CN1830040A - 具有柔性、抗高温变形和粘性等级降低的电缆绝缘系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电缆，所述电缆包括一个或者多个导电体或者一个或者多个导电体的芯，并且每个导体或者芯都被绝缘层围绕。绝缘层包括烯烃聚合物，所述烯烃聚合物具有0.880到0.915克/厘米3的密度、至少为115摄氏度的熔化温度、0.5到10克/10分钟的熔融指数、在30摄氏度下小于35重量百分比的1，2，4－三氯苯中的结晶分析可溶解部分，和至少为3.5的多分散指数。可选择地，所述绝缘层在小于15000psi的环境中具有1％的正切弯曲模量和在150摄氏度时具有至少4×107达因/厘米2的动态弹性模量。

Description

具有柔性、抗高温变形和粘性等级降低的电缆绝缘系统
技术领域
本发明涉及一种电力电缆绝缘层。特别地，所述绝缘层可用于低到高压电线和电缆的应用中。
背景技术
电力电缆的柔性，尤其是绝缘层(因为它是最厚的聚合层)的柔性对于在入孔处相对紧密的地区进行安装时对电缆的操作，及对于终端以及连接处是重要的特征。绝缘层的另一个重要特征是抗高温变形(也就是，高于115摄氏度的高熔点)。然而，获得柔性和抗高温变形具有确实的困难，因为已经证实聚合物候选物是块状的或者沉淀成薄膜或者会在处理过程中残留在处理设备上。将过氧化物混合到常规聚合物成分中加剧了结块和沉淀的问题。
有必要提供这样的电力电缆绝缘层，其具有良好的柔性和良好的抗高温变形，并且由在存储和处理过程中不结块的聚合组合物制备，所述组合物还不沉淀成薄膜或者残留在处理设备上。
发明内容
本发明涉及电缆，所述电缆包括一个或者多个导电体或者一个或者多个导电体的芯，并且所述每一个导电体或芯都被绝缘层围绕。所述绝缘层包括烯烃聚合物，所述聚合物具有0.880到0.915克/厘米3密度、至少115摄氏度的熔化温度、0.5到10克/10分钟的熔融指数、在30摄氏度下小于35重量百分比的在1，2，4-三氯苯中的结晶分析可溶解部分，及至少为3.5的多分散指数。可选择地，所述绝缘层在小于15000psi的环境中具有1％的正切弯曲模量和在150摄氏度时具有至少4×107达因/厘米2的动态弹性模量。
附图说明
图1说明用于对比实施例1的CRSTAF结晶动力学曲线。
图2说明用于实施例2的CRSTAF结晶动力学曲线。
图3说明用于对比实施例1的分子量分布曲线。
图4说明用于实施例2的分子量分布曲线。
图5说明用于对比实施例1和实施例2的分子量分布的重叠图。
发明详述
本发明的电缆包括一个或者多个导电体或者一个或者多个导电体的芯，所述每个导体或者芯都被绝缘层围绕，所述绝缘层包括烯烃聚合物，该聚合物具有0.880到0.915克/厘米3的密度、至少为115摄氏度的熔化温度、0.5到10克/10分钟的熔融指数、在30摄氏度下小于35％重量百分比的在1，2，4-三氯苯中的结晶分析可溶解部分，和至少为3.5的多分散指数。优选地，烯烃聚合物是聚乙烯聚合物。
聚乙烯聚合物，当该术语用在这里时，是指乙烯和具有3到12碳分子并优选是3到8碳分子的一种或者多种占较小比例的α烯烃的聚合物，以及任选地和二烯烃，或者所述共聚物的混合物或共混物。尤其有用的聚乙烯包括极低密度的聚乙烯(VLDPE)和超低密度聚乙烯(ULDPE)。
除了乙烯，以共聚物的重量计，共聚单体中的聚乙烯聚合物部分在1到49重量百分比的范围内，并优选在15到40重量百分比的范围内。α烯烃的例子是丙烯、1-丁烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯和1-辛烯。二烯烃的适当例子的包括亚乙基降冰片烯、丁二烯、1，4-己二烯或者二环戊二烯。混合物可以是机械的混合或者为原位混合，并可以包括乙烯的均聚物。
聚乙烯聚合物可以具有0.880到0.915克/厘米3的密度，并优选具有0.895到0.910克/厘米3的密度。更优选地，聚乙烯聚合物具有0.900到0.905克/厘米3的密度。
聚乙烯聚合物还可具有0.5到10克/10分钟的熔融指数。优选地，熔融指数在1到5克/10分钟的范围内。在ASTM D-1238、Conditon E下确定熔融指数并在190摄氏度和2160克时测量熔融指数。
聚乙烯聚合物还可以具有至少115摄氏度的熔化温度。优选地，熔化温度高于115摄氏度。更优选地，熔化温度高于120摄氏度。
聚乙烯聚合物还可以具有小于35重量百分比的结晶分析可溶解部分。优选地，结晶分析可溶解部分小于32重量百分比。
聚乙烯可以是非均质的。非均质的聚乙烯聚合物通常具有至少3.5的多分散指数(Mw/Mn)并缺乏均匀的共聚单体分布。Mw定义为重均分子量，Mn定义为数均分子量。优选地，多分散指数大于40。
低压工艺可以生产聚乙烯聚合物。通过常规方法可以在气相工艺中或者在液相工艺(也就是溶液工艺)中生产聚乙烯聚合物。低压工艺通常在低于1000磅每平方英寸(“psi”)的压力下进行。
用于制备聚乙烯聚合物的典型催化剂系统包括镁/钛基催化剂系统、钒基催化剂系统、铬基催化剂系统和其它的过渡金属催化剂系统。很多这些催化剂系统通常被称为齐格勒-纳塔(Ziegler-Natta)催化剂系统或者飞利浦斯(Phillips)催化剂系统。优选的催化剂系统是齐格勒-纳塔催化剂系统。有用的催化剂系统包括在硅-氧化铝载体上使用铬或者钼氧化物的催化剂。
有用的催化剂系统可以包括多种催化剂系统的组合(例如，齐格勒-纳塔催化剂系统和金属茂催化剂系统)。在多级反应的工艺中，所述组合的催化剂系统是非常有用的。
绝缘层可以是可交联的或者热塑性的。交联剂包括过氧化物。通过在有自由基引发剂的情况下通过用乙烯硅烷接枝聚乙烯可以使聚乙烯聚合物变成湿气可交联的。当使用硅烷功能化的聚乙烯时，用于构成绝缘层的组合物还可以在配方中包括交联催化剂(例如，二丁基锡二十二酸酯或者十二烷基苯磺酸)或者其它的路易斯酸(lewis acid)或者布仑斯惕酸(Bronsted acid)或者碱催化剂。乙烯基烷氧基硅烷(例如，乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三氧硅烷)为接枝用合适的硅烷化合物。
另外，制备绝缘层的聚合物材料可以包含添加剂，例如催化剂、稳定剂、防焦剂、水树阻止剂、电树阻止剂、着色剂、耐蚀剂、润滑剂、防粘剂、阻燃剂和加工助剂。
在优选实施例中，本发明为包括一个或者多个导电体或者一个或者多个导电体的芯，每个导体或者芯都被绝缘层围绕，所述绝缘层包括聚乙烯，所述聚乙烯具有在0.900到0.905克/厘米3的密度、高于120摄氏度的熔化温度、1到5克/10分钟的熔融指数、小于35重量百分比的结晶分析可溶解部分，及大于4.0的多分散指数。
在替换实施例中，本发明为包括一个或者多个导电体或者一个或者多个导电体的芯，每个导体或者芯都被绝缘层围绕，所述绝缘层在小于15000psi的环境中具有1％的正切弯曲模量和在150摄氏度时具有至少4×107达因/厘米2的动态弹性模量。优选地，在小于10000psi的环境中绝缘层具有1％的正切弯曲模量，在150摄氏度时具有至少5×107达因/厘米2的动态弹性模量，或者两者都具有。
实施例
下面的非限定实施例说明本发明。
                    结晶分析可溶解部分
判断两种可能的基础树脂(base resins)的结晶分析可溶解部分。基础树脂的选择是基于它们的密度、熔融指数和与过氧化物交联的潜力。
对比实施例1是VLDPE，其是通过气相工艺制备的，作为FlexomerTMDFDA-8845从The Dow Chemical Company购买的。它具有0.902克/厘米3的密度和4克/10分钟的熔融指数。实施例2是VLDE，其是通过气相工艺制备的，作为AttaneTM 4404G从The Dow Chemical Company购买的。它具有0.904克/厘米3的密度和4克/10分钟的熔融指数。
使用从西班牙的巴伦西亚的PolymerChar购买的CRYSTAF设备来判断结晶分析可溶解部分，该设备可产生CRYSTAF结晶动力学曲线。在150摄氏度时将聚合物样品溶解在1，2，4-三氯苯中，然后放置在反应器中。将所得溶液在95-100摄氏度平衡。然后以每分钟2度的速度冷却该溶液。当温度降低时，结晶形成。在从反应器中将样品移出之前过滤每个样品。使用红外探测器分析通过过滤器的部分以确定它的浓度。通过差值确定保留在反应器中的聚合物浓度。
图1说明了用于对比实施例1的CRSTAF结晶动力学曲线，而图2说明了用于实施例2的CRSTAF结晶动力学曲线。对比实施例1给出了在30摄氏度时40.5重量百分比的1，2，4-三氯苯中的结晶分析可溶解部分。实施例2给出了在30摄氏度时31.8重量百分比的1，2，4-三氯苯中的结晶分析可溶解部分。
                    分子量分布
通过凝胶渗透色谱法还可以判断两种可能的基础树脂的分子量分布。图3说明了用于对比实施例1的分子量分布。图4说明了用于实施例2的分子量分布。图5说明了用于对比实施例1和实施例2的分子量分布曲线的重叠。
色谱系统由Waters 150C高温色谱构成。使用Viscotek TriSEC软件版本3和4沟道ViscotekDta Manager DM 400进行数据收集。
在140摄氏度运行圆盘传送带分隔室和在150摄氏度运行圆柱分隔室。使用的圆柱是7个Polymer Laboratories 20微米Mixed-A LS圆柱。使用的溶剂是1，2，4-三氯苯。浓度为50毫升溶剂中含有0.1克聚合物的样品是在160摄氏度时，通过轻微搅拌4个小时来制备的。用于制备样品的溶剂含有200ppm丁基化的羟基甲苯(BHT)。使用的注射体积是200微升，流速是1.0微升/分钟。
用从Polymer Laboratories购买的具有窄分子量分布的聚苯乙烯标准进行GPC圆柱设置的校准。为了大量验证的目的，基于公知的浓度和注射体积校准折射计。
                        结块
判断两种可能的基础树脂的结块。对比实施例3是对比实施例1树脂的包含过氧化物的样品。实施例4是实施例2树脂的包含过氧化物的样品。
通过在具有正方形基(3.75英寸×3.75英寸)的容器中，将在6磅下评估的200克材料在70摄氏度时保持7个小时，然后将该材料在室温下另外保持16个小时。最后，打开容器的底并测量推动材料通过容器底所需的力量大小。在表1中公布结果。
                                表1
 对比实施例1  对比实施例3   实施例2   实施例4
  添加的过氧化物  没有  有   没有   有
  所需力量(磅)  16  12.5   0   4
                 球冲击测试-输送聚合材料
使用连接到 英寸Fox喷射器阀的2立方英尺供给斗来判断从两种可能的基础树脂沉积的残留量，所述的喷射器阀反过来通过12英尺的 英寸不锈钥管连接到
Figure A20048002138500083
立方英尺的集料斗上。集料斗具有适当的板保持器，并且可以以多个角度设置冲击测试板。设置集料斗使得它能在在大气压力下将树脂传输到55加仑的鼓中。当鼓充满时，树脂通过设备再循环。
通过Fox阀启动的空气供应控制树脂的速度，其被设置为20psi。空气以66英尺/秒的速度离开。
使用流化床将加热的树脂送到测试单元以用于评估。在45摄氏度和60摄氏度以两小时的间隔来测试树脂。
在测试单元中，在实施例2中产生的材料的残留量比在对比实施例1中产生的少。

Claims (18)

1.一种电缆，所述电缆包括一个或者多个导电体或者一个或者多个导电体的芯，每个导体或者芯都被包括烯烃聚合物的绝缘层围绕，所述烯烃聚合物具有0.880到0.915克/厘米3的密度、至少为115摄氏度的熔化温度、0.5到10克/10分钟的熔融指数、小于35重量百分比的结晶分析可溶解部分，和至少为3.5的多分散指数。
2.根据权利要求1所述的电缆，其中所述烯烃聚合物是聚乙烯。
3.根据权利要求1所述的电缆，其中所述烯烃聚合物具有0.895到0.910克/厘米3的密度。
4.根据权利要求1所述的电缆，其中所述烯烃聚合物具有0.900到0.905克/厘米3的密度。
5.根据权利要求1所述的电缆，其中所述烯烃聚合物具有至少115摄氏度的熔化温度。
6.根据权利要求1所述的电缆，其中所述的烯烃聚合物具有大于120摄氏度的熔化温度。
7.根据权利要求1所述的电缆，其中所述聚乙烯聚合物具有1到5克/10分钟的熔融指数。
8.根据权利要求1所述的电缆，其中所述的烯烃聚合物具有小于32重量百分比的结晶分析可溶解部分。
9.根据权利要求1所述的电缆，其中所述烯烃聚合物具有大于4.0的多分散指数。
10.根据权利要求1所述的电缆，其中所述烯烃聚合物具有非均匀的共聚单体分布。
11.根据权利要求1所述的电缆，其中使用齐格勒-纳塔催化剂制备烯烃聚合物。
12.根据权利要求1所述的电缆，其中所述绝缘层是可交联的。
13.根据权利要求1所述的电缆，其中所述绝缘层是热塑性的。
14.一种电缆，所述电缆包括一个或者多个导电体或者一个或者多个导电体的芯，每个导体或者芯都被包括聚乙烯的绝缘层围绕，所述聚乙烯具有0.900到0.905克/厘米3的密度、大于120摄氏度的熔化温度、1到5克/10分钟的熔融指数、小于35重量百分比的结晶分析可溶解部分，和大于4.0的多分散指数。
15.一种电缆，所述电缆包括一个或者多个导电体或者一个或者多个导电体的芯，每个导体或者芯都被绝缘层围绕，所述绝缘层在小于15000psi的环境中具有1％的正切弯曲模量和在150摄氏度时具有至少4×107达因/厘米2的动态弹性模量。
16.根据权利要求15所述的电缆，其中所述绝缘层在小于10000psi的环境中具有1％的正切弯曲模量。
17.根据权利要求15所述的电缆，其中所述绝缘层在150摄氏度时具有至少5×107达因/厘米2的动态弹性模量。
18.根据权利要求15所述的电缆，其中所述绝缘层在小于10000psi的环境中具有1％的正切弯曲模量和在150摄氏度时具有至少5×107达因/厘米2的动态弹性模量。
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