CN1300804C - 耐水渗透的电缆 - Google Patents

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Abstract

一种电缆(20)，特别是在中电压或高电压下用于输电和配电的电缆，包括金属网(5)和在该金属网(5)的径向外部位置提供能够形成对于水渗透屏蔽的可水溶胀层(21)。该可水溶胀层(21)由其中嵌入可水溶胀材料，优选以粉末形式的膨胀聚合物材料制成。

Description

耐水渗透的电缆
技术领域
本发明涉及电缆，特别是在中电压或高电压下用于输电和配电的电缆，含有在金属网径向外部位置适于形成对于水渗透屏蔽的可水溶胀层。
背景技术
在本发明中，术语“中电压”表示约1kV-约30kV的电压，同时“高电压”表示大于30kV的电压。
在中电压或高电压下用于输电和配电的电缆一般含有金属导体，导体分别涂敷有第一内部半导体层，绝缘层和外部半导体层。在本描述的过程中，元件的这种预定顺序由术语“芯”表示。
在上述芯的径向外部位置，该电缆含有金属网，通常为铝、铅或铜，它的内部包含上述芯，该金属网一般由连续管组成，或由根据管状形式成形和焊接或密封以保证密封性的金属带组成。
因此，该网具有双重作用：一方面它通过在径向方向插入对于水渗透的屏蔽而提供抗电缆外部的密封性，和另一方面它通过在电缆内部，由于在金属网和该芯外部半导体层之间的直接接触，产生径向类型的均匀电场，和同时抵消该电缆的外部电场而起到电本质的功能。仍然另一个功能是抵抗短路电流的功能。
在单极类型的配置中，该电缆最终在上述金属网的径向外部位置含有外部聚合物护套。
此外，用于输电和配电的电缆一般含有一个或多个层，特定地放置这些层以达到屏蔽效果，能够阻断向电缆内部(芯)的任何水渗透。
水向电缆内部的进入是特别不希望的方面，这是由于在不存在设计成堵塞水的合适方案情况下，一旦后者渗透，它能够在该电缆内部自由流动。在后者的整体性方面这是特别有害的，这是由于可在它的内部出现腐蚀问题，以及随着绝缘层(特别是当后者由交联聚乙烯组成时)电特性退化电缆自身加速老化的问题，该现象更好地称为术语“成水树(water treeing)”和表现为以支化结构(“树”)微观沟槽的形成，微观沟槽的形成是由于如下两种因素的结合作用：由电流在导体中的通过产生的电场，和渗透到该绝缘层内部的水分。
因此，这样表示在水渗透到电缆内部的情况下，后者必须更换。此外，一旦水达到连接点，终端或连接到电缆一端的任何其它设备，水不仅使后者停止起作用，而且损害该设备，在大多数情况下引起在经济方面不能取消和显著的损害。
水渗透到电缆内部可通过多种原因发生，特别是当该电缆形成地下装置的一部分时。这样的渗透可通过如下方式发生：例如，水通过电缆外部聚合物护套的简单扩散或由于磨损，意外冲击或啮齿动物的作用，可导致电缆外部护套出现切口或甚至破裂，且因此导致用于水进入电缆内部的优选途径产生的因素。
已知许多方案用于解决这些问题。其中，我们可以提及，例如形式为粉末或凝胶的疏水性和可水溶胀化合物的使用，根据被考虑电缆的类型将在各种位置将它放入电缆内部。
例如，该化合物可放入金属网径向内部的位置，更精确地放入在电缆芯和它的金属网之间的位置或放入该金属网径向外部的位置，一般情况下放入直接在外部聚合物护套以下的位置，或同时放入前述两个位置。
可水溶胀化合物，由于与水接触，具有体积膨胀的能力和因此通过插入对于它自由流动的物理屏蔽而防止水的纵向扩展。此方案因此使得可以将对电缆部分的损害限制到有限的长度，这样，一旦确定，可以更换损害部分保护连接到它的任何设备。
根据已知方案，对于促进该可水溶胀材料施加的目的，电缆设置有带子，上述材料与其结合。更具体地，该带子螺旋或纵向卷绕在电缆自身的合适元件上，彼此情况不同和如所述的那样依赖于考虑的电缆类型和依赖于要产生的屏蔽的定位、金属网的径向内部或外部。
例如，此带子可由一对纤维素材料的织物组成，以一定的方式彼此叠加，使得在该对织物之间的空间可以容易地放置如上所述的可水溶胀粉末。根据不同的实施方案，对于降低它的厚度的目的，该带子由这样的材料组成，该材料是足够可压缩的和多孔的以允许可水溶胀或高吸水性材料的捕捉(参见，例如专利US-4,867,526)。根据已知现有技术的另一个实施方案，该带子由高吸水性纤维材料组成，该高吸水性纤维材料沿电缆线性排列或螺旋卷绕在电缆上或卷绕在电缆的预定部分上。
为了在金属网径向内部的位置提供对于水渗透的屏蔽，另一种已知技术是提供含有多个纵向沟槽的电缆芯的外部半导体层，优选具有V轮廓，其中放置可水溶胀粉末。
文献WO99/33070描述了与电缆芯直接接触排列的膨胀聚合物材料层的使用，位置直接在电缆金属网以下，和具有预定的半导体性能目的在于保证在导电元件和金属网之间的必须电连续性。
在WO99/33070中面对的技术问题是电缆的覆盖层连续承受机械膨胀和收缩，这是由于在它的正常使用期间电缆经受的无数热循环。该热循环由携带的电流强度的每日变化引起，它与电缆自身内部相应的温度变化相关联，导致电缆内部径向应力的产生，这样影响电缆的每一层和，因此，也影响它的金属网。因此，这意味着后者可承受相关的机械变形，在网和外部半导体层之间形成空的空间和在电场中可能产生非均匀性，或随时间的过去，甚至引起网自身的破裂。
通过如下方式解决此问题：在金属网以下插入膨胀聚合物材料层，该聚合物材料能够沿电缆弹性地和均匀地吸收膨胀/收缩的上述径向力，以防止对金属网的可能损害。
此外，文献WO99/33070公开了在该膨胀聚合物材料内部，位于金属网以下，嵌入可水溶胀粉末材料，它能够阻断可渗透到电缆内部甚至到该金属网以下的水分和/或少量水。
文献WO98/52197描述了用于输电的电缆结构，包括，优选直接在外部聚合物覆盖护套以下的位置，具有合适厚度的膨胀聚合物材料覆盖物，能够赋予电缆高的冲击强度。因此，此强度使得可以消除传统的金属保护铠装层。文献WO98/52197没有提及水渗透到这样电缆内部的问题。
现在，申请人给自己设定的目标是在电缆径向最外层中，即在金属网径向外部的位置，更精确地直接在该电缆外部聚合物护套以下的位置，找到用于水渗透到电缆内部问题的补救措施。
事实上，在申请人的理解中，基本重要的是向电缆提供作用于水渗透的屏蔽物，特别是在径向最外层的附近，即尽可能靠近外部聚合物护套，后者是与环境直接接触的元件和因此最曝露于任何冲击和/或磨损，它们可导致裂纹的形成或真实的破裂，随后形成用于水进入的优选途径。
现有技术的实际解决方案，和在本说明书中以上描述的那些，在申请人的观点来看，显示了由本发明解决的多个缺点，如下解释会变得更清楚。
例如，第一缺点是可水溶胀材料的使用，不管形式是粉末或凝胶，将该可水溶胀材料放入已经变空的电缆内部区域或放入半导体层的上述纵向沟槽中，导致许多问题，特别是在电缆自身的制造阶段。
该自由粉末自身，即未结合到任何载体上，在电缆的制造期间难以施加到电缆上，使得生产工艺特别费力。
此外，自由粉末的使用既不能保证电缆内部空余空间的完全填充，也不能在电缆的整个长度上产生均匀的可水溶胀层，和因此并不能保证对于水渗透的有效屏蔽物的形成。
已知技术的另一个缺点在于，位于电缆内部的该游离粉末，在电缆安装期间，可容易地分散到环境中，以及当必须在两个电缆之间制备接头或在电缆与终端或任何无论什么设备之间进行连接时，产生干扰传统焊接或粘合工艺的问题。
另一方面，例如形式为粉末的可水溶胀材料的使用，与形式为带子的负载材料，如上述现有技术的一个带子结合，尽管解决了与自由粉末相关的一些问题，但导致了各种另外的问题，特别是在该电缆的制造阶段。
事实上，电缆用带包装(taping)阶段，即可水溶胀带子的施加(意味着通过可水溶胀带，一种与可水溶胀材料结合的带子)，表示电缆制造工艺的另外阶段，此外要求使用致力于此特定操作的设备：
更具体地，为了通过已知用带包装技术，在金属网径向外部的位置，产生对于水渗透的屏蔽物，如单芯电缆的生产工艺必须包括：
·致力于电缆芯挤出的第一生产线，一旦获得电缆芯，将它卷绕在第一收集卷轴上；
·第二生产线，不同于第一生产线且提供了从上述第一卷轴上展开的芯，对于金属网的布置和用于可水溶胀带的施加；和然后将这样获得的中间体卷绕在第二收集卷轴上；
·第三生产线，含有该中间体和用于覆盖可水溶胀带的外部聚合物护套的挤出和完成电缆生产工艺。
所述第二生产线，如需要，可以仅致力于金属网的布置，在此情况下，在外部聚合物护套的挤出步骤之前，用带包装步骤在第三生产线上进行。然而，此运转方法证明是有缺点的，这是由于在相同的生产线上会有如下两者：典型地间歇工艺，即如传统进行的用带包装步骤，和典型地连续工艺，即挤出操作。
因此，申请人已经认识到如下情况的重要性：在金属网的径向外部位置，提供能够形成对于水渗透的屏蔽物的可水溶胀层，采用连续类型的运转方法使得可以消除现有技术的用带包装步骤。该步骤不可避免地在电缆生产工艺中引入不连续性，它影响以下两者：在降低生产率方面，和在装置工程化水平下增加成本方面。
发明内容
申请人已经发现，为了在电缆金属网的径向外部位置提供具有对水渗透屏蔽性能的连续可水溶胀层，现有技术的可水溶胀带可有效地和有利地被如下物质的层代替：其中嵌入例如为粉末形式的可水溶胀材料的膨胀聚合物材料。根据本发明的该层是连续层，它沿电缆的长度上均匀分布，没有该层部分的任何重叠，甚至部分重叠。
具有可水溶胀性能的该膨胀材料层可以在连续操作中直接挤出在电缆上，也可能同时与外部聚合物护套的一起沉积(使用共挤出工艺)。
此外，根据本发明的可水溶胀层不仅起吸收存在于电缆内部的任何水分的功能，也能够阻断甚至以显著数量偶然渗透到外部聚合物护套以下的水的纵向移动。
因此，根据第一方面，本发明涉及一种电缆，包括至少一个导体，绝缘覆盖物，位于该绝缘覆盖物外部的金属网和设置于该金属网径向外部的至少一个可水溶胀层，其特征在于该至少一个可水溶胀层由膨胀材料组成，其中嵌入可水溶胀材料以形成对于水渗透的屏蔽。
根据本发明，该可水溶胀层是沿该电缆纵向方向均匀分布的连续层。
该可水溶胀层的膨胀程度一般为5％-500％，优选10％-200％，和更优选10％-50％。
此外，该可水溶胀层的厚度为0.3mm-6mm，优选1mm-4mm，和该可水溶胀材料的数量为1phr-120phr，优选5phr-80phr。
根据第二方面，本发明涉及一种阻断已经偶然渗透到电缆内部的水纵向流动的方法，在后者的部分是由该电缆具有的至少一个金属网的径向外部，其特征在于在该至少一个金属网的径向外部位置提供可水溶胀层，该可水溶胀层由其中嵌入可水溶胀材料的膨胀材料制成。
按照本发明两个优选实施方案的如下描述，另外的特征和优点会更清楚。
以下给出的描述，参考附图，仅用于解释的目的而非任何的限制，其中：
·图1显示根据现有技术，含有金属铠装层的三芯类型的用于输电的电缆；
·图2显示根据本发明三芯类型电缆的第一个实施方案，和
·图3显示根据本发明单芯类型电缆的第二个实施方案。
在本描述的如下部分，术语“膨胀聚合物材料”指的是在材料内部含有预定百分比“自由”空间的聚合物材料，即空间不由聚合物材料，而是由气体或空气占据。
一般情况下，膨胀聚合物中自由空间的该百分比表达为所谓的“膨胀程度”(G)，定义如下：
G＝(d0/de-1)*100
其中d0表示未膨胀聚合物的密度和de表示在膨胀聚合物中测量的表观密度。
如已经强调的那样，申请人已经发现通过在膨胀聚合物材料内部，嵌入形式优选为粉末的可水溶胀材料，在电缆金属网径向外部的位置，可以产生可水溶胀层，它能够形成对于水渗透的屏蔽，可水溶胀材料在与水接触时能够膨胀和，因此能够防止已经渗透到该电缆中的任何水的纵向扩展。
该可水溶胀材料一般由沿聚合物链含有亲水性基团的聚合物组成，例如：已经交联和至少部分成盐化的聚丙烯酸(例如来自C.F.Stockhausen GmbH的产品Cabloc，或来自Sanyo的Waterlock)、与丙烯酰胺/丙烯酸钠共聚物混合的淀粉或其衍生物(例如来自Henkel AG的产品SGP Absorbent Polymer)、羧甲基纤维素钠(例如来自Hercules Inc.的产品Blanose)。
用于可水溶胀层的膨胀聚合物材料一般由可膨胀聚合物组成。如需要该聚合物，在膨胀之后，可以进行交联，如在本发明如下部分更详细描述的那样。
该可膨胀聚合物可选自：聚烯烃、各种烯烃的共聚物、烯烃/不饱和酯共聚物、聚酯、聚碳酸酯、聚砜、酚醛树脂、脲醛树脂，和它们的混合物。合适的聚合物的例子是：聚乙烯(PE)、特别是低密度PE(LDPE)、中密度PE(MDPE)、高密度PE(HDPE)和线性低密度PE(LLDPE)；聚丙烯(PP)；乙烯-丙烯弹性体共聚物(EPM)或乙烯-丙烯-二烯烃三元共聚物(EPDM)；天然橡胶；丁基橡胶；乙烯/乙烯基酯共聚物，例如乙烯/醋酸乙烯酯(EVA)；乙烯/丙烯酸酯共聚物，特别是乙烯/丙烯酸甲酯(EMA)、乙烯/丙烯酸乙酯(EEA)、乙烯/丙烯酸丁酯(EBA)；乙烯/α-烯烃热塑性共聚物；聚苯乙烯；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)、卤化聚合物，特别是聚氯乙烯(PVC)；聚氨酯(PUR)；聚酰胺；芳族聚酯，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)；和它们的共聚物或机械共混物。
优选，聚合物材料是聚烯烃聚合物或基于乙烯和/或丙烯的共聚物，和特别选自：
(a)乙烯和烯属不饱和酯，例如醋酸乙烯酯或乙酸丁酯的共聚物，其中不饱和酯的数量一般为5wt.％-80wt.％，优选10wt.％-50wt.％；
(b)乙烯和至少一种C3-C12的α-烯烃和非必要地二烯烃的弹性体共聚物，优选乙烯-丙烯(EPR)共聚物或乙烯-丙烯-二烯烃(EPDM)共聚物，优选具有如下组成：35-90mol.％乙烯，10-65mol.％α-烯烃，0-10mol.％二烯烃(例如1，4-己二烯或5-亚乙基-2-降冰片烯)；
(c)乙烯和至少一种C4-C12的α-烯烃，优选1-己烯、1-辛烯等，和非必要地二烯烃的共聚物，密度一般为0.86-0.90g/cm3和具有如下组成：75-97mol.％乙烯，3-25mol.％α-烯烃，0-5mol.％二烯烃；
(d)采用乙烯/C3-C12的α-烯烃共聚物改性的聚丙烯，其中聚丙烯和乙烯/C3-C12的α-烯烃共聚物的重量比为90/10-30/70，优选50/50-30/70。
例如，类别(a)包括市售产品Elvax(Du Pont)、Levapren(Bayer)、Lotryl(Elf-Atochem)；类别(b)包括产品Dutral(Enichem)或Nordel(Dow-Du Pont)，和类别(c)包括产品Engage(Dow-Du Pont)或Exact(Exxon)，然而采用乙烯/α-烯烃共聚物改性的聚丙烯的市场化产品是商品名Moplen或Hifax(Montell)或Fina-Pro(Fina)等。
在类别(d)中，特别优选的是热塑性弹性体，包括热塑性聚合物，例如聚丙烯的连续基体，和分散在热塑性基体中的硫化弹性体聚合物，例如交联EPR或EPDM的小粒子(直径一般为1-10μm)。弹性体聚合物可以在未硫化态引入到热塑性基体中，和然后可以在加工期间通过加入合适量的交联剂而动态交联。或者，弹性体聚合物可以单独硫化和然后可以以小粒子的形式分散在热塑性基体中。例如，此类型的热塑性弹性体描述在US-4,104,210或EP-324,430中。
在聚合物材料之中，特别优选是在熔融态具有高机械强度的聚丙烯(高熔体强度聚丙烯)，例如在专利US-4,916,198中描述的那些，以商品名Profax(Montell S.p.A.)购得。该文献说明了通过如下方式的该聚丙烯生产工艺：使用高能电离辐射进行足够时间的线性聚丙烯的辐照以引起大量长支链的形成的阶段，该阶段之后进行辐照材料的合适处理以将存在于辐照材料中基本上所有的自由基失活。
甚至更优选，聚合物材料中特别优选的是聚合物组合物，包括具有高支化度的上述聚丙烯，数量一般为30wt.％-70wt.％，与属于上述类别(d)类型的热塑性弹性体混合，数量一般为30wt.％-70wt.％，该百分比表示相对于聚合物组合物的总重量。该聚合物组合物是特别有利的，这是由于可水溶胀材料可以容易和有效地嵌入到该组合物中，加入可水溶胀材料的该物质，在用于形成本发明可水溶胀层的膨胀过程期间，并不显示任何的问题。此外，使用该聚合物组合物，可以生产可水溶胀层，它沿电缆整个长度是连续和均匀的，和由于采用的聚合物组合物的高弯曲模量，该模量等于约500MPa，具有令人满意的冲击强度。
该方面，如上所述，是特别有利的，这是由于它使得可以避免引入金属铠装层，随后降低了电缆的总重量和减少了该电缆的生产成本。
根据现有技术在中电压下用于输电的电缆10以横截面示于图1中。
该电缆10是三芯类型和包括三个导体1，每个由内部半导体覆盖物2覆盖，绝缘材料层3和外部半导体层4。该半完成结构，如上所述，已经定义为术语“芯”。金属网5，例如由铜带构成的网，位于该芯的径向外部位置。
将三个芯，每个含有它自己的金属网5，扭在一起和在它们之间获得的星形区域由填料6(一般是基于EPR的弹性体混合物和由回收材料，如碳酸钙填充)填充，以得到圆形截面的结构，整体依次由如下部分覆盖：内部聚合物护套7，起对于水渗透屏蔽功能的可水溶胀带8，金属铠装层9和外部聚合物护套11。金属铠装层9可由金属网的金属线，例如钢线组成，金属网形式为铝、铅或铜的连续管，或由形式为管的金属条组成，和将金属铠装层焊接或采用粘合剂密封，它能够保证合适的密封性。
已知技术的该类型电缆10的变化方案(未示出)设想也将可水溶胀带布置在金属网的径向内部位置，就在后者之下，以提供也在金属网内部电缆部件中的水渗透的屏蔽。根据该特定的实施方案，考虑到该带的特定位置，后者必须具有合适的半导体性能，由导电炭黑，如乙炔黑、导电炉黑等的存在赋予，该炭黑与该带结合。根据已知技术的另外实施方案(未示出)，由可水溶胀粉末浸渍的该带，也可位于由每个导体具有的金属网外部。
已知技术的该类型电缆10的另外变化方案(未示出)设想使用排列于金属铠装层9外部的薄铝箔，例如粘合在外部聚合物护套11以下，该薄铝箔在径向方向作为对于水渗透的屏蔽。
图2在横截面上显示，用于中电压输电的三芯类型的根据本发明电缆20的第一个实施方案。
为了描述的简便，在附图中，相似或相同的元件已经给出相同的数字符号。
本发明的电缆20包括：三个导体1，每个由内部半导体覆盖物2覆盖，绝缘层3，定义上述“芯”的外部半导体层4，每个在径向外部位置含有金属网5。
如图1中的情况一样，采用填料6填充由金属网5覆盖的，在上述芯之间确定的星形区域。
在后者的外部，根据本发明的电缆20含有膨胀聚合物材料的可水溶胀层21，其中嵌入可水溶胀材料，优选为粉末形式，该层21所起的功能是提供对于水渗透到电缆内部的有效屏蔽。
在该可水溶胀层21的径向外部位置，电缆20也可含有管状元件(未示出)，管状元件由，例如焊接或挤出的，铝的薄箔或护套组成，能够起的功能是阻断水在径向方向上的渗透。
最后，该可水溶胀层21由外部聚合物护套11覆盖。
根据所示的实施方案，可水溶胀层21，完全代替金属铠装层9，也起到了保护电缆抗可能发生的偶然冲击的功能。
因此，如已知的那样，传统的金属铠装层9起的功能是机械保护电缆抗偶然冲击，偶然例如可能在运输，放置等期间发生，和可能严重地损害电缆结构。例如，这样的冲击会引起绝缘层的变形，引起绝缘覆盖物电梯度的变化和，因此，它的绝缘能力的降低，或在绝缘层和半导体层之间的分离，引起部分放电，它可导致电缆的过早老化和/或击穿。
然而，根据一个实施方案(未示出)，可以在外部聚合物护套11以下的位置，提供上述传统类型的铠装层9。
图3在横截面上显示根据本发明用于中电压输电的电缆30的第二个实施方案，该电缆是单芯类型。
此电缆30包括中心导体1，由内部半导体覆盖物2覆盖，绝缘层3，外部半导体层4和金属网5。
根据本发明，在该金属网5的径向外部位置，电缆30含有膨胀聚合物材料的可水溶胀层21，其中嵌入上述可水溶胀材料。
最后，电缆30含有在该层21外部的外部聚合物护套11。
相似于参见图2的三芯情况的以上描述，将单芯电缆30的可水溶胀层21合适地尺寸化，使得它起的功能也是保护该电缆抗可能的偶然冲击，完全代替已知技术的任何金属铠装层9。
根据一个变化方案(未示出)，在外部半导体层的外部位置，本发明的单芯电缆30可含有由已知类型的可水溶胀粉末浸渍的带子，目的在于也在金属网5的径向内部位置提供对于水渗透的屏蔽，或它可含有如在WO99/33070中描述的膨胀半导体层。
以上所述的图仅显示一些电缆的可能实施方案，其中有利地采用本发明。
事实上，显然的是对于上述实施方案可以进行合适的改进，而不暗示对于本发明应用的限制。例如，可以设想具有扇形横截面的芯，这样当结合该芯时，获得的电缆横截面几乎是圆形的，而不需要使用用于星形区域的填料；将可水溶胀层21和然后外部聚合物护套11直接挤出在这些结合的芯上。
在用于低电压输电电缆的情况下，该电缆的构造会正常地包括直接与导体接触的单一绝缘覆盖物，以它的次序由如下物质覆盖：其中嵌入可水溶胀粉末的膨胀聚合物材料的覆盖物，和外部聚合物护套。
另外的措施对于本领域技术人员是已知的，本领域技术人员能够确定最合适的方案，例如与成本相关，电缆放置的类型(地上、插放入导管中、直接埋入地下，在建筑物中，海下等)和电缆的工作温度(最大和最小温度，环境的热波动)。
关于根据本发明电缆的制造工艺，在当生产单芯电缆的情况下，表征上述工艺的主要步骤给出如下。如果进行多芯类型例如三芯类型的制造，在由本领域技术人员提供的信息和所具有的技术知识的基础上，可以合适地改进用于单芯电缆的所述工艺。
将根据已知技术，特别是通过挤出生产的半导体层，内部层2和外部层4，施加到导体1上，从合适的卷轴上展开，从上述那些中选择聚合物材料和炭黑。
相似地，同样是绝缘层3，排列在该半导体层2，4之间的位置，优选通过如下物质的挤出获得：选自上述那些的聚烯烃，特别是聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物等。
在挤出步骤结束时，将材料根据已知技术，例如通过过氧化物或通过硅烷交联。
或者，电缆芯，即导体1，内部半导体层2，绝缘层3和外部半导体层4的组合，也可以根据已知技术，通过上述层的共挤出工艺生产。一旦完成，将芯贮存在第一收集卷轴上。
在制造装置的不同生产线上，将芯从该第一卷轴上展开，和通过已知方式将金属网5施加到它上。例如，使用带成网机，它将薄铜片(例如厚度等于0.1-0.2mm)螺旋放置，通过合适的旋转头，优选以约等于它们面积33％的数量，重叠该片的边缘。
或者，该金属网可由多个铜线(如直径为1mm)组成，铜线从位于合适旋转笼上的卷轴展开和螺旋地施加到该芯上。一般，在这样的情况下，也必须施加反螺旋物(例如由厚度为0.1-0.2mm的铜带表示)，它的功能是在随后的生产步骤期间将上述铜线保持位置。一旦完成，将迄今为止获得的中间体，即芯和金属网，贮存在第二收集卷轴上。
根据本发明，下一步骤是在另外、不同的生产线中的可水溶胀层21的生产，其中将上述中间体从该第二卷轴展开。根据在本领域已知的方法，将可水溶胀层的聚合物材料预先与可水溶胀材料和添加剂混合。例如，混合可以在如下设备中进行：含有切向转子(Banbury)或含有共渗透转子类型的密闭式混合机，或连续混合机如Ko-Kneader类型(Buss)的那些或含有同向或异向旋转的双螺杆类型的那些。
一旦已经进行混合，可水溶胀层，即膨胀聚合物材料的层，其中嵌入可水溶胀材料，由直接在上述中间体上进行的挤出操作获得。因此，该挤出操作在金属网的径向外部位置产生该可水溶胀层。
在挤出步骤期间进行聚合物的膨胀。该膨胀可以按如下方式进行：化学方式，通过加入合适的发泡剂，即在确定的压力和温度条件下能够释放气体，或物理方式，通过将在高压下的气体直接注入到挤出机的机筒中。
合适发泡剂的例子是；偶氮二脲、对甲苯磺酰基酰肼、有机酸(如柠檬酸)和碳酸盐和/或碳酸氢盐(如碳酸氢钠)的混合物等。
可以在高压下注入到挤出机机筒中的气体例子是：氮气；二氧化碳；空气；低沸点烃，如丙烷或丁烷；卤代烃，如二氯甲烷、三氯氟甲烷、1-氯-1，1-二氟乙烷等，及其混合物。
优选，挤出机头部的模头直径略小于含有膨胀覆盖物的电缆的最终直径，膨胀覆盖物是必须获得的，以这样的方式使得聚合物在挤出机以外的膨胀导致所需直径的达到。
已经观察到，在一些挤出条件下(如螺杆的旋转速度，挤出生产线的速度，挤出机头部的直径)，对膨胀程度最有影响的一个工艺变量是挤出温度。一般情况下，对于小于130℃的挤出温度，难以获得足够的膨胀程度；挤出温度优选至少为140℃，和特别为约180℃。正常地，挤出温度的增加相应于更高的膨胀程度。
此外，可以通过作用于冷却速率，而将聚合物的膨胀程度控制到一定的程度。事实上，当它离开挤出机时，通过延迟或通过合适地加速形成膨胀覆盖物的聚合物的冷却，可以增加或降低该聚合物的膨胀程度。
根据本发明，膨胀程度可为5％-500％，优选10％-200％，和甚至更优选10％-50％。
如以上所公开的那样，膨胀聚合物材料可以是交联或未交联的。在挤出和膨胀之后，根据已知技术，特别是通过在自由基引发剂，例如有机过氧化物如过氧化二枯基存在下加热，进行交联。或者，可以使用硅烷进行交联，它设想使用属于上述组的聚合物，特别是聚烯烃，向其上共价结合包括如下的硅烷单元：至少一个可水解基团，例如三烷氧基硅烷基团，特别是三甲氧基硅烷。可以通过与硅烷化合物，例如甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、乙烯基二甲氧基硅烷等的自由基反应，进行硅烷单元的接枝。在水和交联催化剂，例如有机钛酸酯或金属羧酸盐存在下，进行交联。特别优选是二月桂酸二丁基锡(DBTL)。
申请人已经观察到，进行膨胀的聚合物材料，特别是在烯烃聚合物，特别是聚乙烯或聚丙烯的情况下，可以与如下物质机械混合：预定量形式为粉末的橡胶，例如硫化天然橡胶。
典型地，这些粉末由尺寸为10μm-1000μm，优选300μm-600μm的粒子形成。可以有利地使用从轮胎制造获得的废弃硫化橡胶。形式为粉末的橡胶的百分比可为10wt.％-60wt.％，相对于要膨胀的聚合物，和优选30％-50％。
根据本发明可水溶胀层的厚度优选为0.3mm-6mm，和更优选1mm-4mm。
在该可水溶胀层的径向外部位置，如上所述，可以布置由例如铝、铅或铜护套(例如使用挤出压挤机)组成的管状覆盖物(未示出)，或一个或多个铝条或钢条，含有边缘重叠和它们的纵向粘合或通过合适设备，例如激光器类型的焊接。
在当电缆也含有金属铠装层的情况下(未示出)，生产工艺设想例如通过丝线或带铠装机器，将该铠装层放置在可水溶胀层的外表面上，该机器根据上述成网机器的相同原理操作。
最后，迄今为止获得的电缆采用外部聚合物护套覆盖，该护套可例如通过聚合物材料，通常是聚氯乙烯或聚乙烯的挤出获得。
对于本发明的另外描述，以下给出一些说明性实施例。
实施例
                        实施例1
制备混合物，该混合物适于制备根据本发明的可水溶胀层，即膨胀聚合物材料层，其中嵌入可水溶胀材料以提供水渗透入电缆的屏蔽。该混合物的组成见表1(表达为每100重量份基础聚合物的重量份数，或phr)。
将混合物组分在Werner类型的密闭混合机(6升的有用体积)中混合，同时加入基础聚合物，可水溶胀粉末和其它添加剂；混合进行大约5分钟。在此操作结束时，将在约210-220℃排出的混合物，然后在开口混合机中进一步混合。然后将从该开口混合机下游获得的混合物条进行造粒操作。
               表1
  Santoprene201/121-68 W228   50
  ProfaxPF 814   50
  WaterlockJ550   50
Santoprene201/121-68 W228(Advanced Elastomer System)：密度为0.97kg/l，硬度为68肖氏A(根据标准ASTM D2240测量)，23℃的压缩形变(168h)为23％(根据标准ASTM D395，方法B测量)的热塑性橡胶；
ProfaxPF814(Montell)：具有高支化度结构的等规丙烯均聚物(MFI＝3g/10’-ASTM D1238)；
WaterlockJ550(Grain Processing Co.)：交联聚丙烯酸(部分成盐)(大于50wt.％的粒子直径为10-45μm)。
                           实施例2
根据如图2所示的设计进行中电压电缆的生产。
该电缆三个芯的每一个由如下铜导体组成：横截面等于150mm2，在悬链线上由过氧化物交联的如下层覆盖：
·基于EPR的内部半导体层(厚度0.5mm)；
·基于EPR的绝缘层(厚度6.5mm)；
·基于EVA的外部半导体层(厚度0.5mm)。
然后将该芯(每个外直径约为65mm)通过挤出，由基于EPR的填料层覆盖，采用碳酸钙和石蜡填充，以在该芯径向外部位置，即在后者的表面上获得约等于0.7mm的填料厚度。使用以20D配置，螺杆转速约为6rev/min的160mm单螺杆挤出机沉积填料。
然后将填料层采用具有如表1实施例1所述组成的水可溶胀层覆盖，获得等于2mm的该层厚度。使用以20D配置，该螺杆在约为10rev/min转速下运行的120mm单螺杆挤出机进行挤出。挤出机装配有含有纵向凹槽的机筒初始部分，箱式类型进料口和含有长度20D的传递螺纹的螺杆。螺杆槽深度在进料区等于10mm和在末端部分为7mm，螺杆的总压缩比约为1∶1.42。挤出头的压力，在相应于挤出头和挤出机主体之间的连接区域测量，是55atm。挤出机电机的输入是60A。
在挤出步骤之前是根据实施例1组合物的材料的过滤步骤，该过滤使用50NIT类型过滤器(以50直线mm的目计数)进行。
在挤出机的下游，然后使用电加热的正交挤出头，装配有双接缝线输送器。使用如下模头组件：直径67mm的阳模，69.5mm直径压缩类型的阴模。
在根据本发明的可水溶胀层的沉积步骤中，在挤出机中和在挤出头中使用如表II所示的热分布。
表II
  挤出机区域   温度(℃)
  进料口   25
  螺杆   中性
  区域1   210
  区域2   195
  区域3   175
  区域4   160
  主体   160
  颈段   180
  输送器   180
  模头   210
  轴环   170
相关于可水溶胀层的要求厚度，设定迄今为止获得的要覆盖的电缆，即含有金属网和填料层的芯的进料速率。在被考虑的情况下，使用2.8m/min的线速度，生产如所述的，2mm的可水溶胀层的厚度。
通过在料斗中加入0.5phr由Boehringer Ingelheim生产的发泡剂HydrocerolBM70(羧酸/碳酸氢钠)，以化学方式获得后者的膨胀。
构成可水溶胀层的材料的最终密度为0.85g/l和膨胀程度为25％。
在本发明可水溶胀层的径向外部位置，最后通过使用已知的挤出技术，挤出基于聚氯乙烯的外部聚合物护套。该挤出机的螺杆转速为5rev/min和产生约3.5mm的护套厚度。
然后将半完成的产品在水中冷却和卷绕在卷轴上。
水渗透测试
根据如下所述和基本上相应于标准ENEL DC4584的条件，将这样获得的长度为3m的电缆样品，进行水渗透测试。
沿该样品长度的约中间位置，从环形部分除去宽度约为50cm的外部聚合物护套，使本发明的水可溶胀层从外部可见，以产生水对电缆内部的通道。
测试设备包括能够与该样品同心和在它外部布置的中空管状元件，相应于如以上除去的环形部分。在该管状元件的每一端，布置连接元件，形状基本为截圆锥，能够将该管状元件螺旋地结合到讨论的电缆的外表面。因此，精确地在围绕其中除去上述环形部分的电缆部分的区域，该设备在样品周围形成密闭的腔室。该设备进一步包括与该腔室轴成直角，和因此与电缆轴成直角排列的进料管，和能够允许水引入到该腔室和，归功于连接元件的密封性，水渗透入上述电缆速率的评定。首先，通过进料管，采用水在室温下填充腔室。在此步骤中，有约15分钟的等待时间，它也包括要求用于填充腔室的时间，在大气压下让水保留在腔室内部。其后，例如通过另一根管子，将该进料管连接到包含在相同温度下水的外部罐上，以在该电缆上得到1m的水压头24h的时间。在此时间结束时，将样品除去和分析，用于确定水渗透入电缆的水平，即从已经除去上述环形部分的电缆区域开始，水通过的电缆长度。
在24h时间结束时，电缆样品并不显示出水从它的末端逸出，和发现，从环形部分除去的区域开始，水已经在两个方向渗透入电缆的内部约230mm的长度部分。
冲击强度测试
为评价冲击强度，在电缆样品上进行冲击测试和然后评价损害程度。该评价是基于在冲击点的目测检验。
该冲击测试是基于法国标准HN33-S-52，它设想将电缆承受约72焦耳(J)的冲击能量，冲击能量由从27cm的高度，降落27kg的冲击测试楔，它的V形端具有略微的圆形(曲率半径为1mm)。对于本发明的目的，冲击强度的评价是基于单一冲击。
在测试结束时，从样品除去本发明的外部聚合物护套和可水溶胀层两者，以评价在填料层和在外部半导体层上的残余变形。样品显示在填料上0.2mm的残余变形，然而在外部半导体层上没有发现残余变形。
本发明提供了相对于上述已知技术的一些重要优点。
首先，如上所述，相对于已知方法，根据本发明电缆的生产方法得到了显著的简化，这是由于通过挤出操作，它可以在金属网的径向外部位置获得具有对于水渗透屏蔽性能的连续层，这样使得可以消除已知技术的用带包装步骤和它涉及的显著缺点。其中，例如，需要在另外的单独步骤中进行该用带包装步骤，这样在生产工艺中引入了不连续性，在装置工程化水平下它必然地涉及更大的资金成本，更高的维修成本，更复杂的装置输给系统，以及生产工艺能力的恒定降低。
反而，其中嵌入根据本发明的可水溶胀粉末的膨胀材料使得可以，通过有利地在生产线上进行的挤出步骤，连续地生产上述水可溶胀层，而没有任何另外的阶段。此外，水可溶胀层可以有利地与组成被讨论的电缆的各种涂敷材料共挤出。因此，这意味着，进行连续类型的工艺，在如下两方面具有相当的优点：装置成本，和更大的生产率，这是由于工艺的更加简化和由于相对于已知技术的时间和措施的节省。
另外，膨胀聚合物材料可用于嵌入相当量的可水溶胀材料，即使当有可观量的水渗透入电缆中时，保证有效的屏蔽效果，这是一般不涉及金属网径向内部的电缆部分的状态，其中该网的存在表示对于水渗透的有效屏蔽。
本发明的另外优点涉及这样的实施方案，其中水可溶胀层也代替电缆一般具有的金属铠装层。在该情况下，事实上，可以采用单一的组件，即水可溶胀层，它起对于水渗透的屏蔽和耐冲击增强层的双重功能，代替两种不同的元件，即水可溶胀带和金属铠装层。上述实施方案导致生产工艺的进一步简化以及导致更经济和更轻类型电缆的生产，然而，它能够在如下两方面保证优异的结果：冲击强度和对于水渗透的屏蔽。

Claims (24)

1.一种电缆(20，30)，包括至少一个导体(1)，绝缘覆盖物(3)，位于该绝缘覆盖物(3)外部的金属网(5)和排列于该金属网(5)径向外部的至少一个可水溶胀层(21)，其特征在于该至少一个可水溶胀层(21)由其中嵌入可水溶胀材料的膨胀材料制成。
2.根据权利要求1的电缆(20，30)，其特征在于该至少一个可水溶胀层(21)是沿该电缆(20，30)纵向方向均匀分布的连续层。
3.根据权利要求1的电缆(20，30)，其特征在于该电缆(20，30)包括至少两个导体(1)，它的每一个含有该绝缘覆盖物(3)和含有位于该绝缘覆盖物(3)外部的该金属网(5)，排列于每个金属网(5)外部以提供该电缆(20，30)圆形横截面结构的填料(6)，和排列于该结构径向外部位置的可水溶胀层(21)。
4.根据前述权利要求任意一项的电缆(20，30)，其特征在于该可水溶胀层(21)的膨胀程度为5％-500％。
5.根据权利要求4的电缆(20，30)，其特征在于该膨胀程度为10％-200％。
6.根据权利要求4的电缆(20，30)，其特征在于该膨胀程度为10％-50％。
7.根据权利要求1的电缆(20，30)，其特征在于该可水溶胀层(21)的厚度为0.3mm-6mm。
8.根据权利要求7的电缆(20，30)，其特征在于该厚度为1mm-4mm。
9.根据权利要求1的电缆(20，30)，其特征在于该可水溶胀材料是沿聚合物链具有亲水性基团的聚合物。
10.根据权利要求9的电缆(20，30)，其特征在于该可水溶胀材料的数量为1phr-120phr。
11.根据权利要求10的电缆(20，30)，其特征在于该可水溶胀材料的数量为5phr-80phr。
12.根据权利要求1的电缆(20，30)，其特征在于构成该可水溶胀层(21)的聚合物材料是选自如下的可膨胀热塑性聚合物：聚烯烃、各种烯烃的共聚物、烯烃/不饱和酯共聚物、聚酯、聚碳酸酯、聚砜、酚醛树脂、脲醛树脂，或它们的混合物。
13.根据权利要求12的电缆(20，30)，其特征在于该聚合物材料是聚烯烃聚合物或基于乙烯和/或丙烯的共聚物。
14.根据权利要求13的电缆(20，30)，其特征在于该聚合物材料选自：
(a)乙烯和烯属不饱和酯的共聚物，其中不饱和酯的数量为5wt.％-80wt.％；
(b)乙烯、至少一种C3-C12的α-烯烃、和二烯烃的弹性体共聚物，具有如下组成：35-90mol.％乙烯，10-65mol.％α-烯烃，0-10mol.％二烯烃；
(c)乙烯和至少一种C4-C12的α-烯烃的共聚物，密度为0.86-0.90g/cm3；
(d)采用乙烯/C3-C12的α-烯烃共聚物改性的聚丙烯，其中聚丙烯和乙烯/C3-C12的α-烯烃共聚物的重量比为90/10-30/70。
15.根据权利要求13的电缆(20，30)，其特征在于该聚合物材料选自：
(a)乙烯和烯属不饱和酯的共聚物，其中不饱和酯的数量为5wt.％-80wt.％；
(b)乙烯、至少一种C3-C12的α-烯烃、和二烯烃的弹性体共聚物，具有如下组成：35-90mol.％乙烯，10-65mol.％α-烯烃，0-10mol.％二烯烃；
(c)乙烯、至少一种C4-C12的α-烯烃、和二烯烃的共聚物，密度为0.86-0.90g/cm3；
(d)采用乙烯/C3-C12的α-烯烃共聚物改性的聚丙烯，其中聚丙烯和乙烯/C3-C12的α-烯烃共聚物的重量比为90/10-30/70。
16.根据权利要求14或15的电缆(20，30)，其特征在于在(a)乙烯和烯属不饱和酯的共聚物中，不饱和酯的数量为10wt.％-50wt.％。
17.根据权利要求14或15的电缆(20，30)，其特征在于在(d)采用乙烯/C3-C12的α-烯烃共聚物改性的聚丙烯中，聚丙烯和乙烯/C3-C12的α-烯烃共聚物的重量比为50/50-30/70。
18.根据权利要求1的电缆(20，30)，其特征在于该可水溶胀层(21)通过挤出获得。
19.根据权利要求18的电缆(20，30)，其特征在于在该挤出期间通过加入发泡剂进行该可水溶胀层(21)的膨胀。
20.根据权利要求18的电缆(20，30)，其特征在于通过在高压下注入气体而获得该膨胀。
21.根据权利要求1的电缆(20，30)，其特征在于在膨胀之后，将该膨胀材料进行交联。
22.根据权利要求1的电缆(20，30)，其特征在于管状覆盖物排列于该可水溶胀层(21)的径向外部位置。
23.根据权利要求22的电缆(20，30)，其特征在于该管状覆盖物是由铝、铅或铜制成的薄箔。
24.根据权利要求1的电缆(20，30)，其特征在于金属铠装层排列于该可水溶胀层(21)的径向外部位置。
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