CN115732125A - 具有改进的热导率的电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电缆以及一种用于制备所述电缆的方法，该电缆包括至少一个由聚合物组合物获得的电绝缘层，该聚合物组合物包含至少一种聚丙烯基热塑性聚合物材料和至少一种无机填料，该无机填料选自硅酸盐、氮化硼、碳酸盐以及它们的混合物。
Description
本申请是申请号为201880018777.7、申请日为2018年3月16日、发明名称为“具有改进的热导率的电缆”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种电缆以及一种用于制备所述电缆的方法，该电缆包括至少一个由聚合物组合物获得的电绝缘层，该聚合物组合物包含至少一种聚丙烯基热塑性聚合物材料和至少一种无机填料，该无机填料选自硅酸盐、氮化硼、碳酸盐、以及它们的混合物。
背景技术
本发明典型地但并不唯一地适用于在架空、海底或地下输电领域，或另外航空领域中的旨在用于电力传输的电缆，特别是适用于中压(特别是6至45-60kV)或高压(特别是大于60kV，并且可能范围最高达400kV)的电力电缆，所述电缆是直流电缆或交流电缆。
发明内容
本发明特别适用于具有改进的热导率的电缆。
中压或高压电力传输电缆优选从内部到外部包括：
-细长导电元件，特别是由铜或铝制成的细长导电元件；
-包围所述细长导电元件的内部半导体层；
-包围所述内部半导体层的电绝缘层；
-包围所述绝缘层的外部半导体层；
-任选地，包围所述外部半导体层的电屏障，以及
-任选地，包围所述电屏障的电绝缘保护性护套。
特别地，该电绝缘层可以是基于交联聚烯烃的聚合物层，该交联聚烯烃如交联聚乙烯(XLPE)或交联乙烯/丙烯或乙烯/丙烯/二烯弹性体(EPDM)。交联通常在围绕该细长导电元件挤出聚合物组合物的挤出步骤期间进行。与非交联LDPE相比，使用交联聚烯烃使得能够提供具有改进的电学和机械特性的层；特别地，包括基于XLPE的绝缘层的电缆可以在最高达90℃的温度下使用，而包括LDPE基绝缘层的电缆仅可以在不超过70℃的较低温度下使用。然而，XLPE具有若干缺点。首先，这些聚合物不是易于可再循环的。其次，用于生产均匀层的交联过程(硫化)需要特定的反应条件(例如，就时间和温度而言)，这降低了电缆的制造速率并增加了其生产成本。实际上，为了获得令人满意的交联度，聚合物必须能够达到所需的温度，以便获得其交联持续足够长的时间段。因此，必须调节包括XLPE基电绝缘层的电缆的生产率，使得交联隧道(crosslinking tunnel)中的通过时间足够长以获得令人满意的交联度，这就生产能力而言代表了并非无关紧要的限制性限制。最后，交联有时可能会在挤出机(螺杆，轴环)和/或挤出机头中过早地开始，导致在挤出机中形成降解的XLPE颗粒(也称为“焦化”)，这些颗粒随后可迁移到电缆的电绝缘层或半导体层内并在其中产生缺陷。然后，降解的XLPE颗粒的存在影响电缆的最终特性，因为这些颗粒导致缺乏均匀性，主要是电绝缘层的材料的均匀性或在电绝缘层与半导体层之间的界面处的均匀性。这种现象被称为“焦化现象”。
因此，LDPE基材料用于电缆的电绝缘层原则上是使用XLPE基材料的替代方案。然而，LDPE基材料的缺点在于不能在大于70℃的温度下使用，这也导致了其传输电力的能力降低，从而应避免在大于70℃的温度下电绝缘层的任何过热。
此外，聚丙烯基材料展现了良好的介电特性，例如，在变压器和电缆特别是包括基于聚丙烯层压纸的电绝缘层的海底电缆(PPLP电缆)中利用这些介电特性。
另一方面，在中压(MV)和高压(HV)电缆领域中，使用聚丙烯作为电绝缘层的材料还不是非常普遍的。
聚丙烯的特征通常在于密度低于聚乙烯的密度，这种较低的密度与热导率特性相关，聚丙烯的的热导率特性略次于聚乙烯的热导率特性。因此，当电力电缆是MV和HV电缆时，这显示出一个缺点，因为这减少了由焦耳效应产生的热量的排出，并因此减少了传输的电力量，这是细长导电元件的最大可接受温度的函数。
此外，国际申请WO 2015/089179 A1描述了一种电缆用组合物，该电缆的热导率为至少大约0.30W/mK。该组合物包含100重量份的聚烯烃(例如乙烯/丁烯共聚物)、10至70重量份的卤化阻燃剂(乙烯双四溴邻苯二甲酰亚胺)、100至200重量份的非卤化阻燃剂(金属氧化物和/或氢氧化物)以及5至35重量份的协同阻燃剂(三氧化锑)。然而，该组合物的电学和机械特性未针对HV和MV电缆领域中的应用进行优化。
因此，仍然需要包括这样的电绝缘层的电缆，该电绝缘层具有与用交联XLPE层获得的电学特性相当的电学特性，特别是就热导率而言，而同时保证良好的机械特性。
因此，本发明的目的是克服现有技术的缺点，并提供一种经济的特别是中压或高压电缆，该电缆包括可再循环的材料，这些材料可在大于70℃的温度下操作，并且具有改进的热导率，而同时保证良好的机械特性，特别是断裂伸长率和断裂力。
该目的借助于将在下文中描述的本发明实现。
本发明的第一主题是一种电缆，该电缆包括至少一个细长导电元件以及至少一个由聚合物组合物获得的电绝缘层，该聚合物组合物包含至少一种聚丙烯基热塑性聚合物材料和至少一种无机填料，其特征在于，该无机填料选自硅酸盐、氮化硼、碳酸盐以及它们的混合物，并且优选地选自硅酸盐、碳酸盐以及它们的混合物。
聚丙烯基热塑性聚合物材料与选自硅酸盐、氮化硼和碳酸盐的无机填料的组合使得能够获得电绝缘层，该电绝缘层具有改进的热导率，而同时保证良好的机械特性，特别是断裂伸长率和断裂力。
在作为无机填料的硅酸盐之中，可以提及硅酸铝、硅酸钙或硅酸镁。
硅酸铝是优选的。
这些硅酸铝可以选自高岭土以及主要包含高岭石的任何其他矿物或粘土。
在本发明中，表述“主要包含高岭石的任何其他矿物或粘土”意指包含相对于该矿物或该粘土的总重量按重量计至少大约50％、优选按重量计至少大约60％、并且更优选按重量计至少大约70％的高岭石的任何其他矿物或粘土。
高岭土，特别是煅烧高岭土是优选的。
在作为无机填料的碳酸盐之中，可以提及白垩、碳酸钙(例如霰石、球霰石、方解石或上述化合物中的至少两种的混合物)、碳酸镁、石灰石、或主要包含碳酸钙或碳酸镁的任何其他矿物。
在本发明中，表述“主要包含碳酸钙或碳酸镁的任何其他矿物”意指包含相对于该矿物的总质量按重量计至少大约50％、优选按重量计至少大约60％、并且更优选按重量计至少大约70％的碳酸钙或碳酸镁的任何其他矿物。
白垩和碳酸钙是优选的。
根据本发明的一个特别优选的实施方案，无机填料选自高岭土、白垩以及它们的混合物。
根据本发明的一个特别优选的实施方案，无机填料是白垩。
无机填料优选地占相对于聚合物组合物的总重量按重量计大约1％至50％、更优选按重量计大约2％至40％、并且更优选按重量计大约5％至30％。
聚丙烯基热塑性聚合物材料可以包含P1丙烯均聚物或共聚物，并且优选P1丙烯共聚物。
P1丙烯均聚物优选地具有范围为1250至1600MPa的弹性模量。
P1丙烯均聚物可以占相对于聚丙烯基热塑性聚合物材料的总重量按重量计至少10％、并且优选按重量计15％至30％。
作为P1丙烯共聚物的实例，可以提及丙烯和烯烃的共聚物，烯烃特别地选自乙烯和除了丙烯之外的α1烯烃。
丙烯和烯烃的共聚物中的乙烯或除了丙烯之外的α1烯烃优选地占相对于丙烯和烯烃的共聚物的总摩尔数的至多大约15mol％、并且更优选至多大约10mol％。
除了丙烯之外的α1烯烃可以对应于式CH2＝CH-R1，其中R1是具有2至12个碳原子的直链或支链烷基，特别地选自以下烯烃：1-丁烯、1-戊烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、1-癸烯、1-十二碳烯以及它们的混合物。
丙烯和乙烯的共聚物作为P1丙烯共聚物是优选的。
P1丙烯共聚物可以是无规丙烯共聚物或多相丙烯共聚物，并且优选多相丙烯共聚物。
聚丙烯基热塑性聚合物材料可以包含若干种不同的P1丙烯共聚物，特别是两种不同的P1丙烯共聚物，所述P1丙烯共聚物是如以上定义的。
特别地，聚丙烯基热塑性聚合物材料可以包含无规丙烯共聚物(作为第一P1丙烯共聚物)和多相丙烯共聚物(作为第二P1丙烯共聚物)。P1丙烯共聚物的此类组合使得能够改进交联层的机械特性。
在本发明中，无规P1丙烯共聚物优选地具有范围大约为600至1200MPa的弹性模量。
作为无规丙烯共聚物的实例，可以提及由Borealis公司以参考名
RB845MO销售的商品。
多相P1丙烯共聚物优选地具有范围大约为50至250MPa的弹性模量。
多相共聚物可以包含丙烯类型的热塑性相以及乙烯和α2烯烃类型的共聚物的热塑性弹性体相。
多相共聚物的热塑性弹性体相的α2烯烃可以是丙烯。
多相共聚物的热塑性弹性体相可以占相对于多相共聚物的总重量按重量计至少大约20％、并且优选按重量计至少大约45％。
作为多相共聚物的实例，可以提及由Basell Polyolefins公司以参考名
Q 200F销售的多相共聚物。
P1丙烯均聚物或共聚物可以具有大于大约130℃、优选大于大约140℃、并且更优选范围大约为140℃至170℃的熔点。
P1丙烯均聚物或共聚物可以具有范围大约为20至100J/g的熔化焓。
特别地，P1丙烯均聚物具有范围大约为80至90J/g的熔化焓。
无规P1丙烯共聚物可以具有范围大约为40至80J/g的熔化焓。
多相P1丙烯共聚物可以具有范围大约为20至50J/g的熔化焓。
P1丙烯均聚物或共聚物可以具有根据标准ASTM D1238-00在大约230℃下用大约2.16kg的负荷测量的范围为0.5至3g/10min的熔体流动指数。
无规P1丙烯共聚物可以具有根据标准ASTM D1238-00在大约230℃下用大约2.16kg的负荷测量的范围为1.2至2.5g/10min的熔体流动指数。
多相P1丙烯共聚物可以具有根据标准ASTM D1238-00在大约230℃下用大约2.16kg的负荷测量的范围为0.5至1.5g/10min的熔体流动指数。
根据本发明的一个优选的实施方案，该P1丙烯共聚物或这些P1丙烯共聚物(当存在他们中的若干种时)占相对于聚丙烯基热塑性聚合物材料的总重量按重量计至少大约50％、优选按重量计大约55％至90％、并且更优选按重量计大约60％至90％。
无规丙烯共聚物可以占相对于聚丙烯基热塑性聚合物材料的总重量按重量计至少20％、并且优选按重量计30％至70％。
多相P1丙烯共聚物可以占相对于聚丙烯基热塑性聚合物材料的总重量按重量计至少1％、并且优选按重量计2％至40％。
聚丙烯基热塑性聚合物材料还可以包含P2烯烃均聚物或共聚物，烯烃特别地选自乙烯和α3烯烃。
P1和P2聚合物的组合使得能够获得具有良好的机械特性(特别是就弹性模量和电学特性而言)的热塑性聚合物材料。
P2烯烃均聚物或共聚物的α3烯烃可以对应于式CH2＝CH-R2，其中R2是具有1至12个碳原子的直链或支链烷基，特别地选自以下烯烃：丙烯、1-丁烯、异丁烯、1-戊烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、1-癸烯、1-十二碳烯以及它们的混合物。
丙烯、1-己烯或1-辛烯α3烯烃是特别优选的。
P2烯烃均聚物或共聚物可以是聚乙烯。
聚乙烯可以是低密度聚乙烯、并且优选低密度直链聚乙烯，特别地根据标准ISO1183A(在23℃的温度下)。在本发明中，表述“低密度直链聚乙烯”意指密度范围大约为0.91至0.925的直链聚乙烯，所述密度是根据标准ISO 1183A(在23℃的温度下)测量的。
根据本发明的一个优选的实施例，P2烯烃均聚物或共聚物占相对于聚丙烯基热塑性聚合物材料的总重量按重量计大约10％至50％、并且更优选按重量计大约10％至40％。
根据本发明的一个特别优选的实施方案，聚丙烯基热塑性聚合物材料包含两种P1丙烯共聚物，如无规丙烯共聚物和多相丙烯共聚物，以及P2烯烃均聚物或共聚物，如聚乙烯。P1丙烯共聚物和P2烯烃均聚物或共聚物的此类组合使得能够进一步改进交联层的机械特性，而同时保证良好的热导率。
本发明的电缆的电绝缘层的聚合物组合物的热塑性聚合物材料优选地是多相的(即，它包含若干个相)。若干个相的存在通常源于两种不同聚烯烃的共混，如聚丙烯和聚丙烯或聚乙烯共聚物的共混物。
本发明的聚合物组合物还可以包含介电液体，特别是与热塑性聚合物材料形成密切混合物的介电液体。
作为介电液体的实例，可以提及矿物油(例如环烷油、石蜡油或芳香油)、植物油(例如大豆油、亚麻籽油、菜籽油、玉米油或蓖麻油)或合成油(如芳烃(烷基苯、烷基萘、烷基联苯、烷基二芳基乙烯等)、硅油、醚氧化物、有机酯或脂肪烃。
根据一个具体的实施方案，介电液体占相对于热塑性聚合物材料的总重量按重量计大约1％至20％、优选按重量计大约2％至15％、并且更优选按重量计大约3％至12％。
介电液体可以包含矿物油以及至少一种二苯甲酮、苯乙酮或其衍生物类型的极性化合物。
在此实施例中，介电液体可以包含相对于介电液体的总重量按重量计至少大约70％的矿物油、并且优选按重量计至少大约80％的矿物油。
矿物油通常在大约20℃至25℃时是液体。
矿物油可以选自环烷油和石蜡油。
矿物油是从原油的精炼中获得的。
根据本发明的一个特别优选的实施例，矿物油包含范围大约为45至65原子％的石蜡碳的含量(Cp)、范围大约为35至55原子％的环烷碳的含量(Cn)以及范围大约为0.5至10原子％的芳香碳的含量(Ca)。
在一个具体的实施方案中，二苯甲酮或苯乙酮类型或其衍生物的极性化合物占相对于介电液体的总重量按重量计至少大约2.5％、优选按重量计至少大约3.5％、并且甚至更优先按重量计至少大约4％。
根据本发明的一个优选的实施方案，二苯甲酮或苯乙酮类型或其衍生物的极性化合物选自二苯甲酮、二苯并环庚酮、芴酮和蒽酮。二苯甲酮是特别优选的。
热塑性聚合物材料还可以包含一种或多种添加剂。
添加剂是本领域技术人员众所周知的，并且可以选自抗氧化剂、UV稳定剂、铜清除剂、水树抑制剂、颜料以及它们的混合物。
热塑性聚合物材料可以典型地包含相对于热塑性聚合物材料的总重量按重量计大约0.01％至5％、并且优选按重量计大约0.1％至2％的添加剂。
更特别地，抗氧化剂使得能够保护聚合物组合物免受在制造电缆的步骤期间或者在操作电缆期间产生的热应力。
抗氧化剂优选选自受阻酚、硫酯、硫基抗氧化剂、磷基抗氧化剂、胺型抗氧化剂以及它们的混合物。
作为受阻酚的实例，可以提及季戊四醇四(3-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯)(
1010)、十八烷基3-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯(
1076)、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二-叔丁基-4-羟基苄基)苯(
1330)、4,6-双(辛基硫代甲基)-邻甲酚(
KV10)、2,2’-硫代双(6-叔丁基-4-甲基苯酚)(
1081)、2,2’-硫代二亚乙基双[3-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯](
1035)、2,2’-亚甲基双(6-叔丁基-4-甲基苯酚)、1,2-双(3,5-二-叔丁基-4-羟基氢化肉桂酰基)肼(
MD 1024)或2,2’-草酰胺基双(乙基3-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯)。
作为硫酯的实例，可以提及双十二烷基3,3’-硫代二丙酸酯(
PS800)、二硬脂酰基硫代二丙酸酯(
PS802)或4,6-双(辛基硫代甲基)-邻甲酚(
1520)。
作为硫基抗氧化剂的实例，可以提及双十八烷基3,3’-硫代二丙酸酯或双十二烷基3,3’-硫代二丙酸酯。
作为磷基抗氧化剂的实例，可以提及三(2,4-二-叔丁基苯基)亚磷酸酯(
168)或双(2,4-二-叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯(
626)。
作为胺型抗氧化剂的实例，可以提及苯二胺(例如1PPD或6PPD)、二苯胺苯乙烯、二苯胺、巯基苯并咪唑和聚合的2,2,4-三甲基-1,2-二氢喹啉(TMQ)。
作为可以根据本发明使用的抗氧化剂的混合物的实例，可以提及包含如以上描述的
168和
1010的等摩尔混合物的
B 225。
本发明的电绝缘层的聚合物组合物是热塑性聚合物组合物。因此它不是可交联的。
特别地，聚合物组合物不包含交联剂、硅烷类型的偶联剂、过氧化物和/或使得能够交联的添加剂。这是因为此类试剂降解聚丙烯基热塑性聚合物材料。
聚合物组合物优选地是可再循环的。
聚合物组合物可以通过将如在本发明中定义的聚丙烯基热塑性聚合物材料与至少一种无机填料、任选地介电液体和任选地一种或多种添加剂混合来制备。
本发明的电缆的电绝缘层是非交联层，或换言之热塑性层。
在本发明中，表述“非交联层”或“热塑性层”意指这样的层，根据标准ASTM D2765-01(用二甲苯萃取)的该层的凝胶含量是至多20％、优选至多10％、优选至多5％、并且特别地优选0％。
在本发明的一个实施例中，电绝缘层、优选非交联层具有在40℃下至少0.235W/m.K、优选在40℃下至少0.240W/m.K、更优选在40℃下至少0.250W/m.K、更优选在40℃下至少0.280W/m.K、更优选在40℃下至少0.300W/m.K、并且更优选在40℃下至少0.320W/m.K的热导率。
热导率优选地根据名为“瞬态平面热源”或TPS的众所周知的方法测量。有利地，使用由Thermoconcept公司以参考名Hot Disk TPS2500S销售的仪器测量热导率。
在一个具体的实施方案中，电绝缘层、优选非交联层特别地在老化(根据标准CEI20-86)之前或之后具有至少8.5MPa的拉伸强度(TS)。
在一个具体的实施方案中，电绝缘层、优选非交联层特别地在老化(根据标准CEI20-86)之前或之后具有至少350％的断裂伸长率(EB)。
拉伸强度(TS)和断裂伸长率(EB)(在老化之前或之后)可以根据标准NF EN60811-1-1，特别地使用由Instron公司以参考名3345销售的仪器进行。
本发明的电缆的电绝缘层优选地是可再循环层。
本发明的电绝缘层可以是挤出层，特别是通过本领域技术人员众所周知的方法挤出的。
电绝缘层具有可变的厚度，这取决于所设想的电缆的类型。特别地，当根据本发明的电缆是中压电缆时，绝缘层的厚度典型地大约为4至5.5mm、并且更特别地大约4.5mm。当根据本发明的电缆是高压电缆时，绝缘层的厚度典型地范围为17至18mm(对于大约150kV的电压)并且最高达范围大约为20至25mm的厚度(对于大于150kV的电压(非常高压电缆))。上述厚度取决于细长导电元件的尺寸。
在本发明中，术语“电绝缘层”旨在意指这样的层，其中电导率可以是至多1×10- 9S/m、并且优选至多1×10-10S/m(西门子/米)(在大约25℃下)。
本发明的电缆更特别地涉及通过直流电(DC)或通过交流电(AC)操作的电缆领域。
本发明的电绝缘层可以包围细长导电元件。
细长导电元件可以是单部分导体，例如像金属丝，或多部分导体，如多个扭绞或非扭绞的金属丝。
细长导电元件可以由铝、铝合金、铜、铜合金或其组合制成。
根据本发明的一个优选的实施方案，电缆可以包括：
-包围该细长导电元件的第一半导体层，
-包围该第一半导体层的电绝缘层，所述电绝缘层是如本发明中定义的，以及
-包围该电绝缘层的第二半导体层。
在本发明中，术语“半导体层”旨在意指这样的层，其中电导率可以是至少1×10- 9S/m(西门子/米)、优选至少1×10-3S/m、并且优选可以小于1×103S/m(在25℃下)。
在一个具体实施方案中，第一半导体层、电绝缘层和第二半导体层构成三层绝缘。换言之，电绝缘层与第一半导体层直接物理接触，并且第二半导体层与电绝缘层直接物理接触。
第一半导体层和第二半导体层优选由热塑性聚合物材料制成。
电缆还可以包括包围第二半导体层的电绝缘护套，并且可以与其直接物理接触。
电缆还可以包括包围第二半导体层的电(例如金属)屏障。在此情况下，电绝缘护套包围所述电屏障并且电屏障在电绝缘护套与第二半导体层之间。
此金属屏障可以是由围绕并沿着第二半导体层布置的由铜或铝制成的导体组件构成的“电线”屏障，由一个或多个任选地螺旋形地围绕第二半导体层设置的由铜或铝制成的导电金属带，或者纵向地围绕第二半导体层设置并且借助于所述带的重叠区域或部分中的粘合剂而致使不漏的由铝制成的导电金属带构成的“带”屏障，或者任选地由铅或铅合金构成并且包围第二半导体层的金属管类型的“不漏”屏障。此最后类型的屏障特别地使得能够形成对水分的屏障，该屏障具有径向渗透到电缆的倾向。
本发明的电缆的金属屏障可包括“电线”屏障和“不漏”屏障或“电线”屏障和“带”屏障。
所有类型的金属屏障都可以起到接地电缆的作用，并且因此可以传输故障电流，例如在相关网络中发生短路的情况下。
可以在第二半导体层与金属屏障之间添加其他层，如在水分存在下溶胀的层，这些层使得能够提供电缆的纵向水密性。
本发明的第二主题是一种电缆，该电缆包括至少一个细长导电元件以及至少一个由聚合物组合物获得的非交联电绝缘层，该聚合物组合物包含至少一种聚丙烯基热塑性聚合物材料和至少一种无机填料，其特征在于，非交联电绝缘层具有在40℃下至少0.235W/m.K、优选在40℃下至少0.240W/m.K、更优选在40℃下至少0.250W/m.K、更优选在40℃下至少0.280W/m.K、更优选在40℃下至少0.300W/m.K、并且更优选在40℃下至少0.320W/m.K的热导率。
热导率优选地根据名为“瞬态平面热源”或TPS的众所周知的方法测量。有利地，使用由Thermoconcept公司以参考名Hot Disk TPS
2500S销售的仪器测量热导率。
细长导电元件、非交联电绝缘层、聚合物组合物、聚丙烯基热塑性聚合物材料和无机填料可以是如本发明的第一主题中定义的。
本发明的第三主题是一种用于制造根据本发明的第一主题或第二主题的电缆的方法，其特征在于，该方法包括至少一个步骤1)围绕细长导电元件挤出如本发明的第一主题中定义的聚合物组合物，以便获得包围所述细长导电元件的(挤出)电绝缘层。
步骤1)可以通过本领域技术人员众所周知的技术，例如使用挤出机进行。
在步骤1)期间，挤出机出口处的组合物被称为“非交联”，因此挤出机内的加工温度以及时间得到优化。
在挤出机出口处，因此获得这样的层，该层已经围绕所述导电元件挤出，可以或者可以不与所述细长导电元件直接物理接触。
该方法优选不包括将步骤1)中获得的层交联的步骤。
附图说明
图1表示根据本发明的一个优选实施方案的电缆的示意图。
具体实施方式
为了清楚起见，仅已经示意性地表示了理解本发明所必需的元件，而该图不是按比例绘制的。
如图1所示，根据本发明第一主题的中压或高压电缆1包括中心细长导电元件2，特别是由铜或铝制成的细长导电元件。电缆1还包括围绕此中心细长导电元件2依次且同轴设置的若干个层，即：被称为“内部半导体层”的第一半导体层3、电绝缘层4、被称为“外部半导体层”的第二半导体层5、用于接地和/或用于保护的金属屏障6、以及外部保护性护套7。
电绝缘层4是由如本发明中定义的聚合物组合物获得的非交联挤出层。
半导体层3和5是热塑性(即，非交联)挤出层。
金属屏障6和外部保护性护套7的存在是优先的，但不是必需的，本领域技术人员同样地众所周知此类电缆结构。
实施例
1.聚合物组合物
将根据本发明的组合物I1、I2和I3(即包含至少一种聚丙烯基热塑性聚合物材料和至少白垩作为无机填料)与比较用组合物C1和C2进行比较，其中组合物C2对应于用于形成XLPE层的组合物并且组合物C1对应于包含与用于本发明的I1、I2和I3的组合物的聚丙烯基热塑性聚合物材料相同的聚丙烯基热塑性聚合物材料的组合物(因此C1不包含如本发明中定义的无机填料)。
下表1整理了聚合物组合物，其中化合物的量相对于聚合物组合物的总重量以重量百分比表示。
表1
(*)不是本发明的一部分的比较用组合物
表1的化合物的来源如下：
-低密度直链聚乙烯，由Ineos公司以参考名BPD2000销售的商品；
-多相共聚物，由Basell公司以参考名
Q 200F销售的商品；
-介电液体，其包含按重量计大约5.7％的由Nynas公司以参考名Nytex 810销售的矿物油；以及按重量计大约0.3％的由Sigma-Aldrich公司以参考名B9300销售的二苯甲酮；
-抗氧化剂，由Ciba公司以参考名
B 225(包含
168和
1010的等摩尔混合物)销售的商品(对于C1、I1和I2)，或者由BASF公司以参考名IrgastabkV10销售的商品(对于C2)；以及
-无机填料(白垩)，对于白垩其为以参考名Omya EXH1销售的商品。
2.制备非交联层
表1中整理的组合物如下使用。对于组合物C1、I1、I2和I3，将介电液体和抗氧化剂在搅拌下在大约75℃混合，以便形成介电液体。然后在容器中将介电液体与多相共聚物混合，而后使用双螺杆挤出机(Berstorff双螺杆挤出机)在大约145℃至180℃的温度下将所得混合物和无机填料混合，然后在大约200℃熔融(螺杆速度：80转/分钟)。然后将所得均匀且熔融的混合物冷却并形成为颗粒。然后对颗粒进行热压，以便形成呈板形式的层。
由此，制备了呈1mm厚的层的形式的聚合物组合物C1、C2、I1、I2和I3中的每一种，用于评估其机械特性，并且还制备了呈8mm厚的层的形式，用于进行热导率测量。
然后，从这些组合物C1、C2、I1、I2和I3的机械特性(在135℃老化持续240小时之前和之后的拉伸强度/断裂伸长率)和它们的热导率的角度看，对它们进行比较。
材料的拉伸强度(TS)和断裂伸长率(EB)试验根据标准NF EN60811-1-1，使用由Instron公司以参考名3345销售的仪器进行。
下表2中报告了对应于这些试验中的每一个的结果(机械特性)：
| 特性 | C1(*) | C2(*) | I1 | I2 | I3 |
| TS(MPa) | 17.1 | 23.4 | 18.6 | 17.5 | 14.9 |
| EB(％) | 777 | 501.5 | 715 | 683 | 648 |
| 老化后的TS(MPa) | 18.4 | 23.7 | 19.1 | 16.4 | 12.9 |
| 老化后的EB(％) | 677 | 522.5 | 664 | 634 | 586 |
表2
(*)不是本发明的一部分的比较用组合物
所有这些结果都示出，将如本发明中定义的无机填料掺入到聚丙烯基质中对热塑性聚合物材料的机械特性是有利的，该热塑性聚合物材料可根据本发明用作中压或高压电力电缆的电绝缘层，所述电缆保持非常良好的拉伸强度和断裂伸长率(包括老化后)方面的机械特性(表2)。
材料的热导率试验根据以术语“瞬态平面热源”或TPS而众所周知的方法并且使用由Thermoconcept公司以参考名Hot Disk TPS 2500S销售的仪器进行。
下表3中报告了对应于这些试验的结果(热导率)：
表3
(*)不是本发明的一部分的比较用组合物
热导率结果示出，通过在聚丙烯基质中存在如本发明中定义的无机填料所获得的电绝缘层具有比其中不存在无机填料的电绝缘层的热导率更高的热导率。
Claims (14)
1.一种电缆，该电缆包括至少一个细长导电元件以及至少一个由聚合物组合物获得的非交联电绝缘层，该聚合物组合物包含至少一种聚丙烯基热塑性聚合物材料和至少一种无机填料，其特征在于，所述无机填料选自碳酸盐，并且所述聚丙烯基热塑性聚合物材料包含多相丙烯共聚物，所述非交联电绝缘层具有在40℃下至少0.235W/m.K的热导率。
2.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述碳酸盐选自白垩、碳酸钙、碳酸镁、石灰石以及主要包含碳酸钙或碳酸镁的任何其他矿物。
3.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，相对于所述聚合物组合物的总重量，所述无机填料按重量计占2％至40％。
4.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述无机填料为白垩。
5.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述多相共聚物包含丙烯类型的热塑性相以及乙烯和α2烯烃的共聚物类型的热塑性弹性体相。
6.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述聚丙烯基热塑性聚合物材料包含无规丙烯共聚物和多相丙烯共聚物。
7.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，相对于所述聚丙烯基热塑性聚合物材料的总重量，所述P1丙烯共聚物按重量计占至少50％。
8.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述聚丙烯基热塑性聚合物材料还包含P2烯烃均聚物或共聚物，所述烯烃选自乙烯和α3烯烃。
9.根据权利要求8所述的电缆，其特征在于，所述P2烯烃均聚物或共聚物是低密度聚乙烯。
10.根据权利要求8所述的电缆，其特征在于，相对于所述聚丙烯基热塑性聚合物材料的总重量，所述P2烯烃均聚物或共聚物按重量计占10％至50％。
11.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述聚合物组合物还包含介电液体。
12.根据权利要求11所述的电缆，其特征在于，所述介电液体包含矿物油以及至少一种二苯甲酮、苯乙酮或其衍生物类型的极性化合物。
13.一种电缆，该电缆包括至少一个细长导电元件以及至少一个由聚合物组合物获得的非交联电绝缘层，所述聚合物组合物包含至少一种聚丙烯基热塑性聚合物材料和至少一种无机填料，其特征在于，所述非交联电绝缘层具有在40℃下至少0.235W/m.K、并且优选在40℃下至少0.240W/m.K的热导率，并且所述聚丙烯基热塑性聚合物材料包含多相丙烯共聚物，并且所述无机填料选自碳酸盐。
14.一种用于制造如权利要求1或13所述的电缆的方法，其特征在于，所述方法包括至少一个步骤1)围绕细长导电元件挤出所述聚合物组合物，以便获得包围所述细长导电元件的电绝缘层。
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