具有空间电荷减少效果的直流电力电缆制造技术

本发明专利技术提供的是一种具有空间电荷减少效果的直流电力电缆，所述直流电力电缆包含导体、内部半导体层、绝缘体和外部半导体层。具体而言，内部半导体层或外部半导体层由含有聚丙烯基础树脂或低密度聚乙烯基础树脂和碳纳米管的半导体组合物形成；并且绝缘体由含有聚丙烯基础树脂或低密度聚乙烯基础树脂和无机纳米颗粒的绝缘组合物形成。所获得的电力电缆具有改善的如体积电阻率、热固化等性质和优异的空间电荷减少效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有优异的空间电荷减少效果的直流(DC)电力电缆。相关申请的交叉引用本申请要求2010年7月13日于韩国递交的韩国专利申请第10-2010-00674M号的优先权，通过援弓I将其全部内容并入本说明书中。
技术介绍
如图IA和IB所示，当前许多国家所使用的电力电缆包含导体1、内部半导体层2、 绝缘体3、外部半导体层4、铅鞘层5和聚乙烯(PE)鞘层6。交联聚乙烯(XLPE)已被广泛用作电力电缆的绝缘体3。然而，由于XLPE难以再循环利用，因此在全球环境保护日趋严格的限制之下，不优选使用XLPE。此外，当XLPE出现过早交联或过早硫化时，长期挤出性能会不利地降低，导致生产能力不均勻。此外，当使用交联剂对XLPE进行交联处理时，会产生如α-甲基苯乙烯或苯乙酮等交联副产物。为除去交联副产物，应该加入脱气处理，结果，处理时间延长并且成本增加。此外，在将具有XLPE制绝缘体的电力电缆用作高压输电线时会出现问题。最恶劣的问题是，当对电缆施加高压直流电时，因电荷从电极向绝缘体中的流动和交联副产物的影响而容易产生空间电荷。并且，如果因施加于电力电缆的高压直流电使所述空间电荷在绝缘体中积聚时，则电力电缆的导体附近的电场强度增加，并且电缆的击穿电压降低。为解决这一问题，已经提出使用氧化镁来形成绝缘体的解决方案。氧化镁基本上具有面心立方(FCC)晶体结构，但取决于合成方法，会具有各种形状、纯度、结晶度和性质。 如图2Α 2Ε中所示，氧化镁的形状包括立方形、台阶(terrace)形、棒状、多孔和球形形状，可以根据特定性质来利用各形状。具体而言，如日本专利第2541034号和第3430875号所提出，球形氧化镁用于抑制电力电缆的空间电荷。如上所述，为抑制具有绝缘体的电力电缆中的空间电荷，已经进行了不断的研究。然而，在常规直流电力电缆中，在用于形成内部半导体层2或外部半导体层4的导电性组合物中含有大量的炭黑(相对于基础树脂)。所获得的直流电力电缆具有较高的体积和重量，并且炭黑在基础树脂中的分散较低。因此，需要对可用作代替炭黑的导电性颗粒的材料进行研究。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供具有绝缘体的直流电力电缆，所述直流电力电缆对于制造过程中出现的交联副产物和空间电荷具有抑制效果，并且具有改善的挤出性能。本专利技术的另一个目的是提供具有半导体层的直流电力电缆，所述半导体层含有代替常规炭黑的新型导电性颗粒。为实现这些目的，本专利技术的直流电力电缆包含导体、内部半导体层、绝缘体和外部半导体层，其中，所述内部或外部半导体层由含有聚丙烯基础树脂或低密度聚乙烯基础树脂和碳纳米管的半导体组合物形成，并且所述绝缘体由含有聚丙烯基础树脂或低密度聚乙烯基础树脂和无机纳米颗粒的绝缘组合物形成。专利技术效果本专利技术的直流电力电缆具有优异的空间电荷抑制效果和改善的挤出性能，以及较小的体积和重量，因而在各种工业领域具有很高的利用价值。附图说明了本专利技术的优选实施方式，其包含于本说明书中与本专利技术的详细描述一起用以提供对本专利技术的精神的进一步理解，因此，不应解释为本专利技术仅限于附图中所显示的事物。图IA是直流电力电缆的截面图。图IB是说明直流电力电缆的结构的图。图2A是立方形氧化镁的扫描电子显微镜(SEM)图像。图2B是台阶形氧化镁的SEM图像。图2C是棒状氧化镁的SEM图像。图2D是多孔氧化镁的透射电子显微镜(TEM)图像。 图2E是球形氧化镁的SEM图像。图3是含有立方形氧化镁的绝缘体的TEM图像。具体实施例方式下面详细描述本专利技术。本专利技术的直流电力电缆包含导体1、围绕导体1的内部半导体层2、围绕内部半导体层2的绝缘体3和围绕绝缘体3的外部半导体层4。此外，本专利技术还可以包含围绕外部半导体层4的鞘层，并且鞘层可以包括铅鞘层5和聚乙烯(PE)鞘层6。内部半导体层2或外部半导体层4由半导体组合物形成，所述半导体组合物含有聚丙烯基础树脂或低密度聚乙烯(LDPE)基础树脂和碳纳米管。相对于每100重量份基础树脂，半导体组合物包含1重量份 6重量份碳纳米管， 并可以还包含0. 1重量份 10重量份炭黑和/或0. 1重量份 0. 5重量份抗氧化剂。本专利技术的聚丙烯基础树脂的熔融指数(MI)为1 50。优选的是，聚丙烯基础树脂为选自由i)C4 CSa-烯烃和ii)乙烯组成的组中的至少一种单体的共聚物。聚丙烯基础树脂为α-烯烃和/或乙烯的无规共聚物。优选的是，本专利技术的LDPE基础树脂的密度为0. 85kg/m3 0. 95kg/m3，并且MI为 1 2。半导体组合物的碳纳米管可以是多壁碳纳米管(MWCNT)，包括薄MWCNT，并可以通过一般合成方法而生产。通过液相氧化除去催化剂并通过高温热处理除去无定形碳，合成方法可以生产98% 100%的高纯度碳纳米管。使用高纯碳纳米管可以减小所获得的内部或外部半导体层上出现的凸起的尺寸。结果，内部或外部半导体层可以具有更长的寿命，并有利于形成高可靠性电缆。此外，不同于使用高含量的炭黑的常规技术，可将低含量的碳纳米管应用于本专利技术的半导体组合物，这使半导体层平滑并使绝缘体厚度降低，因而可获得轻质电缆。此外，虽然碳纳米管以1重量份 6重量份的低含量包含于半导体组合物之中，但是碳纳米管可以容易地与基础树脂结合，从而使碳纳米管在基础树脂中的分散得到改善。 具体而言，优选使用纯度为98%以上的碳纳米管，更优选的是直径为5nm 20nm且长度为数十微米的薄MWCNT。在本专利技术中，碳纳米管的使用使炭黑的含量降低，因而半导体组合物的熔体流速较高并且挤出时的载荷较低，由此使挤出性能得到改善。改善的挤出性能可引起处理时间和成本的降低。可以以下述方式进一步改善碳纳米管在基础树脂中的分散首先，利用超临界流体萃取、液相氧化包裹(oxidation wrapping)等官能化碳纳米管的表面，然后使用汉森 (Hensel)型混合机等将其与本专利技术的基础树脂混合。液相氧化包裹法包括使用酸性溶液处理碳纳米管，纯化碳纳米管和使用羧基等官能化碳纳米管的表面。作为另外一种选择，可以以下述方式进一步改善碳纳米管在基础树脂中的分散 将本专利技术的基础树脂溶解在如邻-1，2-二氯苯、1，2，4_三氯苯等氯苯的良溶剂中，并在不良溶剂(即，如水或甲醇等极性溶剂)中旋转，以形成微小尺寸的球形基础树脂，并使用例如 Hybridizer(Nara Machinery)、Nobilta (Hosokawa Micron) Λ Q-mix (Mitsui Mining)等装置将所获得的基础树脂与碳纳米管混合，从而产生混合颗粒。此外，本专利技术可以包含与碳纳米管混合的0. 1重量份 10重量份的炭黑。由于炭黑颗粒具有40m2/g 200m2/g的高比表面积，因此炭黑含量的轻微降低除了有助于减少过早硫化体积之外，还有助于改善混合、混合速率、体积电阻率、挤出性能和再现性。因为使用碳纳米管，所以本专利技术可以获得不具有炭黑或具有少量炭黑的光滑的半导体层。结果内部半导体层和/或外部半导体层的厚度降低，从而获得轻质电力电缆。因此，这会降低电力电缆的配送和安装所涉及的成本。本专利技术的半导体组合物包含选自由胺及其衍生物、酚及其衍生物和胺与酮的反应产物组成的组中的至少一种抗氧化剂。此外，为改善耐热性，本专利技术的半导体组合物包含选本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种直流（ＤＣ）电力电缆，所述直流电力电缆包含导体、内部半导体层、绝缘体和外部半导体层：其中，所述内部半导体层或所述外部半导体层由含有聚丙烯基础树脂或低密度聚乙烯基础树脂和碳纳米管的半导体组合物形成；并且其中，所述绝缘体由含有聚丙烯基础树脂或低密度聚乙烯基础树脂和无机纳米颗粒的绝缘组合物形成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：金润珍，南振镐，曺壶淑，朴永镐，河山松，
申请(专利权)人：LS电线有限公司，
类型：发明
国别省市：KR