CN1415654A - 半导电水密组成物 - Google Patents

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Abstract

提供一种半导电水密组成物，它是能对加捻合股后的导体，用挤压包覆等方法、将水密性组成物填充到导体的单股线之间，与填充同时地形成半导电层或内部半导电层。还提供一种将半导电水密组成物填充到导体的单股线之间，而且包覆在导体上的绝缘电线。将半导电水密组成物挤压包覆在加捻合股后的导体(1)上，填充到导体(1)的单股线之间的空隙里，与形成水密层(2)同时地包覆到导体(1)的外周面上、形成半导电层(2)。半导电水密组成物中使用树脂组成物，它的必要成分是含EVA或EEA的基础聚合物100重量份、粘接性聚合物10～30重量份、作为碳黑的乙炔炭黑或炉黑40～80重量份、或作为碳黑的烟黑5～50重量份。

Description

半导电水密组成物
技术领域
本发明涉及一种具有半导电性和水密性的半导电水密组成物和使用该组成物的绝缘电线。
背景技术
以往，已知的水密绝缘电线是将水密性组成物填充到导体单股线间的空隙里，以防止水侵入到导体单股线间、水在导体内移动。
而且，也有一种绝缘电线，在导体和绝缘体之间设置由半导电性组成物构成的半导电层，以缓和电场梯度。
上述的水密绝缘电线中，为了将水密性组成物填充到导体单股线间，在将单股线加捻合股时，使水密性组成物构成的带、细绳同时进行加捻合股，因此有作业较麻烦的缺点。
因此，如果能对加捻合股后的导体用挤压包覆等方法将水密性组成物填充到该导体单股线之间，则能大大改善作业性。
如果对导体能用挤压包覆等方法填充水密性组成物，并使该水密性组成物带有半导电性，则能同时形成半导电层或内部半导电层，就能进一步改善绝缘电线的制造作业性。
发明内容
本发明是为了克服上述现有技术存在的缺点而作出的，其目的是提供一种半导电水密组成物，它是能对加捻合股后的导体，用挤压包覆等方法将水密性组成物填充到该导体的单股线之间，与填充作业同时地形成半导电层或内部半导电层。
本发明的另一个目的是提供一种将半导电水密组成物填充到导体的单股线之间，而且包覆在导体上的绝缘电线。
为了达到上述目的，本发明第1实施例提供一种半导电水密组成物，其中含有100重量份的基础聚合物、10～30重量份的粘接性聚合物、40～80重量份的乙炔炭黑或炉黑；上述基础聚合物含有乙烯-醋酸乙烯共聚物或乙烯-丙烯酸乙酯共聚物。
本发明第2实施例提供一种半导电水密组成物，其中含有100重量份的基础聚合物、10～30重量份的粘接性聚合物、5～50重量份的烟黑；上述基础聚合物含有乙烯-醋酸乙烯共聚物或乙烯-丙烯酸乙酯共聚物。
本发明第3实施例提供一种绝缘电线，它是将上述第1或第2实施例所述的半导电水密组成物填充在导体单股线之间、而且包覆在导体上而构成。
本发明第4实施例提供一种绝缘导线的制法，它是将第1或第2实施例所述的半导电水密组成物挤压包覆在导体上并填充到导体单股线之间，而且包覆在导体上。
本发明第5实施例所提供的绝缘电线是如第3实施例所述的聚乙烯绝缘电线。
本发明第6实施例所提供的绝缘电线是如第3实施例所述的交联聚乙烯绝缘电线。
如上所述，本发明的半导电水密组成物中，由于它的熔融粘度较低，因而在挤压包覆到导体上时，能完全侵入到单股线之间的空隙里，完整地填埋该空隙，形成有良好水密性的水密层。由于该半导电水密组成物具有对金属的良好粘接性，因而水密层能很好地与导体的单股线密接，并由此产生高的水密性。
由于水密层与半导电层的形成是同时地用1次挤压包覆作业进行的，因而能提高作业性。
因而使本发明的绝缘电线有高度水密性，其水密层和半导电层的形成能一次进行、能形成制造作业性高的产品。
附图说明
图1是表示本发明的绝缘电线的一个实施例的概略断面图。
图2是表示本发明的绝缘电线的另一个实施例的概略断面图。
具体实施方式
下面，详细地说明本发明的实施方式。
图1是表示本发明的绝缘电缆的一个实施例的概略断面图。图中的符号1表示导体，导体1是由多条铜、铜合金、铝、铝合金等构成的单股线加捻合股形成的。图面上，为了容易理解、将导体1的单股线之间的空隙比实际放大地表示。
在这导体1的各条单股线间的空隙里，填充着本发明的半导电水密组成物，形成水密层2；而且在导体1的表面上、也包覆着同样的半导电水密组成物，形成厚度为0.01～2mm程度的半导电层3。
形成水密层2和半导电层3的半导电水密组成物是树脂组成物，它所含的必须成分是100重量份的基础聚合物、10～30重量份的粘接性聚合物、作为炭黑的40～80重量份的乙炔炭黑或炉黑或者作为炭黑的5～50重量份烟黑。
其中，基础聚合物可使用乙烯-醋酸乙烯共聚体(EVA)、乙烯-乙基丙烯酸乙酯共聚体(EEA)、乙烯-甲基丙烯酸乙酯共聚体(EMA)、乙烯-甲基异丁烯酸酯共聚体(EMMA)等有极性基的1种或2种以上乙烯类共聚合物，所用的基础聚合物都必需含有EVA或EEA等成分。
作为EVA，其醋酸乙烯基含量在47重量％以下；较好的是10～33重量％；最好是含19～33重量％。而且它的熔融流动率(MFR、用JIR、K6760测定)是1～300；较好的是1～150；最好是3～100。
醋酸乙烯基含量超过47重量％的EVA，由于难制成颗粒形状，因而没有市售的；MFR不满1的，不能将这组成物填充到导体1的单股线之间的空隙里；当超过300时，机械强度降低，有延展绝缘电线时的外力破坏水密层2、半导电层3的问题。
为了得到上述的醋酸乙烯基的含量和MFR，可将2种以上的EVA混合。
作为EEA，其乙基丙烯酸乙酯含量在35重量％以下；最好是含13～35重量％的。而且，它的熔融流动率(MFR、用JIS K6760测定)是1～300；较好的是1～150；最好是3～100。
乙基丙烯酸乙酯含量超过35重量％的EEA，由于从安全性方面考虑，有难于制造的问题，因而没有市售；MFR不满1的，不能将这组成物填充到导体1的单股线之间的空隙里；当超过300时，机械强度降低，有延展绝缘导体时的外力破坏水密层2、半导电层3的问题。
为了得到上述的乙基丙烯酸乙酯的含量和MFR，可将2种以上的EEA混合。
因此，这种基础聚合物的熔融粘度非常低，熔融时的流动较好，用挤压包覆时的10～30MPa的压力就能将半导电水密组成物填充到单股线之间的空隙里。
作为粘接性聚合物可使用无水马来酸、马来酸、丙烯酸等经不饱和羧酸改性的或接枝聚合的低密度聚乙烯、直链状低密度聚乙烯、聚丙烯、EVA、EEA或加氢脂环属石油树脂等1种或2种以上。
这些粘接性聚合物中的不饱和羧酸的结合量为0.5～5重量％程度。
粘接性聚合物相对于基础聚合物100重量份的混合量为10～30重量份，混合量不满10重量份的，粘接性提高不充分，混合量超过30重量份的早已被认为不会增大其效果。
粘接性聚合物能提高对金属的粘接性、能与导体1的单股线良好地密接，因此能使水密性提高。
本发明的半导电水密组成物中还能混合上述以外的聚合物。这种聚合物可例举的有低密度聚乙烯、直链状低密度聚乙烯等的聚烯烃类聚合物，由这些聚合物能调节半导电水密组成物的MFR、机械特性、热变形温度等热特性。而且，也可相对于基础聚合物100重量份、混合5～20重量份程度的吸水性聚合物，借助这种混合，在浸入水里时，可吸收水分而使半导电水密组成物的体积膨胀成数倍，能确实地防止水的再侵入。
用来产生半导电性的碳黑，可例举乙炔炭黑、炉黑作为第1组。所用的乙炔炭黑、粒径是35μm、表面积(BET)是68m2/g、DBP吸油量是175ml/100g。所用的炉黑，其粒径是25～55μm、表面积(BET)是33～225m2/g、DBP吸油量是135～170ml/100g。
作为乙炔炭黑的具体物体，譬如有デンカ黑(商品名，电气化学工业(株)制)等。作为炉黑的具体物体有「BP3500」(商品名，由“キャボット·スペシャルティ·ケミカルズ”公司制)。
可例举烟黑作为第2组碳黑。所用的烟黑的粒径是1～50μm；表面积(BET)是700～1300m2/g；DBP吸油量是350～500ml/100g。
烟黑的具体物体有「烟黑EC」、「烟黑EC-600JD」(商品名，烟黑·国际公司制)等。
碳黑的混合量是相对于100重量份的基础聚合物、用40～80重量份的乙炔炭黑和炉黑、最好取50～70重量份。不满40重量份时，不能得到必要的导电性；超过80重量份时，组成物的熔融粘度增高，就难于填充。
添加少量烟黑就能得到高的导电性，因此相对100重量份的基础聚合物，只添加5～50重量份；较好的是10～40重量份；最好是15～35重量份。不满5重量份时，不能得到必要的导电性；超过50重量份时组成物的熔融粘度增高、就难于填充。
在这种半导电水密组成物里，除了添加上述物体之外，还可添加氧化防止剂、铜害防止剂、交联剂等。譬如，四[亚甲基-3(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]甲烷等氧化防止剂；苯并三唑、3-(N-水杨酰基)氨基-1，2，4-三唑等铜害防止剂；二枯烯基过氧化物、乙烯基三甲氧基硅烷等交联剂。
这种混合组成的半导电水密组成物中，作为组成物的MFR是1以上，最好是10以上通过将MFR取成这范围，就能用挤压包覆方法将其挤入而填充到导体1的单股线间的空隙里。
这种半导电水密组成物的体积电阻率为101～106Ω·cm。借助碳黑混合量的调整，能简便地得到该范围的导电性。
上述半导电层3的上面覆盖绝缘体4后就构成本实施例的绝缘电线。这种绝缘体4由聚乙烯或交联聚乙烯构成，它的厚度为1～30mm程度。
绝缘体4由交联聚乙烯构成，其中可用由化学交联、硅烷交联、电子射线交联等任意一种方法形成的交联聚乙烯。化学交联可采用添加了二枯烯基过氧化物等的有机过氧化物的低密度聚乙烯。硅烷交联可采用在低密度聚乙烯里添加了乙烯硅烷、有机过氧化物、有机锡化合物等缩合催化剂的组成物，或在硅烷接枝物里添加缩合催化剂的组成物。
形成绝缘体4的交联聚乙烯的交联度，凝胶度取为40～90％，不满40％的，耐热性不充分；超过90％的难以进行长时间的挤压作业。
而且，最好在形成绝缘体4的聚乙烯、交联聚乙烯中的任何一种中通过添加0.5～1重量％「バルカン9A-32」(商品名：“キャボツト·スペシャルティ·ケミカルズィンク制)等的碳黑，提高绝缘体4的耐气候特性。
这种绝缘电线的制造是如下所述地进行的。
先用二轴挤压机、混合机、密闭式混合机等将上述混合组成的半导电水密组成物熔融混匀，再由造粒机将其形成颗粒。
接着，用挤压机将上述颗粒挤压包覆在导体1上。这个挤压包覆由装着通常的十字头模具的挤压机进行。
这时，由于半导电水密组成物是在熔融状态、而且在10～30Mpa的高压下、被挤压到导体1上，并且组成物的熔融粘度又是如上所述地较低，因而就侵入到导体1的单股线间仅有的空隙里、将其填埋而构成水密层2。与此同时，在导体1的外表面上也包覆半导电水密组成物、形成半导电层3。
接着，将形成绝缘体4的聚乙烯组成物挤压包覆在上述半导电层3上。上述半导电水密组成物和聚乙烯组成物的挤压包覆可二层同时挤压、一起进行。
绝缘体4是由交联聚乙烯构成的，接着进行交联。
由化学交联形成的，借助过热水蒸气、加热蒸气等加热进行。由硅烷交联形成的，借助与大气中的水分、蒸气、温水等水分的接触而进行。由电子射线交联形成的，借助照射5～30Mrad程度的电子射线进行。
为了使绝缘电线的缩回特性变得良好，也可以在挤压包覆之后，在空气中或在温水中渐渐冷却。
在这样形成的绝缘电线中，由于上述半导电水密组成物的熔融粘度较低，因而能完全侵入到导体1的单股线间、完整地填埋该空隙，形成良好的水密层2。又因为半导电水密组成物对金属的粘接性良好，所以水密层2与单股线良好地密接。因此，该绝缘电线有高的水密性。
由于水密层2和半导电层3可用1次挤压包覆作业同时形成，因而能使作业性提高。
图2是表示本发明绝缘电缆的另一个实施例的断面图，它是一个所谓的CV电缆的例子。图2中，与图1所示的相同结构部分都用相同的符号，并省略对它们的说明。
这个实施例的电缆是将上述的半导电水密组成物填充到导体1的单股线之间的空隙里而形成水密层2；将半导电水密组成物包覆在这导体1上而设置内部半导电层3。这个内部半导电层3是和上述实施例的半导电层3同样的。
在内部半导电层3上设置着由交联聚乙烯构成的绝缘体4，在这绝缘体4上设置着由半导电性树脂组成物构成的外部半导电层5。而且，在这外部半导电层5上还设置着由铜带构成的屏蔽层6，在这屏蔽层6上设置着由聚氧化乙烯、聚乙烯等构成的外皮7，由此形成本实施例的CV电缆。
形成绝缘体4的交联聚乙烯是使用由化学交联、硅烷交联而形成交联的低密度聚乙烯，具体的交联方法与前面的实施例所说的相同。形成外部半导电层5的半导电性树脂组成物可使用适当添加了碳黑的聚乙烯、EVA、EEA等聚合物；也可使用上述形成内部半导电层3的半导电水密组成物。
这个实施例的电缆的制造是与上述实施例同样地进行，即、在导体1上挤压包覆半导电水密组成物、以形成水密层2和内部半导电层3，接着、挤压包覆未交联的聚乙烯组成物，以形成绝缘体4；再在其上挤压包覆半导电性树脂组成物，以形成外部半导电层5；由此形成电缆芯。这3次挤压包覆作业可用3层同时挤压的方法、在1次挤压作业中进行。
接着、将这电缆芯加热或使其与水分接触，在将绝缘体4等交联之后，在其上卷绕铜带条等，以形成屏蔽层6，再挤压包覆聚氧化乙烯组成物、聚乙烯组成物等，以形成外皮7。
在这个实施例的CV电缆中、形成水密层2的半导电性树脂组成物和形成内部半导电层3的半导电水密组成物未必是同一种物质，这时就进行2次分别使用不同的半导电水密组成物的挤压包覆。当然，可用多层同时挤压包覆来进行这电缆制造。
这样的CV电缆中，由于上述的半导电水密组成物的熔融粘度较低，因而能完全侵入到导体1的单股线之间、完整地填埋它的空隙，形成良好的水密层2。由于半导电水密组成物具有良好的对金属的粘接性，因而水密层2与单股线良好地密接。由此，能使这CV电缆具有很高的水密性。
由于水密层2和半导电层3的形成是同时地、用1次挤压包覆作业进行的，因而能提高作业性。
下面，表示具体的例子。
制备了表1～3所示试验编号是1～22的混合组成的半导电水密组成物。在将铜制单股线19股捻合成的外径为14.5mm，断面积为120mm2的圆形导体上、在温度190～210℃、压力10～15Mpa的状态下、挤压包覆上述半导电水密组成物，形成水密层和厚度为0.1mm的半导电层。在其上设置由硅烷交联的交联聚乙烯构成的厚度为3.7mm的绝缘体，由此制作成绝缘电线。
对这些绝缘电线的体积电阻率、水密特性A、水密特性B、密接度、引出性等进行了评价。
体积电阻率是以日本橡胶协会标准规格(SRIS 2301：导电性橡胶和塑料的体积电阻率试验方法)为准，用惠斯登电桥法实施。
水密特性A是在长度为2m的绝缘电线一端的切断开口部、加压力为0.01MPa的水压、24小时；将水不从电线的另一端漏出的作为合格，漏出的作为不合格。
水密特性B是除了将水压取成0.05MPa以外，其余与水密特性A同样地实施、评价。
密接性是使用专用试验夹具(格姆拉)，保持700Kg×10分钟时间、绝缘体不破坏的作为合格，破坏的作为不合格。
引出性是使用专用试验夹具，导体和绝缘体之间的半导电层剥离的作为引出性良好，不能剥离的作为不良。
这些试验结果表示在表1～3里。
在体积电阻率的值中，例如、「3E+4」是表示3×104。
用同样的半导电水密组成物、挤压包覆在外径为20mm、断面积为400mm2、捻线数是61条的圆形导体上，形成水密层和厚度为0.1mm的内部半导电层。在其上设置由硅烷交联形成的交联聚乙烯构成的厚度为3mm的绝缘体；在其上依次设置厚度为0.7mm的外部半导电层、由铜带条的卷绕形成的屏蔽层和厚度为2mm的由氧化乙烯树脂构成的外皮，由此制作成CV电缆。
对这种CV电缆的水密特征C、水密特征D进行测定和评价。
水密特征C是以IEC254/97为准，在长度为3m的电缆中央部形成长度为50mm的导体露出部，设置将这导体露出部围住的密闭容器，将0.01MPa的水压施加到该密闭容器内，在室温下进行16小时的热循环共10天；在90℃下进行8小时的热循环共10天，水不从电缆的端部漏出的为合格，漏出的为不合格。
水密特性D是除了将水密特征A中的水压取成1MPa以外，其余都是同样地进行实施、评价。
其结果也合并地表示在表1～表3里。
在表1～表3中，「EVA1」表示醋酸乙烯含量为28重量％、MFR15的乙烯-醋酸乙烯共聚物；「EVA2」表示醋酸乙烯含量为28重量％、MFR400的乙烯-醋酸乙烯共聚物；「EVA3」表示醋酸乙烯含量为28重量％、MFR0.1的乙烯-醋酸乙烯共聚物。
「EEA1」是表示丙烯酸乙酯含量为25重量％、MFR25的乙烯-丙烯酸乙酯共聚物；「EEA2」是表示丙烯酸乙酯含量为25重量％、MFR275的乙烯-丙烯酸乙酯共聚物；「EEA3」是表示乙基丙烯酸乙酯含量为25重量％、MFR800的乙烯-丙烯酸乙酯共聚物。
「粘接性聚合物」是表示密度为0.92g/cm3、MFR300、马来酸改性量为1重量％的低密度聚乙烯。「乙炔碳」是表示电气化学(株)制「デンカ黑」(商品名)。「炉炭」是表示“キャボット·スペシャルティ·ケミカルズ”公司制「BP3500」(商品名)。「烟炭」是表示烟黑·.国际公司制「烟EC」(商品名)。
「老化防止剂」是四[亚甲基-3(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]甲烷。「DCP」是二枯烯基过氧化物，「硅烷化合物」是乙烯基三甲氧基硅烷。
                                                    表1
试验编号   1   2    3   4   5   6   7
EVA1   100   30   15   10   15   15
EVA2   100   70   70   70   70   70
EEA1
EEA2
粘接性聚合物   15   20   15   15
乙炔炭黑
炉黑
烟黑   5   35   10   10   10   10   10
防老化剂   0.1   0.1   0.1   0.1   0.1   0.1   0.1
DCP   2   0.1
硅烷交联剂   2
体积电阻率(Ω·cm)   3.E+05   2.E+01   1.E+02   1.E+02   1.E+02   1.E+02   1.E+02
水密特性A   合格   合格   合格   合格   合格   合格   合格
水密特性B   不合格   不合格   不合格   合格   合格   合格   合格
密接度   合格   合格   合格   合格   合格   合格   合格
引出作业性   良   良   良   良   良   良   良
水密特性C   合格   合格   合格   合格   合格   合格   合格
水密特性D   不合格   不合格   不合格   合格   合格   合格   合格
                                                   表2
试验编号     8     9     10     11     12     13     14     15
EVA1     15     15     15     15
EVA2     70     70     70     70
EEA1     100     100     35     35
EEA2     50     50
粘接性聚合物     15     15     15     15     15     15
乙炔炭黑     60     60
炉黑     60     60
烟黑     10     10     10     10
防老化剂     0.1     0.1     0.1     0.1     0.1     0.1     0.1     0.1
DCP     2     0.1     2     0.1     2     0.1     2     0.1
硅烷交联剂     2     2     2     2
体积电阻率(Ω·cm)     4.E+03     4.E+03     3.E+03     3.E+03     2.E+01     2.E+01     1.E+02     1.E+02
水密特性A     合格     合格     合格     合格     合格     合格     合格     合格
水密特性B     合格     合格     合格     合格     不合格     不合格     合格     合格
密接度     合格     合格     合格     合格     合格     合格     合格     合格
引出作业性     良     良     良     良     良     良     良     良
水密特性C     合格     合格     合格     合格     合格     合格     合格     合格
水密特性D     合格     合格     合格     合格     不合格     不合格     合格    合格
                                                          表3
试验编号     16     17     18     19     20     21     22
EVA1     100     27     15     15
EVA2     70     70     70
EVA3     100
EEA1     47
EEA2     50
EEA3     100
粘接性聚合物     3     15     15     15     3
乙炔炭黑     35
炉黑     35
烟黑      3     35     10     10     10     10
防老化剂      0.1     0.1     0.1     0.1     0.1     0.1     0.1
DCP     0.1     0.1     0.1     0.1     0.1
硅烷交联剂     2     2     2     2     2
体积电阻率(Ω·cm)      6E+12     2.E+01     1.E+02     3E+13     5E+13     1.E+02     1.E+02
水密特性A     合格     合格     合格     合格     合格     合格     合格
水密特性B     不合格     合格     不合格     合格     合格     合格     不合格
密接度     合格     不合格     合格     合格     合格     不合格     合格
引出作业性     良     良     良     良     良     良     良
水密特性C     合格     合格     合格     合格     合格     合格     合格
水密特性D    不合格     合格     不合格     合格     合格     合格     不合格

Claims (6)

1.一种半导电水密组成物，其特征在于，含有100重量份的基础聚合物、10～30重量份的粘接性聚合物、40～80重量份的乙炔炭黑或炉黑；上述基础聚合物含有乙烯-醋酸乙烯共聚物或乙烯-丙烯酸乙酯共聚物。
2.一种半导电水密组成物，其特征在于，含有100重量份的基础聚合物、10～30重量份的粘接性聚合物、5～50重量份的烟黑；上述基础聚合物含有乙烯-醋酸乙烯共聚物或乙烯-丙烯酸乙酯共聚物。
3.一种绝缘电线，其特征在于，它是将上述权利要求1或2所述的半导电水密组成物填充在导体单股线之间、而且包覆在导体上而构成。
4.一种绝缘电线的制法，其特征在于，将上述权利要求1或2所述的半导电水密组成物挤压包覆在导体上、并填充到导体单股线之间，而且包覆在导体上。
5.如权利要求3所述的绝缘电线，其特征在于，它是聚乙烯绝缘电线。
6.如权利要求3所述的绝缘电线，其特征在于，它是交联聚乙烯绝缘电线。
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