CN1226755C - 含有可循环涂层的电缆的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及特别是用于中等电压或高电压电力传输或分配的电缆的生产方法。更特别地，本发明涉及优选用于中等电压或高电压电力传输或分配的电缆的生产方法，该电缆含有至少一个由热塑性聚合物材料组成的涂料层。该方法包括至少如下步骤：(a)挤出包括至少一种热塑性聚合物和至少一种介电液体的热塑性材料；(b)将该热塑性材料通过至少一个静态混合器；(c)在属于电缆的导体周围沉积和成形该热塑性材料以获得热塑性涂料在该导体上的层。

Description

含有可循环涂层的电缆的生产方法
本发明涉及用于电缆，特别是用于中等电压或高电压电力传输或分配的电缆的生产方法。
更特别地，本发明涉及用于电缆，优选用于中等电压或高电压电力传输或分配的电缆的生产方法，该电缆含有至少一个由热塑性聚合物材料组成的涂料层。
甚至在电力电缆，通讯电缆，数据传输电缆和/或结合电力/通讯电缆领域中特别感受到对于如下产品的需要：该产品在生产或使用期间是非常环境友好的(由不损害环境的材料获得)，和容易在它们的寿命结束时循环。
然而，环境友好材料的使用显然由限制成本和仍然保持性能的需要来决定，该性能在最通常工作条件下等同于或甚至好于常规材料。
在中等电压或高电压电力传输电缆领域中，围绕导体的不同涂料通常由如下物质组成：基于聚烯烃的交联聚合物材料，特别是交联聚乙烯(XLPE)或乙烯/丙烯(EPR)或乙烯/丙烯/二烯烃(EPDM)弹性体共聚物，它们也是交联的。在导体周围挤出聚合物材料的步骤之后进行的交联，甚至在连续使用中的热条件下和在电流过载的条件下，提供该材料令人满意的机械性能。通常经自由基途径，通过加入有机过氧化物，或经硅烷途径，通过向聚烯烃链上引入可水解的硅烷基团(硅烷基团在水和合适的缩合催化剂存在下，引起交联)而交联聚合物材料。
然而，公知的是交联的材料是不可循环的，其结果是工艺废料和电缆涂层材料两者在它寿命结束时仅可以通过焚烧而处理。
也已知电缆含有由如下物质多层卷绕组成的绝缘体：由非常大量介电液体浸渍的纸或纸/聚丙烯层压材料(通常称为本体浸渍电缆或油填充电缆)。通过完全填充多层卷绕中存在的空间，介电液体防止部分放电和因此电绝缘体穿孔的发生。通常使用的介电液体包括产物，例如：矿物油、聚丁烯、烷基苯等(参见例如专利US-4 543 207、US-4 621302、EP-A-0 987 718和WO98/32137)。
然而，已知与含有挤出绝缘体的电缆相比，本体浸渍的电缆具有许多缺点，其结果是它们的用途目前限于特定的应用领域，特别限于高电压和超高电压直流传输线的生产，其用于陆地装置，和尤其是，用于水下装置。具体地，不仅仅由于层压材料的高成本，而且由于层压材料卷绕步骤和它随后由介电液体浸渍固有的难度，本体浸渍电缆的生产非常复杂和昂贵。特别地，要求使用的介电液体在冷条件下具有低粘度以允许高速和均匀浸渍，且同时要求它们在电缆的成层和发挥作用期间具有很小的迁移倾向，以避免该液体从电缆端或由于破裂的损失。此外，本体浸渍的电缆不是可循环的且它们的用途限于低于90℃的工作温度。
在含有非交联挤出涂层的电力电缆的上下文中，现有技术中已经提出了不同种类热塑性材料的使用。
例如，专利申请WO96/23311公开了低电压、高电流电缆，其中绝缘涂层，内护套和外护套由相同的非交联聚合物材料制成，通过加入炭黑而着色为黑色。相同材料在不同层中的使用不要求上述组分在循环工艺中分离。对于90℃的最大工作温度，指示使用由聚丙烯基体组成的多相热塑性弹性体的可能性，在基体中分散由EPR或EPDM共聚物组成的弹性体相。
专利申请EP-0 893 801，以申请人的名义，公开了包括导体和一个或多个涂料层的电缆，其中至少一个该涂料层包括，作为非交联基础聚合物材料的，包括如下物质的共混物：(a)结晶聚丙烯均聚物或共聚物；和(b)与至少一种包含3-12个碳原子的α-烯烃，和非必要地与二烯烃的弹性体乙烯共聚物；该共聚物(b)特征为小于30％的200％拉伸永久变形值(根据ASTM标准D 412在20℃下测量1分钟)。
专利申请EP-0 893 802，以申请人的名义，公开了包括导体和一个或多个涂料层的电缆，其中至少一个该涂料层包括，作为非交联基础聚合物材料的，包括如下物质的共混物：(a)结晶聚丙烯均聚物或共聚物；和(b)乙烯与至少一种包含4-12个碳原子的α-烯烃，和非必要地与二烯烃的共聚物；该共聚物(b)特征为0.90-0.86g/cm3的密度，和大于45％的组成分布指数，该指数定义为α-烯烃含量不大于α-烯烃总平均摩尔含量50％的重量百分比。
专利申请WO00/41187，以申请人的名义，公开了包括导体和至少一个涂料层的电缆，涂料层基于包括如下物质的非交联聚合物材料：含有基于与α-烯烃共聚的乙烯的弹性体相和基于聚丙烯的热塑性相的多相共聚物。在该多相共聚物中的弹性体相为至少45wt％，相对于多相共聚物的总重量，和多相共聚物基本没有衍生自聚乙烯嵌段的结晶度。弹性体相优选由乙烯和丙烯的弹性体共聚物组成，该共聚物包括15-50wt％乙烯和50-85wt％丙烯，相对于弹性体相的重量。
专利申请WO99/13477公开了由如下物质组成的绝缘材料：形成引入液体的连续相的热塑性聚合物或易熔的电介质，它在固体聚合物结构中形成移动的互穿相。在热塑性聚合物和电介质之间的重量比是95∶5-25∶75。可以采用间歇或连续方式热共混两种组分生产绝缘材料(例如通过挤出机)。然后将获得的共混物造粒和通过在导体周围挤出用作高电压电缆生产的绝缘材料。可以采用热塑性形式或采用交联形式使用材料。在热塑性聚合物中，指示如下物质：聚烯烃、聚乙酸酯、纤维素聚合物、聚酯、聚酮、聚丙烯酸酯、聚酰胺和聚胺。特别建议使用低结晶度的聚合物。电介质优选是具有低或高粘度的合成或矿物油，特别是聚异丁烯油、环烷油、聚芳族油、α-烯烃油或硅油。
然而，申请人相信需要解决如下的技术问题：获得含有由热塑性聚合物材料组成的涂层的电缆，该聚合物材料具有可与含有由交联材料制成的绝缘涂层的那些电缆相比的机械和电性能。特别地，申请人提出生产含有非交联绝缘涂层的电缆自身存在的问题，该涂层在热和冷两种条件下具有良好的柔韧性和高机械强度，和同时具有高介电强度(dielectric rigidity)，而在电缆的寿命循环期间，即从它的生产到它的处理不使用潜在的污染产品。
考虑到上述问题，申请人已发现尽管介电液体向热塑性聚合物材料中的加入显著增强了材料的电性能(特别是介电强度)，但从工业实施的观点来看存在许多问题。
具体地，申请人相信加入到热塑性聚合物材料中的介电液体需要保持材料的性能(热机械性能，处理的容易)而不引起该介电液体渗出的现象。此外，介电液体应当自身均匀地在材料中分布，以在它的整个厚度中保证高电性能。例如，当由热塑性聚合物材料制成的涂层是绝缘涂层时，重要的是介电液体自身应当在整个涂层厚度中均匀地分布且特别应当存在于在内和外半导体层之间的界面区域，该界面区域通常存在于中等电压和/或高电压电力传输和/或分配电缆中。以此方式，获得的电缆可保证随时间基本恒定的性能，和因此甚至在高工作温度(至少80℃，优选至少90℃)下的高水平的可靠性。
特别地，申请人已发现混合介电液体入热塑性材料中的作用，混合可在挤出期间发生，并不使得可以获得具有介电液体在其整个厚度中基本均匀分布的涂层。具体地，介电液体倾向于在该涂层的内部区域中浓缩，不利于最外层区域，其实际上是对部分放电和，因此穿孔最敏感的区域。
申请人现在已发现可以生产含有至少一个热塑性涂料层的电缆，该涂料层包括在该涂层整个厚度中基本均匀分布的介电液体。这通过包括如下的方法获得：挤出包括与介电液体混合的热塑性聚合物的热塑性材料，和将热塑性材料通过静态混合器。其后，通过常规技术，例如通过挤出头将材料沉积在导体周围。以此方式，获得特别适于电力传输和/或分配，含有高介电强度的热塑性涂层的电缆，该涂层保证随时间基本恒定的性能，和因此的高可靠性。
根据本发明，术语“电缆导体”表示以伸长物形式和优选由金属制成的导电元件自身，或采用半导体层涂敷的导电元件。如先前所述，后者方案，它涉及在绝缘层内部和外部两处使用半导体层，典型地用于中等电压和/或高电压电力传输和/或分配的电缆。
在第一方面，本发明因此涉及一种生产含有至少一个热塑性涂层的电缆的方法，该方法包括：
挤出包括至少一种热塑性聚合物和至少一种介电液体的热塑性材料；
将该热塑性材料通过至少一个静态混合器；
在导体周围沉积和成形该热塑性材料以获得热塑性涂料在该导体上的层。
根据第一实施方案，该涂料层是电绝缘的层。
根据另一个实施方案，该涂料层是半导体层。
根据优选的实施方案，当该聚合物为熔融状态时将介电液体加入到热塑性聚合物中。
在自身已知的挤出机中进行的，根据本发明方法的挤出步骤，一般包括如下子步骤：
将热塑性聚合物加入到至少一个挤出机中；
通过该至少一个挤出机输送热塑性聚合物；
塑化通过该至少一个挤出机移动的热塑性聚合物。
优选在挤出机区域中，其中聚合物为熔融状态，即已经塑化，特别是在挤出机的下游区域中，通过将液体注入挤出机中进行介电液体向热塑性聚合物中的加入。此方案使得可以精确计量出介电液体和获得此液体在热塑性聚合物中的优异分布。同时，介电液体向已经塑化聚合物中的加入保证了对挤出工艺的稳定性，这是由于当聚合物还没有熔融时，考虑到由此液体带来的润滑剂作用-介电液体在较早挤出步骤中的存在可在通过挤出机的材料移动中引起不规则物。
优选，介电液体向挤出机中热塑性聚合物中的加入在至少两个单独的点处发生以尽可能均匀地在热塑性聚合物中分布介电液体。
根据另一个实施方案，当该聚合物为固体状态时将介电液体加入到热塑性聚合物中。
介电液体向固体状态的热塑性聚合物中的加入可在如下情况下发生，例如：a)在上述进料子步骤期间；b)在该进料子步骤之前，即在将聚合物加入到挤出机中之前；或c)在挤出机的区域中，其中热塑性聚合物为固体状态。
在上述情况b)中，介电液体的加入可例如，在(间歇或连续类型的)混合机中混炼聚合物的步骤之前进行，或通过浸渍颗粒或粉末形式的聚合物而进行。
在挤出步骤结束时和在导体周围沉积和成形涂料的步骤之前，优选对热塑性材料进行过滤步骤，以除去任何杂质，特别是金属粒子(其可损害此材料的电性能)。过滤步骤可以在挤出步骤和将热塑性材料通过静态混合器的步骤之间进行，或可以在将热塑性材料通过静态混合器的步骤和在导体周围沉积和成形材料的步骤之间进行。可以通过使用已知设备，例如筛网过滤器等进行过滤步骤。
可用于根据本发明方法的静态混合器一般是共混设备，它在本领域自身是已知的，不包含移动部件，其中通过强制要共混的材料经过固定共混元件获得共混作用。通过变换流动方向或限制此物流以通过优选的槽道，该共混元件进行物流的许多细分和再结合，因此使得可以获得离开此混合器的材料中性能的所需均匀性。
静态混合器优选是特别设计用于共混高度粘性流体和通常用于塑料注塑工艺的设备，例如在专利US-5 564 827中公开的静态混合器。一般情况下，此类型混合器包括以单一片的静态共混元件，即没有焊缝或接合，以尽可能避免混合器中的任何变形和/或破裂，甚至当要共混的材料是高度粘性和因此要求高挤出压力时。
重要的是强调静态混合器在根据本发明方法中的使用并不包括涉及装置操作或获得涂料质量的任何缺点。具体地，通过静态混合器的材料不包含交联剂，且因此，不象通常用于涂敷电力电缆的可交联材料，并不引起由于静态混合器中可能的材料停滞区域的存在的焦烧现象。
可以根据已知技术，通过使用常规类型的挤出头进行随后在导体周围热塑性材料的沉积和成形步骤。优选，挤出头是三重头，以达到导体三个涂料层(内半导体层，绝缘层和外半导体层)的沉积，这些层典型地存在于中等电压和/或高电压电缆中。
在第二方面，本发明涉及一种增强包括至少一种热塑性聚合物和至少一种介电液体的热塑性材料的电性能，特别是介电强度的方法，该方法包括如下步骤：向至少一种热塑性聚合物中加入至少一种介电液体，将该至少一种热塑性聚合物(其中已经加入了该至少一种介电液体)通过至少一个静态混合器。
根据本发明的一个优选实施方案，热塑性材料包括聚烯烃。
该聚烯烃优选具有根据ASTM标准D790在环境温度下测量的弹性挠曲模量为30-1400MPa和优选60-1000MPa。
该聚烯烃优选在230℃下在21.6N负荷下根据ASTM标准D1238/L测量的熔体流动指数(MFI)为0.05-10.0dg/min，且优选为0.5-5.0dg/min。
适于此目的的聚烯烃可优选选自：
(a)密度一般为0.93-0.96g/cm3的高密度聚乙烯(HDPE)；
(b)丙烯与至少一种选自乙烯和不是丙烯的α-烯烃共聚单体的丙烯均聚物或共聚物，该均聚物或共聚物的熔点大于或等于140℃，优选145-170℃和熔融热为30-100J/g，优选30-85J/g。
当使用丙烯与烯烃共聚单体的共聚物时，该共聚单体的存在量优选小于或等于15mol％，更优选小于或等于10mol％。烯烃共聚单体，特别是乙烯或通式CH2＝CH-R的α-烯烃，其中R是包含2-10个碳原子的线性或支化烷基，该α-烯烃例如选自：1-丁烯、1-戊烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、1-癸烯和1-十二碳烯等，或其结合物。特别优选是丙烯/乙烯共聚物。
根据一个特别优选的实施方案，热塑性聚合物是选自如下的聚烯烃：
(1)丙烯与至少一种选自乙烯和不是丙烯的α-烯烃的烯烃共聚单体的丙烯均聚物或共聚物，该丙烯均聚物或共聚物的弹性挠曲模量一般为30-900MPa和优选50-400MPa；
(2)包括基于丙烯的热塑性相和基于乙烯与α-烯烃，优选与丙烯共聚的弹性体相的多相共聚物，其中弹性体相的存在量至少为45wt％，相对于多相共聚物的总重量。
属于类别(1)的均聚物或共聚物显示均相微观结构，即，基本没有分散在分子域中大于1微米的多相。具体地，该材料并不显示多相聚合物材料典型的光学现象，且特别地特征为材料的改进透明性和降低的由于局部机械应力的材料“应力变白”。
在上述类别(1)中，特别优选是丙烯与至少一种选自乙烯和不是丙烯的α-烯烃的烯烃共聚单体的丙烯均聚物或共聚物，该均聚物或共聚物具有：
140-165℃的熔点；
30-80J/g的熔融热；
溶于沸腾乙醚，数量为小于或等于12wt％，优选1-10wt％，熔融热小于或等于4J/g和优选小于或等于2J/g的级分；
溶于沸腾正庚烷，数量为15-60wt％和优选20-50wt％，熔融热为10-40J/g和优选15-30J/g的级分；
溶于沸腾正庚烷，数量为40-85wt％和优选50-80wt％，熔融热大于或等于45J/g和优选50-95J/g的级分。
关于该材料和它们涂敷电缆的用途的进一步详细情况在1999年11月17日在以申请人名义提交的欧洲专利申请No.99122840中给出，该文献在此引入作为参考。
属于类别(2)的多相共聚物是通过如下物质嵌段共聚获得的热塑性弹性体：(i)丙烯，非必要地包含少量至少一种选自乙烯和不是丙烯的α-烯烃的烯烃共聚单体；和然后(ii)乙烯与α-烯烃，特别是丙烯，和非必要地与少部分二烯烃的共混物。该类型产物也通常称为“反应器热塑性弹性体。”
在上述类别(2)中，特别优选是多相共聚物，其中弹性体相由乙烯和丙烯的弹性体共聚物组成，其包括15-50wt％乙烯和50-85wt％丙烯，相对于弹性体相的重量。关于该材料和它们涂敷电缆的用途的进一步详细情况在以申请人名义提交的专利申请WO00/41187中给出，该文献在此引入作为参考。
类别(1)的产物例如，可以商标名Rexflex购自HuntsmanPolymer Corp。
类别(2)的产物例如，可以商标名Hifax购自Montell。
上述的基础热塑性聚合物可以用作与熔融热一般小于30J/g，低结晶度聚合物的机械共混物，它的主要功能是增加材料的柔韧性。低结晶度聚合物的数量一般小于70wt％，优选20wt％-60wt％，相对于热塑性材料的总重量。
低结晶度的聚合物优选是乙烯与包含3-12个碳原子的α-烯烃，和非必要地与二烯烃的共聚物。α-烯烃优选选自：丙烯、1-己烯和1-辛烯。当二烯烃共聚单体存在时，此物质一般包含4-20个碳原子和优选选自：线性共轭或非共轭二烯烃，例如1，3-丁二烯、1，4-己二烯或1，6-辛二烯、或其混合物等；单环或多环二烯烃，例如，1，4-环己二烯、5-亚乙基-2-降冰片烯、5-亚甲基-2-降冰片烯、5-乙烯基-2-降冰片烯、或其混合物等。
在乙烯共聚物中，特别优选是：
(i)具有如下单体组成的共聚物：35-90mol％乙烯；10-65mol％α-烯烃，优选丙烯；0-10mol％二烯烃，优选1，4-己二烯或5-亚乙基-2-降冰片烯(EPR和EPDM橡胶属于此类别)；
(ii)具有如下单体组成的共聚物：75-97mol％，优选90-95mol％乙烯；3-25mol％，优选5-10mol％α-烯烃；0-5mol％，优选0-2mol％二烯烃(例如乙烯/1-辛烯共聚物，如购自Dow-DuPont Elastomers的Engage产物)。
可用于进行本发明的介电液体是介电常数一般小于或等于8，优选小于3.5(在25℃根据IEC标准247测量)的芳族和/或脂族油。
介电液体优选包括：
(i)包含至少两个，优选至少三个非稠合芳族环和在芳基碳原子数和总碳原子数之间的比例大于或等于0.6，优选大于或等于0.7的烷芳基烃，如在以申请人名义2000年6月28日提交的在先未决欧洲专利申请No.00113661.3中公开的那些，该文献在此引入作为参考；或
(ii)二苯基醚，它是未取代的或由包含1-30个碳原子，优选1-24个碳原子的至少一种线性或支化脂族、芳族或混合脂族和芳族烃基取代，如在以申请人名义2000年9月28日提交的在先未决欧洲专利申请No.00121110.1中公开的那些，该文献在此引入作为参考，
或(i)和(ii)的混合物。
甚至更优选，根据本发明的介电液体包括至少一种数量不小于10wt％包含至少三个非稠合芳族环的烷芳基烃，相对于介电液体的总重量。
可以根据本发明使用的属于类别(i)的烷芳基烃的例子是：苄基甲苯、苄基二甲苯、(甲基苄基)甲苯、(甲基苄基)二甲苯、二苄基甲苯、二苄基二甲苯、二(甲基苄基)甲苯、二(甲基苄基)二甲苯等、及其混合物。
可以根据本发明使用的属于类别(ii)的二苯基醚的例子是：苯基甲苯基醚、2，3’-二甲苯基醚、2，2’-二甲苯基醚、2，4’-二甲苯基醚、3，3’-二甲苯基醚、3，4’-二甲苯基醚、4，4’-二甲苯基醚、十八烷基二苯基醚等、及其混合物。
可用于进行本发明的介电液体具有预定的粘度以避免液体通过绝缘层的快速扩散和因此该液体的向外迁移，且同时以使其容易加入和共混入聚合物材料中。一般情况下，介电液体的运动粘度为1-500mm2/s和优选5-100mm2/s(在20℃根据ISO标准3104测量)。
根据进一步优选的方面，介电液体的吸氢能力大于或等于5mm3/min和优选大于或等于50mm3/min(根据IEC标准628-A测量)。
根据优选的方面，向适于进行本发明的介电液体中可以采用小于或等于1wt％的数量(相对于液体的重量)加入环氧树脂，它主要用于降低电场中离子的迁移速度，和由此的绝缘材料的介电损耗。
根据本发明在介电液体和热塑性聚合物之间的重量比一般为1∶99-25∶75，优选2∶98-20∶80和甚至更优选3∶97-15∶85。
为进行根据本发明的方法，可以向热塑性材料中加入其它常规组分，例如抗氧剂，加工助剂和水树抑制剂等。
适于此目的的常规抗氧剂是，例如，硫代丙酸二硬脂基酯和季戊四醇四[3-(3，5-二-叔丁基-4-羟苯基)丙酸酯]等，或其混合物。
可以加入到聚合物基础物中的加工助剂包括，例如，硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸、石蜡等，或其混合物。
当需要制备半导体层时，一般以提供该材料半导体性能(即，如获得在环境温度下小于5 Ohm*m的电阻率)的数量，将导电填料，特别是炭黑在热塑性材料中分散。此数量一般为5-80wt％，优选10-50wt％，相对于混合物的总重量。
使用相同类型热塑性材料用于绝缘层和用于半导体层两者的可能性在中等电压或高电压电缆的生产中是特别有利的，这是由于它保证了在相邻层之间的最优粘合和因此更好的电行为，特别是在绝缘层和内半导体层之间的界面处，其中电场和由此的部分放电的危险更高。
对于本发明的目的，术语“中等电压”一般表示1-35kV的电压，而“高电压”表示大于35kV的电压。
尽管本说明书主要着力于中等电压或高电压电力传输或分配电缆的生产，但根据本发明的方法一般可用于制备电设备的绝缘涂层。特别地，该方法可用于生产不同类型的电缆，例如低电压电缆，通讯电缆或结合的电力/通讯电缆，或生产用于电力线生产的附件的组件，如用于终端或接头的弹性套管。
由如下详细描述，参考附图说明进一步的详细情况，其中：
-图1是特别适于中等电压或高电压，且可以根据本发明制备的电缆的透视图；
-图2是根据本发明生产线的部分顶平面图；
-图3是电力电缆绝缘层的部分横截面，在该横截面中显示其中测量介电液体浓度的点。
在图1中，电缆1包括导体2；具有半导体性能的内层3；具有绝缘性能的中间层4；具有半导体性能的外层5，金属屏蔽物6，和外护套7。
导体2一般由根据常规技术纺织的金属导线，优选铜或铝导线组成。
选自绝缘层4以及半导体层3和5的至少一个涂料层包括以上定义的本发明组合物。
在外半导体层5周围通常布置一般由导电、螺旋卷绕导线或带组成的屏蔽物6。然后采用由热塑性材料，例如，采用由非交联聚乙烯(PE)或，优选，以上定义的丙烯均聚物或共聚物组成的护套7覆盖该屏蔽物。
电缆可另外含有外保护结构(图1中未示出)，它的主要功能是保护电缆抗机械冲击和/或压缩。此保护结构可以是，例如，金属铠装套或膨胀聚合物材料的层，如在专利申请WO98/52197中公开的那些。一般情况下，此外保护结构处于相对于外护套7的径向内部位置。
图2图示说明根据本发明方法一个特定实施方案的装置100。
详细地，图2所示的装置100包括：挤出机10，用于提供介电液体的管线20，将介电液体加入到挤出机10中的设备90，静态混合器40和挤出头50，从其出口(箭头A)，根据所示的实施方案，获得所谓的电缆“芯”，即图1中电缆1的导体2、内半导体层3、绝缘涂层4和外半导体层5的结合体。
图示显示的挤出机10包括机筒11，在机筒内部通过合适的电机机构12旋转用以加工和塑化热塑性聚合物材料的螺杆13，采用该材料制备电缆1的预定涂层。
将该聚合物材料通过进料管14，例如料斗引入挤出机10中，且通过将该材料通入在机筒11内表面和螺杆13外表面之间的空间而进行加工。
挤出机10另外含有多个沿螺杆13长度分布的加热单元15，该单元提供要求塑化上述聚合物材料，即将它们变成熔融状态的热量。
在图2所示的具体实施方案中，挤出机10包括进一步加工单元17，向该单元中加入介电液体。此进一步加工单元17通过一个或多个法兰16连接到挤出机10上。
如上所述，装置100也包括用于加入介电液体的设备90。该设备90优选包括至少一个喷射器。甚至更优选，该设备90包括至少一对喷射器，以尽可能均匀地在熔融聚合物材料中分布介电液体。
图2图示说明包括三个位于挤出机10的相同横截面上的单独喷射器的设备90。优选，该三个喷射器位于挤出机10的相同横截面上以彼此离开120°。
以下在本说明书中详细描述用于提供介电液体的管线20。
在设备90的下游为加入介电液体，装置100有利地含有过滤部分60，如上所述，该过滤部分的目的在于除去在热塑性聚合物材料中包含的任何杂质，这些杂质的存在可引起生产的涂层电性能的降低。
根据本发明，装置1 00另外包括静态混合器40，它的功能是优化介电液体进入热塑性材料的混合使得可以在要生产的整个涂层厚度中均匀地分布该介电液体。
最后，在静态混合器40的下游，装置100包括挤出头50，提供该挤出头以在导体周围成形一个或多个热塑性聚合物材料的涂层，涂层的数目依赖于加工的电缆的类型。
例如，当图2中的装置100希望用于图1所示电缆1的生产时，导体2必须通过该挤出头50加入，且一般从布置在管线上的进料卷轴(未在图2中示出)解卷，在该导体上沉积内半导体层3、绝缘层4和外半导体层5的结合体，该结合体技术上由术语电缆1的“芯”定义。
为沉积上述“芯”，挤出头50有利地是三重挤出头，其意味着在它内部汇聚在一起的不仅仅是导体2而且是三个单独的用于加工材料的挤出管线，一旦通过由该头赋予的预成形在所述导体上沉积，将导致构成上述电缆“芯”的内半导体层、绝缘涂层和外半导体层的形成。
在图2所示和提供用于图1中电缆1生产的实施方案中，根据本发明提供装置100的挤出机10用于构成该电缆1的绝缘涂层4的热塑性材料的加工，而箭头B和C一般指示分别产生内3和外4半导体层的两个单独挤出线三重挤出头中的合流。
图2中的箭头A指示从根据本发明的装置100的以上定义电缆1的“芯”的离去。
根据不同的实施方案，如上所述，由根据本发明方法获得的涂料层也可以是一个或两个半导体层，用于加工和塑化构成上述内半导体层3和外半导体层5的材料的生产线(由箭头B和C图示说明)可以完全相似于图2中详细所示和以上特别参考电缆1的绝缘涂层4生产描述的生产线。
一般情况下，将离开挤出头50的这样获得的电缆“芯”进行冷却步骤，例如，可以将上述芯通过冷却槽而进行冷却步骤，在冷却槽中放置合适的流体，典型地井水或冷却到约12-15℃的水。
在干燥步骤之后，通常对电缆“芯”进行采用典型地在电力电缆中存在的其它元件涂敷的继续步骤。
特别地，参考图1中的电缆，将电缆“芯”贮存在合适的卷轴上且输送到用于施加金属屏蔽物6的生产线。此屏蔽物一般通过带筛选机获得，该筛选机通过合适的旋转头，优选通过重叠其表面约33％的该条的边缘，而螺旋地放置薄铜条(约0.1-0.2mm厚)。或者，金属屏蔽物由螺旋施加到电缆芯上的多个铜导线组成。
然后，例如通过挤出施加放置在金属屏蔽物6上的外聚合物护套7而完成电缆1。
图2另外显示提供介电液体的管线20的可能布置，其形成本发明装置100的一部分。
更为详细地，该管线20包括第一进料罐21，其中贮存和再填充(当消耗时)用于装置100中的介电液体。该罐21通过管线22连接到第二工作罐23。
两个不同罐的存在是特别有利的，这是由于其使得可以在基本恒定的工作压力下采用介电液体向管线20进料。具体地，每当将新鲜介电液体加入到第一罐21中到加满水平时，需要将该第一罐中的压力变成所需的工作值。不连接到第一罐21的第二罐23的存在，因此使得可以在该第二罐23中含有总是在工作压力下的介电液体，仅当第一罐21，一旦加载，已经变成所需的工作压力时，将在要求压力下的该介电液体从第一罐21转移到第二罐23。
为保证要释放入管线20的介电液体流的合适调节，第二罐23提供有合适的仪表，如压力计24和热电偶25，以及液位测量设备(未示出)和排气阀(未示出)，在第二罐23中存在过量压力的情况下自动启动该排气阀。
将离开第二罐23的介电液体加入到由电机机构27驱动的泵26中。该泵26优选是膜式泵。
有利地，且如图2所示，泵26含有三个单独的泵送头26’。提供有单独入口管线28和单独出口管线29的每个泵送头26’希望使介电液体流向上述的进料设备90。如图示表示，该设备90由三个单独的喷射器组成，每个喷射器连接到泵送头26’的不同出口管线29。
每个出口管线29也提供有压力计30(以监测管线中介电液体的压力)，非返回阀31和阀门32，后者阀门希望将管线20与装置100的剩余部分分离。
更详细地，特别是当开启装置100时，该阀门32在每个管线29上的存在保证在正确的工作压力下将介电液体加入到设备90中。具体地，通过关闭在每个管线29上的阀门32和开启位于循环管线34上朝向第二罐23的阀门33，管线20与装置100的剩余部分分离。保持此操作状态直到介电液体的压力达到所需数值，在该时可以关闭阀门33和可以开启阀门32。
当需要生产多极电缆时，可以在给出的指示和本领域技术人员技术知识的基础上合适地改进迄今为止描述用于单极电缆的方法。
现在给出许多制备实施例以进一步详细地描述本发明。
实施例1
生产图1所示类型的中等电压电缆。
使用的生产线具有图2所示的配置，且包括三个在三重挤出头中流到一起的单独挤出机以获得半导体涂料和绝缘涂料的共沉积，从而形成电缆芯。
向用于沉积绝缘层的挤出机下游区域中，插入在相同横截面上布置的彼此分开120°的三个喷射器，喷射器如图2所示连接到用于加入介电液体的管线上。
在挤出机出口，过滤部分的下游，放置用于注塑用途的静态混合器，静态混合器购自公司Sulzer，SMK-R 30型，内径为30.1mm，外径为45mm且包括串联的4个混合元件及总长度为135.5mm。
通过使用此装置，采用如下部分涂敷Cu/Sn导体(由编织在一起以形成70mm2横截面积的多个导线组成)：
-0.5mm厚的内半导体层；
-5.5mm厚的绝缘层；
-0.5mm厚的外半导体层。
制备两个半导体层的材料具有如下组成：
HifaxKS 081        100phr
炭黑Y-200            55phr
JarylecEXP3        10phr
Irganox1330        0.4phr
HifaxKS 081：多相丙烯共聚物，其乙烯/丙烯弹性体相的含量等于约65wt％(弹性体相中72wt％丙烯)，32J/g的熔融热，163℃的熔点，0.8dg/min的MFI和约70MPa的挠曲模量(Montell的市售产品)；
JarylecEXP3：二苄基甲苯(DBT)(Elf Atochem的市售产品)；
炭黑Y-200：SN2A公司的乙炔炭黑，比表面积为70m2/g；
Irganox1330：1，3，5-三甲基-2，4，6-三(3，5-二-叔丁基-4-羟苄基)苯(Ciba Geigy的抗氧剂)。
术语“phr”表示每100重量份聚合物每种组分的重量份。
通过在200℃下在Werner密炼机(内体积：6000cm3)中将组分混合在一起10分钟(转子速度：44rpm)而制备此材料。
以构型20D，含有三个由透热油进行温度调节的区域的45mmBandera单螺杆挤出机用于内半导体层，和以构型20D的60mmBandera单螺杆挤出机用于外半导体层。每个挤出机的温度情况在表1中给出。
绝缘层由包括RexflexWL105和7.5wt％的JarylecEXP3的热塑性材料组成。
其中：
RexflexWL105：丙烯均聚物，具有160℃的熔点，56.7J/g的熔融热，1.8dg/min的MFI和290MPa的弹性挠曲模量(HuntsmanPolymer公司的市售产品)；
JarylecEXP3：如上。
通过使用以构型25D，具有表1中给出的温度情况的100mmBandera单螺杆挤出机挤出绝缘层。
表1
挤出机区域 内半导体层(℃) 绝缘层(℃) 外半导体层(℃)
区域1  170  150  160
区域2  180  170  170
区域3  190  180  180
区域4  --  180  190
区域5  --  190  --
挤出机/头法兰  200  190  200
模头                    190
对这样获得的电缆进行如下测试。
介电液体在绝缘层中的分布。
将形状为150μm厚的薄片(由图3中70所示)的样品通过使用切片机从电缆的横截面切割和由定量红外光谱(宏观FTIR)分析以确定材料中介电液体的数量和分布。特别地，通过使用介电液体的典型吸收谱带(696cm-1的芳族环)和聚丙烯的典型吸收谱带(901cm-1的烷基支链)作为参考，标定曲线用于确定分别在如下点介电液体的浓度：
彼此以90°布置和位于绝缘层4的相同圆周60上，且因此距从导体相同距离的四个点(由图3中字母a-d识别)；
间距约1mm，彼此相邻布置，在确定绝缘层4厚度的相同半径上的五个点(由图3中字母e-h识别)。
获得的结果在表2中给出。
电缆介电强度的测量
从以上获得的电缆切割三个片，每个具有20m的有用长度。通过使用在工业频率(50Hz)下交替的电压，在环境温度下将该片进行介电强度的测试。在导体和接地的金属屏蔽物之间施加逐渐增加的电压。详细地，通过从0kV的初始电压开始，电压每10分钟逐渐增加10kV的数量直到发生绝缘层的穿孔。此测试的结果(作为三个电缆片的平均值)在表2中给出。
实施例2
如实施例1中所述生产中等电压的电缆，区别仅在于绝缘层由包括HifaxKS 081和6.5wt％的JarylecEXP3的热塑性材料组成。
对这样生产的电缆进行与实施例1相同的测试。结果在表2中给出。
实施例3
如实施例1中所述生产中等电压的电缆，区别仅在于绝缘层由包括HifaxKS 081和9wt％的JarylecEXP3的热塑性材料组成。
对这样生产的电缆进行介电强度测量，如实施例1所述。结果在表2中给出。
实施例4(对比)
如实施例1中所述生产中等电压的电缆，区别仅在于生产装置不包括静态混合器和绝缘层中添加剂的数量等于4wt％。
对这样生产的电缆进行与实施例1相同的测试。结果在表2中给出。
实施例5(对比)
如实施例1中所述生产中等电压的电缆，区别仅在于生产装置不包括静态混合器及绝缘层和半导体层两者不包括介电液体。
对这样生产的电缆进行介电强度测量，如实施例1所述。结果在表2中给出。
从表2中给出的数据，可以注意到如下情况。
首先，可以推论出的是根据本发明的方法使得可以达到介电液体在如下两种情况下的均匀分布：圆周上相对于电缆导体和径向上在包括该介电液体的热塑性聚合物涂层的厚度中。当没有静态混合器进行生产此电缆的方法(参见实施例4)时，不获得该结果。
其次，表2显示了存在于介电强度和介电液体分布之间的关系：具体地，获得介电液体在电缆涂料层中的均匀分布(参见实施例1和2)增加了电缆的介电强度。
表2
实施例 1  2  3  4(*)  5(*)
介电强度(kV/mm)   45.3   53.6  61  28.9  28.2
介电液体的分布(％)点  abcdefghi 7.57.26.97.27.67.87.57.37.5 6.46.76.76.77.96.76.36.58.0 n.m. 1.24.03.43.91.83.23.74.42.8 ---------
(*)：对比
n.m.：未测

Claims (29)

1.一种生产含有至少一个热塑性涂层的电缆的方法，该方法包括：
·挤出包括至少一种热塑性聚合物和至少一种介电液体的热塑性材料；
·将该热塑性材料通过至少一个静态混合器；
·在导体周围沉积和成形该热塑性材料以获得热塑性涂料在该导体上的层。
2.根据权利要求1的方法，其中将该介电液体以熔融状态加入到该至少一种热塑性聚合物中。
3.根据权利要求1的方法，其中将该介电液体以固体状态加入到该至少一种热塑性聚合物中。
4.根据前述权利要求中任意一项的方法，其中该挤出步骤包括如下子步骤：
·将该至少一种热塑性聚合物加入到至少一个挤出机中；
·通过该至少一个挤出机输送该至少一种热塑性聚合物；
·塑化通过该至少一个挤出机移动的该至少一种热塑性聚合物。
5.根据权利要求4的方法，其中在该至少一个挤出机的一个区域中，加入该介电液体，在所述区域中该至少一种热塑性聚合物为熔融状态。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于在该至少一个挤出机的所述区域的至少两个单独点加入该介电液体。
7.根据权利要求4的方法，其中在将至少一种热塑性聚合物加入到至少一个挤出机中的进料子步骤期间将该介电液体加入到该至少一种热塑性聚合物中。
8.根据权利要求4的方法，其中在将至少一种热塑性聚合物加入到至少一个挤出机中的进料子步骤之前将该介电液体加入到该至少一种热塑性聚合物中。
9.根据权利要求4的方法，其中在该至少一个挤出机的至少一个区域中，加入该介电液体，在所述区域中该至少一种热塑性聚合物为熔融状态。
10.根据权利要求1的方法，其特征在于它也包括该热塑性材料的过滤步骤。
11.根据权利要求10的方法，其中在将该热塑性材料通过至少一个静态混合器的该步骤之前进行该过滤步骤。
12.根据权利要求10的方法，其中在将该热塑性材料通过至少一个静态混合器的该步骤之后进行该过滤步骤。
13.根据权利要求1的方法，其特征在于该至少一个热塑性涂层是电绝缘层。
14.根据权利要求1的方法，其特征在于该至少一个热塑性涂层是半导体层。
15.根据权利要求1的方法，其特征在于该热塑性材料包括至少一种聚烯烃。
16.根据权利要求15的方法，其特征在于该聚烯烃根据ASTM标准D790在环境温度下测量的弹性挠曲模量为30-1400MPa。
17.根据权利要求16的方法，其特征在于该弹性挠曲模量为60-1000MPa。
18.根据权利要求15的方法，其特征在于该聚烯烃在230℃下在21.6N负荷下根据ASTM标准D1238/L测量的熔体流动指数为0.05-10.0dg/min。
19.根据权利要求16的方法，其特征在于该熔体流动指数为0.5-5.0dg/min。
20.根据权利要求15-19中任意一项的方法，其特征在于该聚烯烃选自：
a)密度为0.93-0.96g/cm3的高密度聚乙烯；
b)丙烯与至少一种选自乙烯和不是丙烯的α-烯烃的烯烃共聚单体的丙烯均聚物或共聚物，该均聚物或共聚物的熔点大于或等于140℃和熔融热为30-100J/g。
21.根据权利要求1的方法，其特征在于该介电液体是在25℃下根据IEC标准247测量的介电常数不大于8的芳族油、脂族油或脂族和芳族油。
22.根据权利要求21的方法，其特征在于该介电常数小于3.5。
23.根据权利要求21的方法，其特征在于该介电液体包括：
(i)包含至少两个，非稠合芳族环和在芳基碳原子数和总碳原子数之间的比例大于或等于0.6的烷芳基烃；或
(ii)二苯基醚，它是未取代的或由包含1-30个碳原子的至少一种线性或支化脂族、芳族或混合脂族和芳族烃基取代，或(i)和(ii)的混合物。
24.根据权利要求1的方法，其特征在于将环氧树脂加入到该介电液体中。
25.根据权利要求24的方法，其特征在于该环氧树脂的加入量不大于1wt％，相对于该介电液体的重量。
26.根据权利要求1的方法，其特征在于在该介电液体和该至少一种热塑性聚合物之间的重量比为1∶99-25∶75。
27.根据权利要求26的方法，其特征在于该重量比为2∶98-20∶80。
28.根据权利要求27的方法，其特征在于该重量比为3∶97-15∶85。
29.一种增强包括至少一种热塑性聚合物的热塑性材料的电性能的方法，该方法包括如下步骤：
·向该至少一种热塑性聚合物中加入至少一种介电液体，
·将该至少一种热塑性聚合物通过至少一个静态混合器，已经向该聚合物中加入该至少一种介电液体。
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