具有改善的防水树性的柔性电力电缆制造技术

本发明专利技术涉及一种包括导体、内部半导体层、绝缘层和外部半导体层的电力电缆，其中，所述绝缘层包含含有（ｉ）乙烯单体单元、（ｉｉ）含有极性基团的单体单元和（ｉｉｉ）含有硅烷基的单体单元的聚合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种柔性电力电缆，尤其是一种中压或高压电力电缆，其包括含有具有改善的湿老化性质，特别是改善的防水树性质和改善的交联性质的聚合物组合物的绝缘层。此外，本专利技术涉及这一组合物用于制备电力电缆的绝缘层的用途。
技术介绍
通常用于6～36kV电压的典型的中压电力电缆在电缆线芯中包括一根或多根导体，所述电缆线芯被多层聚合材料围绕，包括内部半导体层，接着是绝缘层，然后是外部半导体层。这些层通常是交联的。这些层中可以加入另外的层，例如金属带或金属线屏蔽层，以及最后的套层。电缆的这些层基于不同类型的聚合物。现在，交联的低密度聚乙烯是具优势的电缆绝缘材料。例如电缆挤出，可以在挤出之前或挤出过程中，通过将如过氧化物的自由基形成剂加入到聚合材料而实现交联。聚烯烃用作绝缘材料的局限在于：在水的存在下和强电场的作用下，它们趋于暴露而形成灌木状缺陷，即所谓的水树，这将导致更低的击穿强度和可能的电路故障。由于低压电缆经受更低的电场，因此由于水树导致的故障对于低压电缆来说不是问题，然而，对于中压和高压电缆来说是个重要的问题。用于制备绝缘层的材料中的异质物、微腔和杂质的存在，严重影响水树的趋势。自二十世纪七十年代以来，水树是被认真研究的现象。-->在电应变聚合材料中，由于水的存在，可以发生以“水树化”为特征的过程。已知当绝缘电缆安装在聚合物暴露于水的环境中时，例如地面下或高湿度的场所，绝缘电缆的使用寿命将缩短。水树结构的外观是多种多样的。大体而言，可以分为两种类型：-“有孔树”(“Vented trees”)，其起点在材料的表面并延伸到绝缘材料里面，和-“蝴蝶结树”(“Bow-tie trees”)，其形成在绝缘材料内部。所述水树结构形成了导致介电强度减小的局部损坏。因为聚乙烯具有良好的介电性能，尤其是高击穿强度和低功率因数，所以其通常不需要填料而用作电绝缘材料。然而，在水的存在下，电应力下的聚乙烯均聚物易于“水树化”。人们已提出许多方案来提高绝缘材料对由水树引起的降解的抗性。例如US 4,305,849和US 4,812,505中所描述的一种方案涉及将作为水树生长抑制剂的聚乙二醇加入到低密度聚乙烯中。此外，专利技术WO 99/31675公开了特定的甘油脂肪酸酯和聚乙二醇的组合作为添加剂加入聚乙烯以改善防水树性。EP 449939中描述的加入例如乙烯基三甲氧基硅烷的游离硅氧烷是实现改善水树性质的一种方法。在描述共聚物混合物的WO 85/05216中给出了另一种方案。然而，人们仍希望改善聚乙烯的防水树性以超过那些现有技术的材料和/或同时改善绝缘材料的其它性质。此外，用作绝缘材料的组合物应表现出良好的柔性(例如，在其拉伸模量方面)以便易于处理和(尤其是)安装最终的电缆。尽管现有技术提供了组合物以及它们所具有的防水树性，但是需要能够组合防水树性和柔性的方案。-->
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种在中压电力电缆中用作绝缘材料的聚合物(尤其是聚乙烯)组合物，相比于现有技术的材料，该聚合物组合物提供了改善的防水树性和改善的柔性的组合。因此，本专利技术提供一种包括导体、内部半导体层、绝缘层和外部半导体层的电力电缆，其中，所述绝缘层包含含有下述单体单元的聚合物：(i)乙烯单体单元；(ii)含有极性基团的单体单元；和(iii)含有硅烷基的单体单元。已经令人惊讶地发现，含有上述单体单元的三元共聚物固有地表现出改善的防水树性，且同时也表现出改善的柔性，因此这种材料特别好地适合于制备中压电力电缆的绝缘层。尤其是，根据本专利技术，能够提供一种中压/高压(尤其是中压)电力电缆，其具有足够程度的防水树性而不需要向用于绝缘层的聚合物组合物中加入另外的防水树性增强添加剂，同时该电缆具有改善的柔性。“含有极性基团的单体单元”意指涵盖了仅一种类型的极性基团存在的情况和两种或更多种不同类型的极性基团存在的情况。同样，“含有硅烷基的单体单元”意指涵盖了仅一种类型的硅烷基存在的情况和两种或更多种不同类型的硅烷基存在的情况。优选地，所述极性基团选自硅氧烷基、酰胺基、酸酐基、羧基、羰基、羟基、酯基和环氧基中。例如，通过将乙烯聚合物和含有极性基团的化合物接枝，可以将极性基团引入到聚合物中，即，主要在自由基反应中通过加入含有极性基团的化合物对聚烯烃进行化学改性。接枝例如US 3,646,155和US 4,117,195中描述。但是，优选地是：通过烯属(包括乙烯)单体与具有极性基团的共聚单体-->的共聚，将所述极性基团引入到聚合物中。作为具有极性基团的共聚单体的实例，可以提及以下化合物：(a)羧酸乙烯酯，例如乙酸乙烯酯和新戊酸乙烯酯；(b)(甲基)丙烯酸酯，例如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯和(甲基)丙烯酸羟乙酯；(c)烯化的不饱和羧酸，例如(甲基)丙烯酸、马来酸和富马酸；(d)(甲基)丙烯酸衍生物，例如(甲基)丙烯腈和(甲基)丙烯酰胺，以及(e)乙烯基醚，例如乙烯基·甲基醚和乙烯基·苯基醚。在这些共聚单体中，优选具有1～4个碳原子的一元羧酸的乙烯酯，例如乙酸乙烯酯；和具有1～4个碳原子的醇的(甲基)丙烯酸酯，例如(甲基)丙烯酸甲酯。特别优选的共聚单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸甲酯。两种或更多种这些烯化的不饱和化合物可以组合使用。术语“(甲基)丙烯酸”意指包括丙烯酸和甲基丙烯酸。优选地，所述含有极性基团的单体单元选自丙烯酸酯。此外，优选地，在所述绝缘层的聚合物中，含有极性基团的单体单元以2.5～15mol％，更优选3～10mol％，且最优选3.5～6mol％的量存在。如上所述，所述聚合物也包含含有硅烷基的单体单元。通过如US3,646,155和US 4,117,195中描述的接枝，或者优选通过将含有硅烷基的单体和其它的单体共聚，可以将所述硅烷基引入到聚合物中。优选地，所述聚合物包含所有其它的单体。在本专利技术的电缆的优选实施方式中，所述半导体层优选包含组分(i)和(ii)以及炭黑。选择炭黑的量以使这些层半导电。优选地，所述内部半导体层使用与绝缘层相同类型的交联剂进行交联。更优选地，所述外部和内部半导体层同时使用与绝缘层相同类型的交联剂进行交联。优选地，使用下式表示的不饱和硅烷化合物进行共聚：-->R1SiR2qY3-q            (I)其中，R1为乙烯化的不饱和烃基、烃氧基或(甲基)丙烯酰氧基烃基，R2为脂肪族饱和烃基，Y可以为相同或不同的可水解的有机基团，以及q为0、1或2。所述不饱和硅烷化合物的具体实例是具有如下特征的化合物：其中R1为乙烯基、烯丙基、异丙烯基、丁烯基、环己烯基或γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基；Y为甲氧基、乙氧基、甲酰氧基、乙酰氧基、丙酰氧基、烷基氨基或芳基氨基；以及如果存在，R2为甲基、乙基、丙基、癸基或苯基。优选的不饱和硅烷化合物由下式表示：CH2＝CHSi(OA)3            (II)其中，A为具有1～8个碳原子，优选1～4个碳原子的烃基。优选地，所述含有硅烷基的单体单元选自乙烯基三烷氧基硅烷。最优选的化合物为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基二甲氧基乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷和乙烯基三乙酰氧基硅烷。在优选的实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力电缆，该电力电缆包括导体、内部半导体层、绝缘层和外部半导体层，通过将所述层挤出到导体上制备而成，其中，所述绝缘层包含含有下列单体单元的聚合物：　（ｉ）乙烯单体单元　（ｉｉ）含有极性基团的单体单元，和　（ｉｉｉ）含有 硅烷基的单体单元。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2006-10-27 06022496.11、一种电力电缆，该电力电缆包括导体、内部半导体层、绝缘层和外部半导体层，通过将所述层挤出到导体上制备而成，其中，所述绝缘层包含含有下列单体单元的聚合物：(i)乙烯单体单元(ii)含有极性基团的单体单元，和(iii)含有硅烷基的单体单元。2、根据权利要求1所述的电力电缆，其中，所述聚合物的拉伸模量为100MPa或更小。3、根据权利要求1或2所述的电力电缆，其中，所述电缆在湿老化1000小时之后的电击穿强度(Eb(1000))为至少48kV/mm。4、根据前述权利要求中的任一项所述的电力电缆，其中，所述聚合物已用自由基引发剂，优选过氧化物作为交联剂进行交联。5、根据权利要求4所述的电力电缆，其中，在制备电缆之前，所述交联剂仅加入到用于制备绝缘层的组合物中。6、根据前述权利要求中的任一项所述的电力电缆，其中，所述半导体层完全交联。7、根据前述权利要求中的任一项所述的电力电缆，其中，所述含有极性基团的单体单元在聚合物中以2.5～15mol％的量存在。8、根据前述权利要求中的任项所述的电力电缆，其中，所述含有硅烷基的单体单元在聚合物中以0.1～1.0mol％的量存在。9、根据前述权利要求中的任一项所述的电力电缆，其中，所述含有极性基团的单体单元选自丙烯酸酯。10、根据前述权利要求中的任一项所述的电力电缆，其中，所述含有硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：奈杰尔汉普顿，乌尔夫尼尔松，彼得赖丁，
申请(专利权)人：北方科技有限公司，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]