CN111052264B - 通过挤出基于丙烯聚合物和介电液体的组合物制造电缆的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造电缆的方法,并且还涉及一种通过所述方法获得的电缆,该电缆包括由包含至少一种介电液体以及至少一种选自丙烯均聚物和共聚物的热塑性聚合物的组合物获得的挤出热塑性层。
Description
本发明涉及一种用于制造电缆、特别是电力电缆类型的方法,并且还涉及一种通过所述方法获得的电缆,该电缆包括由包含至少一种介电液体以及至少一种选自丙烯均聚物和共聚物的热塑性聚合物的组合物获得的挤出热塑性层。
该电缆典型地但不唯一地适用于在架空、海底或地下输电领域,或替代性地航空领域中的旨在用于电力传输的电缆,特别是中压电力电缆(特别是从6至45-60kV)或高压电力电缆(特别是大于60kV,并且可能范围最高达400kV),无论它们是直流电还是交流电。
中压或高压电力传输电缆通常包括,从内部到外部:
-细长导电元件,特别是由铜或铝制成的细长导电元件;
-包围所述细长导电元件的内部半导体层;
-包围所述内部半导体层的电绝缘层;
-包围所述绝缘层的外部半导体层;以及
-任选地,包围所述外部半导体层的电绝缘保护性护套。
特别地,该电绝缘层可以是基于交联聚烯烃的聚合物层,该交联聚烯烃诸如交联聚乙烯(XLPE)或交联乙烯/丙烯或乙烯/丙烯/二烯弹性体。交联通常在挤出围绕该细长导电元件的聚合物组合物的阶段期间进行。使用交联聚烯烃使得能够提供展现出令人满意的电和机械特性的层,并且产生可以在大于70℃,实际上甚至等于90℃的温度下正常工作的电缆。然而,遇到了若干问题。首先,交联材料不能被回收。第二,交联方法限制了包括基于XLPE的绝缘层的电缆的制造速率。这是因为,为了获得令人满意的交联度,聚合物必须能够达到所需的温度,以便获得其持续足够长的时间段的交联。因此,必须调节包括基于XLPE的绝缘层的电缆的生产速率,使得交联隧道中的通过时间足够长以获得令人满意的交联度,这就生产能力而言代表了并非无关紧要的限制性限制。此外,交联反应在任何情况下都不可以在基于聚乙烯的材料的挤出期间发生,以便避免在挤出机(挤出机的螺杆、套环、头部)中形成XLPE颗粒的任何风险,这些颗粒随后可能迁移到电缆的绝缘层或半导体层中并且在其中产生缺陷。这是因为XLPE颗粒的存在影响电缆的最终特性,因为这些颗粒导致缺乏均匀性,主要是绝缘层的材料的均匀性或另外在绝缘层与半导体层之间的界面处的均匀性。此现象被称为“焦烧现象”。
将基于LDPE的材料用于电缆的绝缘层可以是使用基于XLPE的材料的替代方案。然而,基于LDPE的材料展现出不能在大于70℃的温度下使用的缺点,这也具有降低其传输电力的能力的结果,以便避免在大于70℃的温度下绝缘层的任何过热。
还已知制造由纸或浸渍有大量介电液体的纸/聚丙烯复合材料的若干条带构成的电绝缘层(例如,电缆含有浸渍有油的纸)。介电液体完全填充层中存在的空的空间,并且防止电缆的部分放电和绝缘损坏。然而,制造这种类型的电绝缘层是非常复杂且昂贵的(施加条带或复合材料的阶段和浸渍阶段)。
此外,例如像在国际申请WO 02/03398中提供了包括至少一个挤出热塑性电绝缘层的电力电缆,该挤出热塑性电绝缘层基于包含与介电液体紧密混合的聚丙烯基质的组合物。相对于组合物的总重量,介电液体可以按重量计占从3%至15%。对于此类电力电缆的工业生产,需要开发一种使得能够将聚丙烯基质与介电液体均匀且紧密混合,同时保证此混合物易于挤出的方法。然而,虽然介电液体的存在可以使得能够改善所述电缆的电性能质量,特别是在介电刚度方面,但是它也可能在其工业制造中在挤出工艺期间产生问题。这是因为介电液体的存在,特别是当其在第一挤出阶段期间注射时,可能导致聚丙烯基质沿挤出机的料筒的移动和塑化不规则。此外,当使用相对于组合物的总重量,按重量计小于15%(例如,大约3%-10%)的介电液体量时,出现与介电液体的润滑作用相关的在壁上的滑动现象(以术语“滑脱/滑动现象”而熟知),其可能导致在挤出机头部处获得的热塑性层的机械和/或电特性的恶化(层的结构缺陷)。
另外,国际申请WO 2005/042226描述了一种挤出方法,其包括以下阶段:第一阶段,在该第一阶段期间将固体形式的热塑性的基于丙烯的聚合物引入到挤出机的进料区中;第二阶段,在该第二阶段期间将热塑性聚合物从进料区向至少一个中间区传送,其使得能够逐渐熔化热塑性聚合物;以及然后的将介电液体注入到与挤出机头部相邻的挤出机区域中的阶段,并且在该阶段中热塑性融合物呈熔融状态。此方法展现出以下缺点:在高压(大约30-1500巴)下且在接近挤出机头部的区域中注入作为可燃液体的介电液体,这导致重大的安全问题和对注入装置和/或挤出机的损坏。
因此,本发明的目的在于克服现有技术的缺点并且提供一种用于制造电缆,特别是电力电缆类型的方法,该电缆包括至少一个细长导电元件,包围所述细长导电元件的至少一个挤出热塑性层,所述层由包含至少一种介电液体和至少一种基于丙烯均聚物或共聚物的热塑性聚合物的组合物获得,所述方法是简单、经济的,不需要安装复杂且昂贵的安全装置,并且能够产生展现出良好的电和机械特性、至少与用XLPE交联层获得的那些相当的电绝缘层。
该目的通过将在下文中描述的本发明实现。
本发明的第一主题是一种用于制造电缆、特别是电力电缆类型的方法,该电缆包括至少一个细长导电元件和包围所述细长导电元件的至少一个挤出热塑性层,所述方法采用一种包括至少一个含有料筒、螺杆和挤出机头部的挤出机的装置,其特征在于,该方法至少包括以下阶段:
i)将组合物引入到位于该挤出机的入口处的表示为进料区的该螺杆的第一区域中的阶段,特别是在环境温度下,该组合物包含:
-至少一种呈固体形式的选自丙烯均聚物和丙烯共聚物的热塑性聚合物,以及
-至少一种介电液体,相对于该组合物的总重量,所述介电液体按重量计占大约小于15%的量,
ii)在其期间将由阶段i)所得的组合物从该进料区向该螺杆的一个或多个中间区传送的阶段,该一个或多个中间区使得能够将该组合物向位于该挤出机的出口处的该挤出机头部运输并且逐渐熔化该热塑性聚合物,以及
iii)在该挤出机头部处将由阶段ii)所得的组合物施加在该细长导电元件周围的阶段,并且
其特征在于,该料筒是带槽料筒,并且/或者该螺杆是“屏障”类型的螺杆(即,屏障螺杆)。
本发明的方法是简单且经济的,并且使得能够预防与在高压下注入介电液体相关的任何安全问题以及任何壁面滑动的问题,同时保证热塑性聚合物和介电液体的均匀且紧密混合。
挤出机常规地包括料筒(或圆筒),在其中使一个或多个螺杆旋转,特别是通过变速马达驱动旋转。该一个或多个螺杆沿挤出机的纵轴延伸,并且绕其纵轴旋转驱动。
在本发明的方法中,使用特定料筒(即,带槽料筒)和/或特定螺杆(即,屏障螺杆)使得能够获得易于挤出的均匀组合物,同时防止或限制获得的热塑性层,特别是电绝缘层类型的结构缺陷的形成。
本发明的方法中使用的挤出机使得能够进行阶段i)、ii)和iii)。特别地,它使得能够传送阶段i)的组合物以使其分散或使其均匀化,将其置于压力下,使热塑性聚合物熔化并在至少一个细长电绝缘元件周围形成热塑性层,特别是电绝缘层类型。
在本发明中,表述“环境温度”意指大约从15℃至30℃变化并且优选大约从20℃至25℃变化的温度。
根据本发明的一个实施例,采用本发明的方法的挤出机是单螺杆挤出机。因此,它包括单个螺杆。
阶段i)的组合物的丙烯共聚物可以是多相丙烯共聚物、无规丙烯共聚物或其混合物之一。
多相丙烯共聚物通常包含丙烯类型的热塑性相以及乙烯和α1-烯烃类型的共聚物的弹性体相。
相对于多相共聚物的总重量,多相共聚物的弹性体相按重量计可以占至少大约20%,并且优选按重量计至少大约45%。
多相共聚物的弹性体相的α1-烯烃可以是丙烯。
无规丙烯共聚物可以是丙烯和烯烃的共聚物,该烯烃特别是选自乙烯和除了丙烯之外的α2-烯烃。
除了丙烯之外的α2-烯烃可以对应于式CH2=CH-R1,其中R1是具有从2至10个碳原子的直链或支链烷基基团,特别是选自以下烯烃:1-丁烯、1-戊烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、1-癸烯、1-十二碳烯及其混合物之一。
α2-烯烃优选占共聚物的至多大约15mol%,并且更优选至多大约10mol%。
丙烯和乙烯的共聚物作为无规丙烯共聚物是优选的。
可以根据本发明使用的无规丙烯共聚物优选具有范围是大约从600至1200MPa的弹性模量。
可以根据本发明使用的丙烯均聚物优选具有范围是大约从1250至1600MPa的弹性模量。
均聚物(对应地无规丙烯共聚物)可以具有大于大约130℃、优选大于大约140℃、并且更优选范围是大约从140℃至165℃的熔点。
均聚物(对应地无规丙烯共聚物)可以具有范围是大约从30至100J/g的熔化焓。
均聚物(对应地无规丙烯共聚物)可以具有根据标准ASTM D1238-00在大约230℃下用大约2.16kg的负荷测量的范围是从0.5至3g/10min的熔体流动指数。
阶段i)的组合物可以额外包含呈固体形式的聚乙烯。
相对于阶段i)的组合物的总重量,所述介电液体按重量计占小于15%的量。
聚乙烯优选是高密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯。
根据标准ISO 1183A(在23℃的温度下),“高密度”聚乙烯或HDPE具有大约从0.930至0.970g/cm3变化,并且仍然更优先从0.940至0.965g/cm3变化的密度。
根据标准ISO 1183A(在23℃的温度下),线性“低密度”聚乙烯或LLDPE具有范围是大约从0.91至0.925g/cm3的密度。
相对于阶段i)的组合物的总重量,丙烯均聚物按重量计可以占大约从40%至90%,并且优选按重量计大约从40%至70%。
相对于阶段i)的组合物的总重量,无规丙烯共聚物按重量计可以占大约从40%至90%,并且优选按重量计大约从40%至70%。
相对于阶段i)的组合物的总重量,多相丙烯共聚物按重量计可以占大约从5%至60%,并且优选按重量计大约从5%至50%。
相对于阶段i)的组合物的总重量,聚乙烯按重量计可以占大约从20%至60%,并且优选按重量计大约从20%至50%。
根据本发明的一个优选的实施例,组合物包含作为聚合物的以下各项:
-无规丙烯共聚物(例如,相对于组合物的总重量,按重量计大约50%-70%),多相丙烯共聚物(例如,相对于组合物的总重量,按重量计大约5%-30%)以及线性低密度聚乙烯(例如,相对于组合物的总重量,按重量计大约20%-40%),或者
-多相丙烯共聚物(例如,相对于组合物的总重量,按重量计大约35%-55%)以及高密度聚乙烯(例如,相对于组合物的总重量,按重量计大约35%-55%)。
聚合物与介电液体的此类组合使得能够获得热塑性层,特别是电绝缘层类型,该层展现出良好的机械特性,特别是在弹性模量方面,以及良好的电特性。
因为组合物的聚合物呈固体形式,所以它们可以呈粒料或颗粒的形式。
阶段i)的组合物可以额外包含一种或多种添加剂。
添加剂是本领域技术人员熟知的,并且可以选自抗氧化剂、UV稳定剂、阻燃剂、着色剂、铜清除剂、水树状化抑制剂及其混合物之一。
组合物典型地可以包含相对于阶段i)的组合物的总重量,按重量计大约从0.01%至5%并且优选按重量计大约从0.1%至2%的添加剂。
更特别地,抗氧化剂使得能够保护组合物免受在制造电缆的阶段或者在操作电缆期间产生的热应力。
抗氧化剂优选选自受阻酚、硫酯、硫基抗氧化剂、磷基抗氧化剂、胺型抗氧化剂及其混合物之一。
作为受阻酚的实例,可以提及季戊四醇四(3-(3,5-二(叔丁基)-4-羟基苯基)丙酸酯)(1010)、十八烷基3-(3,5-二(叔丁基)-4-羟基苯基)丙酸酯(1076)、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二(叔丁基)-4-羟基苄基)苯(1330)、4,6-双(辛基硫代甲基)-邻甲酚(KV10)、2,2'-硫代双(6-(叔丁基)-4-甲基苯酚)(1081)、2,2'-硫代二亚乙基双[3-(3,5-二(叔丁基)-4-羟基苯基)丙酸酯](1035)、2,2'-亚甲基双(6-(叔丁基)-4-甲基苯酚)、1,2-双(3,5-二(叔丁基)-4-羟基氢化肉桂酰基)肼(MD 1024)和2,2'-草酰胺基双(乙基3-(3,5-二(叔丁基)-4-羟基苯基)丙酸酯)。
作为硫基抗氧化剂的实例,可以提及双十八烷基3,3'-硫代二丙酸酯和双十二烷基3,3'-硫代二丙酸酯。
作为胺型抗氧化剂的实例,可以提及苯二胺(例如,1PPD或6PPD)、二苯胺苯乙烯、二苯胺、巯基苯并咪唑和聚合的2,2,4-三甲基-1,2-二氢喹啉(TMQ)。
作为抗氧化剂的混合物的实例,可以提及Irganox B 225,Irganox B 225包含如上所述的Irgafos 168和Irganox 1010的等摩尔混合物。
相对于组合物的总重量,介电液体按重量计可以占大约从3%至10%,优选按重量计大约从4%至8%并且更优选按重量计从5%至7%。
在阶段i)期间,压力可以是至多5巴、优选至多3巴、并且优选至多1.5巴。在一个特别优选的实施例中,阶段i)期间的压力大约等于大气压,即大约等于1巴。
阶段i)使得能够将组合物引入到挤出机中。
螺杆的第一区域的进料区位于挤出机的入口处。在阶段i)期间,将包含呈固体形式的热塑性聚合物和介电液体的组合物引入到螺杆的进料区,特别地以便传到位于料筒的内部表面与螺杆的外部表面之间的空间中。换言之,在阶段i)期间,将介电液体与呈固体形式的热塑性聚合物通过挤出机的漏斗同时引入到进料区中。
挤出机优选包括用于沿其纵轴引入组合物的单一区域,此引入区域位于进料区或螺杆的第一区域中。
屏障螺杆或具有屏障轮廓的螺杆包括至少一个表示为“屏障区”的区域。屏障区特别包括具有稍微更大间距的次级螺纹(剧烈地扫掠通道的宽度),其使得能够将熔融聚合物与仍为固体的聚合物分开,如同其标出两相之间的边界。此螺杆的高度低于主螺纹的高度,以便使得能够为熔融聚合物改变通道,但是保持足够大来防止固体聚合物(例如,颗粒)穿过此缺口。
屏障螺杆可以具有大约从45至200mm变化的标称直径D。
根据本发明的一个优选的实施例,屏障螺杆展现出大约从20至26变化的L/D比,L代表以mm计的螺杆的长度并且D代表以mm计的螺杆的标称直径。
屏障螺杆的主体直径在螺杆的整个长度上或仅在螺杆的一部分上,从挤出机的后部或入口(即,螺杆的进料区)向挤出机的前部或出口(挤出机头部)增加。
根据本发明的一个优选的实施例,螺杆的第一区域或进料区展现出大约从1D至3D变化的长度。
进料区中的螺杆间距可以为大约D/2。
进料区中的螺纹厚度可以为大约D/10。
在一个优选的实施例中,进料区中的螺杆的主体直径是恒定的。
在一个优选的实施例中,进料区中的螺杆的通道深度(在进料区的入口处和出口处)大约从D/20至D/10变化。
在本发明中,术语“带槽料筒”被理解为意指包括至少一个带槽部分,或换言之具有槽的部分的料筒。
料筒的带槽部分优选存在于螺杆的进料区中。
根据本发明的一个特别优选的实施例,在阶段i)期间,将组合物直接引入到被称为引入区的进料区的第一区域中,并且然后将组合物在挤出机头部的方向上从引入区向进料区的第二区域传送。
料筒的带槽部分然后更特别存在于进料区的第二区域中。
带槽料筒优选包括从4至10个加热区和从4至10个冷却区,并且更优选从5至7个加热区和从5至7个冷却区。
带槽料筒可以具有大约从45至200mm变化的内径。
在带槽部分中,凹槽可以是直的(在挤出机的轴中)或螺旋的。
凹槽的形状可以是矩形的、圆锥形的(三角形的)或圆形的,并且形状优选是三角圆锥形的。
凹槽可以具有大约从1.5D至2.5D变化的长度。
凹槽可以具有大约从1至4mm变化的宽度。
凹槽优选具有大约从0.2至3mm变化的深度。
根据本发明的一个实施例,凹槽具有45°、60°、90°或120°并且优选90°的角度。
凹槽的角度可以特别地通过螺旋形凹槽的从垂直于料筒的纵轴的平面测量的螺旋角限定。更特别地,与料筒的纵轴平行的凹槽具有90°的角度。
带槽料筒可以包括从6至24个凹槽并且优选从14至22个凹槽。
料筒的凹槽优选沿从进料区向挤出机头部行进的方向纵向延伸。
料筒可以具有大约从20D至26D变化的长度。
阶段i)可以通过进料斗进行。该装置然后额外包括进料斗。
当使用进料斗时,包括阶段i)的组合物的漏斗在螺杆的入口处开口到料筒上,并且更特别地开口到进料区的第一区域上。
阶段ii)
在阶段ii)期间,将由阶段ii)所得的组合物挤出。组合物从进料区向螺杆的一个或多个中间区(连续地)传送,该一个或多个中间区使得能够将组合物向位于挤出机的出口处的挤出机头部运输并且逐渐熔化该热塑性聚合物。
中间区可以包括一个或多个加热区,使得能够控制挤出机中的温度。
当热塑性聚合物,任选地作为与其他聚合物的混合物,被加热至大于或等于其熔点的温度时,达到熔融状态(融合)。
阶段ii)期间的温度可以大约从60℃至200℃变化。
阶段ii)期间的压力可以从1至300巴变化。
中间区位于进料区与挤出机头部之间。
挤出机的螺杆可以分为四个区域,第一区域为如上定义的进料区,第二、第三和第四区域为使得能够将组合物向位于挤出机的出口处的挤出机头部运输并且逐渐熔化该热塑性聚合物的一个或多个中间区。
当使用屏障螺杆时,挤出机包括至少一个如上定义的屏障区。换言之,中间区中的至少一个是屏障区。
根据本发明的一个优选的实施例,螺杆的第二区域是压缩区。
压缩区优选展现出大约从4D至8D变化的长度。
压缩区中的螺杆间距可以为大约1D。
压缩区中的螺纹厚度可以大约从D/10至D/15变化。
在一个优选的实施例中,压缩区中的螺杆的主体直径不是恒定的。特别地,它从螺杆的后部或入口向螺杆的前部或出口(即,在从进料区向挤出机头部的方向上)增加。
在一个优选的实施例中,压缩区中的螺杆的通道深度(在压缩区的入口处和出口处)大约从D/20至D/10变化。
根据本发明的一个优选的实施例,第三区域是屏障区。
屏障区优选展现出大约从4D至10D变化的长度。
屏障区中的螺杆间距可以大约从D/2至1.5D变化。
屏障区中的螺纹厚度可以大约从D/10至D/15变化。
在一个优选的实施例中,屏障区中的螺杆的主体直径不是恒定的。特别地,它从螺杆的后部或入口向螺杆的前部或出口(即,在从进料区向挤出机头部的方向上)增加。
在一个优选的实施例中,屏障区中的螺杆的通道深度(在屏障区的入口处和出口处并且用于主通道和次级通道)大约从D/20至D/10变化。
根据本发明的一个优选的实施例,第四区域是泵送区。
泵送区优选展现出大约从2D至6D变化的长度。
泵送区中的螺杆间距可以为大约1D。
泵送区中的螺纹厚度可以大约从D/10至D/15变化。
在一个优选的实施例中,泵送区中的螺杆的主体直径是恒定的。
在一个优选的实施例中,泵送区中的螺杆的通道深度(在泵送区的入口处和出口处)大约从D/20至D/10变化。
根据本发明的一个优选的实施例,压缩程度大约从1.2至1.6变化,压缩程度被定义为螺杆的后部通道的深度(即,在挤出机的入口处或在螺杆的进料区中)与螺杆的前部通道的深度(即,在挤出机的出口处或在螺杆的泵送区中)的比率。
阶段iii)
本发明的方法使得能够以大约从1至30m/min变化的生产速率生产电缆。
在阶段iii)期间,包含呈熔融状态的热塑性聚合物和介电液体的组合物在压力下穿过模具,以便施加在细长导电元件周围。
阶段i0)
该方法可以额外包括在阶段i)之前的阶段i0),其中特别是在环境温度下,使选自丙烯均聚物和丙烯共聚物的呈固体形式的热塑性聚合物与介电液体接触,以便形成阶段i)的组合物(即,包含热塑性聚合物和介电液体的组合物,相对于组合物的总重量,所述介电液体按重量计占小于15%的量)。
在阶段i0)期间,压力可以是至多5巴、优选至多3巴、并且优选至多1.5巴。在一个特别优选的实施例中,阶段i0)期间的压力大约等于大气压,即大约等于1巴。
阶段i0)可以直接在如本发明中定义的进料斗中进行或在特别是位于进料斗的上游的混合器中进行,该混合器优选为静态混合器。
当阶段i0)(即,接触)在进料斗中进行时,可以单独地或以混合物的形式将热塑性聚合物和介电液体引入到进料斗中。
特别地,阶段i0)可以包括以下顺序S01或S02中的任一个:
S01:同时用呈固体形式的热塑性聚合物和介电液体(通过注入)对进料斗进料,或者
S02:用呈固体形式的热塑性聚合物和介电液体(通过注入)对进料斗进料,聚合物和介电液体在不同的阶段,或换言之非同时地添加到进料斗。
当阶段i0)在混合器中进行时,该装置额外包括混合器,特别是位于进料斗的上游,该混合器优选为静态混合器。
在此实施例中,可以将热塑性聚合物和介电液体单独引入到混合器中,并且然后可以将所得的组合物转移到进料斗中。此实施例使得能够改善包含呈固体形式的热塑性聚合物和介电液体的组合物的均匀性。
阶段i0)然后可以包括以下顺序S'01或S'02中的任一个:
S'01:用呈固体形式的热塑性聚合物对混合器进料,并且然后将介电液体注入到包括热塑性聚合物的混合器中,或者
S'02:将介电液体注入到静态混合器中,并且然后用呈固体形式的热塑性聚合物对包括介电液体的混合器进料,
阶段S'01或阶段S'02之后进行将所得的组合物转移到进料斗中的阶段。
当阶段i)的组合物包含除了选自丙烯均聚物和丙烯共聚物的呈固体形式的热塑性聚合物之外的聚合物时,阶段i0)将至少一种选自丙烯均聚物和丙烯共聚物的呈固体形式的热塑性聚合物和呈固体形式的其他聚合物特别地在环境温度下与介电液体接触,以便形成包含呈固体形式的热塑性聚合物、呈固体形式的其他聚合物和介电液体的组合物,相对于组合物的总重量,所述介电液体按重量计占小于15%的量。
阶段i0)优选不是热塑性聚合物与介电液体浸渍的阶段。换言之,在阶段i0)期间,介电液体不完全被热塑性聚合物吸收。这是因为常规浸渍阶段是冗长的,并且需要少量介电液体(相对于组合物的总重量,大约10%-15%)。
在本发明的方法中,特别优选具有带槽料筒和屏障螺杆。
其他阶段
该方法可以额外包括冷却在阶段iii)结束时(即,在挤出机的出口处)获得的电缆的阶段iv)。
冷却可以用水进行,尤其是用一个或多个连续用水进料的冷却罐,特别地以便保持冷却罐的恒定温度。
该方法可以额外包括干燥在阶段iv)结束时获得的电缆的阶段v)。干燥使得能够从电缆的表面除去水。
本发明的方法优选为连续方法。
当热塑性聚合物呈熔融状态时,本发明的方法优选不包括组合物的均匀化的阶段。挤出机尤其不包括混合器,并且特别地不包括静态混合器,使得能够特别地在如上定义的中间区中的一个中进行这种均匀化。
根据本发明的方法获得的电缆的热塑性层,特别是电绝缘层类型,展现出可以根据设想的电缆类型而变化的厚度。特别地,当电缆是中压电缆时,绝缘层的厚度典型地为大约从4至5mm、并且更特别地大约4.5mm。当电缆是高压电缆时,绝缘层的厚度典型地从17至18mm变化(对于大约150kV数量级的电压),并且对于大于150kV的电压(非常高压电缆),可以在高达大约从20至25mm的厚度范围内。
在本发明中,术语“电绝缘层”被理解为意指一种层,其电导率可以是至多1.10-9S/m,并且优选至多1.10-10S/m(西门子/米)(在25℃下)。
细长导电元件可以是单部分导体,例如像金属丝,或多部分导体,诸如多个扭绞或非扭绞的金属丝。
细长导电元件可以由铝、铝合金、铜、铜合金及其组合之一制成。
在本发明中,电缆的电绝缘层是非交联的。
该电绝缘层优选为可回收层。
根据本发明的方法的一个优选的实施例,电缆可以包括:
-包围该细长导电元件的第一半导体层,
-包围该第一半导体层的电绝缘层,所述电绝缘层是如本发明中定义的,以及
-包围该电绝缘层的第二半导体层。
在本发明中,术语“半导体层”被理解为意指一种层,其中电导率可以是至少1.10- 9S/m(西门子/米)、优选至少1.10-3S/m、并且优选可以小于1.103S/m(在25℃下)。
在一个具体的实施例中,第一半导体层、电绝缘层和第二半导体层构成三层绝缘。换言之,电绝缘层与第一半导体层直接物理接触,并且第二半导体层与电绝缘层直接物理接触。
第一半导体层和第二半导体层优选由热塑性聚合物材料制成。
电缆可以额外包括包围第二半导体层的电绝缘护套,并且该电绝缘护套可以与该第二半导体层直接物理接触。
电缆可以额外包括包围第二半导体层的金属护罩。在这种情况下,电绝缘护套包围所述金属护罩。
此金属护罩可以是由围绕并沿着第二半导体层布置的由铜或铝制成的导体组件构成的“电线”护罩,由一个或多个任选地螺旋形地围绕第二半导体层定位的由铜或铝制成的导电金属带或者纵向地围绕第二半导体层定位并且借助于所述带的部分的重叠区域中的粘合剂而致使不漏的由铝制成的导电金属带构成的“带”护罩,或者任选地由铅或铅合金构成并且包围第二半导体层的金属管类型的“不漏”护罩。此最后类型的护罩特别地使得能够形成对水分的屏障,该屏障具有径向渗透到电缆的倾向。
本发明的电缆的金属护罩可以包括“电线”护罩和“不漏”护罩或“电线”护罩和“带”护罩。
所有类型的金属护罩都可以起到接地电缆的作用,并且因此可以传输故障电流,例如在相关网络中发生短路的情况下。
可以在第二半导体层与金属护罩之间,在金属护罩与电绝缘护套之间添加其他层,诸如在水分存在下溶胀的层,当它们存在时,这些层使得能够提供电缆的纵向水密性。
本发明的第二主题是一种电缆,特别是电力电缆类型,该电缆包括至少一个细长导电元件和包围所述细长导电元件的至少一个挤出热塑性层,其特征在于,它能够根据本发明的第一主题的制造方法获得。
热塑性层,特别是电绝缘层类型,通过挤出包含至少一种选自丙烯均聚物和丙烯共聚物的热塑性聚合物和介电液体的组合物来获得,相对于所述组合物的总重量,所述介电液体按重量计占小于15%的量。
组合物、热塑性聚合物和介电液体如本发明的第一主题中定义。
本发明的其他特征和优点将根据非限制性的图1和图2而变得明显,这些图概略地表示实施根据本发明的方法的装置(图1)和根据本发明的电缆(图2)。
出于清楚的原因,在这些图中仅概略性地表示对于理解本发明重要的组件,这在不观察比例的情况下进行。
在图1中,装置1包括:容器2,该容器可以用选自丙烯均聚物和共聚物的热塑性聚合物的颗粒进料;容器3,该容器可以用介电液体进料;进料斗4,该进料斗可以在环境温度下用容纳在容器2中的热塑性聚合物的颗粒和容纳在容器3中的介电液体进料;以及挤出机5,该挤出机包括带槽料筒6和/或屏障螺杆7,并且还包括挤出机头部8。包含热塑性聚合物的颗粒和介电液体的组合物根据阶段i)通过进料斗4引入到进料区9中,然后根据阶段ii)从进料区9向一个或多个中间区10传送,该一个或多个中间区使得能够将组合物向位于挤出机5的出口处的挤出机头部8运输并且逐渐熔化热塑性聚合物,所述中间区10位于进料区9与挤出机头部8之间。最后,根据阶段iii),在挤出机头部8处,将组合物施加在细长导电元件周围。
在图2中,根据本发明的方法获得的中压和高压电力电缆11包括特别地由铜或铝制成的中心细长导电元件12,并且连续且同轴地在此元件12周围包括被称为“内部半导体层”的第一半导体层13、电绝缘层14、被称为“外部半导体层”的第二半导体层15、圆柱形管类型的金属护罩16以及外部保护性护套17,该电绝缘层14根据如本发明定义的挤出方法由包含至少一种选自丙烯均聚物和丙烯共聚物的热塑性聚合物和介电液体的组合物获得。
层13和15是通过本领域技术人员熟知的方法挤出的层。
优选存在金属护罩16和外部保护性护套17,但不是必需的。此电缆结构是已知类型并且在本发明的范围之外。
Claims (18)
1.一种用于制造电缆的方法,该电缆包括至少一个细长导电元件和包围所述细长导电元件的至少一个挤出热塑性层,所述方法采用一种包括至少一个含有料筒、螺杆和挤出机头部的挤出机的装置,其特征在于,该方法至少包括以下阶段:
i)将组合物引入到位于该挤出机的入口处的表示为进料区的该螺杆的第一区域中的阶段,该组合物包含:
-至少一种呈固体形式的选自丙烯均聚物和丙烯共聚物的热塑性聚合物,以及
-至少一种介电液体,相对于该组合物的总重量,所述介电液体按重量计占小于15%的量,
ii)在其期间将由阶段i)所得的组合物从该进料区向该螺杆的一个或多个中间区传送的阶段,该一个或多个中间区使得能够将该组合物向位于该挤出机的出口处的该挤出机头部运输并且逐渐熔化该热塑性聚合物,以及
iii)在该挤出机头部处将由阶段ii)所得的组合物施加在该细长导电元件周围的阶段,并且
其特征在于,该料筒是带槽料筒,并且/或者该螺杆是屏障螺杆。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,该阶段i)的组合物的该丙烯共聚物是多相丙烯共聚物、无规丙烯共聚物或其混合物之一。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,该阶段i)的组合物额外包含呈固体形式的聚乙烯。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,相对于该组合物的总重量,该介电液体按重量计占从3%至10%。
5.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,在阶段i)期间,压力为至多5巴。
6.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,该屏障螺杆具有从45至200mm变化的标称直径D。
7.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,该屏障螺杆展现出从20至26变化的L/D比,L代表以mm计的该螺杆的长度并且D代表以mm计的该螺杆的标称直径。
8.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,该屏障螺杆的主体直径在该螺杆的整个长度上或仅在该螺杆的一部分上,从该挤出机的后部或入口向该挤出机的前部或出口增加。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,该带槽料筒包括至少一个带槽部分,并且该带槽部分存在于该螺杆的该进料区中。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,在阶段i)期间,将该组合物直接引入到被称为引入区的该进料区的第一区域中,并且然后将该组合物在该挤出机头部的方向上从该引入区向该进料区的第二区域传送,该料筒的该带槽部分存在于该进料区的该第二区域中。
11.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,该带槽料筒的凹槽的形状是三角圆锥形的。
12.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,该带槽料筒的凹槽具有从1.5D至2.5D变化的长度。
13.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,该装置额外包括进料斗,并且阶段i)通过进料斗进行。
14.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,该挤出机的该屏障螺杆分为四个区域,第一区域为该进料区,第二、第三和第四区域为使得能够将该组合物向位于该挤出机的出口处的该挤出机头部运输并且逐渐熔化该热塑性聚合物的该一个或多个中间区,这些中间区中的至少一个为屏障区。
15.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,该方法额外包括在阶段i)之前的阶段i0),其中使选自丙烯均聚物和丙烯共聚物的呈固体形式的该热塑性聚合物与该介电液体接触,以便形成该阶段i)的组合物。
16.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,在阶段i0)期间,压力为至多5巴。
17.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,阶段i0)直接在进料斗中进行或在位于该进料斗的上游的混合器中进行。
18.一种电缆(11),该电缆包括至少一个细长导电元件(12)和包围所述细长导电元件的至少一个挤出热塑性层(14),其特征在于,该电缆能够根据权利要求1所述的方法获得。
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