硫化共聚物半导电屏蔽结构制造技术

阐述了一种半导电或绝缘结构，包括乙烯/辛烷或丁烯共聚物和至少一个额外的聚合物，如聚乙烯。所述结构还可包括炭黑和其他添加剂。所述结构可在电缆等应用中被用作半导电层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及可用于电力电缆中的半导体导体屏蔽的制备中的硫化共聚物结构，还涉及利用该结构的半导体导体屏蔽和电力电缆。专利技术的相关技术背景说明典型的绝缘电力电缆一般包括在几层聚合材料所围绕的电缆导电芯内的导体，所述几层聚合材料包括内内半导体屏蔽层(导体或链屏蔽)、绝缘层、外半导体屏蔽层(绝缘屏蔽)、用作地相(ground phase)的金属丝或带屏蔽和防护夹克(protective jacket)。该构成中的附加层，如防潮的不透水材料，往往被设立。本专利技术涉及内半导体屏蔽层，即导体 屏蔽。半导体屏蔽已在电力电缆中作为绝缘和电缆导体的屏蔽使用多年。该导体屏蔽通常被挤压在电缆导体之上来在电力电缆中导体和电缆绝缘之间提供中间传导层。用于这些导体屏蔽的常规的结构包括基础聚合物作为与炭黑结合的结构的主要成分，来为该结构提供导电性，并可包括各种添加剂。本专利技术涉及用于电导体如电力电缆中的半导体屏蔽，特别是，涉及具有比已知半导体导体与黏合绝缘屏蔽改进的物理化学属性与可加工性的硫化半导体导体或黏合绝缘屏蔽结构。用于筛选(screen)电导体的半导体屏蔽通常通过在乙烯共聚物树脂基中分散各种熔炉型炭黑形成，如ASTM N-472或Cabot XC72 类型级别的炭黑。这些熔炉炭黑往往在聚合物中具有较差的分散性，并造成高水平的离子污染物。因此，突起和污染物发生在电缆的屏蔽/电介质界面，造成增加的压力梯度电场。此电场的增加，结合水和离子向绝缘中的迁移，可能会导致水树(water tree)的形成，并可能导致随后的介电击穿和过早电缆故障。其他市售高性能半导体屏蔽结构包含其他类型的炭黑如乙炔炭黑(acetyleneblack)，和乙烯/乙酯共聚物、乙烯/乙酸乙烯共聚物、乙烯/丙烯酸丁酯共聚物或这些材料与乙烯的混合物。这些材料通常包含降低水平的离子污染并表现出良好的分散性和非常平滑的挤压表面。此类屏蔽结构由于高碳黑负载需要达到足够的电导率而具有很高的粘度，并且，因此会研磨和/或腐蚀电缆挤压设备。该磨损会导致较差的挤压电缆表面和界面，由此降低屏蔽的电气性能属性。人们已作出努力以改善半导体屏蔽结构。包括乙烯/乙酸乙烯共聚物、乙炔炭黑和有机过氧化物交联剂的高性能半导体导体屏蔽结构常常被用于这些应用。然而，乙酸乙烯树脂，只可被与铝导体使用，因为它们对铜导体腐蚀。此外，结合乙烯/乙酸乙烯树脂的乙炔炭黑的高负载会导致在挤压机中形成酸，然后会腐蚀和磨损挤压压铸模具，导致电缆尺寸随着时间的推移变化。电力电缆中的导体和绝缘之间的本半导体导体屏蔽的主要目的在于，确保主绝缘的长期生存能力。平衡成本和性能的改进的半导体导体屏蔽结构总是有需要。Reid等人的美国专利6086792公开了一种半导体结构，其包括烯烃聚合物和至少29纳米的粒径的碳黑。Achetee等人的国际申请WO 01/40384公开了几种炭黑和半导体结构,其中，该炭黑具有22-39纳米的粒径、从约64到约120毫克/克的碘数、约90%或更少的着色力。Sant的美国专利5877250公开了几种炭黑和含有炭黑的聚合物，该炭黑具有的粒径不大于20纳米，且碘数为64 112毫克/克。据其公开内容，通过使用特定的炭黑可改善可加工性，但其没有公开将这样的炭黑使用到制造半导体结构中。Flenniken(Flenniken' 697)的美国专利5556697公开了一种硫化半导体屏蔽结构，其包含通过将乙烯与从C3到C20的α -烯烃中选出的至少一个共聚单体聚合形成的线性单位点催化的聚合物，从熔炉炭黑中选出的含有50ppm或更少量的灰和硫的炭黑。 Flenniken‘697进一步公开了一种乙烯乙酸乙烯娃烧三元共聚物。其具有对一定的炭黑反应和交叉连接水分的存在时间超过的缺点。因为如此，在电缆制造设备中该化合物是软的且容易变弱而被划痕。另一缺点是，该导体无法被预热到高温。Easter的美国专利6864429公开了一种半导体屏蔽结构，其具有加速水树测试(AffTT)和加速电缆寿命测试(ACLT)测定的增强的电老化性能。在本专利技术中使用的炭黑的粒径为约15至22纳米左右，最好是从约18纳米到21纳米左右(由ASTM D3849-89测定)，碘数为约115毫克/克至约200毫克/克，最好是从约120毫克/克到约150毫克/克(由ASTM D 1510 测定)，DBP 油吸从约 90cm3/100g 至约 170cm3/100g，最好是从约 110cm3/100克约150cm3/100克(ASTM D2414)。NllO属于这个范围。然而，Easter没有公开聚合物基体的效果。Flenniken的美国专利5889117公开了一种半导电或绝缘结构,其包括乙烯/辛烯共聚物和至少一个额外的聚合物，如乙烯/乙酸乙烯的。该结构还可包括炭黑和其他添加剂。该结构可作为如电力电缆半导电或绝缘层结构使用。该聚合物配方的进一步优点声称是，它们混合地很好并展示出对交联聚乙烯的较低的附着力，由此可提供由此产生的产品的增加的和继续的剥离性。降低的附着力是可取的，例如，因为它增加该聚合结构对其被附加的其他结构的剥离性。例如，电力电缆的情况，减少粘附允许半导电屏蔽对基础绝缘材料的更容易的剥离性，同时降低回升(pick-off)，即降低聚合物材料在基础层上留下的残留量。Flenniken ‘ 117没有公开改善的AWTT性能。并且乙烯/乙酸乙烯也是很贵的聚合物，成本与乙烯/辛烯共聚物相同或更贵。Kjellqvist等人的国际申请W0/2007/092454公开了一种聚合物复合材料，由其下制成(i)相I材料，其本质上包括极性乙烯共聚物和具有4到20个碳原子的不饱和酯；( )相II材料，其本质上包括非极性低密度聚乙烯；和(iii)分散到相I材料和/或相II材料中的导电填料，其以足够等于或大于足以在相I材料和/或相II材料中产生连续导电网络所需量的量存在。该专利技术还包括由聚合物复合材料制成的物品。其缺点在于，具有聚合共聚物和必须控制相的分散来具有足够良好的导电网络。作为电力电缆的屏蔽使用的聚合结构的附加例子可在Kawasaki等人的美国专利4612139和4305846、Han等人的美国专利6455771、Burns, Jr.等人的美国专利4857232、Lloyd等人的美国专利3849333中找到。可取的是，具有更高性能的导体屏蔽材料，不需要使用昂贵的导电炭黑，耐损坏，可以进行导体预热，使用成本较低的聚合物混合的性能必须始终平衡电缆的制造成本。专利技术的概要本专利技术的目的之一在于，提供具有更高性能而不需要昂贵添加剂、复杂的聚合物配方或需要特定制备炭黑的导体屏蔽材料。具备根据本专利技术制备的导体屏蔽的导体屏蔽和电缆，经加速水树测试(AWTT)和脉冲测试表明，其随着时间的推移比常规的高性能导体屏蔽结构展示出优越的性能。本专利技术基于对以下发现，S卩，可通过分散某些在结合齐格勒纳塔或自由基催化的聚乙烯的线性单位点催化的乙烯聚合物中选出的炭黑形成的改进的半导体屏蔽层。本专利技术的目的之一在于，提供硫化半导体屏蔽结构，其包括(a)线性单位点催化的聚合物，其包括与从包括C3至C20 α -烯烃的组中选择的至少一个共聚单体聚合的乙烯；(b)低密度聚乙烯LDPE或线性低密度聚乙烯L本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克·伊斯特，
申请(专利权)人：通用电缆技术公司，
类型：
国别省市：