CN112567481A - 具有含有再循环交联化合物的导体股线填充的电力电缆 - Google Patents

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Abstract

一种电力电缆以及制造电力电缆的方法，其中所述电力电缆包括芯，所述芯含有浸渍有阻水组合物的绞合的导电线材，其中所述阻水组合物基于所述阻水组合物的总重量含有：(i)热塑性聚合物；以及(ii)至多30重量％的正量的交联聚合物，其中所述交联聚合物呈具有小于900μm的粒径的粉末的形式，并且所述交联聚合物分散在所述热塑性聚合物中。

Description

具有含有再循环交联化合物的导体股线填充的电力电缆
相关申请的交叉引用
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联合研究协议的各方的名称
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关于发明人或共同发明人先前公开的声明。
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背景技术
技术领域
本公开涉及一种包括导电芯的电力电缆以及用于制造所述电缆芯的方法，所述导电芯由绞合的多根线材制成并且浸渍有阻水组合物，其中阻水材料基于阻水材料的总重量包含：(i)热塑性聚合物；以及(ii)至多30重量％的再循环交联聚合物。本公开进一步涉及用于地下和海底环境的包括所述导电芯的电力电缆。
相关技术描述
水渗透到电力电缆的导电芯中是有问题的，因为水可能由于在使用导体期间所达到的温度而蒸发并迁移到电力电缆的绝缘体中，在所述绝缘体中可能形成“树”，从而导致绝缘体的电学性能下降并且导致电穿孔的风险增加。在水沿着整个电缆进入和扩散的风险非常高的情况下，在地下和水下电缆部署中尤其容易感觉到水渗透问题。渗透到导电芯中的水也是有问题的，因为它会导致形成导电芯的金属线材的腐蚀。
为了防止绝缘电缆沿着导电芯的迁移，美国专利号4,791,240提出了一种电缆，所述电缆包括呈绳索形式的导体，所述导体由一起铺设的多根金属线材构成并且浸渍有填料，所述填料在受挤压时在金属线材之间形成固体且硬质化合物。填料化合物是基于聚合物化合物，所述聚合物化合物具有在100℃下约10-60的门尼粘度和约10-90的肖氏A硬度。
已知的阻水材料(也称为股线填充材料)趋向于昂贵并且包括价格波动的商品，诸如石墨和橡胶混配物。
电缆包括由基于交联聚合物通过过氧化物或硅烷交联方法获得的组合物制成的层，所述组合物诸如乙丙橡胶(EPR)、交联聚乙烯(XLPE)和任选的添加剂。这些交联的、部分交联的和未交联的废料的废物流并非无关紧要。与热塑性材料相反，如股线填充材料、交联和部分交联的不能再熔融和重复使用。因此，除了这些废物流的环境足迹外，由于这些废物流的处置而增加了生产成本。
通过使用较廉价的聚合物材料来减少成本和对已知的阻水材料的依赖将是有利的。但是，将非热塑性材料(诸如热固性材料和交联聚合物材料)掺入热塑性组合物中是有问题的，因为它们具有不同的粘度，并且这种粘度差异会导致异质混合物，从而可能影响确保完全浸渍间隙所需的加工条件，并且因此影响电缆保护。在添加交联或部分交联的再循环聚合物材料的情况下，再加热不能实现软化或熔融，因此，由于在热塑性阻水材料和交联聚合物材料的界面处形成的空隙，预期增加水能够沿着电缆的导电芯迁移的可能性。即，在浸渍过程中，预期交联聚合物和阻水材料的不同相促进界面空隙。
美国专利号4,123,584公开了一种用于通过以下方法回收热固性塑料化合物的固体废料的方法：在新鲜废料完全固化之前对其进行热制粒；冷却颗粒以避免进一步固化；然后从颗粒形成约18目(1mm)或更小的细粉。美国专利号4,123,584号提出通过以下方法在电导体的绝缘涂层中使用回收的热固性化合物：将回收利用的化合物挤出到电导体上；通过使涂覆的导体穿过连续的硫化管来使其固化；然后冷却固化的涂覆的导体。在美国专利号4,123,584中至关重要的是，回收利用的热固性化合物未完全固化，尽管已经表明，如果基本上固化的化合物与至少25重量％的原始材料共混，其可在一些不那么严格的过程(诸如注塑和厚绝缘涂层的挤出)中重复使用。
美国专利号4,123,584中的示例性方法涉及由90重量％的极低固化的可交联聚乙烯和10重量％的回收利用的交联聚乙烯制成的共混物。未设想在阻水材料中使用再循环共混物，也未设想将部分交联的热固性聚合物与热塑性聚合物一起循环利用。
美国专利号6,638,589公开了一种使用再循环塑性材料的方法，所述方法通过将交联聚乙烯与要生产的产品的基体材料(例如聚烯烃)混合，使得再循环交联聚乙烯在混合物中的比例为小于30重量％。通过磨碎和撕裂研磨交联聚乙烯以形成粉末，所述粉末的粒度小于1mm，并且在挤出时不与基体材料熔融并取向成使得其强度会在一定程度上持续增长。美国专利号6,638,589号举例说明了由含有再循环交联聚乙烯的共混物形成塑料管子。美国专利号6,638,589未设想将再循环共混物用作阻水材料或用于电缆的制造。
发明内容
本公开的目的是降低制造具有导电芯的电力电缆的成本，所述导电芯包含阻水组合物，所述阻水组合物适于防止水通过导电芯的侵入和迁移，而基本上例如在便捷性和速度方面不改变电缆的制造效率。
申请人设想将至少部分地交联的废料掺入热塑性阻水材料中。废料的再利用通过降低与由过氧化物或硅烷固化过程获得的交联聚合物相关联的处置成本以及通常在导电芯的绞合过程中使用的热塑性阻水材料的相对量而降低了生产成本。
申请人发现，当至少部分地交联的材料呈具有小于900μm的粒径的粉末的形式时，给定量的至少部分交联的材料与热塑性阻水材料混合可用于以工业上令人满意的制造速度完全浸渍电力电缆的导电线材。
本公开的目的是通过一种电力电缆来实现的，所述电力电缆包括绞合的导电线材，所述绞合的导电线材浸渍有阻水组合物，所述阻水组合物包含：
(i)热塑性聚合物；以及
(ii)基于所述阻水组合物的总重量至多30重量％的正量的交联聚合物，
其中所述交联聚合物呈具有小于900μm的粒径的粉末的形式，并且
其中所述交联聚合物分散在所述热塑性聚合物中。
本公开还涉及一种用于制造电力电缆的方法，所述方法包括：
将至多30重量％的呈具有小于900μm的粒径的粉末的形式的交联聚合物分散在热塑性聚合物中以获得阻水组合物；
泵送所述阻水组合物以浸渍绞合的导电线材，从而获得电缆芯；
其中所述泵送以大于每分钟250RPM(转/每分钟)的线速度进行。
附图说明
当结合附图一起考虑时，通过参考以下详细描述，将更容易获取对本公开及其多个附加优点的更加完整的理解，也更好地理解本公开及其多个附加优点，在附图中：
图1是根据本公开的电缆的透视图。
图2是根据本公开的电缆的局部放大截面。
图3是用于执行用于制造根据本公开的电缆的方法的装置的示意性侧视图。
优选实施方案的详述
应当理解，本说明书包括本公开的目的的特定特征的所有可能的组合。例如，在特定方面或实施方案或特定权利要求的上下文中公开了特定特征的情况下，所述特征也可在可能的范围内与其他特定方面和实施方案结合使用和/或在其他特定方面和实施方案的上下文中使用，并且总体上在本公开中。
本公开中的数值范围是近似的，因此，除非另外指明，否则可包括所述范围之外的值。数值范围包括来自并包括较低值和较高值的所有值，只要在任一较低值与任一较高值之间存在至少两个单位的间隔即可。例如，如果组成特性、物理特性或其他特性(例如像分子量、粘度、熔体指数等)为100至1,000，则所有单个值(诸如100、101、102等)和子范围(诸如100至144、155至170、197至200等)都明确列出。对于含有小于一的值或含有大于一的分数(例如1.1、1.5等)的范围，视情况将一个单位视为0.0001、0.001、0.01或0.1。对于含有小于十的个位数(例如1到5)的范围，通常将一个单位视为0.1。这些仅仅是具体意图的实例，并且所列举的最低值与最高值之间的数值的所有可能的组合都被认为在本公开中明确陈述。在本公开内提供了数值范围，除其他事项之外，用于组合物的组分量和各种工艺参数。
“组合物”是指两种或更多种组分的混合物或共混物。
“聚合物”是指含有超过4个相同或不同类型单体单元的化合物。术语“聚合物”包括均聚物、共聚物、三元共聚物、共聚体等。
“热塑性聚合物”是指能够在整个特性温度范围内反复通过加热软化并通过冷却硬化的聚合物，其中加热时的变化基本上是物理的；与“热固性聚合物”相对，它是一种聚合物：通常由于组分的交联反应而固化时不可逆地“固化”，以形成基本上不可熔化或不溶解的产品，也称为“热固性”。仅以说明的方式，热塑性聚合物的实例包括封端聚缩醛，诸如聚(甲醛)或多聚甲醛、聚(三氯乙醛)、聚(正戊醛)、聚(乙醛)、聚(丙醛)等；丙烯酸类聚合物，诸如聚丙烯酰胺、聚(丙烯酸)、聚(甲基丙烯酸)、聚丙烯酸乙酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)等；碳氟聚合物，诸如聚(四氟乙烯)、全氟乙烯-丙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚(三氟氯乙烯)、乙烯-三氟氯乙烯共聚物、聚(偏二氟乙烯)、聚(氟乙烯)等；聚酰胺，诸如聚(6-氨基己酸)或聚(ε-己内酰胺)、聚己二酰己二胺、聚(癸二酰己二胺)、聚(11氨基-十一酸)等；聚芳酰胺，诸如聚(亚氨基-1，3-亚苯基亚氨基间苯二甲酰基)或聚间苯二甲酰间苯二胺等；聚对二甲苯，诸如聚对二甲苯、聚(氯对二甲苯)等；聚芳基醚，诸如聚(氧-2,6-二甲基-1,4-亚苯基)或聚(对-亚苯基氧)等；聚芳基砜，诸如聚(氧-1,4-亚苯基亚砜基-1,4-亚苯基氧基-1,4-亚苯基-异亚丙基-1,4-亚苯基)、聚(亚砜基-1,4-亚苯基亚氧基-1,4-亚苯基亚砜基-4,4’-联苯撑)等；聚碳酸酯，诸如聚(双酚A)或聚(羰基二氧基-1,4-亚苯基异亚丙基-1,4-亚苯基)等；聚酯，诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚环己烯-1,4-对苯二甲酸二亚甲基酯或聚甲醛-1,4-环己烯氧基对苯二甲酸邻苯二甲酰基等；聚芳基硫醚，诸如聚对苯硫醚或聚硫-1,4-亚苯基等；聚酰亚胺，诸如聚(邻苯二甲酰亚胺基-1，4-亚苯基)等；聚烯烃，诸如聚乙烯、聚丙烯、聚(1-丁烯)、聚(2-丁烯)、聚(1-戊烯)、聚(2-戊烯)、聚(3-甲基-1-戊烯)、聚(4-甲基-1-戊烯)、1,2-聚-1,3-丁二烯、1,4-聚-1,3-丁二烯、聚异戊二烯、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚(乙烯醇缩醛)、聚苯乙烯等。
“可交联的”和“可固化的”是指聚合物没有被固化或交联并且尚未经受或暴露于引起了实质性交联的处理，尽管聚合物包含在经受或暴露于这种处理时将引起或促进实质性交联的添加剂或功能性。
“完全固化”或“完全交联”是指聚合物/交联剂体系在特定的使用条件下有效地产生了最大的实用粘度，除非另有说明或从使用所述术语的上下文中可以清楚看出。固化度可以根据凝胶含量或相反地可提取成分描述。记录为凝胶百分数的凝胶含量是通过包括以下的程序确定的：包括通过将交联聚合物在室温下在有机溶剂中浸泡48小时，称重干燥的残余物，并且基于组合物的知识进行适当的校正来确定不溶性聚合物的量。因此，通过从初始重量中减去除待交联聚合物以外的可溶组分的重量(诸如增量油、增塑剂和可溶于有机溶剂的组合物组分)可得到校正后的初始重量和最终重量。从初始重量和最终重量两者中减去任何不溶性颜料、填料等。通常，完全交联是指有机溶剂可提取少于10重量％的交联聚合物。在另一个实施方案中，可提取的有机溶剂的量小于5重量％、小于3重量％、小于2重量％或小于1重量％。另选地，完全交联是指交联聚合物具有大于90％、大于95％、大于97％、大于98％或大于99％的凝胶含量。
“聚烯烃”是指包含衍生自至少一种类型的烯烃的单元的聚合物，所述烯烃通常为C2-C20烯烃，诸如乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯、辛烯等。
本公开的目的是通过一种电力电缆来实现的，所述电力电缆包括芯，所述芯包含浸渍有阻水组合物的绞合的导电线材，其中阻水组合物基于阻水组合物的总重量包含：
(i)热塑性聚合物；以及
(ii)至多30重量％的正量的至少一种交联聚合物，其中所述交联聚合物呈具有小于900μm的粒径的粉末的形式，并且
其中所述交联聚合物分散在所述热塑性聚合物中。
热塑性聚合物
包含在阻水组合物中的热塑性聚合物的实例是基于热塑性聚烯烃(如聚乙烯均聚物、聚乙烯共聚物(例如，乙烯-丙烯共聚物)、异丁烯均聚物和异丁烯共聚物、丁二烯-苯乙烯共聚物)或基于聚酯(如酯聚合物)。
热塑性聚合物在阻水组合物中的量可在20至90重量％、20至85重量％、65至85重量％的范围内。
交联聚合物
交联聚合物在经受剪切作用时相对不动，而低粘度流体(诸如热塑性聚合物)则相对容易流动。另外，随着交联聚合物的粒径的增加和颗粒数目的减少，由于存在更少的颗粒间相互作用限制流动，所以流动阻力减小，而粒径的减小和颗粒数目的增加导致增加流动阻力的更多的颗粒间相互作用。流动阻力的增加导致交联聚合物在热塑性聚合物中的不均匀分布，这削弱了阻水组合物防止水以工业上可接受的制造速度进入和迁移通过导电芯的能力。
交联聚合物呈具有小于900μm的粒径的粉末的形式。交联聚合物粉末分散在本公开的热塑性聚合物中。在某些实施方案中，粉末的粒径为100μm至600μm或200μm至400μm。交联聚合物的粒径的上限为900μm，因为直径大于900μm会导致阻水组合物的缺陷并且削弱其防止水通过导电芯的进入和迁移的能力。
基于阻水组合物的总重量，交联聚合物以至多30重量％的正量包含在阻水组合物中。在某些实施方案中，交联聚合物的含量为至少10重量％或至少15重量％。尽管阻水组合物中可包含大于30重量％的交联聚烯烃，但是大于30重量％的量不适合工业上有效的制造过程，因为当以超过每分钟250转的线速度使用时，阻水组合物中会发生破裂。在某些实施方案中，交联聚合物的上限为28重量％、25重量％、22.5重量％或20重量％。例如，基于阻水组合物的总重量，阻水组合物中所包含的交联聚合物的含量为10重量％至25重量％。
交联聚合物可以是再循环交联聚合物。
在某些实施方案中，交联聚烯烃是这样一种交联聚烯烃：例如乙烯的均聚物或乙烯与一种或多种共聚单体的共聚物，诸如交联的LDPE、VLDPE、LLDPE、MDPE或HDPE，或这类聚合物的混合物。另外的交联聚合物包括乙烯-丙烯橡胶(EPR)和乙烯丙烯二烯橡胶(EPDM)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、乙烯乙酸丁酯(EBA)和乙烯乙酸乙酯(EEA)。
交联聚合物可与交联剂(诸如硫、过氧化物或硅烷)交联。在某些实施方案中，交联聚合物通过硅烷基团交联，其中所述硅烷基团可通过单体(诸如烯烃单体)与含硅烷部分的共聚单体的共聚引入聚烯烃结构中，或者通过可交联的含硅烷部分的化合物(诸如具有可水解硅烷基团的不饱和硅烷化合物)与聚烯烃的接枝引入聚烯烃结构中。接枝通常通过使用自由基产生剂的自由基反应进行。在共聚方法和接枝方法两者中，不饱和硅烷化合物都可由式(I)表示：
RSiR’nY3-n (I)，
其中：
R是烯键式不饱和烃基或烃氧基；
R'是脂族饱和烃基；
Y是可水解的有机基团，其中多个Y基团可相同或不同；并且
n为0、1或2。
不饱和硅烷化合物的具体实例是那些不饱和硅烷化合物：其中R是乙烯基、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是甲氧基、乙氧基、甲酰氧基、乙酰氧基、丙酰氧基或烷基或芳基氨基，R'是甲基、乙基、丙基、癸基或苯基。例如，不饱和硅烷化合物可具有式CH2＝CHSi(OA)3，其中A是具有1-8个碳原子或1-4个碳原子的烃基。具体的硅烷包括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)丙烯酸-氧丙基硅烷和乙烯基三乙酰氧基硅烷。
在某些实施方案中，交联聚合物通过与过氧化物的自由基反应交联。用于交联的过氧化物的实例是二叔戊基过氧化物、2,5-二叔丁基过氧-2,5-二甲基-3-己炔、2,5-二叔丁基过氧-2,5-二甲基己烷、叔丁基枯基过氧化物、二叔丁基过氧化物、二枯基过氧化物、二叔丁基过氧异丙基苯、丁基-4,4-双叔丁基过氧戊酸丁酯、1,1-双叔丁基过氧-3,3,5-三甲基环己烷、过氧苯甲酸叔丁酯、过氧化二苯甲酰。
交联剂(例如，不饱和硅烷化合物和过氧化物化合物)通常以0.1至10重量％或0.1至5重量％的量添加至可交联聚烯烃。
在一个实施方案中，阻水组合物的热塑性聚合物和/或交联聚合物可以是半导电的，因此使得本公开的阻水组合物半导电。在交联聚合物的情况下，它可能是来自电缆半导电层制造的废料。半导电热塑性聚合物和/或交联聚合物可含有导电填料，诸如炭黑或石墨或它们的混合物。
代表性的导电填料的表面积BET大于20m2/g，例如大于40和500m2/g。
导电填料可以适合于实现所需导电率的量存在于热塑性聚合物和/或交联聚合物中，所述导电率通常低于1000ohm m、低于500ohm m或约1ohm m。基于半导电热塑性聚合物或半导体交联聚合物的总重量，导电填料的量可在5至50重量％的范围内，例如10至40重量％。如本领域技术人员已知的，此量可取决于填料的具体导电特征。
添加剂
阻水组合物可包含添加剂，诸如水溶胀性材料、抗氧化剂、交联促进剂、防焦剂、加工助剂、填料、交联剂、紫外线吸收剂、稳定剂、抗静电剂、成核剂、增滑剂、增塑剂、润滑剂、粘度控制剂、增粘剂、防粘连剂、表面活性剂、增量油、除酸剂和/或金属减活剂。基于阻水组合物的总重量，所述添加剂的含量可在0至10重量％或0至5重量％的范围内。
关于可溶胀材料，基于有机材料(诸如聚丙烯酸酯和聚丙烯酰胺)，其可呈粉末形式，其本身存在或接枝在天然聚合物(诸如酰胺)、纤维素以及甲基纤维素的酯和纤维素的醚(诸如羧甲基纤维素))上。
阻水组合物
阻水组合物可以通过以下方式制备：将导电填料和任何添加剂与热塑性聚合物混合，以获得导电热塑性组合物，然后使用包括带有挤出机的双臂或σ形叶片混合器的混合机将交联聚合物与导电热塑性组合物混合。另选地，可通过使用混合机将导电填料、任何添加剂和交联聚合物与热塑性聚合物混合来制备阻水组合物。先将交联聚合物和热塑性聚合物的混合物加热，然后浸渍包含绞合导电线材的芯。
交联聚合物可以是再循环交联聚合物。再循环交联聚合物可从下文描述的电力电缆的后续层中获得。可通过将交联聚合物切碎并粉碎并将粉碎的交联聚合物通过筛网至所需的粒径来制备再循环交联聚合物。
现在参见附图，其中贯穿若干视图，相同附图标号指示完全相同或对应的部分。
电力电缆
本公开的电缆在图1和2中示出，并且包括(从内到外)呈绳索形式的电导体1，所述电导体1包括例如由绞合在一起铜、铝或铝合金制造的多根金属线材2。
除了形成绳索最外层的那些金属线材(如图2所示)外，各个金属线材2完全被阻水组合物3a包围，所述阻水组合物3a必须避免水分沿电导体1的渗透和迁移。重要的是，金属线材2之间的所有空间3被阻水组合物3a完全填充。
典型地，内半导电层4设置在电导体1周围。内半导电层4接合电导体1的最外表面并且可直接接触线材2的最外表面。可在内半导电层4与线材2的最外表面之间的界面处施加水溶胀性材料。这种水溶胀性材料可呈粉末、股线或带的形式，并且可基于聚丙烯酸酯和聚丙烯酰胺，其本身存在或接枝在聚合物(诸如酰胺)、纤维素以及甲基纤维素的酯和纤维素的醚(诸如羧甲基纤维素))上。
电绝缘层5设置在内半导电层4的周围。电绝缘层5在电缆芯1周围提供电绝缘并且可直接接触内半导电层4。
外半导电层6设置在绝缘层5周围，并且可直接接触绝缘层5。
内半导电层4、电绝缘层5和外半导电层6可共挤出或彼此单独地挤出。如果单独地挤出，则电绝缘层5在其冷却之前被挤出到内半导电层4上，然后外半导电层6在其冷却之前被挤出到电绝缘层5上以增加各个层之间的粘附性。
内半导电层4、电绝缘层5和外半导电层6包括选自由以下组成的组：聚乙烯均聚物、聚乙烯共聚物、聚丙烯均聚物、聚丙烯共聚物。示例性聚乙烯聚合物包括低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、交联聚乙烯(XLPE)、乙烯/乙酸乙烯酯(EVA)、乙烯乙酸丁酯(EBA)、乙烯乙酸乙酯(EEA)、乙烯-丙烯橡胶(EPR)、乙丙二烯橡胶(EPDM)。在某些实施方案中，内半导电层4、电绝缘层5和外半导电层6全部由相同的聚合物形成，条件是半导电层包含导电填料但是绝缘层不包含导电填料。在某些实施方案中，内半导电层4、电绝缘层5和外半导电层6中的至少一者包含与阻水组合物中的交联聚合物在组成上相同的交联聚合物。
内半导电层4、电绝缘层5和外半导电层6可包含关于阻水组合物提及的添加剂中的任一种。
内半导电层4和外半导电层6还包括适当量的导电填料以赋予半导体特性。导电填料的细节与上述关于阻水组合物所提及的细节相同。
绝缘层5不包含导电填料，或者在绝缘层5包含导电填料的情况下，其含量不为绝缘层5提供半导电特性。可将树抑制添加剂添加到XLPE中，以抑制绝缘层中水树的生长。
内半导电层4、绝缘层5和外半导电层6一起形成包围电导体1的绝缘系统。电导体1和绝缘系统的组合可称为绝缘导体。
在绝缘导体的外半导电层6周围，还可设置其他本身已知的元件(未示出)，例如像筛网、阻水层、保护层、铠装层等。例如，可提供包括金属屏蔽层或护套层的金属屏蔽件。金属屏蔽层或护套层由铝、钢、铅或铜制成，并且呈导线材、编织物、螺旋缠绕带或纵向折叠的箔片的形式。
图3示意性地示出用于形成电导体1的装置的部分截面的侧视图。所述装置包括固定在圆柱形主体上并与圆柱形主体同轴的环形模具7，所述圆柱形主体由结合在一起并具有通腔的两个部分8和9形成。圆柱形主体的部分8具有圆柱形空腔10，形成在装置中的绳索部分15穿过所述空腔。旨在用于形成在所述装置中生产的绳索部分15的最外层的线材2和先前用相同的装置生产并且已经浸渍有阻水组合物的绳索的芯16穿过空腔11。
圆柱形主体的部分9具有截头圆锥形的内腔11，所述圆锥形的内腔11对应于其较小的基部延伸至环形模具7的空腔。在圆柱形主体的部分9中，具有与挤出机(未示出)连通的通孔12，所述通孔12将本公开的阻水组合物输送至截头圆锥形空腔11中。
线材2和先前形成并且已经浸渍有阻水组合物的绳索的芯16以连续的方式朝向环形模具7前进。在所述前进期间，线材2和芯16与它们一起拖拽挤出机借助于通孔12输送到截头圆锥形空腔11中的阻水组合物，并且所述组合物在接近绳索的芯16时穿过线材2。
通过线材2和芯16防止阻水组合物通过环形模具7(在此处发生多根线材2在已经浸渍的芯16上的结合和压紧)，填充线材之间存在的所有空间，并且确保在线材2与设置在所述芯16的径向最外部的线材之间存在至少一层阻水组合物。
图3的装置还可在圆柱形主体的部分8中设置有另一个通孔13(用虚线表示)，所述通孔13也与挤出机连通，以用于在已经形成的部分15周围形成阻水组合物的层14。
如果将线材2的另一层施加在离开图3所示装置的结构之上，则线材2的其他层可通过与图3所示的装置相同的第二装置施加在这种结构之上并且设置在其下游，但是如果在第二装置处不将阻水组合物的层14施加到绳索的外部，则可省略通孔13。
根据本公开的电缆可以工业上有效的线速度来制造。特别地，电缆芯的绞合的导电线材可通过本发明的阻水组合物电缆以大于250RPM(例如至少400RPM)的线速度浸渍。
实施例
根据ANSI/ICEA T-31-610-2014第3.2.2节进行了热弯和冷弯耐水渗透性的测试。
实施例1.含有半导体热塑性阻水材料(Chase
Figure BDA0002926089150000151
Chase Wire&CableMaterials，Westwood，MA销售)和23.0重量％的粉碎的硅烷交联聚乙烯XLPE的共混物用专门设计用于混合高粘度材料的工业混合机来制备。交联聚乙烯XLPE具有约295μm的粒度。混合机包括带有挤出机的双臂或σ形叶片混合器，以在混合发生后促进乳香的去除。
通过将共混物泵送通过加热的软管并以450RPM(每分钟旋转)的线速度建模，将共混物施加到42.4mm2(1/0AWG)的导体。将XLPE绝缘体系挤出到如此填充的导体之上。电缆没有护套以进行水渗透测试。
在进行130℃热处理后，将上述电缆的0.9m(36”)长的样品围绕直径为20.32cm(8”)的鼓弯曲，而其他类似的样品则在进行-10℃的冷处理之后围绕直径为20.32cm(8”)的鼓弯曲。然后将弯曲的样品放回室温过夜，再然后按照ANSI/ICEA T-31-610-2014第3.2.2节进行约0.1Mpa(15psi)的水渗透测试。所有样品均通过测试。
另一相似的示例性电缆通过了ICEA S94-649-2013第2.2节的水渗透测试，所述测试在0.1Mpa(15psi)的水压下进行，所述水压大于所述标准规定的水压(即0.034Mpa(5psi))。
虽然每个样品的确切水渗透长度是未知的，但是热弯测试和冷弯测试结果证实，添加粉碎的交联聚合物不会影响阻水组合物浸渍导体的能力，并且有效地防止水在1/0AWG大小电缆中的进入和迁移。
实施例2.制造和测试类似于实施例1的电缆(包括含有半导体热塑性阻水材料和23.0重量％的粉碎的硅烷交联聚乙烯XLPE的共混物，所述共混物的粒径为约295μm)，不同之处在于将共混物施加到500mm2(1000kcm)的导体。使两个0.9m(36”)长的样品分别经受如上所述的热弯测试和冷弯测试，但是围绕直径为50cm(20”)的鼓弯曲。两个样品均通过测试。
500mm2大小的电缆通过了ICEA S94-649-2013第2.2节的水渗透测试，所述测试在0.1Mpa(15psi)的水压下进行，所述水压大于所述标准规定的水压(即0.034Mpa(5psi))。
虽然每个样品的确切水渗透长度是未知的，但是热弯测试和冷弯测试结果证实，添加粉碎的交联聚合物不会影响阻水组合物浸渍导体的能力，并且有效地防止水在500mm2大小电缆中的进入和迁移。
实施例3使用含有32.6重量％的粉碎的交联XLPE的阻水组合物来以各种线速度(从通常适用于工业应用的线速(即450RPM)开始)制造42.4mm2(1/0AWG)大小的电缆。结果在以下表1中示出。
表1
线速度(RPM) 结果
450 观察到阻水材料破裂。
调节绞线泵不能减轻破裂。
310 观察到阻水材料破裂
278 观察到阻水材料破裂
250 未观察到阻水材料破裂
以450RPM制造约300m(1,000ft.)的起始部分是不可接受的，原因是过多的绞合线断裂。制造速度逐渐放慢，并且以250RPM获得的大约600(2,000ft.)的部分最终可被接受用于后续测试。
如表1所示，只要运行速度不超过250RPM，就可将浓度高达约33重量％的交联XLPE掺入原阻水材料中。然而，不能在不破坏阻水材料的情况下使用常规的电缆制造线速度(即，≥300RMP)，使得含有如此量的粉碎的交联聚合物的阻水组合物不适合工业上有效的制造工艺。
实施例4以与实施例1相同的方式制备以下1/0AWG电缆的另外的样品，除了混合物含有32.6％的粉碎的硅烷交联聚乙烯XLPE并且所述样品以250RPM的制造速度制备之外。
在进行140℃热处理后，将上述的0.9m(36”)长的样品围绕直径为20.32cm(8”)的鼓弯曲，而其他类似的样品则在进行-10℃的冷处理之后围绕直径为20.32cm(8”)的鼓弯曲。然后将弯曲的样品放回室温过夜，再然后按照ANSI/ICEA T-31-610-2014第3.2.2节进行约0.1Mpa(15psi)的水渗透测试。在热处理下弯曲的样品通过了水渗透测试，而在冷处理下弯曲的三个样品中有一个未通过测试。应当以比工业上可接受的线速度慢的线速度来制造其导体填充有阻水组合物的电缆，所述阻水组合物含有的交联聚合物的量大于30重量％，并且线速度应当比工业上可接受的速度慢，并且在水的存在下显示出不完全可靠。
本公开的许多修改和变化根据以上教义是可能的。因此，应当理解，在所附权利要求的范围内，本公开可按照不同于本文具体描述的方式来实践。

Claims (15)

1.一种电力电缆，其包括浸渍有阻水组合物的绞合的导电线材，所述阻水组合物包含：
热塑性聚合物；以及
基于所述阻水组合物的总重量至多30重量％的正量的交联聚合物，所述交联聚合物呈具有小于900μm的粒径的粉末的形式、分散在所述热塑性聚合物中。
2.如权利要求1所述的电力电缆，其中所述阻水组合物基于所述阻水组合物的总重量包含至少10重量％的所述交联聚合物。
3.如权利要求1所述的电力电缆，其中所述阻水组合物基于所述阻水组合物的总重量包含10-25重量％的所述交联聚合物。
4.如权利要求1所述的电力电缆，其中所述阻水组合物基于所述阻水组合物的总重量包含20-90重量％的所述热塑性聚合物。
5.如权利要求1所述的电力电缆，其中所述阻水组合物基于所述阻水组合物的总重量包含65-85重量％的所述热塑性聚合物。
6.如权利要求1所述的电力电缆，其中所述交联聚合物呈具有100μm至600μm的粒径的粉末的形式。
7.如权利要求6所述的电力电缆，其中所述交联聚合物呈具有200μm至400μm的粒径的粉末的形式。
8.如权利要求1所述的电力电缆，其中所述热塑性聚合物和/或所述交联聚合物是半导电的。
9.如权利要求1所述的电力电缆，其中所述热塑性聚合物选自由以下组成的组：聚乙烯均聚物、聚乙烯共聚物、异丁烯均聚物、异丁烯共聚物、丁二烯-苯乙烯共聚物和乙烯基乙酸乙烯酯聚合物。
10.如权利要求1所述的电力电缆，其中所述交联聚合物包括完全交联聚合物。
11.如权利要求1所述的电力电缆，其中所述阻水材料完全填充所述绞合的导电线材的任何间隙。
12.一种用于制造电力电缆的方法，所述方法包括：将至多30重量％的正量的交联聚合物分散在热塑性聚合物中以获得阻水组合物，所述交联聚合物呈具有小于900μm的粒径的粉末的形式；
泵送所述阻水组合物以浸渍绞合的导电线材，从而获得电缆芯。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述泵送以大于每分钟250转的线速度进行。
14.如权利要求12所述的方法，其中在所述泵送期间，将所述阻水组合物泵送通过加热的软管。
15.如权利要求12所述的方法，其中所述泵送以至少每分钟400转的线速度进行。
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