抗水树绝缘组合物制造技术

本发明专利技术提供聚合物和添加剂的改善的电绝缘组合物，它可减少因水电老化而生成的水树状组织。聚合物添加剂为与聚合物具有良好混溶性的疏水性／亲水性材料。本发明专利技术还提供用包含披露的抗水树添加剂的绝缘材料形成电缆，从而防止因水树生成而电击穿的方法。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及改善的电绝缘组合物，特别涉及在有水情况下也能够有效使用的电绝缘材料。本专利技术具体地涉及能减少水树生长、在寿命期间保持高击穿强度的改善的电绝缘组合物。本专利技术还涉及用聚合电绝缘组合物防止水树形成的方法。此外，本专利技术还涉及在潮湿情况下包含有效防止水树的绝缘组合物的电缆。电气构件，比如电缆，常常在有水或与水直接接触的情况下使用。电气构件，特别是电缆在有水情况下工作时，所用缠绕并绝缘电气构件的电绝缘组合物常常因水而劣化。因此，中压及高压电力电缆可能因本领域中称为“水树”的现象而产生介质击穿。在本说明中，中压电力电缆是指工作电压在1至70KV范围内的电缆，高压电力电缆是指工作在大于70KV电压的电缆。一般用两种基本设计来构成中压和高压电力电缆。在称为“干式设计”中，金属护套，比如铅，包住电缆绝缘物，从而保证电缆绝缘物总保持在完全干燥的条件下。在另一种称为“湿式设计”中，聚合物护套包住电缆绝缘材料，与金属护套不同，这种聚合物护套不能完全防止水的扩散，即水可从外部扩散进电缆绝缘层。在第二种“湿式设计”的电缆设计中，当电缆暴露在水中或处于潮湿环境时，在出现电应力的情况下，寿命期间可观察到电击穿强度的下降。在潮湿条件下，绝缘物电特征的这种衰减认为是由于本领域中称为“水树”的现象引起的。水树是指因微通道或树状管路的生成所引起的绝缘下降过程。水树是水的存储区域，例如绝缘材料中的缺陷，当电场加在电绝缘物上时就可能变得明显了。为了防止电气构件工作期间的早期失效，必须使围绕电气构件绝缘体中水树生长最少。为避免绝缘材料内局部高度聚集水，常常通过添加与水结合的材料来改善现有技术的绝缘材料。为使水树形成最少和防止水树形成，从而已提出使绝缘故障最少或防止绝缘故障的许多添加剂。比如可从美国专利No.3,499,791(Maloney)、美国专利No.3,956,420(Kato et al.)、美国专利No.3,795,646(Mackenzie Jr)、美国专利No.4,206,260(Mc Mahon)、美国专利No.4,370,517(Soma et al.)和美国专利No.4,293,459(Urban et al.)中找到这种现象的一般论述和这些添加剂的实例。美国专利No.4,305,849披露的一种现有技术的绝缘材料为混有聚烯烃的聚乙二醇绝缘材料。聚乙二醇的缺点在于它是亲水性的，利用它吸水的同时，它与绝缘的聚烯烃相比，非极性聚乙烯的混溶性差，由于它的难混溶性，聚乙二醇被认为是按小液滴扩散在整个聚烯烃绝缘体上，而这些液滴作为绝缘体中扩散水的吸出点。随着水聚集在添加剂周围，就会产生局部高度聚集水的区域，而该区域可能自已导致出现缺陷。因此，已经发现，尽管聚乙二醇添加剂能够延迟水树形成，但在寿命期间，经过一定的时间间隔之后，它往往导致绝缘体中水树量的整体增加。正如美国专利No.4,305,849所指出的那样，低亲水性或疏水性材料，比如聚乙二醇，不能防止绝缘体中的水树形成。通过在电绝缘体中包含在绝缘材料内集合亲水性、疏水性和流动性特征的材料，本专利技术对现有技术组合物提出了重大改善。根据本专利技术，可以发现利用添加剂能获得改善的抗水树特性，其中1)具有足够的亲水性，允许聚烯烃与水分子键合并防止水在材料中扩散；2)具有与聚烯烃的充分混溶性，防止损失或聚集添加剂并保持总体均匀地分布扩散的水；和3)在聚合基体内亲水部分的流动性，能够允许添加剂的亲水部分有效地捕捉和键合扩散的水分子。本专利技术的其它优点将在说明书的下一部分中说明，根据说明可明了、或由本专利技术的实例来理解其优点。利用本专利技术特别提出的方法和组合物，可以实现和获得本专利技术的优点。按第1方案，本专利技术涉及至少有聚合物绝缘层的电气装置，所述绝缘层包括以聚烯烃为主要成分的电绝缘组合物，其特征在于它包括有效量的抗水树添加剂，包括—亲水部分，在所述聚合物绝缘层中在所选择的吸收范围内产生水吸收，—与所述聚烯烃的混溶部分，使因接触水产生的添加剂消耗低于选出的损耗值，和—使所述亲水部分的流动性相当于添加剂的亲水部分适当的流动性，以有效地达到和键合扩散在所述绝缘组合物中的水分子，以使按照AEIC CS5-94的120天加速水树试验后所述聚合物绝缘层的残留电击穿强度大于约35KV/mm。按照另一方案，本专利技术涉及包括选自由聚烯烃组成的材料组中的聚合物组合物为主要成分的电绝缘组合物，其特征在于所述组合物还包括有效量的聚合添加剂，包括—亲水部分，在所述组合物中在选择的吸收范围内产生水吸收，和—与所述组合物的混溶部分，使因接触水，从所述组合物中产生的添加剂损耗低于选择的损耗值，—所述亲水部分有适合于添加剂的亲水部分的流动性，可有效地达到和键合扩散在所述绝缘组合物中的水分子，以使经30天的水中加速老化试验后绝缘组合物中的电击穿强度衰变小于30％。特别是，所述选择的吸水范围是所述电绝缘组合物的含水量至少为10％，高于相同老化情况下的纯聚烯烃的含水量，而且在相对湿度为100％的80℃条件下暴露100至400小时的间隔内，其增加小于50％。此外，所述吸水率是使所述绝缘组合物的含水量在相对湿度为100％的80℃条件下暴露400小时后低于10,000ppm。特别是，按照AEIC CS5-94的经120天的加速水树试验后，与水接触的所述添加剂损耗不大于20wt％。特别是，该流动性与所述组合物与水形成小于预选值的接触角相对应，具体地说，所述接触角小于75°，而且最好小于70°(按照ASTMD724-45，用绝缘材料代替纸)。所述聚烯烃最好是从低、中、高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯烃三元共聚物、聚丙烯和其混合物组成的材料组中选择。优选实施方案中，亲水部分由极性单元组成，应优先选择线性烯烃氧化物单元，最好选择环氧乙烷。优选实施方案中，混溶部分由脂族的、芳香族的或低极性单元组成，优选由受阻烯烃氧化物组成，混溶部分最好为环氧丙烷。添加剂最好为环氧乙烷/环氧丙烷嵌段共聚物，其中，添加剂中环氧乙烷部分为50至80wt％。另一实施方案中，混溶部分为可接枝到所述聚烯烃的基团，最好为不饱和脂族单元，特别包括烯丙基。另一优选实施方案中，混溶部分和亲水部分与低极性基化学键合，最好与氨基键合，具体而言有乙二胺。使抗水树添加剂的有效含量达到0.1至10wt％较好，最好为0.2至0.5wt％。按照另一方案，本专利技术涉及在电气装置中配有以聚烯烃为主要成分的聚合物绝缘层的减少水树生长的方法，其特征在于它包括—在所述装置中设置添加剂，—至少使所述添加剂的一部分移动并与扩散在所述聚合物绝缘层中的水接触；—使扩散的水与添加剂的亲水部分键合；—使所述添加剂与所述聚合物绝缘层结合该方法的优选实施方案中，至少使所述添加剂的—部分移动和与扩散的水接触，包括使添加剂基本游离，以使其在所述聚合物绝缘层中移动，并使所述添加剂与所述聚合物绝缘层的结合包括使添加剂具有疏水分子部分。另一个实施方案中，使所述添加剂与所述聚合物绝缘层的结合包括把所述添加剂接枝在所述聚合物绝缘层上，并至少移动所述添加剂部分并使与扩散水接触包括使其与所述聚合物绝缘本文档来自技高网...

【技术保护点】
至少拥有聚合物绝缘层的电气装置，所述绝缘层包含以聚烯烃为主要成分的电绝缘组合物， 其特征在于它包含有效量的抗水树添加剂，该添加剂包括： －亲水部分，在所述聚合物绝缘层中在选择的吸收范围内产生水吸收， －与所述聚烯烃的混溶部分，使因接触水产生的添加剂损耗低于所选的损耗值，和 －利于添加剂亲水部分的流动性，以有效地达到和结合扩散在所述绝缘组合物中的水分子， 以便所述装置在按照ＡＥＩＣ ＣＳ５－９４的１２０天加速水树试验中有大于３５ＫＶ／ｍｍ的残留电击穿强度。

【技术特征摘要】
EP 1996-6-21 96830358.61.至少拥有聚合物绝缘层的电气装置，所述绝缘层包含以聚烯烃为主要成分的电绝缘组合物，其特征在于它包含有效量的抗水树添加剂，该添加剂包括—亲水部分，在所述聚合物绝缘层中在选择的吸收范围内产生水吸收，—与所述聚烯烃的混溶部分，使因接触水产生的添加剂损耗低于所选的损耗值，和—利于添加剂亲水部分的流动性，以有效地达到和结合扩散在所述绝缘组合物中的水分子，以便所述装置在按照AEIC CS 5-94的120天加速水树试验中有大于35KV/mm的残留电击穿强度。2.如权利要求1的电气装置，其特征在于所述水吸收是使所述电绝缘组合物的含水量在相同的老化情况下比相同的纯聚烯烃至少高10％，并且80℃时相对湿度为100％的条件下暴露100至400小时后，其含水量的增加低于50％。3.如权利要求1的电气装置，其特征在于所述水吸收是使所述电绝缘组合物的含水量在80°时相对湿度为100％、暴露400小时后的条件下低于10,000ppm。4.如权利要求1的电气装置，其特征在于所述流动性与小于75°的所述聚合物绝缘层的水接触角相关。5.如权利要求4的电气装置，其特征在于所述接触角小于70°。6.如权利要求1的电气装置，其特征在于所述添加剂损耗按照AEICCS 5-94的120天后的加速水树状组织试验不大于20wt％。7.如权利要求1的电气装置，其特征在于所述聚烯烃是从低、中、高密度聚乙烯线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯烃三元共聚物、聚丙烯和其混合物组成的材料组中选择。8.至少拥有聚合物电绝缘层的电气设备，所述层包含以聚烯烃为主要成分的电绝缘组合物，其特征在于它包含有效量的抗水树添加剂，具有—亲水部分由极性单元构成，—与所述聚烯烃的混溶部分，所述混溶部分选择在疏水部分和可接枝部分之间。9.如权利要求8的电气装置，其特征在于添加剂分子中的氧原子多于30％，而且极性单元为线性烯烃氧化物单元。10.如权利要求9的电气装置，其特征在于线性烯烃氧化物为环氧乙烷。11.如权利要求8的电气装置，其特征在于混溶部分由脂族烃、芳香烃或低极性单元组成。12.如权利要求10的电气装置，其特征在于混溶部分为受阻烯烃氧化物。13.如权利要求11的电气装置，其特征在于混溶部分为环氧丙烷。14.如权利要求13的电气装置，其特征在于添加剂为环氧乙烷/环氧丙烷嵌段共聚物。15.如权利要求14的电气装置，其特征在于添加剂中环氧乙烷部分占35至95wt％。16.如权利要求15的电气装置，其特征在于添加剂中环氧乙烷部分为50至80wt％。17.如权利要求8的电气装置，其特征在于混溶部分为可接枝所述聚烯烃的基团。18.如权利要求17的电气装置，其特征在于可接枝基为不饱和脂族烃单元。19.如权利要求18的电气装置，其特征在于可接枝基为包含烯丙基的基团。20.如权利要求8的电气装置，其特征在于混溶部分和亲水部分化学结合为低极性基。21.如权利要求20的电气装置，其特征在于混溶部分和亲水部分化学结合为氨基基团。22.如权利要求21的电气装置，其特征在于氨基基团为乙二胺。23.如权利要求1的电气装置，其中所述有效量的抗水树添加剂约为0.05至10wt％。24.如权利要求23的电气装置，其中所述抗水树添加剂的有效量约为0.2至1wt％。25.包含以从聚烯烃构成的基团中选出的聚合物组合物作为主要成分的电绝缘组合物。其特征在于所述组合物还包含有效量的聚合物添加剂，具有—亲水部分，在选择的吸收范围内对所述组合物产生水吸收，...

【专利技术属性】
技术研发人员：F佩鲁佐蒂，L卡斯特拉尼，LJ达卡尔，V加西亚，
申请(专利权)人：皮雷利卡维有限公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]