具有可回用的包覆层的电缆、包含于其中的聚合物组合物及其应用制造技术

本发明专利技术描述了具有可回用的包覆层、尤其用于输送或分配中或高压电能的电缆，其中至少一种包覆层是以热塑性聚合物材料与电介质液体的掺混物为基础，该聚合物材料包括丙烯均聚物或丙烯与乙烯或除丙烯外的其它α－烯烃的共聚物。本发明专利技术的电缆具有优异的机械和电性能，包括高的介电强度，尤其使它能够在高的操作温度下使用。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有可回用的包覆层的电缆。尤其，本专利技术涉及输送或分配中或高压电能的电缆，其中存在以热塑性聚合物材料与具有优异机械和电气性能的电介质液体的掺混物为基础的挤出包覆层，尤其，使高操作温度的使用和高功率能量的输送成为可能。对于具有高度环境适应性、由能够在使用寿命的结束之后容易再循环利用的材料(而且在生产或利用过程中对环境无害)组成的产品的要求现在已经在电力和通信电缆的领域中充分被接受。然而与环境相适应的材料的使用是以限制成本为条件的，尽管对于更常见的用途可提供一种等于或好于常规材料的性能。对于输送中和高压能量的电缆，包覆导体的各种包覆层通常由聚烯烃型交联聚合物，尤其是交联聚乙烯(XLPE)，或弹性体乙烯/丙烯(EPR)或乙烯/丙烯/二烯烃(EPDM)共聚物(也是交联的)组成。在将聚合物材料挤出到导体上的步骤之后进行的交联可使材料具有令人满意的性能，甚至在连续使用过程中的热条件下和对于电流过载的情况。然而，众所周知的是，交联的材料不能回用，使得制造废料和在使用寿命结束时电缆的包覆材料仅仅通过焚化来废弃处理。电力电缆也已知具有由浸渍了大量的电介质液体的纸或纸/聚丙烯层压体的多层包皮组成的绝缘体(一般已知为本体(mass)浸渍电缆或充油电缆)。通过完全填充在多层包皮之间存在的空间，该电介质液体防止引起电绝缘体穿孔的局部放电。作为电介质液体产品，通常使用例如矿物油，聚异丁烯类，烷基苯等等(参见例如US-4,543,207，US-4,621,302，EP-A-0987718，WO98/32137)。然而，大家熟知的是，与挤出的绝缘电缆相比，本体浸渍电缆具有多个缺点，使得它们的应用现在局限于特定的应用领域，尤其限于高电压和极高电压直流电传输线的构造，对于陆地上和尤其水下安装两者而言。在这方面，本体浸渍电缆的生产是特别复杂和花费大的，对于层压体的高成本以及对于在包封该层压体和然后用电介质液体浸渍它的步骤中遇到的困难两者而言。尤其，所使用的电介质液体必须在冷的条件下具有低粘度以允许快速和均匀的浸渍，而与此同时它必须在电缆的安装和操作过程中有较低的迁移倾向以防止从电缆终端发生的液体损失或伴随的破坏。另外，本体浸渍电缆不能被再循环利用和它们的使用限于低于90℃的操作温度。在非交联的聚合物材料内，已知可使用高密度聚乙烯(HDPE)来包覆高压电缆。然而HDPE的缺点是比XLPE有更低的耐热性，对于电流过载和在操作过程中的两种情况。热塑性低密度聚乙烯(LDPE)绝缘包覆层也用于中和高压电缆再次在这种情况下，这些包覆层受到太低的操作温度(大约70℃)的限制。WO99/13477描述了由构成连续相的热塑性聚合物组成的绝缘材料，它引入了在固体聚合物结构中形成可活动的互穿相的液体或容易熔化的电介质。热塑性聚合物与电介质的重量比是在95∶5和25∶75之间。该绝缘材料能够通过间歇或连续方式趁热混合两种组分来生产(例如利用挤出机)。所获得的混合物然后造粒和用作绝缘材料，通过挤出到导体上来生产高压电力电缆。该材料能够以热塑性或交联的形式使用。作为热塑性聚合物，可指定聚烯烃类，聚乙酸酯类，纤维素聚合物，聚酯，聚酮，聚丙烯酸酯类，聚酰胺和聚胺。特别建议使用低结晶度的聚合物。该电介质优选是低或高粘度的合成或矿物油，尤其是聚异丁烯，环烷属烃，多核芳族烃(polyaromatic)，α-烯烃或硅油。本申请人认为仍然未解决生产具有从热塑性聚合物材料制造的包覆层的电力电缆的技术问题，该聚合物材料所具有的机械和电气性能与具有交联材料的绝缘包覆层的电缆的那些相当。尤其，本申请人已考虑到了生产具有非交联绝缘包覆层的电缆的问题，该包覆层在热和冷条件下具有良好的柔韧性和高机械强度，而与此同时具有高的介电强度，不使用在电缆的使用寿命中(从电缆的生产到它的废弃处理)潜在造成污染的产品。考虑到该问题，本申请人认为按照在所列举的WO99/13477中建议，将电介质液体添加到聚合物材料中将得到完全不令人满意的结果。在这方面，本申请人坚持，通过向绝热材料中添加电介质液体应该同时确定它的电性能(尤其是它的介电强度)的显著提高，而不改变材料特性(热-机械性能，可操纵性)和不会导致电介质液体的渗出。尤其，所获得的电缆应该随着时间的推移而得到大体上恒定的性能，因此获得高可靠性，甚至在高的操作温度(至少90℃和超过90℃)下。本申请人现在已经发现，通过使用与下面定义的电介质液体混合的、作为可回用的聚合物基础材料的热塑性丙烯均聚物或共聚物，有可能解决该技术问题。所获得的组合物具有良好的柔韧性(甚至在处于低温下时)，优良的热-机械强度和高的电性能，因此使得它特别适合于形成具有至少90℃和超过90℃的高操作温度的中压或高压电缆的至少一个包覆层和尤其是电绝缘层。适合于实施本专利技术的电介质液体与基础聚合物有高度相容性和在改进电性能的意义上的高效率，因此允许使用少量的添加剂，不致于损害绝热层的热-机械性能。在电介质液体和基础聚合物之间的高相容性确保了液体在聚合物基质中的均匀分散和改进了聚合物的低温行为。而且，因为适合于形成本专利技术的电缆的电介质液体不具有极性基团，它吸收极少量的水，因此防止了由于蒸汽(正常在高温挤出的过程中形成)的存在而导致绝缘缺陷的形成。根据第一方面，本专利技术因此涉及电缆(1)，它包括至少一种导电体(2)和至少一种挤出包覆层(3，4，5)，后者基于热塑性聚合物材料与电介质液体的掺混物，其中-该热塑性材料包括丙烯均聚物或丙烯与具有从乙烯或除丙烯以外的其它α-烯烃中选择的至少一种烯烃共聚单体的共聚物，该均聚物或共聚物具有大于或等于140℃的熔点和30-100J/g的熔化焓；-该液体包括至少一种烷基芳基烃，它具有至少两个非稠合的芳族环以及芳基碳原子的数目与碳原子总数的比率大于或等于0.6，和优选大于或等于0.7。根据第一个实施方案，基于该热塑性聚合物材料与该电介质液体的掺混物的挤出包覆层是电绝缘层。根据另外的实施方案，基于该热塑性聚合物材料与该介电液体的掺混物的挤出包覆层是半导电层。优选，该丙烯均聚物或共聚物具有从145到170℃的熔点。优选，该丙烯均聚物或共聚物具有从30到85J/g的熔化焓。优选，该丙烯均聚物或共聚物在室温下具有根据ASTM D790测量的挠曲模量为30到1400MPa，和更优选从60到1000MPa。优选，该丙烯均聚物或共聚物具有熔体流动指数(MFI)(根据ASTMD1238/L，在21.6N负荷下于230℃测量)为0.05到10.0dg/min，更优选从0.5到5.0dg/min。如果使用丙烯与烯烃共聚单体的共聚物，该共聚单体优选以小于或等于15mol％，和更优选小于或等于10mol％的量存在。该烯烃共聚单体尤其是乙烯或具有通式CH2＝CH-R的α-烯烃，其中R是线性或支化C2-C10烷基，例如选自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，或它们的结合物。丙烯/乙烯共聚物是特别优选的。优选，该热塑性材料是选自a)丙烯均聚物或丙烯与选自乙烯和除丙烯以外的其它α-烯烃中的至少一种烯烃共聚单体的共聚物，具有一般为30到900MPa，和优选为50到400MPa的挠曲模量；b)多相共聚物，它包括基于丙烯的热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电缆（１），它包括至少一种导电体（２）和至少一种挤出包覆层（３，４，５），后者基于热塑性聚合物材料与电介质液体的掺混物，其中：　　　　－该热塑性材料包括丙烯均聚物或丙烯与具有从乙烯或除丙烯以外的其它α－烯烃中选择的至少一种烯烃共聚单体的共聚物，该均聚物或共聚物具有大于或等于１４０℃的熔点和３０－１００Ｊ／ｇ的熔化焓；　　　　－该液体包括至少一种烷基芳基烃，它具有至少两个非稠合的芳族环以及芳基碳原子的数目与碳原子总数的比率大于或等于０．６。

【技术特征摘要】
EP 2000-6-28 00113661.3;US 2000-7-3 60/216,0321.一种电缆(1)，它包括至少一种导电体(2)和至少一种挤出包覆层(3，4，5)，后者基于热塑性聚合物材料与电介质液体的掺混物，其中-该热塑性材料包括丙烯均聚物或丙烯与具有从乙烯或除丙烯以外的其它α-烯烃中选择的至少一种烯烃共聚单体的共聚物，该均聚物或共聚物具有大于或等于140℃的熔点和30-100J/g的熔化焓；-该液体包括至少一种烷基芳基烃，它具有至少两个非稠合的芳族环以及芳基碳原子的数目与碳原子总数的比率大于或等于0.6。2.根据权利要求1的电缆，其中芳基碳原子的数目与总碳原子数的比率大于或等于0.7。3.根据权利要求1或2的电缆，其中丙烯均聚物或共聚物具有145到170℃的熔点。4.根据前述权利要求中任何一项的电缆，其中丙烯均聚物或共聚物具有30-85J/g的熔化焓。5.根据前述权利要求中任何一项的电缆，其中丙烯均聚物或共聚物具有在环境温度下测量的挠曲模量为30-1400MPa。6.根据前述权利要求中任何一项的电缆，其中丙烯均聚物或共聚物具有在环境温度下测量的挠曲模量为60-1000MPa。7.根据前述权利要求中任何一项的电缆，其中丙烯均聚物或共聚物具有在230℃下测量的熔体流动指数为0.05-10.0dg/min。8.根据前述权利要求中任何一项的电缆，其中丙烯均聚物或共聚物具有在230℃下测量的熔体流动指数为0.5-5.0dg/min。9.根据前述权利要求中任何一项的电缆，其中烯烃共聚单体以小于或等于15mol％的量存在。10.根据前述权利要求中任何一项的电缆，其中烯烃共聚单体以小于或等于10mol％的量存在。11.根据前述权利要求中任何一项的电缆，其中烯烃共聚单体是乙烯或结构式CH2＝CH-R的α-烯烃，其中R是线性或支化C2-C10烷基。12.根据前一个权利要求的电缆，其中α-烯烃选自1-丁烯，1-戊烯，4-甲基-1-戊烯，1-己烯，1-辛烯，1-癸烯，1-十二碳烯和类似物，或它们的结合物。13.根据前述权利要求中任何一项的电缆，其中热塑性材料是选自a)丙烯均聚物或丙烯与选自乙烯和除丙烯以外的其它α-烯烃中的至少一种烯烃共聚单体的共聚物，它具有30-900MPa的挠曲模量；b)多相共聚物，它包括基于丙烯的热塑性相和基于与α-烯烃共聚合的乙烯的弹性体相，其中该弹性体相以该多相共聚物的总重量的至少45wt％的量存在。14.根据前一个权利要求的电缆，其中在a)下的丙烯均聚物或共聚物具有50-400MPa的挠曲模量。15.根据权利要求13或14的电缆，其中在a)下的丙烯均聚物或共聚物具有-140到165℃的熔点；-30-80J/g的熔化焓；-以小于或等于12wt％的量可溶于沸腾乙醚中的级分，具有小于或等于4J/g的熔化焓；-以15-60wt％的量可溶于沸腾正庚烷中的级分，具有10-40J/g的熔化焓；和-以40-85wt％的量不溶于沸腾正庚烷中的级分，具有大于或等于45J/g的熔化焓。16.根据权利要求13-15中任何一项的电缆，其中在a)下的丙烯均聚物或共聚物具有-以1-10wt％的量可溶于沸腾乙醚中的级分，具有小于或等于2J/g的熔化焓；-以20-50wt％的量可溶于沸腾正庚烷中的级分，具有15-30J/g的熔化焓；和-以50-80wt％的量不溶于沸腾正庚烷中的级分，具有50-95J/g的熔化焓。17.根据权利要求13的电缆，其中在b)下的多相共聚物的弹性体相中所包含的α-烯烃是丙烯。18.根据前一个权利要求的电缆，其中弹性体相由乙烯和丙烯的弹性体共聚物组成，它包括15-50wt％的乙烯和50-85wt％的丙烯，基于弹性体相的重量。19.根据前述权利要求中任何一项的电缆，其中基础热塑性材料是丙烯均聚物或共聚物与具有小于或等于30J/g的熔化焓和基于热塑性材料的总重量小于或等于70wt％含量的低结晶度聚合物两者的机械混合物。20.根据前一个权利要求的电缆，其中低结晶度聚合物的量是热塑性材料总重量的20-60wt％。21.根据权利要求19或20的电缆，其中低结晶度聚合物是乙烯与C3-C12α-烯烃的共聚物。22.根据权利要求19或20的电缆，其中低结晶度聚合物是乙烯与α...

【专利技术属性】
技术研发人员：L卡斯特莱尼，L马蒂诺托，C塞尔扎，E阿尔贝扎蒂，
申请(专利权)人：皮雷利卡维系统有限公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]