耐受树枝化的绝缘组合物制造技术

公开了用于电力电缆的绝缘组合物，其具有聚烯烃基础聚合物和添加剂，所述添加剂包含低分子量蜡或聚乙二醇（ＰＥＧ）以及任选还包含一种或多种受阻胺光稳定剂、胺类抗氧化剂和其他抗氧化剂共混物。还公开了包含Ｃ２－Ｃ８α－烯烃与聚乙烯均聚物以及任选的一种或多种受阻胺光稳定剂和液体甲酚抗氧化剂的绝缘组合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】要求优先权本申请要求2007年8月6日提交的美国临时专利申请60/953309和2008年1月2日提交的美国临时专利申请60/018625的优先权，这两篇临时申请的公开内容在此以引用的方式并入本文。
本专利技术涉及用于具有聚烯烃基聚合物和添加剂的电力电缆的绝缘组合物，所述添加剂含有低分子量蜡或者聚乙二醇(PEG)并且任选地还含有一种或多种受阻胺光稳定剂、胺类抗氧化剂和其他抗氧化剂共混物。本专利技术还涉及一种绝缘组合物，其含有C2-C8α-烯烃与聚乙烯均聚物以及任选的一种或多种受阻胺光稳定剂和液体甲酚抗氧化剂。
技术介绍
典型的电力电缆通常在被数个层环绕的芯里具有一种或多种导体，所述数个层可以包括：第一聚合物半导体屏蔽层、聚合物绝缘层、第二聚合物半导体屏蔽层、金属带屏蔽层和聚合物套层。聚合物材料过去就已经用作电力电缆的电绝缘材料和半导体屏蔽材料。在要求电力电缆长期性能的应用或者产品中，这类聚合物材料除了具有合适的介电性质外，还必须耐用。例如，在建筑物用导线、电机或者机械动力导线，或者地下电力传输电缆中使用的聚合物绝缘材料必须耐用，以满足安全和经济性的需要以及实用性。聚合物电力电缆绝缘材料可能遭遇的一种主要类型的故障是称为树枝化(treeing)的现象。树枝化通常在电应力下通过介电部分发展起来，使得其路径(如果可见的话)看起来有点像树。树枝化可以通过周期性局部放电缓慢出现和发展。它也可以在湿气存在下没有发生任何局部放电即缓慢出现，或者可以因脉冲电压而迅速出现。树枝可以形成在高电应力的部位，如绝缘-半导电显示屏界面体上的污染物或者空隙。在固体有机电介质中，树枝化是发生电力故障的最可能原因，这种故障不会突发出现，而似乎是一种更长过程的结果。过去，已经通过将硅烷基分子或者其他添加剂共混、接枝或者共聚来改性聚合物材料，使得树枝化仅在比通常更高的电压下才开始发生或者即使开始生长也更慢，从而延长聚合物绝缘材料的使用寿命。存在两种树枝化，称为电树枝化和水树枝化。电树枝化由使电介质分解的内部放电引起。高的电压脉冲可以产生电树枝化。因将高的交流电压施加到可能包括瑕疵的电极/绝缘体界面造成的损害在商业上意义重大。这种情况下，可以存在非常高的局部应力梯度，并且足够长时间后可以导致树枝开始出现并生长。这种实例有在导体或者导体屏蔽和主绝缘体之间存在粗糙界面的高压电力电缆或者连接器。这种故障的机理包括可能由于电子轰击导致介电材料模块结构实际分解。过去以来本领域大部分都已经涉足对电树枝化的抑制。电树枝化由使电介质分解的内部放电引起，与其形成对比，水树枝化是固体电介-->质材料同时暴露在液体或蒸汽和电场中造成的劣化。埋入式电力电缆尤其易发生水树枝化。水树枝化从高电应力部位如粗糙界面、突出的导电点、空隙或者嵌入的污染物处开始发生，但是在比电树枝化所需电压低的电压下开始发生。相比较电树枝化，水树枝化具有如下区别特征：(a)水的存在是它们生长所必须的；(b)在它们生长过程中通常检测不到局部放电；(c)在达到可以造成损害的尺寸之前它们可以生长数年；(d)尽管生长缓慢，但是它们在比电树枝化发展所需电场低得多的电场中开始出现和生长。电绝缘应用通常分为低压绝缘(小于1K伏特)、中压绝缘(1K伏特～69K伏特)和高压绝缘(高于69K伏特)。在低压应用例如电缆和汽车工业应用中，树枝化通常不是一个普遍问题。对于中压应用，电树枝化通常不是一个普遍问题，远不及水树枝化那么普遍，水树枝化是频繁出现的问题。最常见的聚合物绝缘体或者由聚乙烯均聚物或者乙烯-丙烯弹性体制成，或者称为乙烯-丙烯-橡胶(EPR)或者乙烯-丙烯-二烯烃三元共聚物(EPDM)。通常使用纯聚乙烯(不含填料)作为电绝缘材料。聚乙烯具有非常好的介电性能，特别是介电常数和功率因数方面。聚乙烯的介电常数为约2.2～2.3。功率因数是消耗和损耗的电能函数，它应当尽可能低，在室温下大约为0.0002，这是非常理想的值。尽管聚乙烯聚合物在高温下容易变形，但是它们的机械性能仍适合在许多应用中作为中压绝缘材料。然而，聚乙烯均聚物非常容易水树枝化，特别在中压范围的上限值时。已经尝试制备具有长期电学稳定性的聚乙烯基聚合物。例如，当过氧化二异丙基苯用作聚乙烯的交联剂时，该过氧化物残余物在固化后起到一段时间的树枝化抑制剂的作用。然而，这些残余物在使用电力电缆的大多数温度下最终都会损失。1979年3月13日授予Ashcraft等人的美国专利No.4,144,202中公开了将含至少一个环氧基的有机硅烷作为树枝化抑制剂混入聚乙烯中。然而，仍然存在对相比这类含硅烷聚乙烯具有改进的耐受树枝化能力的聚合物绝缘材料的需求。不同于可以纯态使用的聚乙烯，另一种常见的中压绝缘材料EPR通常含有高含量的填料以耐受树枝化。当用作中压绝缘材料时，EPR一般含有约20～约50重量％的填料，最可能为煅烧粘土，并且优选用过氧化物交联。填料的存在赋予EPR高的耐受树枝化发展的能力。EPR还具有在升高的温度下优于聚乙烯的机械性能。EPR还比聚乙烯具有好得多的柔性，这对于紧凑空间或者困难的安装是优势。令人遗憾地，虽然在EPR中使用的填料可以帮助防止树枝化，但填充的EPR一般具有差的介电性能，即差的介电常数和差的功率因数。填充的EPR的介电常数为约2.3～约2.8。它的功率因数室温下在大约0.002～大约0.005的量级，这近似地比聚乙烯差一个数量级。因此，聚乙烯和EPR作为电缆应用中的电绝缘材料都具有严重的局限性。尽管聚乙烯聚合物具有好的电学性能，但它们耐受水树枝化能力差。虽然填充的EPR具有好的耐受树枝化能力和好的机械性能，但是它的介电性能比聚乙烯聚合物差。受阻胺光稳定剂或者“HALs”主要用于透明塑料膜、片材或涂层中以防止被光分解。HALs用于未填充的聚乙烯绝缘材料中。据认为它们能防止由微小放电发出的光所导致的分解。美国专利5,719,218公开了含HALs的光学透明的聚乙烯绝缘配方，其中记载HALs用于防止通过水树枝化导致的该绝缘材料分解。授予Kawasaki等人的美国专利4,302,849提出使用高分子量聚乙二醇作为解决-->聚烯烃聚合物中电绝缘性变差问题的方案。该技术已经广泛用于电缆工业中，但是它们已经有25年之久，所以仍需要用于耐受树枝化的添加剂具有更为改进的性能。文献中已经描述许多改善交联聚乙烯(XLPE)绝缘性能的方法以防止因水树枝化开始出现并发展造成介电性能劣化。1979年3月13日授予Ashcraft等人的美国专利4,144,202涉及使用特定有机硅烷化合物来抑制水树枝化发展。美国专利4,206,260描述了包含有效量的含有6～24个碳原子的醇的组合物作为有效的水树枝化和电树枝化阻滞绝缘材料。德国专利2,737,430公开了特定烷氧基硅烷在聚乙烯绝缘材料中用作树枝化阻滞添加剂。1986年1月8日公布的Sumitomo ElectricIndustries Limited的欧洲专利0,166,781描述了乙烯和醋酸乙烯酯共聚物的共混物作为水树枝化阻滞材料。还有报道特定脂肪族羧酸衍生物当以合适的量混在XLPE中时能抑制水树枝化发展。Sarma等人的1988年9月21日公布的日本申请63-226,814和1992年10月6日公布本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电缆的绝缘组合物，其包含：　　（ａ）含有聚烯烃的基础聚合物；和　　（ｂ）添加剂，其包含以下物质的共混物：　　（ｉ）至少一种胺类抗氧化剂，和　　（ｉｉ）至少一种受阻胺光稳定剂，和　　（ｉｉｉ）聚乙二醇。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-8-6 60/935,309;US 2008-1-2 61/018,6251.一种用于电缆的绝缘组合物，其包含：(a)含有聚烯烃的基础聚合物；和(b)添加剂，其包含以下物质的共混物：(i)至少一种胺类抗氧化剂，和(ii)至少一种受阻胺光稳定剂，和(iii)聚乙二醇。2.根据权利要求1所述的绝缘组合物，其中所述基础聚合物是通过齐格勒-纳塔催化方法制备的。3.根据权利要求2所述的绝缘组合物，其中所述基础聚合物包含低密度聚乙烯。4.根据权利要求2所述的绝缘组合物，其中所述基础聚合物包含线性低密度聚乙烯。5.根据权利要求1所述的绝缘组合物，其中所述添加剂为所述组合物的约0.5重量％～约10.0重量％。6.根据权利要求1所述的绝缘组合物，其中所述添加剂为所述组合物的约1.0重量％～约6.0重量％。7.根据权利要求1所述的绝缘组合物，其中所述添加剂为所述组合物的约2.0重量％～约5.0重量％。8.根据权利要求1所述的绝缘组合物，其包含在电缆中，所述电缆在方形电线测试中出现故障的特征时间为至少约850小时。9.根据权利要求1所述的绝缘组合物，其包含在电缆中，所述电缆在方形电线测试中出现故障的特征时间为至少约1000小时。10.根据权利要求1所述的绝缘组合物，其中所述添加剂还包含含硫的酚类抗氧化剂。11.一种用于电缆的绝缘组合物，其包含：(a)含有聚烯烃的基础聚合物；和(b)添加剂，其包含以下物质的共混物：(i)至少一种快速自由基清除剂，选自低受阻酚、低受阻硫酚、低受阻硫代双酚、脂肪族胺、芳族胺、NOR HALS、羟胺及其混合物；(ii)至少一种长效稳定剂，选自低受阻酚、高受阻酚、含硫增效剂、脂肪族胺、芳族胺、HALS、羟胺及其混合物；和(iii)聚乙二醇。12.一种用于电缆的绝缘组合物，其包含：(a)含有聚烯烃的基础聚合物，(b)含硫的酚类抗氧化剂，和(c)聚乙二醇。13.根据权利要求12所述的绝缘组合物，其中所述组合物的粘合力小于17磅每1/2英寸。14.一种用于电缆的绝缘组合物，其包含：(a)含有聚烯烃的基础聚合物，(b)添加剂，其含有：(i)低分子量蜡。15.根据权利要求14所述的绝缘组合物，其中所述添加剂还包含：(ii)至少一种胺类抗氧化剂；和(iii)至少一种受阻胺光稳定剂。16.根据权利要求14所述的绝缘组合物，其中所述添加剂还包含含硫的酚类抗氧化剂。17.根据权利要求14所述的绝缘组合物，其中所述添加剂还包含：(ii)酚酯抗氧化剂，和(iii)至少一种受阻胺光稳定剂。18.根据权利要求14所述的绝缘组合物，其中所述添加剂还包含至少一种胺类抗氧化剂。19.根据权利要求14所述的绝缘组合物，其中所述基础聚合物是通过齐格勒-纳塔催化方法制备的。20.根据权利要求14所述的绝缘组合物，其中所述基础聚合物包括低密度聚乙烯。21.根据权利要求20所述的绝缘组合物，其中所述基础聚合物包括线性低密度聚乙烯。22.根据权利要求14所述的绝缘组合物，其中所述添加剂是所述组合物重量的约0.5％到约10.0％。23.根据权利要求14所述的绝缘组合物，其中所述添加剂是所述组合物重量的约1.0％到约6.0％。24.根据权利要求14所述的绝缘组合物，其中所述添加剂是所述组合物重量的约2.0％到约5.0％。25.根据权利要求14所述的绝缘组合物，其包含在电缆中，所述电缆在方形电线测试中出现故障的特征时间为至少约850小时。26.根据权利要求14所述的绝缘组合物，其包含在电缆中，所述电缆在方形电线测试中出现故障的特征时间为至少约1000小时。27.一种用于电缆的绝缘组合物，其包含：(a)含有聚烯烃的基础聚合物；和(b)添加剂，其包含：(i)低分子量蜡，和(ii)抗氧化剂混合物，其包含：(a)选自低受阻酚、低受阻硫酚、低受阻硫代双酚、脂肪族胺、芳族胺、NOR HALS、羟胺及其混合物的至少一种快速自由基清除剂；和(b)选自低受阻酚、高受阻酚、含硫增效剂、脂肪族胺、芳族胺、HALS、羟胺及其混合物的至少一种长效...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克R伊斯特尔，
申请(专利权)人：通用电缆技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]