KR102373770B1 - 프로필렌 폴리머 및 유전성 액체를 포함하는 조성물의 압출에 의한 전기 케이블의 제조를 위한 방법 - Google Patents

프로필렌 폴리머 및 유전성 액체를 포함하는 조성물의 압출에 의한 전기 케이블의 제조를 위한 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102373770B1
KR102373770B1 KR1020207003500A KR20207003500A KR102373770B1 KR 102373770 B1 KR102373770 B1 KR 102373770B1 KR 1020207003500 A KR1020207003500 A KR 1020207003500A KR 20207003500 A KR20207003500 A KR 20207003500A KR 102373770 B1 KR102373770 B1 KR 102373770B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
composition
screw
extruder
zone
section
Prior art date
Application number
KR1020207003500A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200028414A (ko
Inventor
마르셀로 파이샹 단타스
가브리엘레 페레고
비한느 뚜레
마우로 카치오티
왈리드 바룰
Original Assignee
넥쌍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 넥쌍 filed Critical 넥쌍
Publication of KR20200028414A publication Critical patent/KR20200028414A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102373770B1 publication Critical patent/KR102373770B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H01B13/06—Insulating conductors or cables
    • H01B13/14—Insulating conductors or cables by extrusion
    • H01B13/147—Feeding of the insulating material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/04—Homopolymers or copolymers of ethene
    • C08L23/06—Polyethene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/10—Homopolymers or copolymers of propene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/10—Homopolymers or copolymers of propene
    • C08L23/12—Polypropene
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H01B13/06—Insulating conductors or cables
    • H01B13/14—Insulating conductors or cables by extrusion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/20—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances liquids, e.g. oils
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/20—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances liquids, e.g. oils
    • H01B3/22—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances liquids, e.g. oils hydrocarbons
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
    • H01B3/44—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes vinyl resins; acrylic resins
    • H01B3/441—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes vinyl resins; acrylic resins from alkenes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2203/00—Applications
    • C08L2203/20—Applications use in electrical or conductive gadgets
    • C08L2203/202—Applications use in electrical or conductive gadgets use in electrical wires or wirecoating

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Processes Specially Adapted For Manufacturing Cables (AREA)
  • Organic Insulating Materials (AREA)

Abstract

본 발명은 프로필렌의 호모폴리머 및 코폴리머로부터 선택된 적어도 하나의 열가소성 폴리머, 및 적어도 하나의 유전성 액체를 포함하는 조성물로부터 수득되는 압출된 열가소성 층을 포함하는 전기 케이블의 제조를 위한 방법, 및 상기 방법을 사용하여 제조된 케이블에 관한 것이다.

Description

프로필렌 폴리머 및 유전성 액체를 포함하는 조성물의 압출에 의한 전기 케이블의 제조를 위한 방법
본 발명은 프로필렌 호모폴리머(homopolymer) 및 코폴리머(copolymer)로부터 선택된 적어도 하나의 열가소성 폴리머, 및 적어도 하나의 유전성 액체를 포함하는 조성물로부터 수득되는 압출된 열가소성 층을 포함하는 특히 전력 케이블 유형의 전기 케이블의 제조를 위한 방법에 관한 것이며, 또한 상기 방법에 의해 수득된 케이블에 관한 것이다.
이는 독점적으로 그런 것은 아니지만, 전형적으로, 육상, 해저 또는 지하 송전 분야, 또는 대안적으로 항공 분야에서, 직류이든 교류이든 상관없이, 송전을 위해 의도된 전기 케이블에 적용되며, 특히 중압 전력 케이블(특히 6 내지 45~60 kV) 또는 고압 전력 케이블(특히 60 kV 초과, 그리고 최대 400 kV의 범위일 수 있음)에 적용된다.
중압 또는 고압 송전 케이블은 일반적으로 내부로부터 외부를 향해,
- 특히 구리 또는 알루미늄으로 제조된 신장형 전기 전도성 요소;
- 상기 신장형 전기 전도성 요소를 둘러싸는 내부 반도체 층;
- 상기 내부 반도체 층을 둘러싸는 전기 절연층;
- 상기 절연층을 둘러싸는 외부 반도체 층; 및
- 선택적으로, 상기 외부 반도체 층을 둘러싸는 전기 절연성 보호용 외장을 포함한다.
특히, 전기 절연층은 가교 폴리에틸렌(XLPE) 또는 가교 에틸렌/프로필렌 또는 에틸렌/프로필렌/디엔 엘라스토머와 같은, 가교 폴리올레핀을 기재로 하는 폴리머 층일 수 있다. 가교는 일반적으로 신장형 전기 전도성 요소의 둘레에서의 폴리머 조성물의 압출 단계 동안 수행된다. 가교 폴리올레핀의 사용은 만족스러운 전기적 및 기계적 특성을 나타내는 층을 제공할 수 있게 하고, 70℃ 초과의 온도에서, 사실상 90℃와 같은 온도에서도 기능할 수 있는 케이블을 생성할 수 있게 한다. 그러나, 몇 가지 문제에 직면한다. 첫째, 가교된 재료는 재생될 수 없다. 둘째, 가교 공정은 XLPE계 절연층을 포함하는 케이블의 제조 속도를 제한한다. 이는, 만족스러운 가교도를 달성하기 위해서, 폴리머가 충분히 긴 시간 기간 동안 이의 가교를 달성하는 데 요구되는 온도에 도달될 수 있어야 하기 때문이다. 따라서, XLPE계 절연층을 포함하는 케이블의 제조 속도는 가교 터널에서의 통과 시간이 만족스러운 가교도를 달성하기에 충분히 길도록 조정되어야 하며, 이는 생산 능력 면에서 무의미하지 않은 제한적 한계를 나타낸다. 또한, 입자가 후속적으로 케이블의 절연층 또는 반도체 층으로 이동하여 그 내부에 결함을 유발할 수 있는, 압출기(스크루(screw), 칼라(collar), 압출기 헤드)에서의 XLPE 입자 형성의 임의의 위험을 방지하기 위해, 폴리에틸렌계 재료의 압출 동안 어떠한 상황에서도 가교 반응이 일어나지 않아야 한다. 이는 이러한 입자가 주로 절연층의 재료의 균일성 결핍을 초래하거나, 그렇지 않으면 절연층과 반도체 층 사이의 계면에서 균일성 결핍을 초래할 정도로, XLPE 입자의 존재가 케이블의 최종 특성에 영향을 주기 때문이다. 이러한 현상은 "스코치(scorch) 현상"이라는 명칭으로 알려져 있다.
케이블의 절연층을 위한 LDPE계 재료의 사용은 XLPE계 재료의 사용에 대한 대안일 수 있다. 그러나, LDPE계 재료는 70℃ 초과의 온도에서 사용될 수 없는 단점을 나타내며, 이는 또한 70℃ 초과의 온도에서 절연층의 임의의 과열을 방지하기 위해 이들의 송전 능력을 감소시키는 결과를 야기한다.
또한, 다량의 유전성 액체로 함침된 종이/폴리프로필렌 복합재 또는 다수의 종이 스트립으로 구성된 전기 절연층을 제조하는 것이 알려져 있다(예를 들어, 오일로 함침된 종이를 포함하는 케이블). 유전성 액체는 층에 존재하는 빈 공간을 완전히 충전하고, 케이블의 절연부에 대한 손상 및 부분 방전을 방지한다. 그러나, 이러한 유형의 전기 절연층의 제조는 매우 복잡하고 고비용이다(스트립 또는 복합재의 도포 단계 및 함침 단계).
또한, 유전성 액체와 긴밀하게 혼합된 폴리프로필렌 매트릭스를 포함하는 조성물을 기재로 하는 적어도 하나의 압출된 열가소성 전기 절연층을 포함하는 전력 케이블은 예를 들어, 국제 출원 WO 02/03398에서 제공되었다. 유전성 액체는 조성물의 총 중량을 기준으로, 3 중량% 내지 15 중량%를 나타낼 수 있다. 이러한 전력 케이블의 산업 생산을 위하여, 폴리프로필렌 매트릭스와 유전성 액체의 균일하고 긴밀한 혼합을 가능하게 하면서 이러한 혼합물이 용이하게 압출되도록 보장하는 방법을 개발할 필요가 있다. 그러나, 유전성 액체의 존재는 상기 케이블의 전기 성능 품질에 있어서, 특히 유전체 강성도 측면에 있어서 개선을 가능하게 할 수 있지만, 이는 이들의 산업 생산 시에 압출 방법 동안 문제를 야기할 수도 있다. 이것은 특히 유전성 액체가 제1 압출 단계 동안 분사되는 경우, 유전성 액체의 존재가 압출기의 배럴(barrel)을 따라 폴리프로필렌 매트릭스의 가소성 및 이동의 불균일성을 야기할 수 있기 때문이다. 또한, 조성물의 총 중량을 기준으로, 15 중량% 미만(예를 들어, 약 3 중량% 내지 10 중량%)의 유전성 액체의 양이 사용되는 경우, 유전성 액체의 윤활 효과와 관련된 벽에서의 슬라이딩 현상("슬립(slippage)/슬라이딩 현상"이라는 용어로 잘 알려져 있음)이 나타나서, 압출기 헤드에서 수득된 열가소성 층의 기계적 및/또는 전기적 특성의 저하(층의 구조적 결함)를 야기할 수 있다.
또한, 국제 출원 WO 2005/042226은, 고체 형태의 열가소성 프로필렌계 폴리머가 압출기의 공급 구역으로 유입되는 제1 단계; 열가소성 폴리머가 공급 구역으로부터 적어도 하나의 중간 구역을 향해 이송되어, 열가소성 폴리머의 점진적인 용융을 가능하게 하는 제2 단계; 및 그 다음, 압출기 헤드에 인접한 압출기의 구역으로 유전성 액체를 분사하는 단계로서, 열가소성 폴리머는 용융된 상태로 있는, 단계를 포함하는 압출 방법을 기술하였다. 이러한 방법은 가연성 액체인 유전성 액체를 고압으로(약 30 내지 1500 bars) 그리고 압출기 헤드에 근접한 구역에서 분사하는 단점을 나타내며, 이로 인해 중대한 안전 문제를 야기하고, 분사 장치 및/또는 압출기의 손상을 야기한다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래기술의 단점을 극복하고, 특히 전력 케이블 유형의 전기 케이블의 제조를 위한 방법을 제공하는 것으로서, 전기 케이블은, 적어도 하나의 신장형 전기 전도성 요소; 및 상기 신장형 전기 전도성 요소를 둘러싸는 적어도 하나의 압출된 열가소성 층을 포함하며, 상기 층은 프로필렌 호모폴리머 또는 코폴리머를 기재로 하는 적어도 하나의 열가소성 폴리머 및 적어도 하나의 유전성 액체를 포함하는 조성물로부터 수득되고, 상기 방법은 간단하고, 경제적이며, 복잡하고 고비용의 안전 장치의 설치를 필요로 하지 않고, 적어도 XLPE 가교 층으로 수득된 것과 비슷한, 우수한 전기적 및 기계적 특성을 나타내는 전기 절연성 열가소성 층을 생성할 수 있다.
그 목적은 아래에 설명될 본 발명에 의해 달성된다.
본 발명의 제1 청구 대상은 특히 전력 케이블 유형의 전기 케이블의 제조를 위한 방법으로서, 전기 케이블은, 적어도 하나의 신장형 전기 전도성 요소, 및 상기 신장형 전기 전도성 요소를 둘러싸는 적어도 하나의 압출된 열가소성 층을 포함하며, 상기 방법은 배럴, 스크루 및 압출기 헤드를 포함하는 적어도 하나의 압출기를 포함하는 장치를 사용하고,
i) 압출기의 흡입구에 위치된 공급 구역을 나타내는 스크루의 제1 구역으로 조성물을 특히 주위 온도에서 유입시키는 단계로서, 조성물은,
- 프로필렌 호모폴리머 및 프로필렌 코폴리머로부터 선택된 고체 형태의 적어도 하나의 열가소성 폴리머, 및
- 조성물의 총 중량을 기준으로, 약 15 중량% 미만의 양을 나타내는 적어도 하나의 유전성 액체를 포함하는, 단계;
ii) 단계 i)로부터 비롯된 조성물을 공급 구역으로부터 스크루의 하나 이상의 중간 구역을 향해 이송하여, 압출기의 배출구에 위치된 압출기 헤드를 향하는 조성물의 이송, 및 열가소성 폴리머의 점진적인 용융을 가능하게 하는 단계; 및
iii) 압출기 헤드에서, 단계 ii)로부터 비롯된 조성물을 신장형 전기 전도성 요소의 둘레에 도포하는 단계를 적어도 포함하며,
배럴은 홈이 있는(grooved) 배럴이거나/홈이 있는 배럴이고, 스크루는 "배리어" 유형의 스크루(즉, 배리어 스크루)인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방법은 간단하고, 경제적이며, 열가소성 폴리머와 유전성 액체의 균일하고 긴밀한 혼합을 보장하면서, 고압에서의 유전성 액체의 분사와 관련된 임의의 안전 문제 및 임의의 벽 슬라이딩 문제를 방지할 수 있게 한다.
압출기는 통상적으로, 특히 변속 모터에 의해, 회전으로 구동되는 하나 이상의 스크루를 회전시키는 배럴(또는 실린더)을 포함한다. 스크루(들)는 압출기의 종축을 따라 연장되고, 이들의 종축을 중심으로 회전으로 구동된다.
본 발명의 방법에서, 특정된 배럴(즉, 홈이 있는 배럴) 및/또는 특정된 스크루(즉, 배리어 스크루)의 사용은, 특히 전기 절연층 유형의 수득된 열가소성 층에서 구조적 결함의 형성을 방지하거나 제한하면서, 용이하게 압출되는 균일한 조성물을 수득할 수 있게 한다.
본 발명의 방법에 사용되는 압출기는 단계 i), ii) 및 iii)을 수행할 수 있게 한다. 특히, 이는 단계 i)의 조성물을 이송할 수 있게 하며, 이를 분산시키거나 이를 균일화할 수 있게 하고, 압력 하에서 이를 배치할 수 있게 하며, 열가소성 폴리머를 용융시킬 수 있게 하고, 특히 전기 절연층 유형의 열가소성 층을 적어도 하나의 신장형 전기 전도성 요소의 둘레에 형성할 수 있게 한다.
본 발명에서, "주위 온도"라는 표현은 약 15 내지 30℃ 범위의 온도를 의미하며, 바람직하게는 약 20 내지 25℃ 범위의 온도를 의미한다.
본 발명의 일 실시형태에 따라, 본 발명의 방법을 사용하는 압출기는 일축 스크루(single-screw) 압출기이다. 따라서, 이는 일축 스크루를 포함한다.
단계 i)의 조성물의 프로필렌 코폴리머는 이종상(heterophasic) 프로필렌 코폴리머, 랜덤 프로필렌 코폴리머, 또는 이들의 혼합물 중 하나일 수 있다.
이종상 프로필렌 코폴리머는 일반적으로, 프로필렌 유형의 열가소성 상, 그리고 에틸렌 및 α1-올레핀 유형의 코폴리머의 엘라스토머 상을 포함한다.
이종상 코폴리머의 엘라스토머 상은 이종상 코폴리머의 총 중량을 기준으로, 적어도 약 20 중량%를 나타낼 수 있고, 바람직하게는 적어도 약 45 중량%를 나타낼 수 있다.
이종상 코폴리머의 엘라스토머 상의 α1-올레핀은 프로필렌일 수 있다.
이러한 유형의 코폴리머의 실시예로서, 참조예 Adflex® Q 200 F로 Basell Polyolefins에 의해 판매되는 이종상 코폴리머가 언급될 수 있다.
랜덤 프로필렌 코폴리머는 프로필렌 및 올레핀의 코폴리머일 수 있으며, 올레핀은 특히, 프로필렌 이외의 α2-올레핀 및 에틸렌으로부터 선택된다.
프로필렌 이외의 α2-올레핀은 화학식 CH2=CH-R1에 해당할 수 있으며, 여기서 R1은 특히 이하의 올레핀으로부터 선택된, 2개 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 선형 또는 분지형 알킬기이다: 1-부텐, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐, 1-데센, 1-도데센, 및 이들의 혼합물 중 하나.
α2-올레핀은 바람직하게는 약 15 몰% 이하, 그리고 보다 바람직하게는 약 10 몰% 이하의 코폴리머를 나타낸다.
랜덤 프로필렌 코폴리머로서 프로필렌 및 에틸렌의 코폴리머가 바람직하다.
예를 들어, 특히 참조예 Bormed® RB 845 MO로 Borealis에 의해 판매되는 랜덤 프로필렌 코폴리머가 매우 바람직하다.
본 발명에 따라 사용될 수 있는 랜덤 프로필렌 코폴리머는 바람직하게는, 약 600 내지 1200 MPa 범위의 탄성 계수를 갖는다.
본 발명에 따라 사용될 수 있는 프로필렌 호모폴리머는 바람직하게는, 약 1250 내지 1600 MPa 범위의 탄성 계수를 갖는다.
호모폴리머(각각 랜덤 프로필렌 코폴리머)는 약 130℃ 초과, 바람직하게는 약 140℃ 초과, 그리고 보다 바람직하게는 약 140℃ 내지 165℃ 범위의 용융점을 가질 수 있다.
호모폴리머(각각 랜덤 프로필렌 코폴리머)는 약 30 내지 100 J/g 범위의 융합 엔탈피를 가질 수 있다.
호모폴리머(각각 랜덤 프로필렌 코폴리머)는 표준 ASTM D1238-00에 따라 약 2.16 kg의 하중으로 약 230℃에서 측정된, 약 0.5 내지 3 g/10분 범위의 용융 흐름 지수를 가질 수 있다.
단계 i)의 조성물은 고체 형태의 폴리에틸렌을 더 포함할 수 있다.
상기 유전성 액체는 단계 i)의 조성물의 총 중량을 기준으로, 15 중량% 미만의 양을 나타낸다.
폴리에틸렌은 바람직하게는 고밀도 폴리에틸렌 또는 선형 저밀도 폴리에틸렌이다.
(23℃의 온도에서) 표준 ISO 1183A에 따른 "고밀도" 폴리에틸렌 또는 HDPE는 약 0.930 내지 0.970 g/cm3, 그리고 또한 보다 바람직하게는 약 0.940 내지 0.965 g/cm3 범위의 밀도를 갖는다.
(23℃의 온도에서) 표준 ISO 1183A에 따른 선형 "저밀도" 폴리에틸렌 또는 LLDPE는 약 0.91 내지 0.925 g/cm3 범위의 밀도를 갖는다.
프로필렌 호모폴리머는 단계 i)의 조성물의 총 중량을 기준으로, 약 40 중량% 내지 90 중량%를 나타낼 수 있고, 바람직하게는 약 40 중량% 내지 70 중량%를 나타낼 수 있다.
랜덤 프로필렌 코폴리머는 단계 i)의 조성물의 총 중량을 기준으로, 약 40 중량% 내지 90 중량%를 나타낼 수 있고, 바람직하게는 약 40 중량% 내지 70 중량%를 나타낼 수 있다.
이종상 프로필렌 코폴리머는 단계 i)의 조성물의 총 중량을 기준으로, 약 5 중량% 내지 60 중량%를 나타낼 수 있고, 바람직하게는 약 5 중량% 내지 50 중량%를 나타낼 수 있다.
폴리에틸렌은 단계 i)의 조성물의 총 중량을 기준으로, 약 20 중량% 내지 60 중량%를 나타낼 수 있고, 바람직하게는 약 20 중량% 내지 50 중량%를 나타낼 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따라, 조성물은 폴리머로서,
- (예를 들어, 조성물의 총 중량을 기준으로, 약 50 내지 70 중량%의) 랜덤 프로필렌 코폴리머, (예를 들어, 조성물의 총 중량을 기준으로, 약 5 내지 30 중량%의) 이종상 프로필렌 코폴리머, 및 (예를 들어, 조성물의 총 중량을 기준으로, 약 20 내지 40 중량%의) 선형 저밀도 폴리에틸렌; 또는
- (예를 들어, 조성물의 총 중량을 기준으로, 약 35 내지 55 중량%의) 이종상 프로필렌 코폴리머, 및 (예를 들어, 조성물의 총 중량을 기준으로, 약 35 내지 55 중량%의) 고밀도 폴리에틸렌을 포함한다.
유전성 액체와 연관되는 폴리머의 이러한 조합물은 특히 탄성 계수 측면에서 우수한 기계적 특성, 및 우수한 전기적 특성을 나타내는, 특히 전기 절연층 유형의 열가소성 층을 수득할 수 있게 한다.
조성물의 폴리머가 고체 형태이기 때문에, 이들은 펠릿(pellet) 또는 과립제의 형태일 수 있다.
단계 i)의 조성물은 하나 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
첨가제는 당업자에게 널리 알려져 있으며, 산화방지제, UV 안정제, 난연제, 착색제, 구리 스캐빈저(scavenger), 수트리 억제제, 및 이들의 혼합물 중 하나로부터 선택될 수 있다.
전형적으로, 조성물은 단계 i)의 조성물의 총 중량을 기준으로, 약 0.01 중량% 내지 5 중량%, 그리고 바람직하게는 약 0.1 중량% 내지 2 중량%의 첨가제를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로는, 산화방지제는 케이블의 제조 단계 또는 케이블의 작동 동안 발생되는 열 응력으로부터 조성물을 보호할 수 있게 한다.
산화방지제는 바람직하게는 간섭 페놀, 티오에스테르, 황계 산화방지제, 인계 산화방지제, 아민형 산화방지제, 및 이들의 혼합물 중 하나로부터 선택된다.
간섭 페놀의 실시예로서, 펜타에리트리톨 테트라키스(3-(3,5-디(tert-부틸)-4-히드록시페닐)프로피오네이트)(Irganox® 1010), 옥타데실 3-(3,5-디(tert-부틸)-4-히드록시페닐)프로피오네이트(Irganox® 1076), 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3,5-디(tert-부틸)-4-히드록시벤질)벤젠(Irganox® 1330), 4,6-비스(옥틸티오메틸)-오-크레졸(Irgastab® KV10), 2,2'-티오비스(6-(tert-부틸)-4-메틸페놀)(Irganox® 1081), 2,2'-티오디에틸렌 비스[3-(3,5-디(tert-부틸)-4-히드록시페닐)프로피오네이트](Irganox® 1035), 2,2'-메틸렌비스(6-(tert-부틸)-4-메틸페놀), 1,2-비스(3,5-디(tert-부틸)-4-히드록시히드로신나모일)히드라진(Irganox® MD 1024), 및 2,2'-옥사미도비스(에틸 3-(3,5-디(tert-부틸)-4-히드록시페닐)프로피오네이트)가 언급될 수 있다.
티오에스테르의 실시예로서, 디도데실 3,3'-티오디프로피오네이트(Irganox® PS800), 디스테아릴 티오디프로피오네이트(Irganox® PS802) 및 4,6-비스(옥틸티오메틸)-오-크레졸(Irganox® 1520)이 언급될 수 있다.
황계 산화방지제의 실시예로서, 디옥타데실 3,3'-티오디프로피오네이트 및 디도데실 3,3'-티오디프로피오네이트가 언급될 수 있다.
인계 산화방지제의 실시예로서, 트리스(2,4-디(tert-부틸)페닐) 포스파이트(Irgafos® 168) 및 비스(2,4-디(tert-부틸)페닐) 펜타에리트리톨 디포스파이트(Ultranox® 626)가 언급될 수 있다.
아민형 산화방지제의 실시예로서, 페닐렌디아민(예를 들어, 1PPD 또는 6PPD), 디페닐아민 스티렌, 디페닐아민, 메르캅토벤즈이미다졸 및 중합 2,2,4-트리메틸-1,2-디히드로퀴놀린(TMQ)이 언급될 수 있다.
산화방지제의 혼합물의 실시예로서, 전술한 바와 같은 Irgafos 168 및 Irganox 1010의 등몰 혼합물을 포함하는 Irganox B 225가 언급될 수 있다.
유전성 액체는 조성물의 총 중량을 기준으로, 약 3 중량% 내지 10 중량%, 바람직하게는 약 4 중량% 내지 8 중량%, 그리고 보다 바람직하게는 약 5 중량% 내지 7 중량%를 나타낼 수 있다.
단계 i) 동안, 압력은 5 bars 이하, 바람직하게는 3 bars 이하, 그리고 바람직하게는 1.5 bars 이하일 수 있다. 특히 바람직한 실시형태에서, 단계 i) 동안의 압력은 대기압과 대략적으로 동일하며, 즉 1 bar와 대략적으로 동일하다.
단계 i)은 조성물을 압출기 내로 유입시킬 수 있게 한다.
스크루의 공급 구역 또는 제1 구역은 압출기의 흡입구에 위치된다. 단계 i) 동안, 고체 형태의 열가소성 폴리머 및 유전성 액체를 포함하는 조성물은 특히, 배럴의 내부 표면과 스크루의 외부 표면 사이에 위치된 공간으로 통과하도록, 스크루의 공급 구역으로 유입된다. 즉, 단계 i) 동안, 유전성 액체는 고체 형태의 열가소성 폴리머와 동시에, 압출기의 호퍼(hopper)를 통하여 공급 구역으로 유입된다.
압출기는 바람직하게는 이의 종축을 따라 조성물을 유입시키기 위한 단일 구역을 포함하며, 이러한 유입 구역은 스크루의 공급 구역 또는 제1 구역에 위치된다.
배리어 스크루, 또는 배리어 프로파일을 갖는 스크루는 "배리어 구역"을 나타내는 적어도 하나의 구역을 포함한다. 배리어 구역은 특히, 약간 더 큰 피치를 갖는(채널의 폭을 점진적으로 스위핑(sweeping)하는) 보조 나사산(thread)을 포함함으로써, 마치 2개의 상 사이의 경계를 표시한 것처럼, 여전히 고체인 폴리머와 용융된 폴리머를 분리할 수 있게 한다. 이러한 스크루의 높이는 용융된 폴리머가 채널을 변경할 수 있게 하기 위해, 주 나사산의 높이보다 더 낮지만, 고체 폴리머(예를 들어, 과립제)가 이러한 갭을 가로지르는 것을 방지하기에 충분히 크게 유지된다.
배리어 스크루는 약 45 내지 200 mm 범위의 공칭 직경(D)을 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따라, 배리어 스크루는 약 20 내지 26 범위의 L/D 비율을 나타내며, L은 스크루의 길이를 mm로 나타내고, D는 스크루의 공칭 직경을 mm로 나타낸다.
배리어 스크루의 본체의 직경은 스크루의 전체 길이에 걸쳐서 또는 스크루의 일부에만 걸쳐서, 압출기의 후방 또는 흡입구(즉, 스크루의 공급 구역)로부터 압출기의 전방 또는 배출구(압출기 헤드)를 향하여 증가하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따라, 스크루의 제1 구역 또는 공급 구역은 약 1D 내지 3D 범위의 길이를 나타낸다.
공급 구역의 스크루 피치는 약 D/2일 수 있다.
공급 구역의 나사산의 두께는 약 D/10일 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 공급 구역에서 스크루의 본체의 직경은 일정하다.
바람직한 실시형태에서, 공급 구역(공급 구역의 흡입구 및 배출구)에서 스크루의 채널의 깊이는 약 D/20 내지 D/10의 범위이다.
본 발명에서, "홈이 있는 배럴"이라는 용어는 적어도 하나의 홈이 있는 부분, 또는 다시 말해, 홈을 갖는 부분을 포함하는 배럴을 의미하는 것으로 이해된다.
배럴의 홈이 있는 부분은 바람직하게는 스크루의 공급 구역에 있다.
본 발명의 특히 바람직한 실시형태에 따라, 단계 i) 동안, 조성물은 유입 구역으로 알려진, 공급 구역의 제1 구역으로 직접 유입된 다음, 조성물은 유입 구역으로부터 공급 구역의 제2 구역을 향하여, 압출기 헤드의 방향으로 이송된다.
이 경우, 배럴의 홈이 있는 부분은 보다 구체적으로는 공급 구역의 제2 구역에 있다.
홈이 있는 배럴은 바람직하게는, 4개 내지 10개의 가열 구역, 및 4개 내지 10개의 냉각 구역을 포함하며, 보다 바람직하게는 5개 내지 7개의 가열 구역, 및 5개 내지 7개의 냉각 구역을 포함한다.
홈이 있는 배럴은 약 45 내지 200 mm 범위의 내경을 가질 수 있다.
홈이 있는 부분에서, 홈은 (압출기의 축으로) 직선형 또는 나선형일 수 있다.
홈은 직사각형, 원뿔형(삼각형) 또는 원형 형상일 수 있으며, 바람직하게는 삼각 원뿔형 형상이다.
홈은 약 1.5D 내지 2.5D 범위의 길이를 가질 수 있다.
홈은 약 1 내지 4 mm 범위의 폭을 가질 수 있다.
홈은 바람직하게는 약 0.2 내지 3 mm 범위의 깊이를 갖는다.
본 발명의 일 실시형태에 따라, 홈은 45°, 60°, 90° 또는 120°의 각도를 가지며, 바람직하게는 90°의 각도를 갖는다.
홈의 각도는 특히, 배럴의 종축에 수직인 평면으로부터 측정된, 나선형 홈의 나선각에 의해 정의될 수 있다. 보다 구체적으로, 배럴의 종축과 평행한 홈은 90°의 각도를 갖는다.
홈이 있는 배럴은 6개 내지 24개의 홈을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 14개 내지 22개의 홈을 포함할 수 있다.
배럴의 홈은 바람직하게는 공급 구역으로부터 압출기 헤드를 향하여 진행되는 방향을 따라 종방향으로 연장된다.
배럴은 약 20D 내지 26D 범위의 길이를 가질 수 있다.
단계 i)은 공급 호퍼에 의해 수행될 수 있다. 이 경우, 장치는 공급 호퍼를 더 포함한다.
공급 호퍼가 사용되는 경우, 단계 i)의 조성물을 포함하는 호퍼는 스크루의 흡입구에서 배럴로 개방되며, 보다 구체적으로는 공급 구역의 제1 구역으로 개방된다.
단계 ii)
단계 ii) 동안, 단계 i)로부터 비롯된 조성물이 압출된다. 이는 공급 구역으로부터 스크루의 하나 이상의 중간 구역을 향하여 (연속적으로) 이송됨으로써, 압출기의 배출구에 위치된 압출기 헤드를 향하는 조성물의 이송, 및 열가소성 폴리머의 점진적인 용융을 가능하게 한다.
중간 구역은 압출기에서 온도를 제어할 수 있게 하는 하나 이상의 가열 구역을 포함할 수 있다.
선택적으로 다른 폴리머와의 혼합물로서, 열가소성 폴리머가 이의 용융점 이상의 온도로 가열되는 경우, 용융된 상태(융합)에 도달한다.
단계 ii) 동안의 온도는 약 60 내지 200℃의 범위일 수 있다.
단계 ii) 동안의 압력은 1 내지 300 bars의 범위일 수 있다.
중간 구역은 공급 구역과 압출기 헤드 사이에 위치된다.
압출기의 스크루는 4개의 구역으로 분할될 수 있으며, 제1 구역은 위에서 정의된 바와 같은 공급 구역이고, 제2, 제3 및 제4 구역은, 압출기의 배출구에 위치된 압출기 헤드를 향하는 조성물의 이송, 및 열가소성 폴리머의 점진적인 용융을 가능하게 하는 하나 이상의 중간 구역이다.
배리어 스크루가 사용되는 경우, 압출기는 위에서 정의된 바와 같은 적어도 하나의 배리어 구역을 포함한다. 즉, 중간 구역 중 적어도 하나는 배리어 구역이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따라, 스크루의 제2 구역은 압축 구역이다.
압축 구역은 바람직하게는 약 4D 내지 8D 범위의 길이를 나타낸다.
압축 구역의 스크루 피치는 약 1D일 수 있다.
압축 구역에서 나사산의 두께는 약 D/10 내지 D/15의 범위일 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 압축 구역에서 스크루의 본체의 직경은 일정하지 않다. 특히, 이는 스크루의 후방 또는 흡입구로부터 스크루의 전방 또는 배출구를 향하여(즉, 공급 구역으로부터 압출기 헤드를 향하는 방향으로) 증가한다.
바람직한 실시형태에서, 압축 구역(압축 구역의 흡입구 및 배출구)에서 스크루의 채널의 깊이는 약 D/20 내지 D/10의 범위이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따라, 제3 구역은 배리어 구역이다.
배리어 구역은 바람직하게는 약 4D 내지 10D 범위의 길이를 나타낸다.
배리어 구역의 스크루 피치는 약 D/2 내지 1.5D의 범위일 수 있다.
배리어 구역에서 나사산의 두께는 약 D/10 내지 D/15의 범위일 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 배리어 구역에서 스크루의 본체의 직경은 일정하지 않다. 특히, 이는 스크루의 후방 또는 흡입구로부터 스크루의 전방 또는 배출구를 향하여(즉, 공급 구역으로부터 압출기 헤드를 향하는 방향으로) 증가한다.
바람직한 실시형태에서, 배리어 구역에서(배리어 구역의 흡입구 및 배출구에서, 그리고 주 채널 및 보조 채널에 대해) 스크루의 채널의 깊이는 약 D/20 내지 D/10의 범위이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따라, 제4 구역은 펌핑 구역이다.
펌핑 구역은 바람직하게는 약 2D 내지 6D 범위의 길이를 나타낸다.
펌핑 구역의 스크루 피치는 약 1D일 수 있다.
펌핑 구역에서 나사산의 두께는 약 D/10 내지 D/15의 범위일 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 펌핑 구역에서 스크루의 본체의 직경은 일정하다.
바람직한 실시형태에서, 펌핑 구역(펌핑 구역의 흡입구 및 배출구)에서 스크루의 채널의 깊이는 약 D/20 내지 D/10의 범위이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따라, 압축도는 약 1.2 내지 1.6의 범위이며, 압축도는 스크루의 후방 채널의 깊이(즉, 압출기의 흡입구에서 또는 스크루의 공급 구역에서) 대 스크루의 전방 채널의 깊이(즉, 압출기의 배출구에서 또는 스크루의 펌핑 구역에서)의 비율로서 정의된다.
단계 iii)
본 발명의 방법은 약 1 내지 30 미터/분 범위의 생산율로 전기 케이블을 제조할 수 있게 한다.
단계 iii) 동안, 용융된 상태의 열가소성 폴리머 및 유전성 액체를 포함하는 조성물은 신장형 전기 전도성 요소의 둘레에 도포되도록, 압력 하에서 다이를 통과한다.
단계 i 0 )
방법은 단계 i) 전에, 단계 i)의 조성물(즉, 열가소성 폴리머 및 유전성 액체를 포함하는 조성물로서, 상기 유전성 액체는 조성물의 총 중량을 기준으로, 15 중량% 미만의 양을 나타냄)을 형성하기 위해, 프로필렌 호모폴리머 및 프로필렌 코폴리머로부터 선택된 고체 형태의 열가소성 폴리머를 특히 주위 온도에서, 유전성 액체와 접촉시키는 단계 i0)을 더 포함할 수 있다.
단계 i0) 동안, 압력은 5 bars 이하, 바람직하게는 3 bars 이하, 그리고 바람직하게는 1.5 bars 이하일 수 있다. 특히 바람직한 실시형태에서, 단계 i0) 동안의 압력은 대기압과 대략적으로 동일하며, 즉 1 bar와 대략적으로 동일하다.
단계 i0)은 본 발명에서 정의된 바와 같은 공급 호퍼에서 직접 수행될 수 있거나, 또는 특히 공급 호퍼의 상류에 위치된 혼합기에서 수행될 수 있으며, 혼합기는 바람직하게는 고정식 혼합기이다.
단계 i0)(즉, 접촉되는 단계)이 공급 호퍼에서 수행되는 경우, 열가소성 폴리머 및 유전성 액체는 별도로 또는 혼합물의 형태로, 공급 호퍼 내로 유입될 수 있다.
특히, 단계 i0)은 이하의 시퀀스(S01 또는 S02) 중 어느 하나를 포함할 수 있다:
S01: 고체 형태의 열가소성 폴리머 및 유전성 액체를 (분사에 의해) 공급 호퍼에 동시에 공급하는 단계; 또는
S02: 고체 형태의 열가소성 폴리머 및 유전성 액체를 (분사에 의해) 공급 호퍼에 공급하는 단계로서, 폴리머 및 유전성 액체는 상이한 단계에서, 또는 달리 말해 비동시적으로, 공급 호퍼에 추가된다.
단계 i0)이 혼합기에서 수행되는 경우, 장치는 특히 공급 호퍼의 상류에 위치된 혼합기를 더 포함하며, 혼합기는 바람직하게는 고정식 혼합기이다.
이러한 실시형태에서, 열가소성 폴리머 및 유전성 액체는 혼합기 내에 별도로 유입될 수 있고, 그 다음에 결과적인 조성물이 공급 호퍼로 이송될 수 있다. 이러한 실시형태는 고체 형태의 열가소성 폴리머 및 유전성 액체를 포함하는 조성물의 균일성을 개선할 수 있게 한다.
이 경우, 단계 i0)은 이하의 시퀀스(S'01 또는 S'02) 중 어느 하나를 포함할 수 있다:
S'01: 고체 형태의 열가소성 폴리머를 혼합기에 공급한 다음, 열가소성 폴리머를 포함하는 혼합기 내로 유전성 액체를 분사하는 단계; 또는
S'02: 유전성 액체를 고정식 혼합기 내로 분사한 다음, 유전성 액체를 포함하는 혼합기에 고체 형태의 열가소성 폴리머를 공급하는 단계.
단계 S'01 또는 단계 S'02 이후에, 결과적인 조성물을 공급 호퍼로 이송하는 단계가 후속된다.
단계 i)의 조성물이 프로필렌 호모폴리머 및 프로필렌 코폴리머로부터 선택된 고체 형태의 열가소성 폴리머 외에 다른 폴리머를 포함하는 경우, 단계 i0)은, 고체 형태의 열가소성 폴리머, 고체 형태의 다른 폴리머, 및 유전성 액체를 포함하는 조성물을 형성하기 위해, 프로필렌 호모폴리머 및 프로필렌 코폴리머로부터 선택된 고체 형태의 적어도 하나의 열가소성 폴리머, 및 고체 형태의 다른 폴리머를 특히 주위 온도에서, 유전성 액체와 접촉시키며, 상기 유전체 액체는 조성물의 총 중량을 기준으로, 15 중량% 미만의 양을 나타낸다.
단계 i0)은 바람직하게는 유전성 액체로 열가소성 폴리머를 함침하는 단계가 아니다. 즉, 단계 i0) 동안 유전성 액체가 열가소성 폴리머에 의해 완전히 흡수되지 않는다. 이는 통상적인 함침 단계가 너무 길고, 최소량의 유전성 액체(조성물의 총 중량을 기준으로, 약 10 내지 15%)를 필요로 하기 때문이다.
본 발명의 방법에서, 홈이 있는 배럴 및 배리어 스크루를 구비하는 것이 특히 바람직하다.
다른 단계들
방법은 단계 iii)의 종료 시에(즉, 압출기의 배출구에서) 수득된 케이블을 냉각하는 단계 iv)를 더 포함할 수 있다.
냉각하는 단계는 물로 수행될 수 있으며, 특히 냉각 탱크의 일정한 온도를 유지하기 위해, 특히 연속적으로 물이 공급되는 하나 이상의 냉각 탱크를 사용하여 수행될 수 있다.
방법은 단계 iv)의 종료 시에 수득된 케이블을 건조하는 단계 v)를 더 포함할 수 있다. 건조하는 단계는 케이블의 표면으로부터 물을 제거할 수 있게 한다.
본 발명의 방법은 바람직하게는 연속적인 방법이다.
본 발명의 방법은 바람직하게는 열가소성 폴리머가 용융된 상태인 경우 조성물의 균일화 단계를 포함하지 않는다. 특히, 압출기는 혼합기를 포함하지 않고, 특히 고정식 혼합기를 포함하지 않으며, 특히 위에서 정의된 바와 같은 중간 구역 중 하나에서 이러한 균일화를 가능하게 한다.
본 발명의 방법에 따라 수득된 케이블의 특히 전기 절연층 유형의 열가소성 층은 구상된 케이블의 유형에 따라 다를 수 있는 두께를 나타낸다. 특히, 케이블이 중압 케이블인 경우, 절연층의 두께는 전형적으로 약 4 내지 5 mm이며, 보다 구체적으로는 약 4.5 mm이다. 케이블이 고압 케이블인 경우, 절연층의 두께는 전형적으로 (약 150 kV 정도의 전압에 대해) 17 내지 18 mm의 범위이며, 150 kV 초과의 전압(초고압 케이블)에 대해 최대 약 20 내지 25 mm 범위의 두께 범위일 수 있다.
본 발명에서, "전기 절연층"이라는 용어는 (25℃에서) 전기 전도율이 1x10-9 S/m 이하일 수 있고, 바람직하게는 1x10-10 S/m(미터당 지멘스) 이하일 수 있는 층을 의미하는 것으로 이해된다.
신장형 전기 전도성 요소는 예를 들어, 금속 와이어와 같은 단편(single-part) 전도체, 또는 연선이거나 연선이 아닌 복수의 금속 와이어와 같은 다편(multipart) 전도체일 수 있다.
신장형 전기 전도성 요소는 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 및 이들의 조합물 중 하나로 제조될 수 있다.
본 발명에서, 케이블의 전기 절연층은 가교되지 않는다.
전기 절연층은 바람직하게는 재생 가능한 층이다.
본 발명의 방법의 바람직한 실시형태에 따라, 전기 케이블은,
- 신장형 전기 전도성 요소를 둘러싸는 제1 반도체 층;
- 제1 반도체 층을 둘러싸는 본 발명에서 정의된 바와 같은 전기 절연층; 및
- 전기 절연층을 둘러싸는 제2 반도체 층을 포함할 수 있다.
본 발명에서, "반도체 층"이라는 용어는 (25℃에서) 전기 전도율이 적어도 1x10-9 S/m(미터당 지멘스)일 수 있고, 바람직하게는 적어도 1x10-3 S/m, 그리고 바람직하게는 1x103 S/m 미만일 수 있는 층을 의미하는 것으로 이해된다.
구체적인 실시형태에서, 제1 반도체 층, 전기 절연층 및 제2 반도체 층은 삼층 절연부를 구성한다. 즉, 전기 절연층은 제1 반도체 층과 직접 물리적으로 접촉되고, 제2 반도체 층은 전기 절연층과 직접 물리적으로 접촉된다.
제1 및 제2 반도체 층은 바람직하게는 열가소성 폴리머 재료로 제조된다.
케이블은, 제2 반도체 층을 둘러싸고, 제2 반도체 층과 직접 물리적으로 접촉될 수 있는 전기 절연성 외장을 더 포함할 수 있다.
케이블은 제2 반도체 층을 둘러싸는 금속 차폐물을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 전기 절연성 외장은 상기 금속 차폐물을 둘러싼다.
이러한 금속 차폐물은, 제2 반도체 층의 둘레에 그리고 제2 반도체 층을 따라 배치된 구리 또는 알루미늄으로 제조된 전도체들의 조립체로 구성된 "와이어" 차폐물; 선택적으로 제2 반도체 층의 둘레에 나선형으로 위치된 구리 또는 알루미늄으로 제조된 하나 이상의 전도성 금속 스트립, 또는 제2 반도체 층의 둘레에 종방향으로 위치되고 상기 스트립의 일부의 중첩 영역에서 접착제에 의해 누설 밀봉이 제공되는, 알루미늄으로 제조된 전도성 금속 스트립으로 구성된 "스트립" 차폐물; 또는 선택적으로 납 또는 납 합금으로 구성되고 제2 반도체 층을 둘러싸는 금속 튜브형의 "누설 밀봉" 차폐물일 수 있다. 마지막 유형의 이러한 차폐물은 특히 전기 케이블 내로 반경 방향으로 침투하는 경향이 있는 습기에 대한 배리어를 형성할 수 있게 한다.
본 발명의 전기 케이블의 금속 차폐물은 "와이어" 차폐물 및 "누설 밀봉" 차폐물, 또는 "와이어" 차폐물 및 "스트립" 차폐물을 포함할 수 있다.
모든 유형의 금속 차폐물은 전기 케이블을 접지하는 역할을 할 수 있으므로, 예를 들어 관련된 망에서 단락의 발생 시에, 고장 전류를 송전할 수 있다.
습기의 존재 시에 팽창하는 층과 같은 다른 층이 제2 반도체 층과 금속 차폐물 사이에, 금속 차폐물과 전기 전도성 외장(이들이 존재하는 경우) 사이에 추가될 수 있으며, 이러한 층은 전기 케이블의 종방향 수밀성을 제공할 수 있게 한다.
본 발명의 제2 청구 대상은 적어도 하나의 신장형 전기 전도성 요소, 및 상기 신장형 전기 전도성 요소를 둘러싸는 적어도 하나의 압출된 열가소성 층을 포함하는 특히 전력 케이블 유형의 전기 케이블로서, 본 발명의 제1 청구 대상에 따른 제조 방법에 따라 수득될 수 있는 것을 특징으로 한다.
특히 전기 절연층 유형의 열가소성 층은 프로필렌 호모폴리머 및 프로필렌 코폴리머로부터 선택된 적어도 하나의 열가소성 폴리머, 및 유전성 액체를 포함하는 조성물의 압출에 의해 수득되며, 상기 유전성 액체는 상기 조성물의 총 중량을 기준으로, 15 중량% 미만의 양을 나타낸다.
조성물, 열가소성 폴리머 및 유전성 액체는 본 발명의 제1 청구 대상에서 정의된 바와 같다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 본 발명에 따른 방법을 구현하는 장치(도 1) 및 본 발명에 따른 전기 케이블(도 2)을 개략적으로 나타내는 제한적이지 않은 도 1 및 도 2를 고려하여 명백해질 것이다.
명확성의 이유로, 본 발명의 이해를 위해 필수적인 구성 요소만이 이러한 도면에 개략적으로 도시되었으며, 이는 축척을 준수하지 않고 이루어진다.
도 1에서, 장치(1)는, 프로필렌 호모폴리머 및 코폴리머로부터 선택된 열가소성 폴리머의 과립제가 공급될 수 있는 용기(2); 유전성 액체가 공급될 수 있는 용기(3); 용기(2)에 수용된 열가소성 폴리머의 과립제, 및 용기(3)에 수용된 유전성 액체가 주위 온도에서 공급될 수 있는 공급 호퍼(4); 및 홈이 있는 배럴(6) 및/또는 배리어 스크루(7), 그리고 또한 압출기 헤드(8)를 포함하는 압출기(5)를 포함한다. 열가소성 폴리머의 과립제 및 유전성 액체를 포함하는 조성물은 단계 i)에 따라 공급 호퍼(4)를 통해 스크루의 공급 구역(9)으로 유입된 다음, 단계 ii)에 따라 공급 구역(9)으로부터 하나 이상의 중간 구역(10)을 향하여 이송됨으로써, 압출기(5)의 배출구에 위치된 압출기 헤드(8)를 향하는 조성물의 이송, 및 열가소성 폴리머의 점진적인 용융을 가능하게 하며, 상기 중간 구역(10)은 공급 구역(9)과 압출기 헤드(8) 사이에 위치된다. 마지막으로, 압출기 헤드(8)에서, 조성물은 단계 iii)에 따라 신장형 전기 전도성 요소의 둘레에 도포된다.
도 2에서, 본 발명의 방법에 따라 수득된 중압 또는 고압 전력 케이블(11)은 특히 구리 또는 알루미늄으로 제조된 중앙의 신장형 전기 전도성 요소(12)를 포함하며, 이러한 요소(12)의 둘레에, "내부 반도체 층"으로 알려진 제1 반도체 층(13); 전기 절연층(14); "외부 반도체 층"으로 알려진 제2 반도체 층(15); 원통 튜브형의 금속 차폐물(16); 및 외부 보호용 외장(17)을 연속적으로 그리고 동축으로 포함하고, 전기 절연층(14)은 본 발명에서 정의된 바와 같은 압출 방법에 따라, 프로필렌 호모폴리머 및 프로필렌 코폴리머로부터 선택된 적어도 하나의 열가소성 폴리머, 및 유전성 액체를 포함하는 조성물로부터 수득된다.
층(13 및 15)은 당업자에게 잘 알려진 방법에 의해 압출된 층이다.
금속 차폐물(16) 및 외부 보호용 외장(17)의 존재는 바람직하지만 필수적인 것은 아니다. 이와 같이, 이러한 케이블 구조는 알려진 유형이며, 본 발명의 범위에 속하지 않는다.

Claims (20)

  1. 전기 케이블의 제조를 위한 방법으로서,
    상기 전기 케이블은, 적어도 하나의 신장형 전기 전도성 요소, 및 상기 신장형 전기 전도성 요소를 둘러싸는 적어도 하나의 압출된 열가소성 층을 포함하며,
    상기 방법은 배럴, 스크루 및 압출기 헤드를 포함하는 적어도 하나의 압출기를 포함하는 장치를 사용하고,
    i) 상기 압출기의 흡입구에 위치된 공급 구역을 나타내는 상기 스크루의 제1 구역으로 조성물을 유입시키는 단계로서, 상기 조성물은,
    - 프로필렌 호모폴리머 및 프로필렌 코폴리머로부터 선택된 고체 형태의 적어도 하나의 열가소성 폴리머, 및
    - 상기 조성물의 총 중량을 기준으로, 15 중량% 미만의 양을 나타내는 적어도 하나의 유전성 액체를 포함하는, 단계;
    ii) 단계 i)로부터 비롯된 상기 조성물을 상기 공급 구역으로부터 상기 스크루의 하나 이상의 중간 구역을 향해 이송하여, 상기 압출기의 배출구에 위치된 상기 압출기 헤드를 향하는 상기 조성물의 이송, 및 상기 열가소성 폴리머의 점진적인 용융을 가능하게 하는 단계; 및
    iii) 상기 압출기 헤드에서, 단계 ii)로부터 비롯된 상기 조성물을 상기 신장형 전기 전도성 요소의 둘레에 도포하는 단계를 적어도 포함하며,
    상기 배럴은 홈이 있는 배럴이거나/홈이 있는 배럴이고, 상기 스크루는 배리어 스크루인 것을 특징으로 하는,
    전기 케이블의 제조를 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    단계 i)의 상기 조성물의 상기 프로필렌 코폴리머는 이종상 프로필렌 코폴리머, 랜덤 프로필렌 코폴리머, 또는 이들의 혼합물 중 하나인 것을 특징으로 하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    단계 i)의 상기 조성물은 고체 형태의 폴리에틸렌을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유전성 액체는 상기 조성물의 총 중량을 기준으로, 3 중량% 내지 10 중량%를 나타내는 것을 특징으로 하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    단계 i) 동안, 압력은 5 bars 이하인 것을 특징으로 하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배리어 스크루는 45 내지 200 mm 범위의 공칭 직경(D)을 갖는 것을 특징으로 하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배리어 스크루는 20 내지 26 범위의 L/D 비율을 나타내며, L은 상기 스크루의 길이를 mm로 나타내고, D는 상기 스크루의 공칭 직경을 mm로 나타내는 것을 특징으로 하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배리어 스크루의 본체의 직경은 상기 스크루의 전체 길이에 걸쳐서 또는 상기 스크루의 일부에만 걸쳐서, 상기 압출기의 후방 또는 흡입구로부터 상기 압출기의 전방 또는 배출구를 향하여 증가하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 홈이 있는 배럴은 적어도 하나의 홈이 있는 부분을 포함하며,
    상기 홈이 있는 부분은 상기 스크루의 상기 공급 구역에 있는 것을 특징으로 하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    단계 i) 동안, 상기 조성물은 유입 구역으로 알려진, 상기 공급 구역의 제1 구역으로 직접 유입된 다음, 상기 조성물은 상기 유입 구역으로부터 상기 공급 구역의 제2 구역을 향하여 상기 압출기 헤드의 방향으로 이송되며,
    상기 배럴의 상기 홈이 있는 부분은 상기 공급 구역의 상기 제2 구역에 있는 것을 특징으로 하는, 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 홈이 있는 배럴의 홈은 삼각 원뿔형 형상인 것을 특징으로 하는, 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 홈이 있는 배럴의 홈은 1.5D 내지 2.5D 범위의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는, 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 공급 호퍼를 더 포함하며, 단계 i)은 공급 호퍼에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 압출기의 상기 배리어 스크루는 4개의 구역으로 분할되며,
    상기 제1 구역은 상기 공급 구역이고, 제2, 제3 및 제4 구역은 상기 압출기의 배출구에 위치된 상기 압출기 헤드를 향하는 상기 조성물의 이송, 및 상기 열가소성 폴리머의 점진적인 용융을 가능하게 하는 상기 하나 이상의 중간 구역이며,
    상기 중간 구역 중 적어도 하나는 배리어 구역인 것을 특징으로 하는, 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 방법은 단계 i) 전에, 단계 i)의 상기 조성물을 형성하기 위해, 프로필렌 호모폴리머 및 프로필렌 코폴리머로부터 선택된 고체 형태의 상기 열가소성 폴리머를 상기 유전성 액체와 접촉시키는 단계 i0)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    단계 i0) 동안, 압력은 5 bars 이하인 것을 특징으로 하는, 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    단계 i0)은 공급 호퍼에서 직접 수행되거나, 또는 상기 공급 호퍼의 상류에 위치된 혼합기에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 스크루는 적어도 하나의 배리어(barrier) 구역을 포함하고, 상기 배리어 구역은 주 나사산(main thread)의 피치보다 조금 더 큰 피치를 갖는 2차 나사산(secondary thread)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 2차 나사산의 높이는 주 나사산의 높이보다 더 낮은 것을 특징으로 하는, 방법.
  20. 전기 케이블(11)로서,
    적어도 하나의 신장형 전기 전도성 요소(12); 및
    상기 신장형 전기 전도성 요소를 둘러싸는 적어도 하나의 압출된 열가소성 층(14)을 포함하며,
    제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법에 따라 수득될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    전기 케이블(11).
KR1020207003500A 2017-08-01 2018-07-31 프로필렌 폴리머 및 유전성 액체를 포함하는 조성물의 압출에 의한 전기 케이블의 제조를 위한 방법 KR102373770B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1757384A FR3069799B1 (fr) 2017-08-01 2017-08-01 Procede de fabrication d'un cable electrique par extrusion d'une composition a base d'un polymere de propylene et d'un liquide dielectrique
FR1757384 2017-08-01
PCT/FR2018/051964 WO2019025718A1 (fr) 2017-08-01 2018-07-31 Procédé de fabrication d'un câble électrique par extrusion d'une composition à base d'un polymère de proprylène et d'un liquide diélectrique

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200028414A KR20200028414A (ko) 2020-03-16
KR102373770B1 true KR102373770B1 (ko) 2022-03-15

Family

ID=60888471

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207003500A KR102373770B1 (ko) 2017-08-01 2018-07-31 프로필렌 폴리머 및 유전성 액체를 포함하는 조성물의 압출에 의한 전기 케이블의 제조를 위한 방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US12119139B2 (ko)
EP (1) EP3662487A1 (ko)
KR (1) KR102373770B1 (ko)
CN (1) CN111052264B (ko)
CL (1) CL2020000256A1 (ko)
FR (1) FR3069799B1 (ko)
WO (1) WO2019025718A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100445040B1 (ko) * 2000-10-12 2004-08-18 주식회사 한썸 통신장비의 온도 조절을 위한 냉각장치
FR3125354A1 (fr) * 2021-07-19 2023-01-20 Nexans Procédé de fabrication d’un câble électrique par extrusion d’une composition à base d’un polymère de propylène et d’un liquide diélectrique avec une vis barrière comportant une section de mélange
FR3135913A1 (fr) * 2022-05-31 2023-12-01 Nexans Procédé de fabrication d’un câble électrique par extrusion d’une composition à base d’un polymère thermoplastique, de liquide diélectrique et de nanocharges distribuées de manière homogène
FR3138627A1 (fr) * 2022-08-08 2024-02-09 Nexans Extrudeuse pour l’extrusion d’une couche électriquement isolante comprenant un fourreau ayant un canal d’injection de liquide

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040091631A1 (en) * 2000-12-06 2004-05-13 Sergio Belli Process for producing a cable with a recyclable coating

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4564349A (en) * 1983-06-01 1986-01-14 Union Carbide Corporation Extruder assembly for extruding water-curable silane modified polymers
JPH0550486A (ja) * 1991-08-21 1993-03-02 Furukawa Electric Co Ltd:The 多段式熱可塑性樹脂押出装置
DE60102817T2 (de) 2000-06-28 2004-09-30 Pirelli & C. S.P.A. Kabel mit wiederverwertbarer ummantelung
AU2002217054B2 (en) * 2000-12-06 2006-10-12 Prysmian Cavi E Sistemi Energia S.R.L. Process for producing a cable with a recyclable coating
WO2005042226A1 (en) * 2003-10-31 2005-05-12 Prysmian Cavi E Sistemi Energia S.R.L. Method and plant for the introduction of a liquid into a molten mass under pressure
US10297372B2 (en) * 2012-05-18 2019-05-21 Prysmian S.P.A Process for producing an energy cable having a thermoplastic electrically insulating layer
EP2850619B1 (en) * 2012-05-18 2019-07-10 Prysmian S.p.A. Process for producing an energy cable having a thermoplastic electrically insulating layer
CN204172318U (zh) * 2014-10-29 2015-02-25 佛山市日丰企业有限公司 一种聚烯烃挤出螺杆
US20170006941A1 (en) 2015-07-09 2017-01-12 Laura Meyer Device for shortening and/or cuffing pant legs and methods of making and using same
FR3045634B1 (fr) 2015-12-18 2020-01-31 Nexans Composition polymere comprenant un liquide dielectrique presentant une polarite amelioree
CN110476313B (zh) 2017-03-29 2023-06-20 联合有限公司 操作输电网络的方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040091631A1 (en) * 2000-12-06 2004-05-13 Sergio Belli Process for producing a cable with a recyclable coating

Also Published As

Publication number Publication date
EP3662487A1 (fr) 2020-06-10
CN111052264B (zh) 2021-09-21
CL2020000256A1 (es) 2020-07-03
BR112020001846A2 (pt) 2020-07-28
WO2019025718A1 (fr) 2019-02-07
US12119139B2 (en) 2024-10-15
KR20200028414A (ko) 2020-03-16
CN111052264A (zh) 2020-04-21
FR3069799A1 (fr) 2019-02-08
US20210118595A1 (en) 2021-04-22
FR3069799B1 (fr) 2020-09-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102373770B1 (ko) 프로필렌 폴리머 및 유전성 액체를 포함하는 조성물의 압출에 의한 전기 케이블의 제조를 위한 방법
AU2016373307B2 (en) Medium- or high-voltage electric cable
KR102456565B1 (ko) 개선된 열 전도율을 갖는 전기 케이블
US11525050B2 (en) Polymer composition with improved stress whitening resistance
RU2590904C1 (ru) Способ изготовления силового кабеля, имеющего термопластичный электроизоляционный слой
US20180362749A1 (en) Polymer composition comprising a dielectric liquid of improved polarity
KR20200079200A (ko) 개선된 온도 노화 저항성을 가지는 전기 케이블
US12073965B2 (en) Water tree resistant electric cable
US20220112367A1 (en) Polymer composition comprising a dielectric liquid of improved polarity
BR112020001846B1 (pt) Processo para a produção de um cabo elétrico
US20230023510A1 (en) Polymer composition with improved stress whitening resistance
CN112300496A (zh) 具有改进的热导率的电缆

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant