半导体聚乙烯组合物制造技术

本发明专利技术涉及与其它可得的半导体聚合物组合物相比具有改善的加工性能的用于电力电缆的半导体聚乙烯组合物。本发明专利技术涉及具有包含半导体聚乙烯组合物的层的电缆。

Semiconductor polyethylene compositions

The invention relates to a semiconductor polyethylene composition for power cables with improved processing performance compared with other available semiconductor polymer compositions. The present invention relates to a cable having a layer comprising a semiconductor polyethylene composition.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体聚乙烯组合物
本专利技术涉及与其它相似的半导体聚合物组合物相比具有改善的加工性能的用于电力电缆的半导体聚乙烯组合物。本专利技术涉及具有包含半导体聚乙烯组合物的层的电缆。专利技术背景在电线和电缆应用中，常用的电缆包括至少一种被一层或多层聚合物材料层包围的导体。在包括中压(MV)、高压(HV)和超高压(EHV)的电力电缆中，所述导体被依次包括内部半导体层、绝缘层和外部半导体层的多个层包围。电缆通常通过在导体上挤出所述层而制造。这样的聚合物半导体层是众所周知的并且广泛用于额定电压大于1千伏的介电电力电缆。这些层用于在导体和绝缘体之间以及在绝缘体和地面或中性电位之间提供中间电阻率层。半导体层的目的在于特别地通过防止在导电层和介电层的界面处的局部放电来延长电力电缆的使用寿命，即长期可行性。所挤出的半导体层的表面光滑度是一种在延长电缆的使用寿命上起着重要作用的特性。光滑度特别地受炭黑以及聚合物组合物的影响。众所周知需要对炭黑与聚合物进行仔细挑选。对于半导体电缆，已知的是将塑性体用于聚合物级分。添加塑性体用于改善各种特性，并且如果以小于半导体聚乙烯组合物的10重量％的量添加，则可将其视为添加剂。由于塑性体的窄的分子量分布(MWD)和炭黑的高负载，加工性能是最重要的。本专利技术的一个方面是通过精心设计塑性体共混物来改善半导体聚乙烯组合物的加工性能。更好的加工性能将为电缆挤出机提供更高的产量。半导体组合物具有用于各种电缆层的所有聚合物组合物的最低的加工性能。因此，重要的是改善半导体聚乙烯组合物的加工性能。本专利技术的另一方面是降低了焦化(电缆挤出机中的过早交联)的风险，这是由于在电缆挤出过程中半导体聚乙烯组合物的温和挤出条件。这意味着例如电缆使用期可能更长，因此需要更少的电缆挤出机的清洁。另一优势是更大的加工窗口，这通常导致更稳定的过程。由于改善的加工性能，另一优势是在配混挤出机中剪切较少并且在电缆挤出机中半导体材料的压力较低。这是非常重要的，原因在于高压力可导致半导体性能的降级。凝胶是在聚合期间在聚合物中形成的高分子级分。通常凝胶在配混过程中不会熔化。常规半导体聚乙烯组合物通常包括乙烯极性共聚物和腈类树脂。这些树脂通常实际上不含凝胶。导电性添加剂、优选炭黑在聚合物组分中的分散是重要要求。差的炭黑分散或外来颗粒的存在可能对电性能产生负面作用。因此，重要的是在配混期间实现合适的炭黑分散，从而确保良好的电性能。在电线和电缆行业众所周知的事实是：半导体聚乙烯组合物的挤出层的光滑度在电力电缆的预期使用寿命上起着重要作用。光滑度参数在内部半导体聚乙烯组合物和绝缘体之间的界面处变得最为重要，原因在于延伸到绝缘体本体中的突出的半导体会产生局部电场增强，其可最终导致过早的电缆失效，例如，电击穿。在此背景下，随着电压额定值的增加，突出部的频率和尺寸分布的要求和规格变得越来越严格。为了进一步开发以超高电压额定值(特别是DC)为目标的半导体聚乙烯组合物，需要进一步改善半导体层、特别是内部半导体层的光滑度，半导体层中电应力是最高的。常规半导体材料基于乙烯-丙烯酸酯聚合物和乙烯-乙酸酯聚合物。少数半导体材料基于塑性体树脂。塑性体对于DC半导体组合物(通常为HVDC)是令人感兴趣的。已知的是电缆的空间电荷性能可受到半导体材料中组分选择的影响。空间电荷是绝缘体内部电荷(电子，空穴和离子)的累积，导致电场失真。其来自绝缘体内部的组分或来自半导体层的电子注入。被困在高压绝缘系统(即聚合物电力电缆)中的空间电荷会显著改变内部电场分布，可能导致系统在远低于预期值或设计值的应力下过早失效。已知的是基于塑性体的半导体组合物在电缆中提供良好的空间电荷性能。EP1634913和EP1978040公开了在包含单活性中心催化剂的聚合反应方法中制备的多峰乙烯均聚物或共聚物。所公开的聚合物为来自DOW的Engage和一个以Borstar技术制造的示例。本专利技术是在电缆中提供优异的空间电荷性能和良好的加工性能的半导体聚合物。US5556697公开了一种光滑的半导体聚乙烯组合物。表述光滑是指对于SSA>0.150/m2，表面光滑度分析值的范围为约10。EP2532011公开了具有线性、单活性中心催化的聚合物和LDPE的半导体屏蔽组合物。线性、单活性中心催化的聚合物的示例包括Engage材料。本专利技术的目的是改善半导体层的加工性能。本专利技术的另一个目的是制备一种半导体聚乙烯组合物，半导体聚乙烯组合物提供优异的空间电荷性能以确保电缆中良好的DC性能。另一方面是改善半导体聚乙烯组合物的光滑度。本专利技术的一个方面是基于塑性体的半导体聚乙烯组合物，即主要组分是塑性体。
技术实现思路
本专利技术涉及一种半导体聚乙烯组合物，其包含a.塑性体，b.至少20重量％的量的炭黑，其中塑性体包含：i.第一塑性体级分，其具有在885至920kg/m3的范围内的密度和在15至50g/10min的范围内的MFR2，ii.第二塑性体级分，其具有在840至880kg/m3的范围内的密度和在0.5至10g/10min的范围内的MFR2，并且第一塑性体级分和第二塑性体级分的量以塑性体的至少10重量％的量存在。在本文中塑性体是指非常低密度的聚烯烃，更优选为使用单活性中心催化剂(合适地茂金属催化)聚合的非常低密度的聚烯烃。通常，聚烯烃塑性体是乙烯共聚物，合适地α-烯烃，最合适地1-辛烯。这些塑性体具有小于或等于910kg/m3、更合适地小于或等于905kg/m3的密度。密度通常大于860kg/m3，更适合地大于880kg/m3。本专利技术的重要部分是密度小于或等于910kg/m3，这是因为增加的密度会损害炭黑的分布。不良分布会使光滑度劣化。半导体是指半导体聚乙烯组合物可用于电力电缆中的半导体层中，因此，以基于半导体聚乙烯组合物的至少20重量％的量加入炭黑。表述塑性体是指塑性体由至少两种塑性体级分的机械共混物组成或由塑性体的原位共混物组成。令人惊讶地发现，相比于当具有低密度和高MFR2的塑性体与具有高密度和低MFR2的塑性体共混在一起时，当具有高密度和高MFR2的塑性体与具有低密度和低MFR2的塑性体共混在一起时，半导体聚乙烯组合物的加工性能得到改善。这在表1和表4表现为挤出机中压力的降低。由于塑性体的窄的MWD和炭黑的高负载，加工性能是最重要的。本专利技术的一个方面是通过仔细设计塑性体共混物来改善半导体聚乙烯组合物的加工性能。具体实施方式在一个甚至更合适的实施方案中，塑性体包含：a.第一塑性体级分，其具有在890至910kg/m3的范围内的密度和在20至40g/10min的范围内的MFR2，b.第二塑性体级分，其具有在860至875kg/m3的范围内的密度和在0.5至5g/10min的范围内的MFR2，并且第一塑性体级分和第二塑性体级分的量是以塑性体的至少10重量％的量存在。第一塑性体级分和第二塑性体级分的量是以塑性体的至少10重量％的量存在。具有高密度和高MFR2的第一塑性体级分的量合适地以塑性体的50至90重量％、更合适地70至90重量％的量存在。具有低密度和低MFR2的第二塑性体级分的量合适地以塑性体的10至50重量％、更合适地10至30重量％的量存在。塑性体的MFR2合适地为1至30g/10min，更合适为5至25g/10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体聚乙烯组合物，其包含a.塑性体，b.至少20重量％的量的炭黑，其中所述塑性体包含：i.第一塑性体级分，其具有在885至920kg/m3的范围内的密度和在15至50g/10min的范围内的MFR2，ii.第二塑性体级分，其具有在840至880kg/m3的范围内的密度和在0.5至10g/10min的范围内的MFR2，并且所述第一塑性体级分和所述第二塑性体级分的量以所述塑性体的至少10重量％的量存在。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.27 EP 15196732.01.一种半导体聚乙烯组合物，其包含a.塑性体，b.至少20重量％的量的炭黑，其中所述塑性体包含：i.第一塑性体级分，其具有在885至920kg/m3的范围内的密度和在15至50g/10min的范围内的MFR2，ii.第二塑性体级分，其具有在840至880kg/m3的范围内的密度和在0.5至10g/10min的范围内的MFR2，并且所述第一塑性体级分和所述第二塑性体级分的量以所述塑性体的至少10重量％的量存在。2.根据权利要求1所述的半导体聚乙烯组合物，其中a.所述塑性体包含：i.第一塑性体级分，其具有在890至910kg/m3的范围内的密度和在20至40g/10min的范围内的MFR2，ii.第二塑性体级分，其具有在860至875kg/m3的范围内的密度和在0.5至5g/10min的范围内的MFR2。3.根据权利要求1或2所述的半导体聚乙烯组合物，其中所述半导体聚乙烯组合物中的塑性体的量为所述半导体聚乙烯组合物的40至75重量％。4.根据前述任一项权利要求所述的半导体聚乙烯组合物，其中所述塑性体具有在5...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗雷德里克·斯科格曼，安尼卡·斯迈德伯格，尼克拉斯·托恩，
申请(专利权)人：博里利斯股份公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT