烯與至少一種C3-12α-烯烴和可選一種二烯的彈性共聚物，優選乙烯/丙烯(EPR)或乙烯/丙烯/二烯的共聚物，一般具有下列的組成35-90％(摩爾)乙烯；10-65％(摩爾)α-烯烴；0-10％(摩爾)二烯(例如1,4-己二烯或5-亞乙基-2-降冰片烯)；(c)乙烯與至少一種C4-12α-烯烴和可選一種二烯的共聚物，優選的α-烯烴是1-己烯、1-辛烯等，其密度一般為0.86-0.90克/厘米3，其組成如下75-97％(摩爾)乙烯；3-25％(摩爾)α-烯烴；0-5％(摩爾)二烯；(d)用乙烯/C3-12α-烯烴共聚物改性的聚丙烯，其中聚丙烯與乙烯/C3-12α-烯烴共聚物之間的重量比在90/10-10/90，優選80/20-20/80。
例如市售產品Elvax(Du Pont)、Levaprene(Bayer)和Lotryl(Elf-Atochem)屬于(a)類；Dutral(Enichem)或Nordel(Dow-Du Pont)屬于(b)類；屬于(c)類的是Engage(Dow-Du Pont)或Exact(Exxon)；而以乙烯/α-烯烴共聚物改性的聚丙烯是以商標名Moplen或Hifax(Montell)，或Fina-Pro等提供商品銷售的。
在(d)類中特別優選的是熱塑性彈性體，包括有連續的熱塑性聚合物(例如聚丙烯)基質和細粒的(粒徑一般為1-10μm數量級)的固化彈性聚合物(例如交聯的EPR或EPDM，分散于熱塑性基質中)。彈性聚合物可以非固化狀態摻合在熱塑性基質中，然后加入適量的交聯劑在加工中進行化學交聯。另外，彈性聚合物也可以分別固化，然后以細顆粒形式分散于熱塑性基質中。這種類型的熱塑性彈性體敘述于例如US4,104,210或EP-324,430中。這些熱塑性彈性體是優選的，因為它們證明在電纜熱循環的整個工作溫度范圍彈性吸收徑向輻射力是特別有效的。
本技術領域中已知的制備半導性聚合物組合物的產品可以用來使聚合材料具有半導性能，特別可以使用的是導電炭黑，例如導電的爐法炭黑或乙炔炭黑等。炭黑的表面積一般大于20m2/g，通常為40-500m2/g。有利的是可以使用表面積至少為900m2/g的高導炭黑，諸如商業上已知的商品名為KetjenblackEC(Akzo Chemie NV)的爐法炭黑。
加入到聚合物基質中的炭黑量根據聚合物和所用的炭黑類型、要求到達的膨脹度、膨脹劑等而有所不同。因此，炭黑的量應給予膨脹材料足夠的半導性能，特別是要能得到在室溫下膨脹材料的體積電阻率小于500Ωm，優選小于20Ωm。典型的炭黑量可在1-50％(重量)范圍，優選3-30％(重量)，相對于聚合物的重量。
在絕緣包層和膨脹層之間選擇性存在的密實半導層以及半導性內層(均為密實類型)是按已知的技術制備的，特別是用擠出法。聚合材料和炭黑選自上述膨脹層所用的聚合材料和炭黑。
絕緣層最好以聚烯烴用擠出法制備，聚烯烴選自上述膨脹層所用的聚烯烴，特別是聚乙烯、聚丙烯、乙烯/丙烯共聚物等。擠出后，材料最好用已知技術進行交聯，例如用過氧化物或通過硅烷。
膨脹層可用含半導性填料和阻水材料的聚合材料在電纜芯上用擠出法來制備。電纜芯即導體(1)、半導性內層(2)、絕緣層(3)和選擇性使用的密實半導層(4)的總成。電纜芯本身也可用擠出法制備，特別是用已知技術中的三層擠出法。
聚合材料可按本技術領域中已知的方法與半導性填料、水溶脹性材料和其它選擇性使用的常規添加劑混合。混合的進行可用例如有切割轉子(Banbury)或互穿轉子類型的密閉式混合機，或在諸如共捏合機(Buss)類型或同向旋轉或反向旋轉的雙螺桿類型連續混合機中進行。
聚合物的膨脹常在擠出階段中進行。膨脹的產生可用加入適合的膨脹劑(即在特定的溫度和壓力條件下能釋放氣體的試劑)的化學方式，或用直接將氣體高壓注入擠出機的機筒的物理方式。將膨脹劑加入聚合材料最好是如上所述在加入填料和其它添加劑之后進行，并相繼將混合物冷卻至膨脹劑的分解溫度以下，以避免聚合物早期膨脹。膨脹劑在擠出過程中(例如通過擠出機料斗)加入聚合組合物是特別有利的。
適合的膨脹劑之例有偶氮二碳酰胺、對甲苯磺酰肼、有機酸(例如檸檬酸)與碳酸鹽和/或碳酸氫鹽(例如碳酸氫鈉)的混合物等。
高壓注入擠出機機筒的氣體之例有氮、二氧化碳、空氣、低沸烴(例如丙烷或丁烷)、鹵代烴(例如二氯甲烷、三氯氟甲烷、1-氯-1,1-二氟乙烷)等，或者它們的混合物。
機頭中的模具直徑最好略小于欲得到的有膨脹包層的電纜的最終直徑，因此在擠出機外的聚合物的膨脹便使電纜到達所要求的直徑。
擠出溫度的選擇主要決定于聚合物基質的性質、膨脹劑和所要求的膨脹度。通常，不低于140℃的擠出溫度是優選的，以達到足夠的膨脹度。
膨脹型聚合材料可以交聯或不交聯。交聯可用已知技術在擠出和膨脹階段后進行，特別是在自由基引發劑(例如有機過氧化物，諸如過氧化二枯基)存在下用加熱的方法進行。另外，可以通過硅烷進行交聯，它允許使用諸如上述的那些聚合物，特別是聚烯烴，它們與包括至少有一個可水解基團(例如三烷氧基硅烷基，特別是三甲氧基硅烷基)的硅烷單元共價結合。硅烷單元的接枝可用硅烷化合物用自由基反應來進行。硅烷化合物有例如甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、乙烯基二甲氧基硅烷等。交聯是在水和交聯催化劑存在下進行的。交聯催化劑有例如有機鈦酸鹽或羧酸金屬鹽。二月桂酸二丁錫(DBTL)是優先選擇的。
一經膨脹層制備好后，就將電纜包覆在金屬屏蔽中。根據最佳具體實施方案，在無作用力時，膨脹層的直徑是大于金屬屏蔽的內徑的，在施以金屬屏蔽后，這樣便使膨脹層得到一個預壓度。此預壓度使膨脹層和金屬屏蔽之間到達最佳接觸成為可能，并且在絕緣層的熱收縮階段過程中能使膨脹層的任何殘余變形或金屬屏蔽的某種程度的塑性變形得到恢復。
最后，金屬屏蔽可以用保護層包裹，保護層可用例如聚合材料(常用聚氯乙烯或聚乙烯)經擠出而得到。
下面是幾個說明性實施例，以對本發明進一步描述。
混合進行約6分鐘，其提取材料的最終溫度約為150℃。混合結束時在混合物中加入膨脹劑，提取材料事先冷卻至100℃，以免膨脹劑預先分解致使聚合物的膨脹不可控制。然后將混合物用一尺寸為200×200mm、厚度為3mm的框架在160℃下壓縮模塑。加入的混合物量應使之得到1mm厚的初始層，以便留有足夠的空間讓聚合物膨脹。對如此得到的試塊測定的特性如下…表觀密度，然后按上面所給的公式計算膨脹度(已知非膨脹材料的密度)；…室溫下的體積電阻率。
數據示于表1。
將一些樣品放入水中，觀察到了水溶脹性粉末立即膨脹至體積約為初始體積的3倍。
實施例3按照圖1的結構，用實施例1中的聚合組合物生產了中壓電纜。聚合組合物按實施例1制備，但不加膨脹劑，以避免組合物早期膨脹。膨脹劑只在擠出時加入，如下所述。
要在其上沉積膨脹層的電纜芯包括橫截面為70mm2的鋁導體，包覆以在懸垂線上用過氧化物交聯的下列各層…半導性內層，由含炭黑的EPR制成(厚0.5mm)；…絕緣層，由高嶺土填充的EPR制成(厚5.5mm)；…半導性外層(密實)，由含35％(重量)的N472炭黑的EVA制成(厚0.5mm)。
在這樣的電纜芯(外直徑約23mm)上積附膨脹層時，用構型為25D的80mm單螺桿擠出機。擠出機裝有具有縱向溝槽的機筒初始段、箱型進料喉和長25D的有螺線的卸料螺桿。供料區料的螺槽深度為9.6mm，最終段為7.2mm，其總螺桿壓縮比約為1∶1.33。
在擠出機的下游使用了一裝有雙接合線傳送帶的電加熱垂直擠出頭。使用如下的組裝模具直徑24mm的口模；直徑24mm的環形壓縮模。口模選擇的目的要使欲被包覆的電纜芯易于通過，其直徑比欲被包覆的電纜芯直徑約大1mm；另一方面，環形模的選擇，其直徑咯小于要得到的產品的最終直徑，以阻止材料在擠出頭內部膨脹。
擠出機和擠出頭的加熱情況如下(℃)

欲被包覆的電纜芯的擠出速度設定為所要求的膨脹材料厚度的函數。在本例中使用了1.2m/min的線速度。在這些條件下紀錄了下列的擠出參數擠出機旋轉速度1.2rpm；熱半成品直徑25.0mm；冷半成品直徑24.8mm。
將半成品在空氣中冷卻，避免直接與冷水接觸，這樣就不會引發阻水粉末的突然再溶脹問題。隨后將得到的半成品繞在卷軸上。
材料在電纜芯上積附厚度約1mm。將此材料用化學方法進行膨脹，在擠出機料斗中加入約2％的膨脹劑HydrocerolCF70(羧酸+碳酸氫鈉)。
測定如此得到的膨脹層樣品的電導率和膨脹度。測得的膨脹率約為20％。
也進行了在水存在下材料的膨脹試驗(阻水作用)由于有水溶脹性粉末的存在，材料溶脹至其體積約為初始體積的3倍。
實施例4使用熱塑性彈性體作為基材料生產本發明的膨脹層。其組成列于表1(包括僅在擠出過程中加入的膨脹劑)。混合是在同樣的Banbury混合機中進行，如實施例1-2所述。混合時間約10分鐘，提取材料的最后溫度約195℃。混合后將材料造粒并封于塑料袋中以避免吸收濕氣。
實施例5按圖1的結構圖用實施例4的聚合組合物組生產中壓電纜。
電纜芯由橫截面為150mm2和直徑14.0mm的鋁導體組成，包覆以如下各層，在catenary線上用過氧化物交聯…半導性內層Borealis產品LE 0595(厚0.6mm)；…XLPE制成的絕緣層(厚4.65mm)；…半導性外層(密實)Borealis產品LE 0595(厚0.4mm)。
按實施例3所述的技術擠出將膨脹層積附在電纜芯(外徑約25.3mm)上。使用30mm單螺桿擠出機，構型24D，口模直徑25.7mm，環形壓縮模直徑26.1mm，其熱狀況(℃)如下

膨脹劑在擠出過程中通過擠出機料斗加入。線速度為2.9m/min，螺桿速度為56rpm。擠出和冷卻后膨脹層的厚度為0.65mm。
然后將這樣得到的電纜包以上漆的鋁帶(厚0.2mm)，其重疊的邊緣用黏合劑粘合。最后用擠出法用PVC制成一外保護層。
按照說明NF C 33-233(1998年3月)將兩段3米長的最終電纜在熱循環下進行滲水試驗。在除去中心部分(長50mm)的外包覆層暴露出半導性外層(4)后，將電纜樣品浸入水中并在室溫下保持24小時，然后承受10次熱循環，每次8小時(4小時用環形電路沿導體加熱至100℃，然后4小時冷卻)。試驗結束時，水通過切割處從一端滲入20cm，從另一端滲入25cm，因而主要在說明書要求的范圍(電纜樣品的兩端無水出現)。
表1

Elvax470(Du Pont)乙烯/乙酸乙烯酯共聚物(EVA)(18％VA，熔體指數0.7)；Elvax265(Du Pont):EVA共聚物(28％VA，熔體指數3.0)；ProfaxPF 814(Montell)全同立構丙烯均聚物(MFI=3g/10’-ASTM D 1238)；SantopreneRC8001(Monsanto)熱塑性彈性體(89％w固化EPR,11％聚丙烯)；
KetjenblackEC(Akzo Chemie)高導爐法炭黑；WaterlockJ550(Grain Processing Co.)磨細的交聯聚丙烯酸(部分成鹽)(直徑10-45μm的顆粒大于50％w)；HydrocerolCF70(Boeheringer Ingelheim)羧酸/碳酸氫鈉膨脹劑；Irganox1010四[3-(3,5-二叔丁基-4-羥苯基)丙酸]季戊四醇酯(Ciba-Geigy)；IrganoxPS802 FL硫代二丙酸二硬脂基酯(DSTDP)(Ciba-Geigy)。
權利要求
1．電纜，包括一導體、至少一個絕緣層、一個外部的金屬屏蔽和一層置于金屬屏蔽之下的膨脹型聚合材料層，其特征在于膨脹型聚合材料層是半導性的并包括一水溶脹性材料。
2．權利要求1所述的電纜，其中膨脹層有預定的膨脹度，以保證電纜熱膨脹和收縮的徑向輻射力的彈性吸收和保持半導性能。
3．權利要求2所述的電纜，其中膨脹層的膨脹度為5％-500％。
4．權利要求3所述的電纜，其中膨脹層的膨脹度為2％-200％。
5．前述任一項的電纜，其中膨脹層的厚度至少為0.1mm。
6．權利要求5所述的電纜，其中膨脹層的厚度為0.2-2mm。
7．前述任一項的電纜，也包括置于絕緣包覆層和膨脹層之間的密實半導層。
8．權利要求7所述的電纜，其中密實半導層的厚度為0.1-1mm。
9．權利要求8所述的電纜，其中密實半導層的厚度為0.2-0.5mm。
10．前述任一項的電纜，其中水溶脹性材料是粉末形式。
11．權利要求10所述的電纜，其中水溶脹性材料是粒徑不大于250μm、平均粒徑為10-100μm的粉末形式。
12．權利要求11所述的電纜，其中在水溶脹性材料中粒徑為10-50μm的顆粒的量為粉末總重量的至少50％(重量)。
13．前述任一項的電纜，其中水溶脹性材料是沿聚合鏈上有親水基團的均聚物或共聚物。
14．前述任一項的電纜，其中水溶脹性材料的存在量為5-120phr。
15．權利要求14所述的電纜，其中水溶脹性材料的存在量為15-80phr。
16．前述任一項的電纜，其中構成膨脹層的聚合材料是選自下列的可膨脹的聚合物聚烯烴、不同烯烴的共聚物、烯烴和烯屬不飽和酯的共聚物、聚酯、聚碳酸酯、聚砜、酚型樹脂、脲型樹脂，以及它們的混合物。
17．權利要求16所述的電纜，其中聚合材料是烯烴聚合物或基于乙烯和/或丙烯的共聚物。
18．權利要求17所述的電纜，其中聚合材料選自(a)乙烯與烯屬不飽和酯的共聚物，其中不飽和酯的量在5-80％(重量)；(b)乙烯與至少一種C3-12α-烯烴和可選使用的二烯的彈性共聚物，具有下列的組成35-90％(摩爾)乙烯；10-65％(摩爾)α-烯烴；0-10％(摩爾)二烯；(c)乙烯與至少一種C4-12α-烯烴和可選使用的二烯的共聚物，其密度為0.86-0.90克/厘米3；(d) 用乙烯/C3-12α-烯烴共聚物改性的聚丙烯，其中聚丙烯與乙烯/C3-12α-烯烴共聚物之間的重量比在90/10-10/90。
19．權利要求18所述的電纜，其中聚合材料是包括一熱塑性聚合物的連續基質和分散在熱塑性聚合物中的固化彈性聚合物細粒的熱塑性彈性體。
20．前述任一項權利要求所述的電纜，其中膨脹層的室溫下的膨脹材料的體積電阻率低于500Ωm。
21．前述任一項權利要求所述的電纜，其中膨脹層包括預定量的導電炭黑。
22．權利要求21所述的電纜，其中導電炭黑的表面積至少為20m2/g。
23．權利要求22所述的電纜，其中炭黑的表面積至少為900m2/g。
24．權利要求21-23之一所述的電纜，其中炭黑的存在量為5-80％(重量)。
25．權利要求24所述的電纜，其中炭黑的存在量為10-70％(重量)。
26．前述任一項權利要求所述的電纜，其中膨脹層是用擠出法得到的。
27．權利要求26所述的電纜，其中該層的膨脹是在擠出過程中加入膨脹劑得到的。
28．權利要求26所述的電纜，其中該層的膨脹是在擠出過程中高壓注射氣體得到的。
29．前述任一項權利要求所述的電纜，其中膨脹層的直徑在無力作用下大于金屬屏蔽的內徑，以便在施以金屬屏蔽后得到預定的膨脹層預壓度。
全文摘要
具有金屬屏蔽和一半導性阻水膨脹層的電纜,特別是為中壓或高壓電力輸電或配電的電纜。膨脹層的功能有三:其一是能均勻和彈性地吸收電纜使用中熱循環引起的電纜包覆層膨脹和收縮的徑向輻射力,因而能阻止金屬屏蔽的變形或破裂;其二是保證電纜芯和金屬屏蔽間的電連續性;其三是在例如金屬屏蔽可能的破裂時能有效地避免濕氣和/或水沿電纜芯滲透或傳播。第三功能是在膨脹層中加入水溶脹性材料得到的。
文檔編號H01B9/02GK1306668SQ98812566
公開日2001年8月1日 申請日期1998年12月17日 優先權日1997年12月22日
發明者S·拜利, A·巴萊基, L·凱米, L·巴爾克尼 申請人:皮雷利卡維系統有限公司