CN1249732C - 具有可回用的包覆层的电缆、包含于其中的聚合物组合物及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了具有可回用的包覆层、尤其用于输送或分配中或高压电能的电缆，其中至少一种包覆层是以热塑性聚合物材料与电介质液体的掺混物为基础，该聚合物材料包括丙烯均聚物或丙烯与乙烯或除丙烯外的其它α-烯烃的共聚物。本发明的电缆具有优异的机械和电性能，包括高的介电强度，尤其使它能够在高的操作温度下使用。

Description

具有可回用的包覆层的电缆、包含于其中的聚合物组合物及其应用
技术领域
本发明涉及具有可回用的包覆层的电缆。尤其，本发明涉及输送或分配中或高压电能的电缆，其中存在以热塑性聚合物材料与具有优异机械和电气性能的电介质液体的掺混物为基础的挤出包覆层，尤其，使高操作温度的使用和高功率能量的输送成为可能。
背景技术
对于具有高度环境适应性、由能够在使用寿命的结束之后容易再循环利用的材料(而且在生产或利用过程中对环境无害)组成的产品的要求现在已经在电力和通信电缆的领域中充分被接受。
然而与环境相适应的材料的使用是以限制成本为条件的，尽管对于更常见的用途可提供一种等于或好于常规材料的性能。
对于输送中和高压能量的电缆，包覆导体的各种包覆层通常由聚烯烃型交联聚合物，尤其是交联聚乙烯(XLPE)，或弹性体乙烯/丙烯(EPR)或乙烯/丙烯/二烯烃(EPDM)共聚物(也是交联的)组成。在将聚合物材料挤出到导体上的步骤之后进行的交联可使材料具有令人满意的性能，甚至在连续使用过程中的热条件下和对于电流过载的情况。
然而，众所周知的是，交联的材料不能回用，使得制造废料和在使用寿命结束时电缆的包覆材料仅仅通过焚化来废弃处理。
电力电缆也已知具有由浸渍了大量的电介质液体的纸或纸/聚丙烯层压体的多层包皮组成的绝缘体(一般已知为本体(mass)浸渍电缆或充油电缆)。通过完全填充在多层包皮之间存在的空间，该电介质液体防止引起电绝缘体穿孔的局部放电。作为电介质液体产品，通常使用例如矿物油，聚异丁烯类，烷基苯等等(参见例如US-4,543,207，US-4,621,302，EP-A-0987718，WO98/32137)。
然而，大家熟知的是，与挤出的绝缘电缆相比，本体浸渍电缆具有多个缺点，使得它们的应用现在局限于特定的应用领域，尤其限于高电压和极高电压直流电传输线的构造，对于陆地上和尤其水下安装两者而言。在这方面，本体浸溃电缆的生产是特别复杂和花费大的，对于层压体的高成本以及对于在包封该层压体和然后用电介质液体浸渍它的步骤中遇到的困难两者而言。尤其，所使用的电介质液体必须在冷的条件下具有低粘度以允许快速和均匀的浸渍，而与此同时它必须在电缆的安装和操作过程中有较低的迁移倾向以防止从电缆终端发生的液体损失或伴随的破坏。另外，本体浸渍电缆不能被再循环利用和它们的使用限于低于90℃的操作温度。
在非交联的聚合物材料内，已知可使用高密度聚乙烯(HDPE)来包覆高压电缆。然而HDPE的缺点是比XLPE有更低的耐热性，对于电流过载和在操作过程中的两种情况。
热塑性低密度聚乙烯(LDPE)绝缘包覆层也用于中和高压电缆：再次在这种情况下，这些包覆层受到太低的操作温度(大约70℃)的限制。
WO99/13477描述了由构成连续相的热塑性聚合物组成的绝缘材料，它引入了在固体聚合物结构中形成可活动的互穿相的液体或容易熔化的电介质。热塑性聚合物与电介质的重量比是在95∶5和25∶75之间。该绝缘材料能够通过间歇或连续方式趁热混合两种组分来生产(例如利用挤出机)。所获得的混合物然后造粒和用作绝缘材料，通过挤出到导体上来生产高压电力电缆。该材料能够以热塑性或交联的形式使用。作为热塑性聚合物，可指定：聚烯烃类，聚乙酸酯类，纤维素聚合物，聚酯，聚酮，聚丙烯酸酯类，聚酰胺和聚胺。特别建议使用低结晶度的聚合物。该电介质优选是低或高粘度的合成或矿物油，尤其是聚异丁烯，环烷属烃，多核芳族烃(polyaromatic)，α-烯烃或硅油。
本申请人认为仍然未解决生产具有从热塑性聚合物材料制造的包覆层的电力电缆的技术问题，该聚合物材料所具有的机械和电气性能与具有交联材料的绝缘包覆层的电缆的那些相当。尤其，本申请人已考虑到了生产具有非交联绝缘包覆层的电缆的问题，该包覆层在热和冷条件下具有良好的柔韧性和高机械强度，而与此同时具有高的介电强度，不使用在电缆的使用寿命中(从电缆的生产到它的废弃处理)潜在造成污染的产品。
考虑到该问题，本申请人认为按照在所列举的WO99/13477中建议，将电介质液体添加到聚合物材料中将得到完全不令人满意的结果。在这方面，本申请人坚持，通过向绝热材料中添加电介质液体应该同时确定它的电性能(尤其是它的介电强度)的显著提高，而不改变材料特性(热-机械性能，可操纵性)和不会导致电介质液体的渗出。尤其，所获得的电缆应该随着时间的推移而得到大体上恒定的性能，因此获得高可靠性，甚至在高的操作温度(至少90℃和超过90℃)下。
发明内容
本申请人现在已经发现，通过使用与下面定义的电介质液体混合的、作为可回用的聚合物基础材料的热塑性丙烯均聚物或共聚物，有可能解决该技术问题。所获得的组合物具有良好的柔韧性(甚至在处于低温下时)，优良的热-机械强度和高的电性能，因此使得它特别适合于形成具有至少90℃和超过90℃的高操作温度的中压或高压电缆的至少一个包覆层和尤其是电绝缘层。适合于实施本发明的电介质液体与基础聚合物有高度相容性和在改进电性能的意义上的高效率，因此允许使用少量的添加剂，不致于损害绝热层的热-机械性能。
在电介质液体和基础聚合物之间的高相容性确保了液体在聚合物基质中的均匀分散和改进了聚合物的低温行为。而且，因为适合于形成本发明的电缆的电介质液体不具有极性基团，它吸收极少量的水，因此防止了由于蒸汽(正常在高温挤出的过程中形成)的存在而导致绝缘缺陷的形成。
根据第一方面，本发明因此涉及电缆(1)，它包括至少一种导电体(2)和至少一种挤出包覆层(3，4，5)，后者基于热塑性聚合物材料与电介质液体的掺混物，其中：
-该热塑性材料包括丙烯均聚物或丙烯与具有从乙烯或除丙烯以外的其它α-烯烃中选择的至少一种烯烃共聚单体的共聚物，该均聚物或共聚物具有大于或等于140℃(优选140-170℃)的熔点和30-100J/g的熔化焓；
-该液体包括至少一种烷基芳基烃，它具有至少两个非稠合的芳族环以及芳基碳原子的数目与碳原子总数的比率大于或等于0.6，和优选大于或等于0.7。
根据第一个实施方案，基于该热塑性聚合物材料与该电介质液体的掺混物的挤出包覆层是电绝缘层。
根据另外的实施方案，基于该热塑性聚合物材料与该介电液体的掺混物的挤出包覆层是半导电层。
优选，该丙烯均聚物或共聚物具有从145到170℃的熔点。
优选，该丙烯均聚物或共聚物具有从30到85J/g的熔化焓。
优选，该丙烯均聚物或共聚物在室温下具有根据ASTM D790测量的挠曲模量为30到1400MPa，和更优选从60到1000MPa。
优选，该丙烯均聚物或共聚物具有熔体流动指数(MFI)(根据ASTMD1238/L，在21.6N负荷下于230℃测量)为0.05到10.0dg/min，更优选从0.5到5.0dg/min。
如果使用丙烯与烯烃共聚单体的共聚物，该共聚单体优选以小于或等于15mol％，和更优选小于或等于10mol％的量存在。该烯烃共聚单体尤其是乙烯或具有通式CH2＝CH-R的α-烯烃，其中R是线性或支化C2-C10烷基，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，1-十二碳烯等等，或它们的结合物。丙烯/乙烯共聚物是特别优选的。
优选，该热塑性材料是选自：
a)丙烯均聚物或丙烯与选自乙烯和除丙烯以外的其它α-烯烃中的至少一种烯烃共聚单体的共聚物，具有一般为30到900MPa，和优选为50到400MPa的挠曲模量；和
b)多相共聚物，它包括基于丙烯的热塑性相和基于与α-烯烃(优选与丙烯)共聚合的乙烯的弹性体相，其中该弹性体相以该多相共聚物的总重量的至少45wt％的量存在。
类型a)的均聚物或共聚物显示出单相微观结构，即大体上缺少作为尺寸大于1微米的分子畴所分散的非均相。这些材料事实上没有显示出为多相聚合物材料所典型具备的光学现象，和尤其以更好的透明性和降低的由于局部机械应力引起的发白(通常已知为“应力发白”)为特征。
特别优选的该类型a)是丙烯均聚物或丙烯与选自乙烯和除丙烯以外的其它α-烯烃中的至少一种烯烃共聚单体的共聚物，该均聚物或共聚物具有：
-140到165℃的熔点；
-30-80J/g的熔化焓；
-具有小于或等于4J/g、优选小于或等于2J/g的熔化焓，可溶于沸腾乙醚中的级分，其含量为小于或等于12wt％，优选1-10wt％；
-具有10-40J/g、优选15-30J/g的熔化焓，可溶于沸腾正庚烷中的级分，其含量为15-60wt％，优选20-50wt％；
-具有大于或等于45J/g、优选50-95J/g的熔化焓，不溶于沸腾正庚烷中的级分，其含量为40-85wt％，优选50-80wt％。
这些材料和它们在包覆电缆中的应用的其它细节给出在欧洲专利申请99122840(以本申请人的名义于1999年11月17日申请)中，其被引入本文供参考。
类型b)的多相共聚物是通过顺序共聚合下列单体来获得的热塑性弹性体：i)丙烯，可能含有少量的选自乙烯和除丙烯以外的其它α-烯烃中的至少一种烯烃共聚单体；然后：ii)乙烯与α-烯烃，尤其是丙烯，和可能有少部分的二烯烃的混合物。这一类型的产品也一般由术语“热塑性反应器弹性体”为大家熟知。
特别优选的该类型b)是多相共聚物，其中该弹性体相由乙烯和丙烯的弹性体共聚物组成，它包括15-50wt％的乙烯和50-85wt％的丙烯(基于弹性体相的重量)。这些材料和它们在包覆电缆中的应用的其它细节给出在欧洲专利申请98830800(以本申请人的名义于1998年12月30日申请)中，其被引入本文供参考。
类型a)的产品例如以Huntsman Polymer Corporation的商标RexflexR商购。
类型b)的产品例如以Montell的商标HifaxR商购。
另外地，作为熟塑性基础材料，这里所定义的丙烯均聚物或共聚物能够用于具有低结晶度聚合物的机械混合物中，该低结晶度聚合物一般具有小于或等于30J/g的熔化焓，它主要用于提高材料的柔韧性。低结晶度聚合物的量通常是小于或等于70wt％和优选是20到60wt％，基于热塑性材料的总重量。
优选，该低结晶度聚合物是乙烯与C3-C12α-烯烃，和可能的二烯烃的共聚物。该α-烯烃优选是选自丙烯，1-己烯和1-辛烯。如果存在二烯烃共聚单体，则它通常是C4-C20，和优选是选自：共轭或非共轭的线性二烯烃类，如1，3-丁二烯，1，4-己二烯，1，6-辛二烯或它们的混合物等；单环或多环二烯烃类，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-降冰片烯或它们的混合物等等。
特别优选的乙烯共聚物是：
(i)具有下列单体组成的共聚物：35-90mol％的乙烯；10-65mol％的α-烯烃，优选丙烯；0-10mol％的二烯烃，优选1，4-己二烯或5-亚乙基-2-降冰片烯(EPR和EPDM橡胶是在这一类型之内)；或
(ii)具有下列单体组成的共聚物：75-97mol％，优选90-95mol％的乙烯；3-25mol％，优选5-10mol％的α-烯烃；0-5mol％，优选0-2mol％的二烯烃(例如乙烯/1-辛烯共聚物，如Dow-DuPont Elastomers的产品EngageR)。
本发明的烷基芳基烃优选在25℃具有小于或等于3.5和优选低于3(根据IEC 247测量)的介电常数。
根据进一步优选的方面，本发明的烷基芳基烃具有预定的粘度，从而防止液体在绝缘层内的快速扩散和它因此的向外迁移，与此同时使它容易地加入和混入该聚合物中。通常，本发明的电介质液体在20℃下具有在1-500mm2/s之间，优选在5-100mm2/s之间的运动粘度(根据ISO 3104测量)。
根据进一步优选的方面，本发明的烷基芳基烃具有大于或等于5mm3/min，优选大于或等于50mm3/min的吸氢容量(根据IEC 628-A测量)。
根据优选的方面，环氧树脂能够被加入到适合于形成本发明的电缆的电介质液体中，添加量一般为：小于或等于液体重量的1wt％，这被认为主要用于减少在电场作用下离子迁移速率，和因此减少该绝缘材料的介电损耗。
在优选的实施方案中，本发明的电介质液体包括具有至少三个非稠合芳族环的至少一种烷基芳基烃。
甚至更优选，本发明的电介质液体包括含量不低于电介质液体总重量的10wt％的具有至少三个非稠合芳族环的至少一种烷基芳基烃。
优选，本发明的电介质液体包括具有以下结构式的至少一种烷基芳基烃：
Figure C0181195900151
其中：
R1，R2，R3和R4，可以相同或不同，是氢或甲基；
n1和n2，可以相同或不同，是0，1或2，前提条件是n1+n2之和小于或等于3。
该电介质液体也能够含有少量的至少一种三苯基甲烷，未被取代或被选自甲基、苄基和甲基苄基中的至少一个基团所取代。三苯基甲烷类的例子是：二甲苯基苯基甲烷，二(二甲苯基)苯基甲烷，(二甲苯基)(甲苯基)(苯基)甲烷等，或它们的混合物。
更优选地，本发明的电介质液体包括前述通式(I)的至少一种烷基芳基烃，其中n1+n2之和不是零。
对应于其中n1+n2之和等于零的通式(I)并且可以有利地用于本发明中的烷基芳基烃是例如：苄基甲苯，苄基二甲苯，(甲基苄基)甲苯，(甲基苄基)二甲苯等，或它们的混合物。
对应于其中n1+n2之和不是零的通式(I)并且可以有利地用于本发明中的烷基芳基烃是例如：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，或它们的混合物。
通式(I)的烷基芳基烃通常由苄基氯、甲基苄基氯或它们的混合物与选自苯、甲苯、二甲苯或它们的混合物中的芳族烃，在Friedel-Crafts催化剂(例如FeCl3，SbCl3，TiCl4或AlCl3)存在下进行反应来制备。有关通式(I)的烷基芳基烃的制备的其它细节例如给出在US-5,192,463，US-5,446,228，US-5,545,355和US-5,601,755中。
适合于实施本发明的电介质液体具有良好耐热性，相当大的气体吸收容量(尤其对于氢气)，和对局部放电的高抵抗力，使得甚至在高温下和高的电梯度下介电损耗不高。本发明的电介质液体与基础聚合物的重量比通常是在1∶99和25∶75之间，优选在2∶98和20∶80之间，和更优选在3∶97和15∶85之间。
根据优选的方面，本发明的电缆具有从热塑性聚合物材料与上述电介质液体的掺混物形成的具备电绝缘性能的至少一个挤出包覆层。
根据另一优选的实施方案，本发明的电缆具有从热塑性聚合物材料与上述电介质液体的掺混物形成的具备半导电性能的至少一个挤出包覆层。为了形成半导电层，导电性填料通常被加到该聚合物材料中，即导电性填料被分散在具有半导电性能的层中。为了确保导电性填料在基础聚合物材料中的良好分散性，后者优选是选自包括至少40wt％的无定形相(基于总聚合物重量)的丙烯均聚物或共聚物。
在优选的实施方案中，本发明的电缆具有从热塑性聚合物材料与上述电介质液体的掺混物形成的至少一种电绝缘层和至少一种半导电层。这防止了随着时间推移该半导电层吸收在绝热层中存在的电介质液体的一部分，使得减少了刚好在绝热层和半导电层(尤其电场较高的内部半导电层)之间的界面上的电介质液体量。
根据又一方面，本发明涉及包括热塑性聚合物材料与电介质液体的掺混物的聚合物组合物，其中：
-该热塑性材料包括丙烯均聚物或丙烯与具有从乙烯或除丙烯以外的其它α-烯烃中选择的至少一种烯烃共聚单体的共聚物，该均聚物或共聚物具有大于或等于140℃的熔点和30-100J/g的熔化焓；
-该液体包括至少一种烷基芳基烃，它具有至少两个非稠合的芳族环以及芳基碳原子的数目与碳原子总数的比率大于或等于0.6，和优选大于或等于0.7。
根据再一方面，本发明涉及如上所述的聚合物组合物作为制备具有电绝缘性能的包覆层(4)，或制备具有半导电性能的包覆层(3，5)用的基础聚合物材料的用途。
在形成本发明的电缆的包覆层时，其它常规组分能够加入到前面定义的聚合物组合物中，如抗氧化剂、加工助剂、水树阻滞剂等等。
适合于这一目的的常规抗氧化剂例如是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]等等，或它们的混合物。
能够加入到聚合物基料中的加工助剂包括，例如，硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸、石蜡等等，或它们的混合物。
特别对于中压和高压电缆，如以上所定义的聚合物材料能够有利地用于形成绝缘层。如上所述，这些聚合物材料在环境温度下和在热条件下都显示了的确良好的机械特性，和还显示出了改进的电性能。尤其它们允许使用高操作温度，与具有由交联聚合物基础材料组成的包覆层的电缆的所允许使用的高操作温度相当或甚至超过它。
如果形成半导电层，导电性填料、尤其炭黑通常以一定用量被分散在聚合物材料中，该用量使得可提供具有半导电特性的材料(即使得获得在环境温度下低于5Ohm.m的电阻)。这一用量通常是在混合物总重量的5-80wt％之间，和优选在10-50wt％之间。
对于绝缘层和半导电层两者使用相同类型的聚合物组合物的可能性对于生产中压或高压的电缆是特别有利的，在于它确保了在相邻层之间优异的粘合性和因此更好的电行为，尤其在绝热层和内部半导电层之间的界面上，在此电场和局部放电的风险是较高的。
本发明的组合物是通过现有技术中已知的方法将基础聚合物材料、电介质液体和可能存在的任何其它添加剂混合在一起来制备。该混合能够例如通过具有正切转子(Banbury)或具有互穿转子的那些类型的密闭式混合机，或优选在Ko-Kneader(Buss)类型，或顺转或反转双螺杆型的连续混合机中进行。
另外地，本发明的电介质液体能够在挤出步骤中被直接注入挤出机料筒中而被加入到聚合物材料中。
根据本发明，以上所定义的聚合物组合物在包覆中压或高压电缆中的使用导致获得了具有优异机械和电性能的可回用的、柔韧性的包覆层。
与对于同样聚合物材料与现有技术中已知的其它电介质液体的类似混合物的情况相比，在本发明的电介质液体和热塑性基础聚合物之间还发现了更大的相容性。这一更大的相容性尤其导致了电介质液体的较少渗出和因此减少了早已讨论的迁移现象。因为它们的高操作温度和它们的低介电损耗，本发明的电缆能够对于相同的电压输送至少等于或甚至大于由具有XLPE包覆层的传统电缆可输送的电力的一种电力。
对于本发明，术语“中压”通常指在1和35千伏之间的电压，而“高压”指高于35千伏的电压。
虽然这一描述主要集中在用于输送或分配中压或高压电能的电缆的生产，但是本发明的聚合物组合物能够用于包覆通常的电气设备和尤其不同类型的电缆，例如低压电缆、通信电缆或合并的电能/通信电缆，或用于构建输电线的附件，如线端或连接器，
附图说明
其它特性将从下面给出的详细说明，再参考附图而变得更加清楚，其中：
-图1是根据本发明的尤其适合于中压或高压的电力电缆的透视图。
在图1中，该电缆1包括导体2，具有半导电性能的内层3，具有绝缘性能的中间层4，具有半导电性能的外层5，金属屏蔽层6，和外护套7。
该导体2通常由金属线，优选铜或铝的金属线组成，这些金属线利用常规方法拧成多股绞线。选自绝缘层4和半导电层3和5中的至少一个包覆层包括前面所定义的本发明的组合物。在外部半导电层5周围通常有屏蔽层6，通常由螺旋形卷绕的导电线或线条组成。这一屏蔽层然后被热塑性材料，例如非交联聚乙烯(PE)或优选如以上所定义的丙烯均聚物或共聚物的护套层7包覆。
该电缆还可以具有外部保护结构(在图1中没有示出)，其主要目的是以机械方式保护该电缆不受冲击或压缩的影响。这一保护结构能够是例如金属加强层或发泡聚合物层，如在W098/52197中所述。
图1显示了根据本发明的电缆的仅仅一种可能的实施方式。现有技术中已知的合适的改进形式明显地适用于这一实施方式，但不脱离本发明的范围。
本发明的电缆能够根据现有技术中已知的沉积热塑性材料层的方法(例如通过挤出)来构造。该挤出有利地在单轮次(single pass)中进行，例如通过其中各挤出机串联排列的串联法，或通过具有多个挤出头的共挤塑法。
下列实施例用于说明本发明，但没有限定它。
实施例
表1示出了在下列实施例中使用的电介质液体的特性。
                              表1
  电介质液体   介电常数(*)   总碳原子   比率C(芳基)/C(总共)
  JarylecRExp4   2.8   MXX＝16DXX＝24   0.75
  JarylecRExp3   2.7   21   0.86
  BaysiloneR   2.6   -   -
(*)根据IEC 247，在25℃下
根据本发明的电介质液体是：
JarylecRExp4(Elf Atochem的商品)：
含有85wt％的单二甲苯基二甲苯(MXX)
Figure C0181195900191
和15wt％的二(二甲苯基)二甲苯(DXX)的混合物
JarylecRExp3(Elf Atochem的商品)：
二苄基甲苯(DBT)
Figure C0181195900202
比较的电介质液体是：
BaysiloneRPD5(General Electric-Bayer的商品)：
聚苯基甲基硅氧烷(PPMS)，一种多芳族核的介电油，如在IEEETransactions on Electrical Insulation 26卷，No.4，1991中所述，在25℃下具有4mm2/sec的粘度；
FlexonR641(Esso的商品)：
环烷烃型芳族油，在40℃下具有22mm2/sec的粘度，由40wt％芳族烃、57wt％饱和烃和3wt％极性化合物组成。
使用下列聚合物材料：
-具有熔点160℃，熔化焓56.7J/g，MFI 1.8dg/min和挠曲模量290MPa的柔韧性丙烯均聚物(RexflexRWL105-Huntsman Polymer Corp.的商品)(实施例1-6)。
-乙烯/丙烯弹性体相含量为约65wt％(在弹性体相中的丙烯为72wt％)，熔化焓32J/g，熔点163℃，MFI 0.8dg/min和挠曲模量为大约70MPa的丙烯多相共聚物(HifaxRKSO81-Montell的商品)。
组合物制备
粒形的聚合物在叶轮式混合机中预热到80℃。该电介质液体，按照在表2中给出的配方所规定的量，经过15分钟被加入到在80℃下搅拌的叶轮式混合机中的预热聚合物里。在添加之后搅拌继续在80℃下进行另外1小时，直至液体完全吸收在聚合物粒料中为止。
在第一阶段之后，所获得的材料在185℃的温度下在实验室双螺杆布拉本德塑性记录仪PL2000中进行捏和以完成均化。该材料以粒料形式离开双螺杆混合机。
介电强度(DS)的测量
所获得的聚合物组合物的介电强度是针对绝缘材料的测试件进行评价的，该测试件具有由EFI(Norwegian Electric Power ResearchInstitute)在出版物“The EFI Test Method for Accelerated Growthof Water Trees”(IEEE International Symposium on Electricalinsulation，多伦多，加拿大，1990年6月3-6日)中建议的几何结构。在这一方法中，该电缆用绝缘材料的眼镜片形测试件进行模拟，在其基材的两侧上涂有半导电材料涂层。
该眼镜片形测试件是利用在大约190℃下对粒料压塑所获得的厚度10mm的片，在160-170℃下模塑加工绝缘材料的圆盘来形成的。
具有大约0.40-0.45mm厚度的基材的内表面和外表面涂有半导电涂层。该DS测量如下进行：对于浸泡在20℃的硅油中的这些样品施加50Hz的交流电，从25kV的电压开始，然后在多个步骤中每30分钟升高5kV，直至测试件发生穿孔为止。每个测量是针对10个测试件重复进行。表2中给出的值是各实测值的算术平均。
                               表2
  实施例   聚合物   电介质液体   wt％电介质液体   DS(平均)
  1*   RexflexRWL105   --   --   92
  2*   RexflexRWL105   BaysiloneRPD5   5   90
  3*   RexflexRWL105   FlexonR641   5   94
  4   RexflexRWL105   JarylecRExp4   6   128
  5   RexflexRWL105   JarylecREXP4   15   150
  6   RexflexRWL105   JarylecRExp3   4   143
  7*   HifaxRKSO81   --   --   90
  8   HifaxRKSO81   JarylecRExp4   15   140
*对比
在表2中给出的介电强度值强调了由于本发明的电介质液体所带来的介电性能的改进，与基础聚合物本身或当该聚合物与对比电介质液体混合时的情况相比。
迁移试验
使用在实施例5和6中制备的聚合物/电介质液体组合物，在190℃下模塑加工成5mm片，测量在20℃和在空气中电介质液体随时间推移的损失(按照初始量的重量百分数表达)，以确认电介质液体在聚合物中的扩散性和因此它们在这些组合物中随时间推移的稳定性。
              表3
  天数   组合物实施例6   组合物实施例3
  01456812182839   100.00100.0099.9799.9799.9799.7599.4599.3499.2499.14   100.0099.8499.3299.1499.1498.697.9196.6994.9293.54
表3的数据显示了电介质液体与所述基础聚合物材料的高度相容性和因此这些液体迁移到聚合物材料之外的趋势较低。

Claims (62)

1.一种电缆(1)，它包括至少一种导电体(2)和至少一种挤出包覆层(3，4，5)，后者基于热塑性聚合物材料与电介质液体的掺混物，其中：
-该热塑性材料包括丙烯均聚物或丙烯与具有从乙烯或除丙烯以外的其它α-烯烃中选择的至少一种烯烃共聚单体的共聚物，该均聚物或共聚物具有140-170℃的熔点和30-100J/g的熔化焓；
-该液体包括至少一种烷基芳基烃，它具有至少两个非稠合的芳族环以及芳基碳原子的数目与碳原子总数的比率大于或等于0.6。
2.根据权利要求1的电缆，其中芳基碳原子的数目与总碳原子数的比率大于或等于0.7。
3.根据权利要求1或2的电缆，其中丙烯均聚物或共聚物具有145到170℃的熔点。
4.根据权利要求1或2的电缆，其中丙烯均聚物或共聚物具有30-85J/g的熔化焓。
5.根据权利要求1或2的电缆，其中丙烯均聚物或共聚物具有在室温下测量的挠曲模量为30-1400MPa。
6.根据权利要求5的电缆，其中丙烯均聚物或共聚物具有在室温下测量的挠曲模量为60-1000MPa。
7.根据权利要求1或2的电缆，其中丙烯均聚物或共聚物具有在230℃下测量的熔体流动指数为0.05-10.0dg/min。
8.根据权利要求7的电缆，其中丙烯均聚物或共聚物具有在230℃下测量的熔体流动指数为0.5-5.0dg/min。
9.根据权利要求1或2的电缆，其中烯烃共聚单体以小于或等于15mol％的量存在。
10.根据权利要求9的电缆，其中烯烃共聚单体以小于或等于10mol％的量存在。
11.根据权利要求1或2的电缆，其中烯烃共聚单体是乙烯或结构式CH2＝CH-R的α-烯烃，其中R是线性或支化C2-C10烷基。
12.根据权利要求11的电缆，其中α-烯烃选自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，或它们的结合物。
13.根据权利要求1或2的电缆，其中热塑性材料是选自：
a)丙烯均聚物或丙烯与选自乙烯和除丙烯以外的其它α-烯烃中的至少一种烯烃共聚单体的共聚物，它具有30-900MPa的挠曲模量；和
b)多相共聚物，它包括基于丙烯的热塑性相和基于与α-烯烃共聚合的乙烯的弹性体相，其中该弹性体相以该多相共聚物的总重量的至少45wt％的量存在。
14.根据权利要求13的电缆，其中在a)下的丙烯均聚物或共聚物具有50-400MPa的挠曲模量。
15.根据权利要求13的电缆，其中在a)下的丙烯均聚物或共聚物具有：
-140到165℃的熔点；
-30-80J/g的熔化焓；
-具有小于或等于4J/g的熔化焓、可溶于沸腾乙醚中的级分，其含量为小于或等于12wt％；
-具有10-40J/g的熔化焓、可溶于沸腾正庚烷中的级分，其含量为15-60wt％；和
-具有大于或等于45J/g的熔化焓、不溶于沸腾正庚烷中的级分，其含量为40-85wt％。
16.根据权利要求15的电缆，其中在a)下的丙烯均聚物或共聚物具有：
-具有小于或等于2J/g的熔化焓、可溶于沸腾乙醚中的级分，其含量为1-10wt％；
-具有15-30J/g的熔化焓、可溶于沸腾正庚烷中的级分，其含量为20-50wt％；和
-具有50-95J/g的熔化焓、不溶于沸腾正庚烷中的级分，其含量为50-80wt％。
17.根据权利要求13的电缆，其中在b)下的多相共聚物的弹性体相中所包含的α-烯烃是丙烯。
18.根据权利要求17的电缆，其中弹性体相由乙烯和丙烯的弹性体共聚物组成，它包括15-50wt％的乙烯和50-85wt％的丙烯，基于弹性体相的重量。
19.根据权利要求1的电缆，其中热塑性材料是丙烯均聚物或共聚物与具有小于或等于30J/g的熔化焓和基于热塑性材料的总重量小于或等于70wt％含量的低结晶度聚合物两者的机械混合物。
20.根据权利要求19的电缆，其中低结晶度聚合物的量是热塑性材料总重量的20-60wt％。
21.根据权利要求19的电缆，其中低结晶度聚合物是乙烯与C3-C12α-烯烃的共聚物。
22.根据权利要求19的电缆，其中低结晶度聚合物是乙烯与C3-C12α-烯烃和二烯烃的共聚物。
23.根据权利要求21或22的电缆，其中乙烯共聚物是选自：
i)具有下列单体组成的共聚物：35-90mol％的乙烯；10-65mol％的α-烯烃；0-10mol％的二烯烃；和
ii)具有下列单体组成的共聚物：75-97mol％的乙烯；3-25mol％的α-烯烃；0-5mol％的二烯烃。
24.根据权利要求23的电缆，其中乙烯共聚物是选自具有下列单体组成的共聚物：90-95mol％的乙烯；5-10mol％的α-烯烃；0-2mol％的二烯烃。
25.根据权利要求23的电缆，其中α-烯烃选自丙烯，1-己烯和1-辛烯。
26.根据权利要求23的电缆，其中二烯烃具有4-20个碳原子。
27.根据权利要求26的电缆，其中二烯烃选自共轭线性二烯烃，非共轭线性二烯烃，单环二烯烃和多环二烯烃。
28.根据权利要求27的电缆，其中二烯烃选自1，3-丁二烯，1，4-己二烯，1，6-辛二烯，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，或它们的混合物。
29.根据权利要求2的电缆，其中热塑性材料是丙烯均聚物或共聚物与具有小于或等于30J/g的熔化焓和基于热塑性材料的总重量小于或等于70wt％含量的低结晶度聚合物两者的机械混合物。
30.根据权利要求29的电缆，其中低结晶度聚合物的量是热塑性材料总重量的20-60wt％。
31.根据权利要求29的电缆，其中低结晶度聚合物是乙烯与C3-C12α-烯烃的共聚物。
32.根据权利要求29的电缆，其中低结晶度聚合物是乙烯与C3-C12α-烯烃和二烯烃的共聚物。
33.根据权利要求31或32的电缆，其中乙烯共聚物是选自：
i)具有下列单体组成的共聚物：35-90mol％的乙烯；10-65mol％的α-烯烃；0-10mol％的二烯烃；和
ii)具有下列单体组成的共聚物：75-97mol％的乙烯；3-25mol％的α-烯烃；0-5mol％的二烯烃。
34.根据权利要求33的电缆，其中乙烯共聚物是选自具有下列单体组成的共聚物：90-95mol％的乙烯；5-10mol％的α-烯烃；0-2mol％的二烯烃。
35.根据权利要求33的电缆，其中α-烯烃选自丙烯，1-己烯和1-辛烯。
36.根据权利要求33的电缆，其中二烯烃具有4-20个碳原子。
37.根据权利要求36的电缆，其中二烯烃选自共轭线性二烯烃，非共轭线性二烯烃，单环二烯烃和多环二烯烃。
38.根据权利要求37的电缆，其中二烯烃选自1，3-丁二烯，1，4-己二烯，1，6-辛二烯，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，或它们的混合物。
39.根据权利要求1或2的电缆，其中烷基芳基烃在25℃下具有小于或等于3.5的介电常数。
40.根据权利要求39的电缆，其中烷芳基烃在25℃下具有小于或等于3的介电常数。
41.根据权利要求1或2的电缆，其中电介质液体在20℃下具有在1-500mm2/s之间的运动粘度。
42.根据权利要求41的电缆，其中电介质液体在20℃下具有在5-100mm2/s之间的运动粘度。
43.根据权利要求1或2的电缆，其中烷基芳基烃具有大于或等于5mm3/min的吸氢容量。
44.根据权利要求43的电缆，其中烷基芳基烃具有大于或等于50mm3/min的吸氢容量。
45.根据权利要求1或2的电缆，其中环氧树脂以基于液体的重量小于或等于1wt％的量被加入到电介质液体中。
46.根据权利要求1或2的电缆，其中电介质液体包括具有至少三个非稠合芳族环的至少一种烷基芳基烃。
47.根据权利要求46的电缆，其中具有至少三个非稠合芳族环的至少一种烷基芳基烃以大于或等于10wt％的量存在，基于电介质液体的总重量。
48.根据权利要求1或2的电缆，其中烷基芳基烃具有结构式：
Figure C018119590006C1
其中：
R1，R2，R3和R4，可以相同或不同，是氢或甲基；
n1和n2，可以相同或不同，是0，1或2，前提条件是n1+n2之和小于或等于3。
49.根据权利要求48的电缆，其中烷基芳基烃选自苄基甲苯，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，或它们的混合物。
50.根据权利要求1或2的电缆，其中电介质液体包括至少一种三苯基甲烷，未被取代或被选自甲基、苄基和甲基苄基中的至少一个基团所取代。
51.根据权利要求50的电缆，其中三苯基甲烷选自二(甲苯基)(苯基)甲烷，二(二甲苯基)(苯基)甲烷，(二甲苯基)(甲苯基)(苯基)甲烷，或它们的混合物。
52.根据权利要求1或2的电缆，其中电介质液体与热塑性材料的重量比是1∶99到25∶75。
53.根据权利要求52的电缆，其中电介质液体与热塑性材料的重量比是2∶98到20∶80。
54.根据权利要求53的电缆，其中电介质液体与热塑性材料的重量比是3∶97到15∶85。
55.根据权利要求1或2的电缆，其中挤出包覆层是具有电绝缘性能的层(4)。
56.根据权利要求1或2的电缆，其中挤出包覆层是具有半导电性能的层(3，5)。
57.根据权利要求56的电缆，其中导电性填料被分散在具有半导电性能的层中。
58.根据权利要求1或2的电缆，其中热塑性材料选自丙烯均聚物或包括至少40wt％的无定形相的共聚物，基于总聚合物重量。
59.根据权利要求1或2的电缆，其中存在着具有电绝缘性能的至少一层和具有半导电性能的至少一层。
60.聚合物组合物，它包括热塑性聚合物材料与电介质液体的掺混物，其中：
-该热塑性材料包括丙烯均聚物或丙烯与具有从乙烯或除丙烯以外的其它α-烯烃中选择的至少一种烯烃共聚单体的共聚物，该均聚物或共聚物具有140-170℃的熔点和30-100J/g的熔化焓；
-该液体包括至少一种烷基芳基烃，它具有至少两个非稠合的芳族环及芳基碳原子的数目与碳原子总数的比率大于或等于0.6。
61.权利要求60的聚合物组合物作为基础聚合物材料用于制备具有电绝缘性能的包覆层(4)的用途。
62.权利要求60的聚合物组合物作为基础聚合物材料用于制备具有半导电性能的包覆层(3，5)的用途。
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