CN1886245A - 将液体引入压力下的熔融物料的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
描述了一种用于将液体引入压力下的熔融物料的方法和装置(1)。这种方法和这种装置(1)特别地、但不惟一地适用于在包括至少一个导体(4)的电缆元件上形成涂层(5、6、7)，所述层(5、6、7)包括形成引入介电液体的连续相的挤出的热塑性聚合物；该方法和装置可用于例如生产用于输送和/或分配电能的电缆(3)。该方法包括以下步骤：使液体达到高于熔融物料压力的预定压力；将该液体进料入多个储罐(12)；和通过分别与该多个储罐(12)流体连通的多个注射器(13)，在等于上述预定压力的注射压力将该液体注入熔融物料。这样可以有利地实现以工艺简单的方式和低成本基本连续地输送液体，同时确保液体在熔融物料内尽可能均匀的分散。
Description
发明领域
第一个方面，本发明涉及一种用于将液体引入压力下的熔融物料的方法。
本说明书和后续的权利要求中，术语“液体”用来表示包括至少一种液体组分的均相或多相产品，例如至少一种固体组分分散在至少一种液体中的多相混合物，该产品能够流入循环回路，不会由于该产品流速的过度降低而在比如使回路阻塞或在任何情况下危及其操作的程度上产生沉淀。换句话说，在固-液多相混合物的情况下，固体组分以例如不会明显改变液体组分的流体动力学性能和例如不包括过度沉淀现象的量存在。
第二个方面，本发明涉及一种用于将液体引入压力下的熔融物料的装置。
为了说明的目的，例如在用于输送和/或分配称为低压型(其中低压表示电压低于约1kV)、中压型(其中中压表示电压为约1kV-约30kV)或高压型(其中高压表示电压高于约30kV)电能的电缆的涂层挤出工艺中，可以得到承受压力(通常高于至少约10巴)的熔融物料的状态。
为了说明的目的，上述涂层可以是绝缘层和/或相对于电缆绝缘层，分别设置在径向内侧和外侧位置的一个或两个半导体层。
在其中涂层是绝缘层的情况下，该涂层沉积在导体或半导体层上，半导体层相对于导体在径向外侧位置涂布导体。关于绝缘层，其可以例如由形成引入介电液体的连续相的挤出的热塑性聚合物组成，或者由例如通过添加有机过氧化物而自由基交联的挤出的聚合物组成。关于半导体层，这些层可以具有与上述绝缘层同样的组成，并可进一步包括合适的导电性填料，以便赋予该层所需的半导体功能。
现有技术
用于输送和/或分配电能的电缆是已知的，该电缆具有至少一个例如由绝缘材料制成的、包括热塑性聚合物和液体的挤出非交联型涂层，所述液体例如适于赋予绝缘材料层足够的电性能，特别是介电强度(dielectric rigidity)的介电液体。
在涂层为绝缘型和液体为介电液体的情况下，需要满足的条件之一为遍布用于输送和/或分配中和/或低压电能的电缆的绝缘涂层的整体厚度均匀分布介电液体，这一点是众所周知不理想的。如果介电液体不能遍布聚合物物料均匀分布，实际上得到的电缆具有相对于设计电势的电势较低的区域，即，其中介电强度低于所需强度的区域，这样的区域由此变成放电起弧的潜在位点。此外，介电液体在聚合物物料中的不均匀分布也包括通常存在于介电液体中的抗氧化剂的不均匀分布。因此，在这种情况下，电缆更易受老化现象的影响，并且不能确保性能随时间的基本恒定性和因此所需的可靠性，特别是在高操作温度下(通常高于约80-90℃)的可靠性。
专利申请WO 99/13477公开了一种由绝缘材料制成的电缆涂层，所述绝缘材料由形成引入介电液体的连续相的热塑性聚合物组成，所述介电液体在固态聚合物结构中形成了互穿流动相。热塑性聚合物和介电液体之间的重量比在95∶5和25∶75之间。该绝缘材料可以通过提供使大量热塑性聚合物和介电液体，例如通过挤出机，以间歇或连续方式热混的步骤的方法生产。具体地，在这种聚合物与这种液体的热混步骤之后，在室温下冷却、造粒所得到的混合物并引入挤出机。由此通过挤出来生产相对于径向内侧的半导体层，在径向外侧位置设置的绝缘材料层。该绝缘材料层随后由径向外侧的半导体层、金属网和外护套包覆以形成电缆。
组成聚合物物料的材料可以热塑性形式和交联形式使用。在热塑性聚合物当中，指出以下聚合物：聚烯烃、乙酸酯聚合物、纤维素聚合物、聚酯、聚酮、聚丙烯酸酯、聚酰胺和聚胺。特别建议使用具有低结晶度的聚合物。介电液体优选为具有低或高粘度的合成油或矿物油，特别是聚异丁烯油、环烷油、聚芳烃油、α-烯烃油或硅油。
专利申请WO 02/47092公开了一种生产电缆的方法，该电缆具有至少一个包括介电液体的聚合物涂层。这种电缆通过以下方法获得：该方法提供挤出大量包括混合有介电液体的热塑性聚合物的热塑性材料，和随后借助于静态混合器流通添加有介电液体的热塑性材料。
专利申请US 2002/0167103公开了一种用于将液态添加剂引入压力下的熔融物料的方法和装置，所述液态添加剂例如硬化剂、染料、软化剂、填料或增强添加剂，所述熔融物料由流体介质组成，例如熔融热塑性材料。具体地，根据由该专利申请记载的一个优选实施方案，使液体达到高于熔融热塑性物料压力的预定压力，然后送入用于进料液体的管线并由此储存在与用于进料液体的管线流体连通的压力下的储罐中。最后，在等于上述预定压力的注射压力下将该液体注入熔融热塑性物料。具体地，该物料容纳在挤出机中，而且通过由伺服控制(servo-controlled)的电子驱动系统电子驱动的多个注射器将液体注入其中。由此通过注射将液体引入压力下的熔融热塑性物料，并使液体雾化和由此在其与熔融物料之间产生有效的混合作用。此外，由于存在储罐，压力的形成和液体的注射得以分离，随之而来缓冲了待注射的液体的压力波动。
尽管达到了所述效果，专利申请US 2002/0167103中公开的方法和装置仍具有许多缺点，例如用于确保通过注射器连续输送液体必不可少的伺服控制的电子驱动系统复杂并且昂贵。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本申请人已经认识到需要提供一种用于将液体引入压力下的熔融物料的方法和装置，其能够确保以工艺简单的方式和低成本将液体基本连续地输送和引入熔融物料，同时确保液体在压力下的熔融物料内尽可能均匀的分散。
在本说明书和随后的权利要求中，表述“将液体基本连续地输送和引入压力下的熔融物料”用来分别表示输送液体或将其引入熔融物料而没有明显中断的事实。例如，采用相同注射器的两次连续输送之间经过的时间通常少于零点几秒。
本申请人已经发现通过将液体进料入优选在压力下的多个储罐和在高于熔融物料压力的注射压力(优选在约30巴-约1500巴的注射压力)下注射液体，可以基本连续的方式将液体引入通常为约10巴-约1400巴的压力下的熔融物料。
换句话说，本申请人已经发现由于装备至少两个压力下的储罐和至少一样多的注射器，即，不仅通过使形成液体压力的步骤和注射液体的步骤彼此独立(对于该效果，提供单个储罐将是足够的)，而且还通过使至少两个注射器彼此独立，可以基本连续的方式确保将液体引入压力下的熔融物料，而不需要提供复杂和昂贵的驱动设备。
根据第一个方面，本发明因此涉及一种用于将液体引入压力下的熔融物料的方法，该方法包括以下步骤：
a)使所述液体达到高于所述熔融物料压力的预定压力；
b)将所述液体进料入多个储罐；
c)通过分别与所述多个储罐流体连通的多个注射器，在高于所述预定压力的注射压力下将所述液体注入所述物料。
由于在注射液体自身的步骤之前，待注入压力下的熔融物料的液体被储存在多个储罐中，待引入熔融物料的液体形成压力的步骤与将液体注入熔融物料的步骤是独立的，其有利地使液体在高压注入熔融物料，例如约700巴或更高，这取决于熔融物料承受的压力值。
在这种液体注射的压力值下，有利于进行雾化，即，以小液滴的形式精细分散，有利地改善了随后的液体与熔融物料的混合步骤，混合步骤根据以下非常详细描述的本发明方法的一个优选实施方案提供。
此外，由于装备多个液体储罐作为在压力下待引入熔融物料的液体的储存器和装备相应的多个分别与储罐流体连通的注射器，可以有利地以基本连续和准确计量的方式将液体引入压力下的熔融物料，而不需要提供很复杂的驱动设备，例如专利申请US 2002/0167103中公开的装置中使用的电子类型的驱动设备。实际上，专利申请US2002/0167103中公开的方法和装置只可能由于装备了该电子类型的驱动系统而工作。如果这种电子类型的驱动系统由基于在预定阈压力下简单校准的较不复杂的机械类型的驱动系统代替，注射器将全部感应相同的压力，并从而在给定的时间，它们将根据储存在储罐中的液体的压力值分别高于或低于预定阈压力值而全部打开或全部关闭，由于可能在一些时间范围内没有输送液体以及中断了将液体注入热塑性物料的工艺的连续性，并因此随之而来不充分和不均匀地将液态添加剂分布在压力下的熔融物料中。另一方面，由于存在多个压力下的储罐，本发明的方法和装置可以有利地以工艺简单的方式，例如根据本发明方法的一个优选实施方案，通过使用在高于压力下的熔融物料所承受的压力的预定阈压力下弹簧校准的各个注射器，机械地驱动液体的注射。此外，由于提供通过彼此独立的多个注射器注射液体的步骤，本发明的方法以基本连续的方式使所述多个储罐的至少一个储罐中的液体压力高于预定阈压力。用这样的方法，基本上在每个时刻，至少一个注射器处于将液体注入熔融物料的运转状态。
液体和上述熔融物料之间的重量比优选为约1∶99-约25∶75，更优选为约2∶98-约20∶80，和仍然更优选为约3∶97-约15∶85。
根据本发明方法的一个优选实施方案，上述液体为有利地赋予例如聚合物的物料所需的介电强度的介电液体，所述介电强度是在其中引入介电液体的物料旨在用于形成电缆涂层的情况下特别需要的性能。此外，由于其化学-物理性能，介电液体沿着该液体流动的整个通路产生有益的自润滑作用。
因此具体地，本发明的一个优选实施方案提供将介电液体引入压力下的熔融物料，以便制造用于输送和/或分配低、中或高压电能的电缆的涂层，所述层优选包括形成引入介电液体的连续相的聚合物，更优选热塑性聚合物。
上述涂层可以为电缆的绝缘层或者通过添加合适的导电性填料，相对于电缆绝缘层分别在径向内侧和外侧位置设置的一个或两个半导体层。
例如，该介电液体可以选自：矿物油，例如脂族型(例如石蜡型)油、环烷油、芳族型油、聚芳烃油、混合的脂族和芳族型油，所述矿物油可任选地含有至少一种选自氧、氮和硫的杂原子；液体石蜡；植物油，例如豆油、亚麻籽油、蓖麻油；低聚物的芳族聚烯烃；链烷烃型蜡，例如聚乙烯蜡、聚丙烯蜡；合成油，例如硅油、烷基苯(例如二苄基甲苯、十二烷基苯、二辛基苄基甲苯)、脂族酯(例如季戊四醇(pentaerythrol)的四酯、癸二酸的酯、邻苯二甲酸的酯)、烯烃低聚物(例如任选氢化的聚丁烯或聚异丁烯)；以及它们的混合物。
芳族型、石蜡型和环烷油是特别优选的。
优选用于实施本发明的介电液体为芳族和/或脂族型油，优选具有小于或等于8，更优选小于3.5的介电常数。这种介电常数的优选值表示根据标准IEC247(1978版)，在25℃测定的介电常数。
优选，该介电液体选自：
(i)具有至少两个、优选至少三个非稠合芳环的烷基芳基烃，芳基碳原子数与碳原子总数之间的比率大于或等于0.6，优选大于或等于0.7，如本申请人的欧洲专利申请EP 1 295 301所述；
(ii)未取代或用至少一个线形或支化烃基取代的二苯醚，其具有1-30个碳原子，优选1-24个碳原子，如本申请人的专利申请WO02/27731所述；
(iii)(i)和(ii)的混合物。
仍然更优选的，该介电液体包括含量相对于介电液体总重量，不少于10wt％的具有至少三个非稠合芳环的至少一种烷基芳基烃。
根据本发明可以使用的属于(i)类的烷基芳基烃的实例为：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、或它们的混合物。
根据本发明可以使用的属于(ii)类的二苯醚的实例为：苯基甲苯基(toluyl)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、十八烷基二苯醚等、或它们的混合物。
优选用于实施本发明方法的介电液体具有预定的粘度，以避免液体经由压力下的熔融物料快速扩散并因此向其外部迁移，和同时比如确保液体容易进料和混合入聚合物材料。优选，该介电液体具有根据标准ISO 3104(1997年7月的ISO 3104/AC1)在20℃测定的约1-约500mm2/s，更优选约5-约100mm2/s的运动粘度。
根据本发明的一个进一步优选的实施方案，该介电液体具有根据标准IEC 628(1985年第12版)测定的大于或等于约5mm3/分钟，更优选大于或等于约50mm3/分钟的氢吸收容量。
优选，可以优选相对于介电液体的重量，向适于实施本发明方法的介电液体中添加低于或等于1wt％的量的环氧树脂，该树脂被认为是实现在电场下降低离子迁移速率，并因此降低绝缘材料介电损耗的主要作用。
为了实现本发明的方法，当物料包括聚合物材料时，可以将其它常规组分加入该材料中，例如针对消除物料老化的不理想现象的抗氧化剂、加工助剂、无水阻滞添加剂等。
适于该目的的常规抗氧化剂为例如二硬脂基(distearyl)硫代丙酸酯和季戊四醇-四[3-(3，5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]等、或它们的混合物。
可以加入到聚合物基料中的加工助剂为，例如硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸、链烷烃型蜡等、或它们的混合物。
在其中必须制造半导体层的情况下，将导电性填料以比如赋予聚合物材料以半导体特性的一定量分散在聚合物材料，例如炭黑中，即，得到在室温下低于5Ohm·m的电阻率。所述量相对于该混合物的总重量，优选在约5wt％和约80wt％之间，更优选在约10wt％和约50wt％之间。
当绝缘层和半导体层都使用相同类型的聚合物材料时，可以实现中压或高压电缆的生产优势，因为使用相同类型的聚合物材料确保了相邻层之间的最佳粘合性以及由此的更好的电特性，特别是在绝缘层和内侧半导体层之间的界面处，其中电场和由此的局部放电风险更高。
虽然本说明书主要关注用于输送和/或分配中压或高压电能的电缆的制造，但是可以实施本发明的方法来制造一般电器的绝缘涂层。具体地，可以实施该方法来制造不同类型的电缆，例如低压电缆、通信电缆、混合的电力/通信电缆，或者制造用于制造电线的附件部件，例如用于终端设备或节点的弹性套管。
根据本发明方法的一个优选实施方案，该压力下的熔融物料包括至少一种聚合物，例如热塑性聚合物，和更优选这种热塑性聚合物包括至少一种处于熔融状态并在压力下的聚烯烃。
优选，这种聚烯烃具有根据标准ASTM D790-91在室温下测定的约30-约1400MPa，更优选约60-约1000MPa的挠曲弹性模量。
优选，上述聚烯烃具有根据标准ASTM D1238-90b(1990年12月)，用21.6N载荷在230℃测定的约0.05-约10.0dg/分钟，更优选约0.5-约5.0dg/分钟的熔体流动指数(MFI)。
适用于该目的的聚烯烃可以优选选自：
(a)高密度聚乙烯(HDPE)，密度通常在约0.93g/cm3和约0.96g/cm3之间；
(b)丙烯均聚物、或丙烯与至少一种选自乙烯和除丙烯之外的α-烯烃的烯烃共聚单体的共聚物，所述均聚物或共聚物的熔点大于或等于约140℃，优选在约145℃和约170℃之间，并且其熔融焓为约30-约100J/g，优选为约30-约85J/g。
在其中使用丙烯与烯烃共聚单体的共聚物的情况下，后者优选以低于或等于约15mol％，更优选低于或等于约10mol％的量存在。该烯烃单体优选为乙烯或结构式CH2＝CH-R的α-烯烃，其中R为具有2-10个碳原子的线形或支化的烷基，其选自例如1-丁烯、1-戊烯、4-甲基-1-戊烯、1-esene、1-辛烯、1-癸烯、1-十二碳烯等、或其组合。丙烯/乙烯共聚物是特别优选的。
根据本发明方法的一个特别优选的实施方案，该热塑性聚合物为聚烯烃，其选自：
(1)丙烯均聚物、或丙烯与至少一种选自乙烯和除丙烯之外的α-烯烃的烯烃共聚单体的共聚物，其具有优选在约30和约900MPa之间，更优选在50和400MPa之间的挠曲弹性模量；
(2)多相共聚物，其包括基于丙烯的热塑性相和基于乙烯与α-烯烃(优选丙烯)共聚的弹性体相，其中该弹性体相以相对于该多相共聚物总重量的至少45wt％的量存在。
属于(1)类的均聚物或共聚物显示出单相的微观结构，即，基本上没有以大于1微米的分子范畴尺寸分散的不均匀相。实际上这种材料没有多相聚合物材料典型的光学现象，和特别地，这种材料的特征在于透明度更高和由于局部机械应力的材料的应力致白减少。
在上述(1)类中，丙烯均聚物或丙烯与至少一种选自乙烯和除丙烯之外的α-烯烃的烯烃共聚单体的共聚物是特别优选的，所述均聚物或共聚物具有：
-约140℃-约165℃的熔点；
-约30J/g-约80J/g的熔融焓；
-以低于或等于约12wt％，优选在约1wt％和约10wt％之间的量可溶于沸腾二乙醚的级份，其具有低于或等于约4J/g，优选低于或等于约2J/g的熔融焓；
-以在约15wt％和约60wt％之间，优选在20wt％和约50wt％之间的量可溶于沸腾正庚烷的级份，其具有约10J/g-约40J/g，优选约15J/g-约30J/g的熔融焓；和
-以在约40wt％和约85wt％之间，优选在约50wt％和约80wt％之间的量不溶于沸腾正庚烷的级份，其具有大于或等于约45J/g，优选约50J/g-约95J/g的熔融焓。
关于这些材料和其用于电缆涂层的用途的更多细节记载于本申请人的欧洲专利申请EP 1 230 647中。
属于(2)类的多相共聚物为通过(i)丙烯，任选地含有较少量的至少一种选自乙烯和除丙烯之外的α-烯烃的烯烃共聚单体的嵌段共聚，和之后(ii)乙烯与α-烯烃，特别是丙烯的共混物，和任选地具有较少比例二烯烃的嵌段共聚得到的热塑性弹性体。这类产物通常也以术语“反应器热塑性弹性体”为大家公知。
在上述(2)类中，特别优选的是其中弹性体相由乙烯和丙烯的弹性体共聚物组成的多相共聚物，其包括相对于弹性体相的重量，约15wt％-约50wt％的乙烯和约50wt％-约85wt％的丙烯。关于这些材料和其用于电缆涂层的用途的更多细节记载于本申请人的专利申请WO00/41187中。
(1)类产品可以例如商标Rexflex商购自Huntsman PolymerCorp.。
(2)类产品可以例如商标Hifax商购自Montell。
如上所述的基础热塑性聚合物可以用于与具有低结晶度的聚合物机械共混，所述具有低结晶度的聚合物通常具有低于约30J/g的熔融焓，其发挥提高材料挠性的主要作用。具有低结晶度的聚合物的量相对于热塑性材料的总重量，优选低于约70wt％，更优选在约20wt％和约60wt％之间。
优选，具有低结晶度的聚合物为乙烯与具有3-12个碳原子的α-烯烃，以及任选地与二烯烃的共聚物。优选该α-烯烃选自：丙烯、1-己烯和辛烯。在其中存在二烯烃共聚单体的情况下，其通常具有4-20个碳原子，并优选选自：共轭或非共轭的线形二烯烃，例如1，3-丁二烯、1，4-己二烯或1，6-辛二烯等、或它们的混合物；单环或多环的二烯烃，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-降冰片烯等、或它们的混合物。
其中特别优选的乙烯共聚物为：
(i)具有以下单体组成的共聚物：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橡胶属于这类)；
(ii)具有以下单体组成的共聚物：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/辛烯共聚物，例如购自Dow-DuPontElastomers的产品Engage)。
根据本发明方法的一个可选择的实施方案，液体是用来使挤出的聚合物自由基交联的有机过氧化物(例如，过氧化二枯基)。
用这样的方法，可以有利地以基本连续的方式产生用于输送和/或分配低、中或高压电能的电缆的涂层，其中这种涂层由引入有机过氧化物用于随后的聚合物自由基交联的挤出的聚合物组成。优选，在其中在挤出步骤之后提供交联步骤的情况下，该交联的聚合物材料优选为基于聚烯烃，特别是交联的聚乙烯(XLPE)、或同样是交联的乙烯/丙烯弹性体共聚物(EPR)或乙烯/丙烯/二烯烃(EPDM)。
根据本发明方法的一个优选实施方案，熔融物料的压力在约10巴和约1400巴之间。
优选，上述使液体达到高于熔融物料压力的预定压力的步骤a)借助于至少一个泵，更优选包括多个分别与压力下的多个储罐流体连通的泵单元(例如，活塞单元)的往复式正位移泵，优选经由用于进料液体的相应多个管线实施。
用这样的方法，通过作用于泵的转数和/或使进入泵单元的液体量发生改变的加速设备的位置，可以在多种应用中有利地实施本发明的方法，所述应用可随特性和待引入聚合物中的液体的粘度而改变。
根据本发明方法的一个优选实施方案，使上述泵单元交错的步骤可以使得液体以取决于应用需求在不同时刻由不同泵单元泵送的方式提供。
根据本发明方法的一个优选实施方案，上述使液体进料的步骤b)通过经由至少一对用于进料液体的管线将液体进料入压力下的多个储罐的各个储罐而实施。换句话说，进料管线优选成对组合，而且每对进料管线与一个相应的储罐连接。每个储罐因此优选具有两个与相应的一对进料管线流体连通的入口，和至少一个与至少一个注射器流体连通的出口。用这样的方法，可以有利地将泵的泵单元成对组合，如此即使当液体压力降低时，也可以使同时作用的属于该组合的泵单元的两个活塞向储罐进料。因此，储罐中总有充足的液体量用于随后的注射，其可以确保基本连续的输送和随后基本连续地将液体引入熔融物料。
优选，对于上述将液体注入熔融物料的步骤c)，当熔融物料承受约10巴和约1400巴之间的压力时，其在约30巴和约1500巴之间的注射压力下进行；当熔融物料承受约300巴和约900巴之间的压力时，其在约400巴和约1000巴之间的注射压力下进行；和当熔融物料承受约400巴和约650巴之间的压力时，其在约500巴和约750巴之间的注射压力下进行。
优选，将液体注入压力下的熔融物料的步骤c)是机械驱动的。
由于这种特征，每个注射器的打开可以简单和成本节约的方式、以使得当压力下的给定储罐中的液体压力超过预定阈压力(高于熔融物料承受的压力)时，将液体引入压力下的熔融物料并优选如此使得液体雾化的方式有利地驱动。
优选，注入液体的步骤c)借助于多个机械类型的注射器进行，所述注射器的打开由在等于所需注射压力的预定阈压力下校准的弹簧驱动。
根据本发明方法的一个可选择的实施方案，上述注入液体的步骤c)是电子驱动的，例如，特别是为了设定将其打开的时刻和持续时间，通过在每个储罐上提供多个由适于驱动电子阀的电子控制单元操纵的电子阀。
优选，本发明的方法进一步包括使液体与压力下的熔融物料混合的步骤。
优选，将液体引入压力下的聚合物熔融物料，而且注入液体的步骤在其中容纳压力下的熔融物料的挤出机内进行。根据本发明方法的这种优选实施方案，通过在其中聚合物物料处于熔融状态(即，已经塑化)的挤出机区段中将液体注入挤出机而将其引入聚合物物料中。
优选，液体的注射发生在相对于聚合物物料沿挤出机的通路的挤出机的末端区段中。由于物料在挤出机的末端区段中处于完全熔融的状态，该方案可以将液体和熔融物料(其中液体由挤出步骤引入)混合，可以精确地计量液体并且实现后者在聚合物内的最佳分布。
同时有利地，将液体加入到已经塑化的聚合物中不会影响挤出工艺的稳定性。与之不同，即，在其中液体的引入在最初的挤出步骤中进行的情况下，当聚合物还没有熔融，由于由液体决定的润滑作用，挤出机内材料的移动可能存在不规则性。
优选，上述注入液体的步骤c)在其中物料处于熔融状态的挤出机区段中在多个按照预定角度有角度地交错的注射点进行。
另外地或者与上述注射点的有角度的交错相结合，上述注入液体的步骤c)在其中物料处于熔融状态的挤出机区段中在多个按照预定距离纵向交错的注射点进行。
换句话说，所述纵向交错的注射点可以属于限定挤出机主体的圆柱形表面的相同母面(generatrix)，或者属于限定挤出机主体的圆柱形表面的不同母面。
用这样的方法，可以有利地在物料的适当间隔的至少两个不同点处将液体引入压力下的熔融物料，由此促进液体在熔融物料内的分布。
根据一个优选实施方案，本发明的方法进一步包括过滤液体的预先步骤，以便消除存在于液体中的可能的污染性的外来试剂，所述试剂例如可能导致能够损坏泵设备和/或阻塞液体回路的沉淀物形成。
优选，该方法进一步包括使液体保持在预定温度，优选约70℃和约80℃之间的步骤。
该优选的温度范围特别适于其中液体为介电液体的情况，但即使是这种情况也并非唯一。实际上，介电液体通常包括在室温下向其中加入固体粉末形式的抗氧化剂物质或其它添加剂的矿物油。为了使抗氧化剂粉末熔融并避免不希望的其随后的沉淀，液体优选预先加热并随后保持在该抗氧化剂粉末的沉淀温度之上，优选处于70-80℃的上述优选温度范围内。
在其中液体为过氧化物的情况下，除了添加抗氧化剂物质或在室温下处于固态的任何物质之外，该过氧化物本身在室温下为固态。因此，同样在这种情况下，优选的是使温度升高以保持过氧化物和可能的添加剂都处于液态。
与待引入熔融物料的液体的特性无关，加热液体的步骤有利地使液体的粘度降低并因此改善了其流动性质。
根据其第二个方面，本发明涉及一种用于将液体引入压力下的熔融物料的装置，所述装置包括：
a)至少一个泵，用于使所述液体达到高于熔融物料压力的预定压力；
b)与上述至少一个泵流体连通的多个液体储罐；和
c)多个分别与上述多个储罐流体连通的注射器，用于在等于上述预定压力的注射压力下将液体注入物料。
优选，该泵为往复式正位移泵，其包括多个与上述多个储罐经由相应的多个进料管线流体连通的泵单元。
优选，该进料管线以多对设置，每对这种进料管线与泵的相应对的泵单元和优选压力下的多个储罐的每个储罐流体连通。
为了说明的目的，该泵可以包括六个泵单元，其经由同样数量的优选成对组合的进料管线与三个压力下的独立储罐流体连通，所述储罐分别与三个注射器流体连通。
根据一个优选实施方案，每个注射器包括至少一个输送喷嘴。当至少一个注射器包括多个输送喷嘴时，可以有利地增加液体进入压力下的熔融物料的输送点的个数。
根据本发明装置的一个优选实施方案，由于提供了压力下的多个储罐，注射器可以有利地为机械类型。由于这种特征，本发明的装置能够以工艺简单和经济有益的方式将液体引入压力下的熔融物料。
优选，注射器由在等于所需注射压力，优选约30巴和约1500巴之间的预定压力下校准的弹簧驱动。
由于这种特征，当液体压力超过上述预定压力(高于熔融物料所承受的压力)时，注射器打开以将液体引入压力下的熔融物料。
根据本发明装置的一个可选择的实施方案，上述注射器为例如电子阀形式的电子类型。当该注射器为电子类型时，该注射器优选由电子控制单元驱动。
优选，上述多个注射器在其中物料处于熔融状态(即，已经塑化)的挤出机区段，优选在相对于聚合物沿挤出机的通路的挤出机末端区段中与挤出机连接。
优选，本发明的装置包括多个彼此有角度地交错的注射器。用这样的方法，液体可以在不同点处引入熔融物料。
仍然更优选，本发明的装置包括三个彼此以120°有角度地交错的注射器。
另外地或与注射器的有角度的交错相结合，该注射器可以按照预定的距离纵向间隔，该预定的距离根据挤出机的纵向伸长来确定，特别是随着物料沿挤出机处于熔融状态的挤出机部分的纵向伸长而变化。
根据一个优选实施方案，在泵的上游，本发明的装置进一步包括用于给泵进料的罐，其通过合适的加压设备保持在预定压力下，所述预定压力优选等于约1-5巴，用这样的方法，有利地确保了本发明装置的泵的进料压力充分最小化。
在本说明书和随后的权利要求中，术语“上游”和“下游”用来分别表示在本发明装置中使用的组分，即，熔融物料或视情况而待引入其中的液体首先和最后通过的本发明装置的部分。
优选，本发明的装置进一步包括放置在进料罐和泵之间的过滤器，以便保护泵免受由加入液体中的粉末导致的不希望的阻塞现象，并用这样的方式确保泵的正常运转，所述粉末可能由于液体的不充分加热或者由于可能存在于进料罐中的外来试剂而沉淀。
根据一个优选实施方案，在用于给泵进料的罐的上游，本发明的装置进一步包括配备加压设备并与上述用于给泵进料的罐流体连通的预加载罐。
用这样的方法，通过对用于给泵进料的罐中的液体进行合适的加载步骤，可以有利地使用于给泵进料的罐不断地保持在压力下，而且由此确保泵的恰当进料。优选，这种液体的加载步骤包括以下步骤：将液体引入预加载罐，封闭该罐，通过加压设备使其承受例如约2和约2.5巴之间的预定压力，使该预加载罐与用于给泵进料的罐流体连通，将该预加载罐的内容物转移到用于给泵进料的罐中，中断两个罐之间的流体连通，释放该预加载罐的压力并使用于给泵进料的罐承受例如约2和约2.5巴之间的压力。
作为在泵的上游使用上述两个压力下的罐的替代方案，可以在泵的上游使用能够确保向泵连续和有效地进料液体的前级泵。有利地，在泵的上游使用前级泵作为压力下的罐的替代方案使得可以使用处于常压、也因此较为低廉的罐。
为了避免在进入预加载罐，或者根据后一替代实施方案为了避免在进入前级泵的液体中存在不希望的污染性的外来试剂，该装置优选进一步包括分别位于预加载罐或前级泵入口处的过滤器。
根据一个优选实施方案，该装置进一步包括与至少一个泵、多个进料管线、多个储罐和多个注射器，和如果存在，还与预加载罐和用于给泵进料的罐处于热交换关系的加热设备。
例如，用于给泵进料的罐和该预加载罐可以配备相应的其中放置加热旋管的夹套，而泵、泵单元、回路管线和注射器可以设置在恒温的环境中。
附图简述
由下文参考附图所做的根据本发明将液体引入压力下的熔融物料的方法的一些优选实施方案的描述，本发明的其它特征和优点将变得更加易于显而易见，其中用于说明性目的而非限制性目的，描绘了用于实施所述方法的装置。
附图中：
-图1为本发明用于将液体注入压力下的熔融物料的装置的透视图(部分地为横截面)；
-图2为用于输送和/或分配电能的电缆的透视图，其具有由图1装置产生的涂层。
优选实施方案的详细说明
参考图1的图解，本发明用于将液体引入压力下的熔融物料的装置概括地用1表示。为了说明的目的，如下文更详细描述的，适当地与挤出机2相联合的装置1旨在形成用于输送和/或分配电能的电缆的涂层。
图2举例说明这样一种概括地用3表示，特别适用于中压或高压的电缆。在该图中，电缆3从径向最内侧的位置到径向最外侧的位置包括导体4、径向内侧半导体层5、绝缘层6、径向外侧半导体层7、金属网8和外侧保护套9。
图2中举例说明的导体4由致密的金属元素(棒)组成，优选由铜或铝制成。或者，导体4可以包括根据常规技术绞合在一起的至少两根金属线，优选由铜或铝制成。导体4的横截面积根据在预定电压下待输送的电流确定。优选，对于用于输送和/或分配低、中或高压电能的电缆，这种面积在16mm2和1000mm2之间。
选自绝缘层6和径向内侧5与径向外侧7半导体层的至少一个涂层包括形成引入介电液体的连续相的挤出的热塑性聚合物。根据图2中举例说明的电缆3的实施方案，所有三个这些层5、6和7主要包括其中含有分散的介电液体(例如，二苄基甲苯)的热塑性聚合物材料，优选聚丙烯。除了聚丙烯和二苄基甲苯之外，径向内侧5和径向外侧7半导体层以比如能够赋予所述层以半导体特性的量进一步含有导电性填料，例如炭黑。
网8由相对于径向外侧半导体层7在径向外侧位置设置的导电性材料组成，和根据图2举例说明的优选实施方案，其优选由形成管形的连续金属片材(优选由铝或铜制成)构成，其周端被焊接或粘合在一起以确保电缆本身必需气密性。或者，该金属网可以由多个相对于外侧半导体层7在径向外侧位置螺旋缠绕的金属线或金属带构成。
网8因此由保护套9包覆，该保护套优选由热塑性材料，例如非交联的聚乙烯(PE)组成。
电缆3也可以具有相对于保护套9在径向内侧位置设置的防护结构(图2中未示出)，用来实施机械地保护电缆3免受冲击和/或压缩的主要功能。这种防护结构，例如可以为金属装甲或膨胀型聚合物材料层，如专利申请WO 98/52197中所述。
根据用于将液体注入压力下的熔融物料的装置1，为了纯粹说明性的目的，这将在下文中参照将例如二苄基甲苯的介电液体注入例如聚丙烯的压力下的熔融物料以形成图2中所示电缆3的绝缘层6来进行描述。
根据本发明，装置1包括图示说明并用10表示的泵，用于使液体达到高于熔融物料压力的预定压力。当熔融物料承受约100巴和约600巴之间的压力时，优选使液体达到约200巴和约700巴之间的压力。
此外，根据本发明，装置1进一步包括多个处于压力下的并与泵10流体连通的液体储罐12和多个分别与多个储罐12流体连通的注射器13，用于在等于上述预定压力，即，例如等于约200-700巴的注射压力下将液体注入物料。
由于提供了压力下的储罐12，其有利地构成了压力下的液体储存器，液体可以有利地在这种注射压力值或高于熔融物料所承受压力的任何情况中的更高值下注入。
根据图1中举例说明的优选实施方案，泵10为往复式正位移泵，其包括多个在举例说明的实施方案中为六个、设置为三对的泵单元14，其经由相应地设置为三对的六根进料管线11与三个储罐12流体连通，所述储罐与三个相应的注射器13相连。每个泵单元14以自身常规的方式包括：a)活塞(未示出)，通过凸轮与泵10的轴的整合确定其运动；b)吸入口(未示出)，其尺寸适当可调；和c)输送口(未示出)，具有预定尺寸。
泵10能够以例如约200巴和约700巴之间的预定压力并以约0.5kg/h和约100kg/h之间的流量泵送液体。
根据图1的优选实施方案，注射器13为机械类型。每个注射器13包括至少一个用于将介电液体注入压力下的熔融物料的输送喷嘴15。
优选注射器13由在等于上述注射压力的预定压力下校准的弹簧(自身为常规的而且未示出)驱动，以便一旦超过了该预定压力，其就将驱动注射器13打开。
如图1中举例说明的，为了产生图2中电缆3的绝缘层6，三个注射器13以这样的一种方式设置，使得在其中聚合物物料处于熔融状态(即，已经塑化)的挤出机区段中将液体注入挤出机2。为了这种目的，如图1中所示，三个注射器13相对于熔融物料沿挤出机2的通路设置在挤出机2的末端区段，优选彼此有角度地交错120°。
根据装置1举例说明的优选实施方案，在泵10的上游，该装置进一步包括罐16，其通过使用合适的加压设备(例如，常规氮气瓶)向保持在预定压力(例如，等于约1-5巴)下的泵10进料，而且其通过用于进料液体的管线17与泵10流体连通。
此外，装置1优选进一步包括放置在进料罐16和泵10之间的过滤器(自身为常规的而且未示出)。
图1中举例说明的实施方案中，在进料罐16的上游，装置1进一步包括通过配备截流阀23的连接管线19与进料罐16流体连通的预加载罐18。
为了避免通过不希望的物质(例如，污染性的外来试剂)，在该预加载罐18的入口处设置过滤器(自身为常规的而且未示出)。
优选，上述本发明装置1组件的每一个与合适的加热设备(自身为常规的而且未示出)处于热交换关系，用来沿着装置1的通路加热液体，以便避免通常加入介电液体中的抗氧化剂的不希望的沉淀，其可能阻塞预加载罐18和/或用于给泵10进料的罐16和/或泵10和/或进料管线11和/或注射器13。
例如，用于给泵10进料的罐16和该预加载罐18可以配备相应的其中放置加热旋管(未示出)的夹套，而泵10、泵单元14、回路管线11和注射器13可以放置在恒温室(自身为常规的而且未示出)中。
自身常规的挤出机2以图示方式和部分截面的方式说明，以便示意性示出概括地用30表示的正在挤出的材料，其容纳在注射器13上游的挤出机部分2中；以及示出概括地用40表示的已经注射介电液体的正在挤出的材料，其容纳在注射器13下游的挤出机部分中。
具体地，挤出机2包括基本上圆柱形的主体20，在其内部由合适的马达设备21使螺杆(未示出)旋转，用来加工和塑化承受例如约100巴和约600巴之间压力的聚合物物料。
挤出机2还包括同样未示出的用于向挤出机2自身进料聚合物材料的进料器和输出用的挤出机头22，根据举例说明的实施方案，由挤出机头得到电缆3的绝缘层6。在举例说明的优选实施方案中，挤出机头22具有用来容纳由内侧半导体层5涂布的导体4的管道25。所述管道25设置在基本上垂直于挤出机2纵向的方向，即，垂直于挤出机2中物料的传送方向。
关于如上所述的装置，本发明用于将液体引入压力下的熔融物料的方法的第一个实施方案包括以下步骤。
为了避免不希望地引入污染性的外来试剂，液体优选在预加载罐18的入口处预先过滤，然而为了使加入到液体中的例如具有抗氧化作用的可能的固体添加剂熔融和为了避免其不希望的沉淀，通过上述在用于给泵10进料的罐16和预加载罐18的夹套中配备的加热旋管和通过上述放置泵10、泵单元14、回路管线11和注射器13的恒温室，优选将液体保持在例如约70℃和约80℃之间的预定温度下。
此外，在本发明方法的步骤之前，优选进行以下将液体加载进装置1的步骤，该步骤的目的在于确保泵10入口处的进料压力充分最小化。在将液体引入预加载罐18之后，封闭预加载罐并使其承受例如约2和约2.5巴之间的预定压力。随后，通过打开截流阀23，使预加载罐18与用于给泵10进料的罐16流体连通。将预加载罐18的内容物转移到用于给泵10进料的罐16中，通过关闭截流阀23中断两个罐18和16之间的流体连通，释放预加载罐18的压力并使用于给泵10进料的罐16承受约2和2.5巴之间的压力。
在本发明方法的第一个步骤中，通过泵10和具体地是通过其泵单元14，使液体达到例如约200巴和约700巴之间的预定压力。
在本发明方法的第二个步骤中，经由六根进料管线11，将液体进料入压力下的三个储罐12。
更具体地，根据图1中举例说明的优选实施方案，经由一对进料管线11将液体进料入压力下的每个储罐12。进料入储罐12的液体储存在其中。
由于由泵10产生的压力储存在多个压力下的储罐12中，形成液体压力的步骤和注入液体的步骤可有利地独立进行。由于形成液体压力的步骤相对于注入液体的步骤独立，来自泵10泵送产生的压力波动和来自注射器13打开产生的压力波动可以有利地被减弱，由此如以下更详细描述的，可以在高压注入储存的液体。
在本发明方法的进一步的步骤中，在高于物料压力的注射压力下，和具体地该注射压力优选在约200巴和约700巴之间，通过多个注射器13和由上述在这种优选值范围内的压力下校准的弹簧将液体注入压力下的熔融物料。
由于提供了多个储罐12和相应的多个注射器13，注射器13也可有利地彼此独立操作，这使得可以确保基本连续地将液体输送到至少一个注射器13中和基本连续地计量熔融物料内的液体，同时保持上述高压值，而不需要使用复杂和昂贵的电子驱动设备。
在上述将液体注入压力下的熔融物料的步骤之后，由于存在挤出机2的螺杆，液体与物料混合，引入在其中混合的液体的物料被挤出到内侧半导体层5上，至此产生的包括导体4和内侧半导体层5的电缆正预先沿着挤出机头22的管道25传送。
根据举例说明的实施例，本发明的方法因此可以在电缆3的径向内侧半导体层5上以基本连续的方式形成绝缘层6。
随后，也可以进行本发明的方法以在至此得到的电缆元件3的绝缘层6上形成径向外侧半导体层7。
然后根据常规操作方法(就这点而言未详细描述)通过提供金属网8和外护套9完成了图2的电缆3。
为了说明的目的，根据如上所述的本发明方法，以基本连续的方式产生由以等于6％的比率引入二苄基甲苯的聚丙烯(特别是由BasellS.p.A.提供的HIFAX 7320XEP)制成的绝缘涂层。该电缆包括横截面积等于约150mm2的由铜制成的导电性元件，和厚度等于约0.5mm的由基于聚合物聚丙烯的材料制成的径向内侧半导体层。
上述绝缘层以约3m/分钟的速率，通过将二苄基甲苯注入其中容纳处于约200巴下的熔融聚丙烯物料的挤出机，通过三个流量为约60g/分钟和注射压力为约300巴的注射器来产生。为了得到介电液体的这种流量和注射压力值，使用具有6个泵单元、设定在340rpm的90cc的往复式正位移泵。
用于产生绝缘层的挤出机具有等于45mm的料桶直径和等于20的L/D(长度/直径)比。挤出机螺杆的转数等于44.4rpm。
由此得到的绝缘体的厚度等于4.5mm。
Claims (33)
1.用于将液体引入压力下的熔融物料的方法，其包括以下步骤：
a)使所述液体达到高于所述熔融物料压力的预定压力；
b)将所述液体进料入多个储罐(12)；
c)通过分别与所述多个储罐(12)流体连通的多个注射器(13)，在等于所述预定压力的注射压力下将所述液体注入所述物料。
2.权利要求1的方法，其中所述液体和所述熔融物料之间的重量比为1∶99-25∶75。
3.权利要求1的方法，其中所述液体为介电液体。
4.权利要求1的方法，其中所述熔融物料包括至少一种热塑性聚合物。
5.权利要求4的方法，其中所述热塑性聚合物包括至少一种聚烯烃。
6.权利要求1的方法，其中所述熔融物料的压力为约10巴-约1400巴。
7.权利要求1或6的方法，其中使所述液体达到并在其下注入所述液体的所述预定压力为30-1500巴。
8.权利要求1的方法，其中使液体达到预定压力的所述步骤a)通过至少一个泵(10)实施。
9.权利要求8的方法，其中所述泵(10)为往复式正位移泵，其包括经由多个进料管线(11)分别与所述多个储罐(12)流体连通的多个泵单元(14)。
10.权利要求1的方法，其中将液体进料的所述步骤b)通过经由至少一对液体进料管线(11)将所述液体进料入所述多个储罐(12)的每个储罐(12)来实施。
11.权利要求1的方法，其中注入液体的所述步骤c)为机械驱动的。
12.权利要求1的方法，其中注入液体的所述步骤c)在其中容纳所述熔融物料的挤出机(2)中进行。
13.权利要求12的方法，其进一步包括在所述挤出机(2)内使所述液体与所述熔融物料混合的步骤。
14.权利要求12的方法，其中所述挤出机(2)用来在用于输送和/或分配电能的电缆元件(3)上挤出熔融物料层，所述电缆元件(3)包括至少一个导电性元件(4)。
15.权利要求14的方法，其中注入液体的所述步骤c)在其中所述物料处于熔融状态的挤出机(2)的区段中在以预定角度有角度交错的多个注射点处进行。
16.权利要求14或15的方法，其中注入液体的所述步骤c)在其中物料处于熔融状态的挤出机(2)的区段中在以预定距离纵向交错的多个注射点处进行。
17.权利要求1的方法，其进一步包括过滤所述液体的预先步骤。
18.权利要求1的方法，其进一步包括将所述液体保持在预定温度下的步骤。
19.用于将液体引入压力下的熔融物料的装置(1)，其包括：
a)至少一个泵(10)，其用于使所述液体达到高于所述熔融物料压力的预定压力；
b)与所述至少一个泵(10)流体连通的多个液体的储罐(12)；
c)分别与所述多个储罐(12)流体连通的多个注射器(13)，其用于在等于所述预定压力的注射压力下将所述液体注入所述熔融物料。
20.权利要求19的装置(1)，其中所述泵(10)为往复式正位移泵，其包括经由相应的多个进料管线(11)与所述多个储罐(12)流体连通的多个泵单元(14)。
21.权利要求20的装置(1)，其中所述进料管线(11)以多对设置，每对所述进料管线(11)与相应对的泵单元(14)和所述多个储罐(12)的罐(12)流体连通。
22.权利要求19的装置(1)，其中所述注射器(13)为机械类型。
23.权利要求22的装置(1)，其中所述注射器(13)由在所述注射压力下校准的弹簧驱动。
24.权利要求19的装置(1)，其中所述多个注射器(13)用来将所述液体注入挤出机(2)。
25.权利要求24的装置(1)，其中所述注射器(13)在其中所述物料处于熔融状态的挤出机(2)的区段中按照预定角度有角度地交错的多个注射点处设置。
26.权利要求25的装置(1)，其包括三个彼此以120°有角度地交错的注射器(13)。
27.权利要求24或25的装置(1)，其中所述注射器(13)在其中物料处于熔融状态的挤出机(2)的区段中按照预定距离纵向交错的多个注射点处设置。
28.权利要求19的装置(1)，其进一步包括保持在预定压力下的用于给泵(10)进料的罐(16)。
29.权利要求28的装置(1)，其中进料罐(16)的所述预定压力为1-5巴。
30.权利要求28的装置(1)，其进一步包括放置在所述进料罐(16)和所述泵(10)之间的过滤器。
31.权利要求28的装置(1)，其进一步包括与用于给泵(10)进料的所述罐(16)流体连通的预加载罐(18)。
32.权利要求31的装置(1)，其进一步包括在所述预加载罐(18)入口处的过滤器。
33.权利要求19的装置(1)，其进一步包括与所述至少一个泵(10)、所述多个储罐(12)和所述多个注射器(13)处于热交换关系的加热设备。
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