TWI573827B - 聚丙烯摻合物及用於製造聚合組成物的方法 - Google Patents
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Description
本申請案主張於2012年3月29日申請之美國臨時申請案第61/617,347號案之利益。
本發明之各種不同實施例係有關於聚丙烯均聚物及丙烯-α-烯烴異種共聚物之聚合物摻合物。本發明之其它方面係有關於使聚丙烯及丙烯-α-烯烴異種共聚物之聚合物熔融摻合物控制式冷卻形成聚合組成物。
交聯絕緣層於電線及電纜之公眾審查因為社會意識而提高,趨使發展更永續性之材料。一有利的永續性標準係可回收性。已知交聯材料係不能輕易回收,且於其壽命結束時,交聯材料一般係藉由焚繞或掩埋而處置。
於對電線及電纜應用具有適當電崩潰強度之用於交聯絕緣層的永續性取代物之研究,已知聚合物絕緣層之崩潰強度係受聚合物形態影響。例如,與用於適當結晶化條件之分支均聚物相比,分支聚烯烴及線性聚烯烴之
摻合物的等溫結晶化已知係改良聚烯烴摻合物之電崩潰強度及樹枝狀電阻。
但是,等溫結晶化具有缺點。等溫結晶化需使目標聚合物維持於固定結晶化溫度持續一較長時間(有時係小時等級)以確保完全結晶化。因此,等溫結晶化對於許多商業應用係不實際。
因此,此技藝認知用於電線及電纜應用之交聯絕緣材料的替代物之需求。因此,存在需要一具有足夠介電強度之熱塑性絕緣層及一以商業規格製造此熱塑性絕緣層之方法。
一實施例係一種用於製備熱塑性聚合組成物之方法,該方法包含:(a)使包含一聚丙烯均聚物及一丙烯-α-烯烴異種共聚物之一聚合物摻合物加熱至大於140℃且至少係聚丙烯均聚物或丙烯-α-烯烴異種共聚物之熔融溫度之較大者之熔融溫度,持續足以形成一聚合物熔融摻合物之時間;及(b)使該聚合物熔融摻合物從該熔融溫度向下冷卻至環境溫度,其中,該冷卻包含:i)使該聚合物熔融摻合物從該熔融溫度非控制式冷卻至範圍從140至125℃之一起始冷卻溫度,(ii)以範圍為每分鐘0.1至30℃之平均冷卻速率,使該聚合物熔融摻合物從該起始冷卻溫度控制式冷卻
至範圍從110至100℃之一中間冷卻溫度,及(iii)以控制式冷卻或非控制式冷卻,使該聚合物熔融摻合物從該中間冷卻溫度冷卻至環境溫度,藉此形成該聚合組成物。
圖1a、1b係具有至少一層如上所述製備之一聚合物組成物之一電纜內不同位置之掃瞄式電子顯微鏡(“SEM”)顯微照片,顯示於橫截面(蝕刻表面)見到之形態;且圖2a-d係範例4製備之樣品的SEM顯微照片,個別係以0.3、1、3,及10℃/分鐘之平均速率從140冷卻至30℃,其後於200℃維持2分鐘,及自然冷卻至140℃。
本揭露內容提供一種用以製備聚合物組成物之方法。此方法包含使包含一聚丙烯均聚物及一丙烯-α-烯烴異種共聚物之一聚合物摻合物加熱形成一聚合物熔融摻合物。此方法進一步包含以範圍從0.1至30攝氏度數/分鐘(“C/分鐘”)之速率控制式冷卻此聚合物熔融摻合物。
聚丙烯均聚物可為此項技藝所知之任何聚丙烯均聚物。於此處使用時,術語“均聚物”表示包含自單種單體型式衍生之重複單元之聚合物,但不排除殘餘量之用
於製備此均聚物之其它組份,諸如,鏈轉移劑。聚丙烯均聚物可為一齊格勒那塔(Ziegler-Natta)催化之聚合物、一茂金屬催化之聚合物,或一限定幾何構型催化劑催化之聚合物,且可使用氣相、溶液,或漿料聚合物製造方法製造。
聚丙烯均聚物可主要為同排或主要為對排。於此處有關於聚丙烯均聚物使用時,術語“主要”意指大於60%。例如,一主要對排聚丙烯均聚物可具有大於60%之外消旋二單元組。於一實施例,聚丙烯均聚物主要係同排。於各種不同實施例,聚丙烯均聚物可具有至少70,至少80,至少90,或至少95%之同排五單元組,其係藉由13C-核碰共振(“NMR”)分析決定。
於各種不同實施例,聚丙烯均聚物係無核。
於一實施例,聚丙烯均聚物可具有從0.5至10克/10分鐘(“min”)或從1至5克/10分鐘之熔融指數(“I2”),其係依據ASTM D-1238(230℃/2.16公斤)決定。再者,聚丙烯均聚物可具有範圍從2至12或從3至8之多分散性指數(“PDI”)(即,重量平昀分子量/數平均分子量;“Mw/Mn”;或分子量分佈(“MWD”)),其係藉由凝膠滲透層析術決定。
例示之可購得聚丙烯均聚物包括可得自Braskem S.A.(巴西,聖保羅)之BRASKEMTM PP H358-2;可得自LyondeloBasell(荷蘭,Rotterdam)之MOPLENTM HP1073;或可得自Sabic(沙烏地阿拉伯,Riyadh)之PP525 P。
丙烯-α-烯烴異種共聚物係與一或更多種α-烯
烴共單體共聚合之丙烯單體。丙烯-α-烯烴異種共聚物可為一齊格勒那塔催化之聚合物、一茂金屬催化之聚合物,或一限定幾何構型催化劑催化之聚合物,且可使用氣相、溶液,或漿料聚合物製造方法製造。
α-烯烴共單體可為乙烯、C4-20(即,具有4至20個碳原子之單體)線性、分支或環狀之α-烯烴,其等之二或更多種之混合物。適合C4-20α-烯烴之非限制性範例包括1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、1-癸烯、1-十二烯、1-十四烯、1-十六烯,及1-十八烯。α-烯烴亦可含有一環狀結構,諸如,環己烷或環戊烷,造成諸如3-環己基-1-丙烯(烯丙基環己烷)及乙烯基環己烷之α-烯烴。例示之丙烯-α-烯烴異種共聚物包含丙烯/乙烯、丙烯/丁烯、丙烯/1-己烯、丙烯/1-辛烯、乙烯/丙烯/1-辛烯、乙烯/丙烯/丁烯,及乙烯/丙烯/二烯單體(“EPDM”)。丙烯-α-烯烴異種共聚物可為無規異種共聚物。於一實施例,丙烯-α-烯烴異種共聚物之α-烯烴組份係乙烯。
丙烯-α-烯烴異種共聚物之經聚合的α-烯烴組份可構成全部丙烯-α-烯烴異種共聚物之從大於0至最高達15莫耳%(“mol%”),或從5至15莫耳%。經聚合之丙烯可構成丙烯-α-烯烴異種共聚物之剩餘者之全部或實質上全部。
於一實施例,丙烯-α-烯烴異種共聚物具有從0.855至0.90 g/cm3或從0.86至0.88 g/cm3之密度,其係依據ASTM D-792決定。丙烯-α-烯烴異種共聚物可具有熔融指
數(“I2”),其係依據ASTM D-1238(230℃/2.16公斤)決定。再者,丙烯-α-烯烴異種共聚物可具有範圍從2至6或範圍從2至4之PDI,其係藉由凝膠滲透層析術決定。
例示之可購得丙烯-α-烯烴異種共聚物包括VERSIFYTM 2200及2400,每一者可得自陶氏化學公司(美國,密西根州,密德蘭市);ExxonMobil Chemical(美國,德州,Irving)之VISTAMAXXTM 3020 FL;或Mitsui Chemicals(日本,東京)之TAFMERTM XM。
聚丙烯均聚物及丙烯-α-烯烴異種共聚物組合在一起形成一聚合物摻合物。於一實施例,聚丙烯均聚物及丙烯-α-烯烴異種共聚物可熔融摻合形成此聚合物摻合物。另外,聚丙烯均聚物及丙烯-α-烯烴異種共聚物之乾式摻合物可被混練(例如,經由熔融擠塑)及形成任何所欲形狀(膜、丸粒、電纜絕緣物等)。然後,如下所進一步探討,聚合物摻合物可經熔融成型為一物件。於一實施例,聚丙烯均聚物及丙烯-α-烯烴異種共聚物可供應至一電纜絕緣物擠塑機,且形成一擠塑物。
於各種不同實施例,以聚丙烯均聚物及丙烯-α-烯烴異種共聚物之組合重量為基準,聚丙烯均聚物及丙烯-α-烯烴異種共聚物可以範圍從4:1至1:4,3:1至1:3,1:2至2:1,或1:1之重量比率存在於此聚合物摻合物。特別地,以聚丙烯均聚物及丙烯-α-烯烴異種共聚物之組合重量為基準,聚丙烯均聚物構成此聚合物摻合物之從35至65重量%(“wt%”)之範圍,或50重量%。相似地,以聚丙烯均聚物
及丙烯-α-烯烴異種共聚物之組合重量為基準,丙烯-α-烯烴異種共聚物可構成此聚合物摻合物之從35至65重量%之範圍,或50重量%。
聚合物摻合物可加熱至至少聚丙烯均聚物或丙烯-α-烯烴異種共聚物之熔點之較大者的熔融溫度。換言之,聚合物摻合物被加熱以確保聚丙烯均聚物及丙烯-α-烯烴異種共聚物二者皆於熔融狀態,以形成一聚合物熔融摻合物。於某些實施例,聚丙烯均聚物會具有較高熔點,其可為約160℃。因此,聚合物摻合物可加熱至大於160℃之溫度。於各種不同實施例,聚合物摻合物可加熱至至少170℃,至少180℃,至少190℃,或至少200℃,最高達240℃,260℃,280℃,或300℃之最大溫度的溫度。
需瞭解雖然於上探討之摻合及加熱步驟係以依序說明,但此等步驟可重疊且甚至可同時實施。另外,加熱及摻合步驟可以反順序實施(即,使聚丙烯均聚物及丙烯-α-烯烴異種共聚物加熱後摻合)。
此方法包含控制式冷卻形成之聚合物熔融摻合物。於此處使用時,術語“控制式冷卻”、“控制冷卻”、“經控制冷卻”及相似術語係施加一外部冷卻狀態造成以一決定速率降低經加熱之聚合物摻合物之溫度的一種程序。控制式冷卻經加熱之聚合物摻合物產生聚丙烯均聚物、丙烯-α-烯烴異種共聚物,或二者之非等溫式結晶化。因此,一“經控制式冷卻之聚合物組成物”係接受一控制式
程序之一組成物。於一實施例,控制式冷卻之冷卻速率範圍可為從0.1℃/分鐘,0.2℃/分鐘,0.5℃/分鐘,或1℃/分鐘至最高達30℃/分鐘,20℃/分鐘,15℃/分鐘,或10℃/分鐘。
控制式冷卻係不同於非控制式冷卻。術語“非控制式冷卻”表示以非控制方式降低溫度。
控制式冷卻排除等溫式結晶化。術語“等溫式結晶化”係以固定溫度(典型上係聚合物之結晶化溫度)使聚合物結晶化。換言之,聚合物熔融溫度於聚合物等溫式結晶化期間不會改變。控制式冷卻亦排除驟冷。術語“驟冷”或“驟冷式”係藉由,但不限於,使一經加熱之材料(整個或部份)浸入一液體浴(典型上係水)內使此材料快速冷卻。
於一實施例,控制式冷卻排除使聚合物熔融摻合物曝露於環境空氣,使聚合物熔融摻合物曝露於經冷卻或冷凍流體(諸如,液體、空氣、氮氣、氧氣,或此等之組合),使聚合物熔融摻合物通過一控制溫度之腔室(諸如,一管件、管線,或導管,或浴),及此等之任何組合。
於一實施例,控制式冷卻後,於100微米(“μm”)厚之膜上依據ASTM D-149測量時,形成之聚合物組成物可具有至少100 kV/mm,至少105 kV/mm,至少110 kV/mm,至少120 kV/mm,至少130 kV/mm,或至少140 kV/mm之交流電(“AC”)崩潰強度。
於一實施例,本方法可使以上述組成物製備之
膜的AC崩潰強度增加。與具有與由本聚合物組成物組成之一經控制式冷卻之膜相同組成物之一經非控制式冷卻(例如,經驟冷冷卻)之膜相比,於100微米(“μm”)厚之膜上依據ASTM D-149測量時,經控制式冷卻之膜可具有比經非控制式冷卻(例如,經驟冷冷卻)之膜大至少5%,至少8%,至少10%,至少15%,至少20%,至少30%,或至少40%之AC崩潰強度。
控制式冷卻之速率可為固定或可變化。實施控制式冷卻之溫度範圍亦可被調整。例如,聚合物摻合物可加熱至200℃之溫度。控制式冷卻可於200℃至環境之整個範圍實施,或於此範圍之一部份內。例如,於一實施例,控制式冷卻可於從140至100℃或從125至110℃之範圍實施。“環境”於此處使用時表示圍繞用以製備聚合物組成物之生產設備之環境溫度。環境溫度典型上範圍從20至30℃,從20至25℃,或22℃。
於一實施例,聚合物熔融摻合物係藉由下述從熔融溫度向下冷卻至環境溫度:(i)使聚合物熔融摻合物從熔融溫度非控制式冷卻至範圍從140至125℃之起始冷卻溫度,(ii)以範圍從0.1至30℃/分鐘之平均冷卻速率使聚合物熔融摻合物從起始冷卻溫度控制式冷卻至範圍從110至100℃之中間冷卻溫度,及(iii)藉由控制式冷卻或非控制式冷卻使聚合物熔融摻合物從中間冷卻溫度冷卻至環境溫度。於一實施例,此冷卻程序之步驟(iii)係藉由非控制式冷卻實施。
於一實施例,控制式冷卻窗係從140℃,130℃,或125℃,向下至110℃,100℃,或90℃。於此實施例,聚合物組成物加熱至至少聚丙烯均聚物或丙烯-α-烯烴異種共聚物之熔融溫度之較大者,典型上係至少160℃。當經加熱之聚合物摻合物的溫度冷卻(非控制式冷卻)至此控制式冷卻窗之上邊界(140℃,130℃,或125℃),控制式冷卻被起始且應用於經加熱之聚合物摻合物。控制式冷卻係應用至經加熱之聚合物摻合物達控制式冷卻窗之下邊界(105℃,100℃,95℃,90℃)為止。一旦經加熱之聚合物摻合物的溫度低於此下邊界,控制式冷卻方式被暫停,且經加熱之聚合物摻合物被非控制式冷卻及/或驟冷。
於另一非限制性範例,聚合物摻合物可加熱至高於160℃。聚合物摻合物從熔融溫度冷卻至125℃。然後,控制式冷卻被起始,且可被應用於125至90℃之冷卻範圍。控制式冷卻可於此控制式冷卻窗改變。控制式冷卻可具有3℃/分鐘之冷卻速率至達到120℃為止。一旦於120℃,控制式冷卻可改變成0.2℃/分鐘至達到105℃為止。於105℃,控制式冷卻可改變成7℃/分鐘至達到90℃為止。基於此等非限制性範例,瞭解控制式冷卻期間之冷卻速率可為固定或可改變。
本聚合物組成物之改良崩潰強度使其充分適於電線及電纜塗覆應用,且特別是電線/電纜絕緣層。因
此,本揭露內容提供一種製造經塗覆之導體的方法。“導體”係用於在任何電壓(DC、AC,或暫態)轉移能量之一長形元件(電線、電纜、纖維)。導體典型上係至少一金屬線或至少一金屬電纜(諸如,鋁或銅),但可包含光纖。
導體可為一單電纜或多數個結合在一起之電纜(即,一電纜芯,或一芯)。“電纜”係於一保護絕緣物、套管,或護套內之至少一電線或光纖。典型上,一電纜係典型上於一共同保護絕緣物、套管,或護套內之二或更多之結合在一起的電線或光纖。套管內之個別電線或纖維可為裸材、經塗覆,或經絕緣。組合式電纜可含有電線及光纖。
用於製造經塗覆之導體的方法包含使由一聚丙烯均聚物及一丙烯-α-烯烴異種共聚物組成之一聚合物摻合物加熱至至少聚丙烯均聚物或丙烯-α-烯烴異種共聚物之熔融溫度之較高者,及使聚合物熔融摻合物擠塑於導體上。術語“上”包含聚合物熔融摻合物與導體間之直接接觸或間接接觸。需瞭解聚合物熔融摻合物係呈可擠塑狀態。此方法進一步包含使位於導體上之聚合物熔融摻合物於如上所述條件下,於一部份冷卻溫度範圍控制式冷卻,及於導體上形成一此聚合物組成物塗層。
於一實施例,控制式冷卻包含使於其上具有一經熔融摻合之塗層的導體曝露於一冷卻介質(例如,流體),諸如,環境空氣或經熱控制之液體,使於其上具有一經熔融摻合之塗層的導體曝露於一經冷卻或冷凍之流
體(諸如,空氣、氮氣、氧氣、液體,或此等之組合),使於其上具有一經熔融摻合之塗層的導體通過一控制溫度之腔室(諸如,一管件、管線,或導管,或浴),使於其上具有一經熔融摻合之塗層的導體導引通過具有控制溫度之一管線,及此等之任何組合。
於一實施例,此方法包含使聚合物組成物形成一絕緣層,於其中絕緣層具有3.5 mm厚度之一電纜上測量時,此絕緣層於環境條件具有大於400 kV之直流(“DC”)崩潰電壓。
於一實施例,此方法包含於導體上形成一無交聯之塗層。因此,於各種不同實施例,上述聚合物組成物係無交聯或實質上無交聯。於一實施例,聚合物組成物係一熱塑性組成物。
塗層係位於導體上。塗層可為一或多個內層,諸如,一絕緣層及/或一半導層。塗層亦可含有一外層(亦稱為“套管”或“護套”)。塗層可完全或部份覆蓋或其它方式圍繞或包住導體。塗層可為圍繞導體之唯一組件。另外,塗層可為包住金屬導體之一多層式套管或護套之一層。
藉由前述方法製備之經塗覆的導體可為可撓性、半剛性,或剛性。適合之經塗覆的導體之非限制性範例包含可撓性配線,諸如,用於消費性電品產品之配線,電力電纜、用於手機及/或電腦之電力供應器電線,電腦數據線、電源線、設備配線材料,及消費性電子輔助線。
任何前述聚合物組成物及/或塗層可選擇性地含有一或多種添加劑。適合添加劑之非限制性範例包含抗氧化劑、安定劑、潤滑劑,及/或加工助劑。作為抗氧化劑,係包含位阻性或半受限性之酚、芳香族胺、脂族位阻性胺、有機磷酸酯、硫基化合物,及此等之混合物。作為進一步之非限制性添加劑,係包含阻燃添加劑、酸清除劑、無機填料、阻水樹劑,及其它電壓安定劑。
一絕緣體之“崩潰強度”係造成一部份絕緣體變導電性之最小電應力。聚合物組成物之AC崩潰強度係依據ASTM D-149決定。一經塗覆之導體的一絕緣層之DC崩潰強度係於環境條件依據如下範例5所述程序決定。
“電線”意指一單股的導電金屬,例如,銅或鋁,或一單股的光纖。
“電纜”及“電力電纜”意指於一護套(例如,一絕緣覆蓋物弌一保護外套管)內之至少一電線或光纖。典型上,一電纜係二或更多之結合在一起的電線或光纖,典型上係於一共同絕緣覆蓋物及/或保護套管內。護套內之個別電線或纖維可為裸材、經覆蓋,或經絕緣。組合式電纜可含有電線及光纖。電纜可對低、中及/或高電壓應用作設計。典型之電纜設計係於USP 5,246,783、6,496,629及6,714,707中例示。
藉由於具有W50EHT混合附件之一Brabender Plastograph內熔融摻合製備十二個聚合物摻合物。以如下表1中所指示之摻合比率使顆粒狀聚丙烯均聚物及丙烯/乙烯異種共聚物預混合。聚丙烯(“PP”)均聚物係可購自Braskem S.A.(巴西,聖保羅)之Braskem PP H358-02。丙烯/乙烯(“PE”)異種共聚物係如下之表1所指示之VERSIFYTM 2200(密度:0.876 g/cm3)或VERSIFYTM 2400(密度:0.858 g/cm3),每一者係可購自陶氏化學公司。使36克之經預混合的聚合物置於預熱至170℃之混合腔室內。於170℃之溫度,以20分鐘程式,以30 rpm混合。藉由表1中所示之冷卻方法使樣品冷卻。
使用一Graseby-Specac 25.011液壓機製備經摻合之聚合物的膜樣本(厚度~100 μm)。使模具加熱至200℃之穩定溫度。使約0.13克之聚合物嵌入模具內於鋁箔之間,且嵌入壓製機內;10秒後,施加4噸之壓力,且於具有自來水之一燒杯內驟冷。
使用一Mettler Toledo FP82HT熱載台賦予樣品熱歷史。使熱載台預熱至200℃,且使樣品(仍於其等之鋁箔內)於此溫度維持2分鐘(“min”)。其後,樣器係(1)立即驟冷;(2)自熱載台移除,且從200℃自然冷卻(即,以非控制方式冷卻)至140℃,然後,以1℃/分鐘從140℃控制式冷卻至100℃,其後,自然冷卻至環境;或(3)自載熱台移除,且以0.1℃/分鐘從200℃控制式冷卻至100℃,且其
後自然冷卻至環境。
藉由使樣品於在蒸餾水內之~4重量%HCl搖動6小時而移除鋁箔。於蒸餾水中充分徹底樣品,且乾燥隔夜。
依據ASTM D 149,藉由將此等樣品置於一20厘斯(“cs”)聚矽氧流體內之槽內之二垂直相對的6.3 mm球軸承間,決定此等樣品之交流電(“AC”)崩潰強度。以50±2伏特/秒(“Vs-1”)之速率施加50 Hz上升從0至崩潰為止。對於每一熱歷史,每一者,係使3固碟片接受8崩潰事件。
使用Reliasoft Corp之Weibull ++7軟體處理形成之數據。此提供與90% 2-尾信賴區間一起之Weibull標度及形狀參數之可能評估。表1呈現衍出數據。
樣品1-4顯示1℃/分鐘之控制式冷卻速率於從140至100℃之範圍應用時提供較佳崩潰強度。
於一Berstorff ZE40UT雙螺桿擠塑機上混練由下列組份組成之一摻合物:聚丙烯均聚物(Braskem PP H358-02):49.95%
丙烯-乙烯共聚物(VERSIFYTM 2200):50%
抗氧化劑(IRGANOXTM 1010):0.05%
使用之擠塑機溫度分佈係:
1區:冷卻
2區:155℃
3區:190℃
4區:199℃
5-8區:210℃
T-閥:220℃
模具:230℃
螺桿速度係500 rpm,且輸出係150公斤/小時。400公斤之摻合物被混練。
於一Collin熱壓機內製備具有48克化合物之0.5 mm厚的板材。首先,使材料於2巴(0.2兆帕斯卡(“MPa”))之壓力及180℃壓製260秒(“s”);其後,壓力增至200巴(20 MPa)持績300秒,然後,以表2所示之冷卻方法使樣品冷卻至室溫。對於經驟冷冷卻之樣品,使板材及支撐板於仍是熱時自壓製機移除,且浸於在環境溫度之含有水的一水浴內。依據IEC 60243-1,使用0.5 mm板材,以下列參數測量AC崩潰強度:裝置:PRF 50/A(Sefelec GmbH),最高達50 kV
頻率:50 Hz
樣本數量:10
具直徑25 mm/75 mm之圓柱形電極
以油填充之測量裝置
10與20秒間之測量時間
結果係於下之表2中提供。
如上之表2中的結果指示於大於30℃/分鐘之冷卻速率時,崩潰性能減少。
如上之範例2所述般混練一聚合物摻合物。使一電纜與作為一塗層之此組成物擠塑。於由一45 mm 20 L/D絕緣物擠塑機及用於內及外半導性屏敝之二30 mm 20 L/D擠塑機所組成之生產線上,使此電纜製成一10 kV型電纜(鋁導體尺寸:25 mm2)。連續硫化(“CV”)管之加熱被關掉;冷卻區段以具有約15℃之溫度的水冷卻。
自上述摻合物製備電纜絕緣物。Dow DHDA-7707 BK(熱塑性半導性等級,可得自陶氏化學公
司)被作為內半導性層(即,導體屏敝)。無絕緣屏敝被施加,以增進電纜崩潰測試。使半導性樹脂乾燥2小時。
使絕緣物擠塑機之溫度分佈設定為170/170/180/180/180℃;使內半導性物擠塑機溫度分佈設定為150/150/150/150℃。使頭溫度設定為185/185/185℃。
絕緣物厚度係3.5 mm;內半導層係0.5 mm厚。
以45 rpm之螺桿速度操作絕緣物擠塑機;熔融溫度係195℃,且熔融壓力係32巴。於10 rpm操作半導層擠塑機;熔融溫度係182℃,且熔融壓力係99巴。生產線速度係1.5公尺/分鐘。
具有經熔融摻合的絕緣物及半導性物之導體行經關掉之CV管。以紅外線溫度測量裝置測量電纜表面溫度。離開模具時之表面溫度係176℃;於CV管之過渡件內,電纜表面溫度係83℃;離開此管之冷卻區段時,表面溫度係51℃。擠塑機大廳之環境溫度係25℃。
用於比較之一參考電纜係於與本發明電纜相同之生產線上,使用HFDK-4201 EC XLPE(經交聯之聚乙烯;可得自陶氏化學公司)絕緣物及HFDK-0587 BK(乙烯共聚物;可得自陶氏化學公司)內半導層製造。
使用下列條件用於參考電纜擠塑:絕緣物擠塑機溫度:125/125/123/123/123℃
內半導性層擠塑機:125/125/123/123/123℃
頭溫度:125/125/125℃
CV管溫度設定為:360/360/360/270℃
以35 rpm之螺桿速度操作絕緣物擠塑機;熔融溫度係135℃。以10 rpm之螺桿速度操作半導性層擠塑機;熔融溫度係138℃。生產線速度係1.5公尺/分鐘。
圖1a及1b顯示自如範例3所述般製備之本發明電纜切割之經蝕刻的橫電纜截面之SEM顯微照片。
圖2a至2d顯示改變冷卻速率對一系列四個實驗室樣品之型態演化之作用。依據範例1中概述之程序製備實驗室樣品。使個別以0.3、1、3,及10℃/分鐘之固定速率冷卻之樣品從140℃控制式冷卻至30℃,其後於200℃預維持2分鐘。從200℃冷卻至140℃係自然地實施(即,以一未經控制方式冷卻)。藉由比較圖2a與2b所看到,於0.3至1℃/分鐘之控制式冷卻範圍,可觀察到之層狀物較不明顯。如圖2c及2d所見到,於從1至10℃/分鐘之控制式冷卻範圍,於型態之特徵波長係依循逐漸減少。
比較圖1及2暗示電纜樣本於約10℃/分鐘結晶化,推測擠塑期間之剪切作用對形成之型態具有可忽略之作用。
以一Henry Patterson & Sons Ltd.600 kV測試組實施室溫直流(“DC”)崩潰測試。對於每一測試,5個測量為6公尺(±2%)之測試電纜的樣品(如範例3製造般)被切割、卷曲,及自與一絞車附接之一3公尺玻璃纖維桿旋掛。使用一2公尺銅管使導體與一HVDC供應器連接;一自來
水槽形成接地電極;水面下之電纜長度係1.3公尺±10%。整個測試之實驗室溫度維持固定於16至17℃。以逐步方式施加上升:1.75 kV s-1±13%上升,其後係30s靜止,導致370 V s-1±7%之整體上升速率。為了安全理由,不可能對電纜施加大於400 kV之電壓。如下之表3中所示,無本發明之樣品組失效。
作為一比較例,5圈之測量為6公尺(±2%)之範例3製備的參考電纜之DC崩潰性能亦於下之表3中提供。
使如範例5製備之電纜樣品藉由繞捲一60 mm±10%半徑之心軸2小時而變形,其後鬆弛>12小時,其後測試。施加此一嚴重彎曲之目的係檢查半導-介電界面之整體性,及誘發PP摻合物之結晶結構受損之增加可能性。選擇2小時施加時間係為了使分子鬆弛程序藉由移除時間基本上完成。室溫DC崩潰測試係依據如上於範例5概述之程序實施。此組樣品之彎曲崩潰電壓(“Vb”)數據係呈現於下之表4。
未變形(範例5)及變形(範例6)之樣本的崩潰結果係比參考電纜之等化結果(其顯示196 kV之Weibull特徵崩潰電壓(表3)此顯示196 kV之Weibull特徵崩潰電壓(表3))高很多。
Claims (10)
- 一種用於製備熱塑性聚合物組成物之方法,該方法包含:(a)使包含一聚丙烯均聚物及一丙烯-α-烯烴異種共聚物之一聚合物摻合物加熱至大於140℃之熔化溫度且至少係該聚丙烯均聚物或該丙烯-α-烯烴異種共聚物之熔融溫度之較大者的熔融溫度,持續足以形成一聚合物熔融摻合物之時間;及(b)使該聚合物熔融摻合物從該熔融溫度向下冷卻至環境溫度,其中,該冷卻包含:i)使該聚合物熔融摻合物從該熔融溫度非控制式冷卻至範圍從140至125℃之一起始冷卻溫度,(ii)以範圍為每分鐘從0.1至30℃之一平均冷卻速率,使該聚合物熔融摻合物從該起始冷卻溫度控制式冷卻至範圍從110至100℃之一中間冷卻溫度,及(iii)以控制式冷卻或非控制式冷卻,使該聚合物熔融摻合物從該中間冷卻溫度冷卻至環境溫度,藉此形成該聚合組成物。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中,於100微米厚之膜上依據ASTM D-149測量時,該聚合物組成物具有比一其它相同但係經驟冷冷卻之聚合物組成物大至少5%之交流(“AC”)崩潰強度。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中,當於100微米厚之 膜上依據ASTM D-149測量時,該聚合物組成物具有至少100kV/mm之AC崩潰強度。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中,該聚丙烯均聚物及該聚丙烯-α-烯烴異種共聚物係以範圍從4:1至1:4之一重量比率存在於該聚合物摻合物中。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中,該起始冷卻溫度係125℃,其中,該中間冷卻溫度係110℃,其中,步驟(iii)之該冷卻係非控制式冷卻。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中,步驟(ii)之該控制式冷卻係以範圍為每分鐘從1至10℃之速率實施。
- 如申請專利範圍第1項之方法,進一步包含於步驟(b)之該冷卻前,使該聚合物熔融摻合物塗覆於一導性芯材上,藉此,於該導性芯材上形成該聚合物塗層,其後係步驟(b)之該冷卻。
- 如申請專利範圍第7項之方法,其中,當以3.5mm厚度測量時,於該導性芯材上之該聚合物塗層呈現至少400kV之直流(“DC”)崩潰強度。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中,該聚丙烯均聚物係無核者。
- 如申請專利範圍第1至9項中任一項之方法,其中,該聚丙烯-α-烯烴異種共聚物之該α-烯烴組份係乙烯。
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