用于電纜絕緣的熱塑性共混制劑制造技術

本發明專利技術涉及適合于用于電纜的電絕緣層制造的聚合物組合物，其具有優異的機械和電學性質且環保；涉及包含所述聚合物組合物的電纜以及聚合物組合物在電纜中作為電絕緣層的用途。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】本專利技術涉及聚合物組合物，其適用于電絕緣層制造，特別適用于電纜絕緣層的制造，其具有優異的機械和電學性質且環保。此外，本專利技術還涉及生產所述絕緣層的方法，和聚合物組合物作為電絕緣層的用途。此外，本專利技術涉及包含由專利技術性聚合物組合物制成的絕緣層的電纜以及所述電纜的制造方法，所述電纜包含一個或多個絕緣層形式的專利技術性聚合物組合物。此外，本專利技術涉及聚合物組合物用于低、中和/或高壓(HV)絕緣以及直流(DC)或交流(AC)輸電或配電的用途。技術現狀用于電力電纜(下文稱電纜)和其它電氣裝置的金屬導體或半導電基材通過將絕緣材料擠出在金屬導體或半導電基材上來電絕緣。在這方面，電力電纜通常理解為能傳輸100MW以上功率的電纜。此外，35kV以上的電壓通常理解為高壓。35kV以下和1kV以上的電壓通常理解為中壓。因此，1kV以下的電壓通常理解為低壓。半導電包覆材料理解為在20℃下具有10-8S/m以上電導率的材料。因此，術語半導電包括電導率高達例如108S/m的導電材料。特別地，半導電材料在20℃下具有大于10-5S/m，例如10-5S/m至10-4S/m的電導率。作為絕緣材料，已經使用聚合材料例如乙烯或丙烯聚合物，共聚物例如丙烯-乙烯共聚物，以及具有聚乙烯類結晶性的二烯三元共聚物(EPDM)。特別地，乙烯聚合物已經用作絕緣體和半導體保護，由于其易加工性和它們有利的電學性質。例如，標準MV和HV電纜通常在約70℃下操作用于直流輸電和在最多90℃下用于交流輸電。然而，雖然上述標準聚合材料顯示足夠的絕緣性能用于低和中壓電纜，但當用于高壓電纜時，它們具有若干缺點。對于絕緣高壓電纜，所需的聚合材料顯示高熔點，因為增加的功率傳輸(如高壓電纜的情況)引起運行溫度的提高，其可導致絕緣材料的軟化甚至熔化。同時，類似于低和中壓電纜，高壓電纜還需要高的柔韌性用于電纜的更好的機械處理。特別地，當卷繞和儲存在大電纜盤上時，在大HV電纜上施加最多5%的通常拉伸變形。因此，在最多5%形變時不應發生永久塑性變形和彎曲，且需要線性彈性與線性應力-應變行為。然而，上述標準聚合材料或者具有高熔點或者具有低彈性模量，因為對于相同類型的聚合物，較高的熔化溫度通常與較高的結晶度和/或較高的分子間相互作用有關，因此與較高的剛性，即降低的柔韌性有關。例如，高密度聚乙烯(HDPE)或i-PP就是這種情況，其各自具有145℃和165℃的高熔點/軟化點(起點)，而同時，HDPE和i-PP兩者各自具有大于1.0GPa和1.5GPa的相當高的楊氏模量，和因此用于大HV電纜時非常有剛性。此外，HDPE和i-PP在1-2%形變時具有線性彈性下限。考慮到以上，顯然標準聚合材料不符合高壓電纜所需的機械性能。作為高壓電纜的電纜絕緣體的一個選項為交聯的聚乙烯材料，其提供令人滿意的機械性能，甚至在連續使用和電流過載的條件下受熱時，同時保持高水平的柔韌性。在這方面，交聯的低密度聚乙烯(LDPE)(縮寫：XLPE或PEX)滿足高壓電纜的高柔韌性需求以及低于200MPa的楊氏模量和12-14%的線性彈性極限。因此，在現有技術中，XLPE廣泛用作絕緣材料用于高壓電纜。然而，聚乙烯的交聯(為了獲得XLPE)在電纜制造過程中擠出期間進行，例如通過使用過氧化二異丙苯(DCP)。需要該改性以便提高熱-機械性能，因為LDPE具有大約115℃的相當低的熔點。對于XLPE，有可能獲得90℃的額定最大導體溫度和250℃的短路額定值，如標準HVAC應用所需，同時維持0.1-0.2GPa的低模量。DCP交聯聚乙烯的缺點為極性揮發性副產物的產生。然而，如Yutao，Z.；HoGyu，Y.；Suh，K.S.；DielectricsandElectricalInsulation（介電體和電絕緣體），IEEETransactions，1999年6月164-168頁，和Farkas，A.；Olsson，C.O.；Dominguez，G.；Englund，V.；Hagstrand，P.-O.；Nilsson，U.H.；DevelopmentofhighperformancepolymericmaterialsforHVDCcables（用于HVDC電纜的高性能聚合材料的開發）；2011年，8thInternationalConferenceonInsulatedPowerCables（第八屆絕緣電力電纜國際會議），Jicable2011所示，源自DCP的這種極性副產物提高了絕緣材料的電導率。特別地，這些物類削弱了電絕緣性能，例如在非常高電壓下的空間電荷性能，并限制了作為絕緣材料的用途。特別地，對于用于高于320kV電壓范圍內的DC應用，低電導率是至關重要的，用以避免熱失控效果和過早擊穿，如下所示：Nussin,N.;Chen,G.;spacechargeaccumulationandconductivityofcrosslinkingbyproductssoakedLDPE(浸泡LDPE的交聯副產物的空間電荷積累和電導率)；ElectricalInsulationandDielectricPhenomena(CEIDP):2010AnnualReportConference,（電絕緣和介電現象(CEIDP):2010年報會議）2010年10月17-20日，1-4。XLPE的另一缺點為，交聯產物通常難以再循環。即，若電纜達到它的運行壽命結束，這導致必須處置全部電纜。考慮到以上，本專利技術的一個目標為克服以上所述的缺點并提供熱塑性塑料組合物，特別用作中和高壓電纜的絕緣層，既具有高的熱形狀穩性性又有高的機械穩定性，以及低電導率和高的電擊穿強度，和同時不顯示XLPE的缺點。專利技術描述由于考慮以上所述問題進行的深入細致的研究，本專利技術人意外地發現將作為乙烯-丙烯共聚物且具有特定乙烯/丙烯比率的第一共聚物和包含作為丁烯-丙烯共聚物且具有特定丁烯/丙烯比率的共聚物共混物混合，提供顯示優異的機械和電學性質的聚合物組合物，例如高的熱形狀穩定性和機械柔韌性，以及低電導率和高的電擊穿強度，且可用于電纜的絕緣，尤其是HVDC電纜。本專利技術涉及聚合物組合物，其包含-乙烯-丙烯共聚物的第一共聚物，其包含60-95重量%的丙烯和5-40重量%的乙烯，基于所述第一共聚物的總重量，和-共聚物共混物，其包含作為丁烯-丙烯共聚物的第二共聚物，其中-所述第二共聚物包含15-35重量%的1-丁烯和30-65重量%的丙烯，基于所述第二共聚物的總重量，其中所述第一共聚物與所述共聚物共混物的重本文檔來自技高網...

【技術保護點】
聚合物組合物，其包含：?作為乙烯?丙烯共聚物的第一共聚物，其包含60?95重量%的丙烯和5?40重量%的乙烯，基于所述第一共聚物的總重量，和?共聚物共混物，其包含作為丁烯?丙烯共聚物的第二共聚物，其中所述第二共聚物包含15?35重量%的1?丁烯和30?65重量%的丙烯，基于所述第二共聚物的總重量，其中所述第一共聚物與所述共聚物共混物的重量比為90:10?10:90，其中所述聚合物組合物具有大于120℃的根據Vicat方法基于ASTM?D1525的軟化溫度和小于500MPa的根據ISO?527?2測定的楊氏模量，和其中根據ASTM?D149?87在室溫下測定，所述聚合物組合物具有高于300kV/mm的DC電擊穿強度。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】1.聚合物組合物，其包含：
-作為乙烯-丙烯共聚物的第一共聚物，其包含60-95重量%的丙烯和5-40重量%的乙烯，
基于所述第一共聚物的總重量，和
-共聚物共混物，其包含作為丁烯-丙烯共聚物的第二共聚物，其中
所述第二共聚物包含15-35重量%的1-丁烯和30-65重量%的丙烯，基于所述第二共聚物
的總重量，其中
所述第一共聚物與所述共聚物共混物的重量比為90:10-10:90，其中
所述聚合物組合物具有大于120℃的根據Vicat方法基于ASTM-D1525的軟化溫度和小
于500MPa的根據ISO527-2測定的楊氏模量，和其中
根據ASTMD149-87在室溫下測定，所述聚合物組合物具有高于300kV/mm的DC電擊穿強
度。
2.權利要求1的聚合物組合物，其中所述聚合物組合物經由視覺觀察、偏振顯微鏡、原
子力顯微鏡(AFM)和掃描電子顯微鏡(SEM)測定顯示無相分離發生。
3.前述權利要求任一項的聚合物組合物，其中所述第二共聚物還包含15-35重量%的乙
烯，基于所述第二共聚物的總重量。
4.前述權利要求任一項的聚合物組合物，其中在70℃和20kV/mm下，在1mm厚的板上，在
至少80小時之后，所述聚合物組合物具有小于1*10-12S/m的穩態電導率(DC)，優選小于2*
10-13S/m，和更優選小于2.5*10-14S/m。
5.前述權利要求任一項的聚合物組合物，其中根據ISO527-2測定，所述聚合物組合
物顯示高于6%的線性彈性極限，更優選高于10%，最優選高于12%。
6.前述權利要求任一項的聚合物組合物，其中通過ASTMD150，IEC60250測量，所述聚
合物組合物在室溫下顯示小于2.8的介電常數，更優選小于2.5，最優選小于2.3。
7.前述權利要求任一項的聚合物組合物，其中根據Vicat方法，基于ASTM-D1525，所述
聚合物組合物具有大于140℃的軟化溫度。
8.前述權利要求任一項的聚合物組合物，其中根據ISO527-2測定，所述聚合物組合
物具有小于400MPa的楊氏模量。
9.前述權利要求任一項的聚合物組合物，其中所述第一共聚物具有1.0-1.5個單體單
元的平均乙烯嵌段長度。
10.前述權利要求任一項的聚合物組合物，其中所述第一共聚物具有5.0-10.0個單體
單元的平均丙烯嵌段長度。
11.前述權利要求任一項的聚合物組合物，其中所述第一共聚物具有4%-20%的乙烯-丙
烯-乙烯三聯體(triades)比例，基于所述第一共聚物中存在的三聯體的總數。
12.前述權利要求任一項的聚合物組合物，其中所述第一共聚物具有6%-20%的丙烯-乙
烯-丙烯三聯體比例，基于所述第一共聚物中存在的三聯體的總數。
13.前述權利要求任一項的聚合物組合物，其中所述第一共聚物具有平均10-20重量%
的乙烯-丙烯-乙烯(EPE)和丙烯-乙烯-丙烯(PEP)單元總比例，基于所述第一共聚物中存在
的三聯體的總數。
14.前述權利要求任一項的聚合物組合物，其中所述第一共聚物具有60%-79%的丙烯-
丙烯二聯體(diades)比例，基于所述第一共聚物中存在的二聯體的總數。
15.前述權利要求任一...

【專利技術屬性】
技術研發人員：CH霍，C格豪爾，G多明古伊茲，A杰登馬爾姆，A弗里伯格，A克里夫達，謝磊，A法卡斯，
申請(專利權)人：ABB技術有限公司，
類型：發明
國別省市：瑞士;CH