半导电性聚烯烃组合物制造技术

本发明专利技术涉及半导电性聚烯烃组合物、该组合物在制造电力电缆中的应用以及包含该组合物的电力电缆，所述半导电性聚烯烃组合物包含：（ｉ）最高达８０ｗｔ％的聚烯烃（Ⅰ）、（ｉｉ）炭黑和（ｉｉｉ）任选的最高达６０ｗｔ％的熔点不低于１００℃的聚合物（Ⅱ），其中所述聚烯烃（Ⅰ）具有等于或小于４．３ｍｏｌ％的共聚单体含量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及提供优良的机械性能和加工性能的半导电性聚烯烃组合物。本专利技术还涉及制造该半导电性聚烯烃组合物的方法以及其在电力电缆的半导电层中的应用。
技术介绍
通常，中等电压和高电压电力电缆至少包含依次涂覆在导体上的第一半导电层、绝缘层和第二半导电层，所述导体例如由铝或铜制成。幼 .=Cn始~■ 、l《^L' r+i白TTT I 、 I 士口 1=1 + TT IHI iVi 4;斗必、1止"r4^ :^V :F山业e pfn白…"—.邻 一々u邻一干导PB/z "J M出不H IRJi^引、i"j etjTo个卄巾UP乂 ° 込rr十守甩,z:般是可交联的，使得它们可以根据情况需要为交联的或者不交联的。而且，第二半导电层可以结合到绝缘层或者可从绝缘层上剥离。这种可剥离的层原则上可以是交联的或不交联的。电力电缆用半导电层中的可交联材料常规上是在高压聚合过程中制造的低密度乙烯共聚物(LDPE共聚物)。常规而言，交联在形成层状电缆结构后完成。交联通常通过基于自由基形成的过氧化物技术或者通过使用含有官能团的可交联乙烯基共聚单体而进行，所述官能团通过乙烯与共聚单体的共聚或者通过化学接枝而引入。使用官能团交联的实例是所谓的硅垸技术，其中包含于乙烯聚合物中的含有硅垸基团的共聚单体暴露于水分，此时形成硅垸醇基团。然后硅烷醇基团在硅垸醇縮合催化剂的存在下通过縮合而交联。如果采用过氧化物技术，则在基于聚合物的层材料的挤出步骤中必须小心，因为在挤出步骤期间由于其中所用的升高的温度有可能发生不期望的交联。另一方面，层材料的挤出温度需要保持在基于聚合物的层材料的熔点之上，通常，聚合物的熔点和挤出温度之差应至少为20至25'C以实现所需的均匀性。出于实际原因，基于LDPE的聚合物的制造窗口在现有技术中受到限制，使得通常使用熔点低于95"C的LDPE共聚物。由于常规的LDPE均聚物通常具有至少11(TC的熔点，因此不可能将这些均聚物本身用于半导电层应用。而l用于电力电缆各层制造的聚合物材料非常需要具有特定的机械性能，例如柔韧性(弹性)。电缆应足够柔韧以抵挡例如弯曲。因此，层材料的抗裂性和抗蠕变性是重要的特征。电缆的柔韧性水平实际上由绝缘层材料确定，然而，所述绝缘层材料必须满足电力电缆所需的电绝缘性能的需求。简而言之，在绝缘材料中，电绝缘性能要优先于柔韧性能。因此实际上，电力电缆的半导电层应当具有与相邻绝缘层至少相同水平的柔韧性以提供沿着层厚度无断裂的电缆产品。LDPE本身是柔韧的，但是半导电层一般包含炭黑(CB)以提供一定的导电性。然而，炭黑进一步降低聚合物材料的弹性性能。因此，通常引入相当高的量的共聚单体以提高用于半导电性组合物的基于LDPE的聚合物材料的弹性。通过引入这种提高弹性的共聚单体，基于LDPE的聚合物材料的结晶度降低。因此，根据常规技术，仅使用结晶度低于25y。的基于LDPE的聚合物材料。而且，基于LDPE的聚合物的"低"熔点还给半导电电缆(尤其是中等电压(MV)电力电缆应用)的制备过程中的其它加工步骤，例如挤出电缆结构的交联步骤带来缺陷。换言之，在电力电缆的制备过程中，在导体上常规地共挤出三层，然后在升高的温度下对电缆进行交联步骤，通常在升高的温度下进行蒸气或水处理(特别是在含有硅垸基团的可交联材料的情形中使用水)。已知交联速度随着温度的升高而增大。另一方面，外半导电层材料的熔点限制了交联步骤中可使用的温度升高，因为当温度变得接近熔化温度时，层软化并变得发粘。结果，水浴中在电缆巻筒(或巻轴)上的巻绕电缆粘附到相邻的巻绕电缆表面。此外，电缆的抗形变性降低。这对于具有半导电层作为外层的电缆，例如MV电缆尤其具有问题。因此，外半导电层的材料限制了可使用的交联温度，导致更长的固化时间，因此，不论所使用的交联技术如何，交联步骤期间所使用的最大温度常规地在75至8(TC。从US 6284374 Bl中已知可剥离的半导电性树脂组合物，其适合于交联的聚烯烃绝缘电线和电缆的外半导电层。这种可剥离的半导电性树脂组合物包含主要由乙烯-乙酸乙烯酯共聚物组成的聚合物组分，该聚合物组分的数均分子量不小于3乂104或重均分子量不小于3乂105且熔点为60至8(TC,或者聚合物组分(b)，该聚合物组分(b)主要由99至50wt。/。的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物和l至50wt。/。的熔点为120。C以上的聚烯烃组成，以及与聚合物组分(a)或(b)混合的导电性炭黑，以获得室温下的体积电阻率不大于5000QXcm的半导电层。然而，由于根据该参考文献的乙烯共聚物具有过低的熔点，进而具有相对高的极性共聚单体含量，从而交联步骤在常规使用的温度下进行，参见实施例l、第6栏、第49行。另一方面，US 6525119 B2公开了可以用于电力电缆的内半导电层的组合物，其具有良好的粘附性、低的热形变并且可以在相对高的温度下挤出。这种半导电性聚合物组合物包含一种或多种选自下列的共聚物(1)含有约10至约50wt。/。的乙酸乙烯酯的乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物；(11)含有约10至约50wt。/。的丙烯酸乙酯的乙烯和丙烯酸乙酯的共聚物；(in)含有约10至50wt。/。的丙烯酸丁酯的乙烯和丙烯酸丁酯的共聚物，并且基于100份的组分(a)包含(b)约55至约200份的乙烯和具有3至12个碳原子的a-烯烃的线性共聚物，(c)约l至约50份的特定的有机聚硅氧烷，(d)约10至约350份的炭黑，及(e)任选的最高达约2份的有机过氧化物。同样在该实施方式中，由于乙烯共聚物中共聚单体的含量过高，因此熔点过低，使得交联步骤中的上述缺陷适用并且必须牺牲加工速度。US 6706791 B2中描述了用于湿固化绝缘层的绝缘屏蔽的相似半导电性树脂组合物，该组合物包含一种或多种共聚物，该共聚物选自乙烯和大量的极性共聚单体的共聚物，该组合物涉及与上述相同的缺陷。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种半导电性聚合物组合物，其具有包括降低的粘性在内的改善的机械性能，以及包括扩大的加工温度在内的改善的加工性能。而且，本专利技术的目的在于提供这样一种半导电性聚合物组合物，使得最终的电缆结构的加工性能例如均匀性、可交联性和/或柔韧性及弹性得到改善。出人意料地并且相对于现有技术的教导，已经发现这些目的通过提供以下半导电性聚烯烃组合物而得以实现，该半导电性聚烯烃组合物含有共聚单体的量相当低进而熔化温度相当高的聚烯烃。因此，本专利技术提供半导电性聚烯烃组合物，其包含(i) 最高达80wt。/。的聚烯烃(1)，(ii) 炭黑，及(iii) 任选的最高达60 wty。的熔点不低于10(TC的聚合物(11)，其中所述聚烯烃(I)具有等于或小于4.3mol。/。的共聚单体含量。聚烯烃(I)的"共聚单体含量"在本文中表示聚烯烃(I)组分中存在的共聚单体的总含量。以mol。/o计的聚烯烃(I)的共聚单体含量是基于聚烯烃(I)中单体的总摩尔量。聚合物(n)还可以是不同聚合物的共混物，其中本文中针对聚合物(II)定义的性能在可用时适用于整个共混物。本专利技术的聚合物组合物确保包含该组合物的半导电电缆层的高弹性和柔韧性且如果巻绕在电缆巻筒上无裂纹和蠕变。具体实施例方式根据现有技术的预期会认为，这种如上所述具有少量共聚单体的高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导电性聚烯烃组合物，其包含：　（ｉ）最高达８０ｗｔ％的聚烯烃（Ⅰ），　（ｉｉ）炭黑，及　（ｉｉｉ）任选的最高达６０ｗｔ％的熔点不低于１００℃的聚合物（Ⅱ），　其中所述聚烯烃（Ⅰ）具有等于或小于４．３ｍｏｌ％的共 聚单体含量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥拉法格雷尔，安沃特森，
申请(专利权)人：北方技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]