СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАБЕЛЯ ПИТАНИЯ И ПОЛУЧЕННЫЙ В РЕЗУЛЬТАТЕ КАБЕЛЬ ПИТАНИЯ
METHOD OF MAKING A POWER CABLE AND THE RESULTING POWER CABLE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к новому способу изготовления кабеля питания, кабелю питания, полученному этим способом, и применению кабеля питания.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ
В области проводов и кабелей (W&C) типичный кабель содержит проводник, окруженный одним или более слоем полимерного материала. Как правило, кабели получают экструдированием слоев на проводник. Часто один или более из указанных слоев сшивают для улучшения, например, сопротивления деформации при повышенных температурах, наряду с механической прочностью и/или устойчивостью к химическому воздействию слоя(ев) кабеля.
Сшивание полимеров может быть достигнуто при использовании, например, свободнорадикальной реакции с использованием излучения или сшивающего агента, который представляет агент, генерирующий свободные радикалы, или через гидролизуемые силановые группы, присутствующие в полимере, при использовании катализатора конденсации в присутствии воды.
Кабели питания определяются, как кабели, передающие энергию, работающие при любом напряжении. Напряжение в кабеле питания может быть переменным (АС), постоянным (DC) или переходным (импульсным). Дополнительно, кабели питания, как правило, маркируют согласно их рабочему напряжению, например, кабель питания низкого напряжения (LV), среднего напряжения (MV), высокого напряжения (HV) или сверхвысокого напряжения (EHV), эти термины хорошо известны. Кабель питания определяемый, как кабель, передающий энергию, работающий при любом напряжение, как правило, работает при напряжении выше, чем 100 V. LV кабель питания, как правило, работает при напряжении менее 3 кВт. MV и HV кабели питания работают при более высоком напряжении и имеют иную область применения, чем LV кабели. Типичный MV кабель питания, как правило, работает при напряжении от 3 до 36 кВт, и типичный HV кабель питания работает при напряжении выше, чем 36 кВт. EHV кабель питания работает при напряжении, которое, как правило, даже выше, чем для HV кабеля питания. LV кабель питания и в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения кабели питания среднего напряжения (MV), как правило, содержат электрический проводник, покрытый слоем изоляции. Как правило, MV и HV кабели питания содержат проводник, окруженный по меньшей мере внутренним полупроводящим слоем, слоем изоляции и внешним полупроводящим слоем, в таком порядке.
Сшитые силаном материалы используют главным образом в качестве слоя изоляции в кабелях низкого напряжения и в качестве слоя изоляции и полупроводникового слоя в кабелях среднего напряжения и в некоторой степени в кабелях высокого напряжения.
Дополнительно, в WO 2007/071274 описывается потребность в гибком кабеле для различных применений. Указывается, что для правильной инсталляции кабеля при использовании простых и быстрых операций требуется кабель по существу гибкий для того, чтобы он мог быть проложен в проходы в стенах (штробы) и/или кабель-каналах в стенах и следовать изгибам пути инсталляции без повреждений. Также указывается, что повышение гибкости электрического кабеля позволяет снизить повреждения кабеля во время его инсталляции потребителем, возникающие за счет разрывов и царапин. Дополнительно, указывается, что гибкость кабеля может быть повышена обеспечением кабеля вспененный изолирующим слоем с благоприятными результатами в процессе инсталляции кабеля.
Дополнительно, в WO 2007/071274 высказывается замечание, «что если провести вспенивание и сшивание полиодефина, степень расширения будет невозможно контролировать, и она будет либо избыточной, либо недостаточной».
И соответственно, WO 2007/071274 относится к способу получения электрического кабеля, содержащего изолирующее покрытие из вспененного и сшитого силаном полиолефинового материала, где способ включает получение смеси из полиолефинового материала, систему сшивания на основе силана и систему вспенивания.
Однако продолжает существовать потребность в способе получения кабеля питания с вспененным и сшитым слоем изоляции, где параметры способа могут быть оптимизированы без необходимости использования прививки силана во время реактивной экструзии.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Был разработан способ получения кабеля питания с вспененным и сшитым слоем изоляции, где параметры способа могут быть оптимизированы без необходимости использования прививки силана во время реактивной экструзии.
Следовательно, настоящее изобретение относится к способу получения кабеля питания, где кабель питания содержит по меньшей мере одну жилу, содержащую проводник и вспененный и сшитый слой изоляции, окружающий указанный проводник, где указанный способ включает стадии а) - d):
а) обеспечения смесью из:
композиции полимера, содержащей полиолефиновый материал, где полиолефиновый материал несет силановые фрагменты,
катализатора и
вспенивающей системы, где обеспеченная смесь будет содержать по меньшей мере 0,1% по массе вспенивающего агента от общей массы полиодефинового материала;
b) экструдирования смеси, как указано на стадии а), на проводник с получением слоя изоляции;
c) вспенивания слоя изоляции; и
d) сшивания слоя изоляции.
Способ получения кабеля питания по настоящему изобретению не включает прививку в процессе реактивной экструзии при экструдировании кабеля, указанный способ неожиданно обеспечил широкое технологическое окно. Добавление силановых фрагментов к цепям полимера полиолефинового материала проводят на отдельной стадии перед указанным способом получения кабеля питания. Силановые фрагменты добавляют к цепям полимера полиолефинового материала прививкой силановых фрагментов силановых групп к цепям полимера при использовании перекиси, что подробно описано в US 3646155 и US 4117195, соответственно, или сополимеризацией силановых фрагментов силановых групп непосредственно в реакторе с высоким давлением, что подробно описано в ЕР 0193317.
Указанная отдельная стадия добавления силановых фрагментов к цепям полимера полиолефинового материала позволяет хорошо контролировать, как реологические свойства, так и добавление силана к цепи полимера, перед введением в указанный способ получения кабеля питания полиолефинового материала. Способ получения кабеля питания по настоящему изобретению позволяет оптимизировать процесс (например, конструкция шнека, давление, температура, производительность технологического процесса и аналогичное им), целевое смешивание и гомогенизацию компонентов в первой части экструдера с последующей оптимизацией свойств вспенивания (например, степень вспенивания и структура ячеек, размер и распределение в кабеле изоляции) в конце экструдера, матрице и выпускном отверстии экструзионной головки.
Дополнительно, также было обнаружено, что при использовании способа получения кабеля питания по настоящему изобретению можно проводить стадию экструзии в обычных экструдерах, и может быть достигнута приемлемая производительность технологического процесса.
Способ получения кабеля питания по настоящему изобретению обеспечивает хороший контроль качества конечного кабеля питания и вспененного и сшитого слоя изоляции, поскольку параметры технологического процесса могут быть более оптимизированы для стадии вспенивания в виду отсутствия необходимости учитывать прививку.
Дополнительно, также было обнаружено, что способ получения кабеля питания по настоящему изобретению со всеми приведенными в описании настоящей патентной заявки преимуществами позволяет получить меньше отходов и позволяет осуществлять более длительный производственный цикл без предварительного сшивания в экструдере, что означает меньшие временные затраты на чистку и больше времени на производственный процесс. Способ получения кабеля питания по настоящему изобретению может включать любой традиционный экструдер, например, одношнековый экструдер.
Степень вспенивания может контролироваться изменением параметров экструзии, таких как, например, регулирование температурных параметров экструдера и/или экструзионной головки, производительность технологического процесса, скорость шнека, положение матрицы экструдера, расположение охлаждающей ванны и температура охлаждающей воды.
Сшивание жилы кабеля происходит под воздействием воды и, как правило, проходит при комнатной температуре или в паровой сауне, или в танке с водой с температурой около 70-90°С, например около 80-90°С.
Кабель питания, полученный способом по настоящему изобретению, может представлять LV, MV или HV кабель, например, LV или MV кабель, например, LV кабель.
Дополнительно, жила кабеля питания содержит проводник и вспененный и сшитый слой изоляции, окружающий указанный проводник. Кабель питания может включать одножильный или многожильный кабель питания, например 1, 3, 4 или 5 жильный кабель питания. Многожильные кабели питания, как правило, скручивают друг с другом перед операцией нанесения оплетки. Дополнительно, кабель питания может содержать другие слои, которые могут добавлять другие свойства конечному кабелю питания. Такие другие слои могут, например, представлять ленты, подушки, металлические сетки и оплетки.
Композиция полимера содержит полиолефиновый материал, где полиолефиновый материал несет силановые фрагменты, то есть, указанный полиолефиновый материал содержит сшитый полиолефин с гидролизуемыми силановыми группами.
Сшитый полиолефин полимерного материала может, например, содержать полиэтилен с гидролизуемыми силановыми группами, или сшитый полиолефин может, например, состоять из полиэтилена с гидролизуемыми силановыми группами.
Дополнительно, сшитый полиолефин полимерного материала может, например, содержать полиэтилен низкой плотности с гидролизуемыми силановыми группами, или сшитый полиолефин может, например, состоять из полиэтилена низкой плотности с гидролизуемыми силановыми группами.
Гидролизуемые силановые группы могут быть введены в полиолефин сополимеризацией, например, этилена и сомономеров, содержащих силановую группу, или прививкой, то есть, химической модификацией полиолефина добавлением соединений, содержащих силан, главным образом, проведением радикальных реакций. Обе технологии хорошо известны из предшествующего уровня техники.
Дополнительно, сшитый полиолефин с гидролизуемыми силановыми группами может быть получен сополимеризацией. В случае, когда полиолефин представляет, например, полиэтилен, сополимеризация может быть проведена при использовании ненасыщенного соединения силана, представленного формулой:
где
1
R представляет этилен-ненасыщенную алкильную, алкокси или (мет)акрилокси алкильную группу,
2
R представляет алифатическую насыщенную алкильную группу,
Y может представлять идентичное или отличающееся, и представляет гидролизуемую органическую группу, и
q представляет 0, 1 или 2,
1
2
Конкретные примеры ненасыщенного соединения силана представляет таковые, где R представляет винил, аллил, изопропенил, бутенил, циклогексанил или гамма-(мет)акрилокси пропил; Y представляет метокси, этокси, формилокси, ацетокси, пропионилокси или алкил-или ариламино группу; и R, если присутствует, представляет метил, этил, пропил, децил или фенил группу.
В одном варианте осуществления ненасыщенное соединение силана может быть представлено формулой II
где каждое А независимо представляет алкильную группу с 1-8 атомами углерода, например, с 1-4 атомами углерода.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения соединение силана может представлять, например, винил триметоксисилан, винил бисметоксиэтоксисилан, винил триэтоксисилан, гамма-(мет)акрилоксипропилтриметоксисилан, гамма(мет)акрилоксипропилтриэтоксисилан, или винил триацетоксисилан.
Указанная сополимеризация может быть проведена при любых подходящих условиях для проведения сополимеризации двух мономеров.
Дополнительно, сополимеризация может быть проведена в присутствии одного или более другого сомономера, который может быть сополимеризован с двумя мономерами. Такие сомономеры включают, например, сложные виниловые эфиры солей карбоновой кислоты, такие как винилацетат и винилпивалат, альфа-олефины, такие как пропен, 1-бутен, 1-гексан, 1-октен и 4-метил-1-пентен, (мет)акрилаты, такие как метил(мет)акрилат, этил(мет)акрилат и бутил(мет)акрилат, олефин ненасыщенные карбоновые кислоты, такие как (мет)акриловая кислота, малеиновая кислота и фумаровая кислота, производные (мет)акриловой кислоты, такие как (мет)акрилонитрил и (мет)акриламид, сложные виниловые эфиры, такие как простой виниловый эфир метила и простой виниловый эфир фенила, и ароматические соединения винила, такие как стирол и альфа-этил стирол.
В других вариантах осуществления настоящего изобретения указанные сомономеры могут представлять сложные виниловые эфиры монокарбоновых кислот с 1-4 атомами углерода, такие как винилацетат, и/или (мет)акрилат спиртов с 1-4 атомами углерода, такой как метил(мет)-акрилат.
В других вариантах осуществления настоящего изобретения сомономерами являются бутилакрилат, этилакрилат и/или метилакрилат.
Два или более сомономера, такие как любой из ненасыщенных соединений олефина, указанных выше, могут быть использованы в комбинации. Используемый в описании настоящей патентной заявки термин «(мет)акриловая кислота» включает в объем понятия обе, и акриловую кислоту, и метакриловую кислоту. Содержание сомономера в сополимере может составлять до 70% по массе сополимера, например, от около 0,5 до 35% по массе, например, от около 1 до 30% по массе.
В случае использования привитого полимера, он может быть получен, например, при использовании любого из двух методов, описанных в US 3646155 и US 4117195, соответственно.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения полимерный материал, как указано в описании настоящей патентной заявки, содержит полиэтилен низкой плотности с гидролизуемыми силановыми группами, например, состоит из полиэтилена низкой плотности с гидролизуемыми силановыми группами.
Полиолефин с гидролизуемыми силановыми группами, содержащийся в полимерном материале по настоящему изобретению, может составлять от 0,001 до 15% по массе соединения силана, например, от 0,01 до 5% по массе, например, от 0,1 до 2% по массе.
Дополнительно, способ по настоящему изобретению включает обеспечение смесью из: композиции полимера, содержащей полиолефиновый материал, где полиолефиновый материал несет силановые фрагменты, катализатор и вспенивающую систему.
Композиция полимера по настоящему изобретению может дополнительно содержать смеси указанных полиолефиновых материалов с одним или более дополнительным полиолефином с гидролизуемыми силановыми группами, как указано в описании настоящей патентной заявки, и/или одним или более дополнительным полиолефином без какой-либо силановой группы. Добавление дополнительных полиолефинов позволяет отрегулировать свойства, например вспенивание, жесткость, гибкость и аналогичное им, конечного слоя изоляции. Указанные смеси могут быть смешиваемыми или несмешиваемыми.
Для оптимизации свойств в качестве традиционной добавки в короткоцепочечный разветвленный полимер, такой как LLDPE, HDPE или РР, с или без силановых фрагментов может быть добавлен длинноцепочечный разветвленный полимер, такой как LDPE, или длинноцепочечный разветвленный РР, с или без силановых фрагментов.
Для сохранения хороших свойств сшивания в смесь добалвяют предпочтительно 50 масс. % или более полимера, содержащего силановый фрагмент.
Композиция полимера по настоящему изобретению может дополнительно содержать различные добавки, например, смешиваемые термопласты, антиоксиданты, стабилизаторы, лубриканты, наполнители, пигменты, углеродную сажу и/или перекиси.
В качестве антиоксиданта может быть использовано соединение или смесь соединений. Антиоксидант может предпочтительно представлять нейтральное или кислое соединение, где соединение может, содержать предпочтительно стерически затрудненную фенольную группу или алифатические серные группы. Такие соединения описаны в ЕР 1254923, и таковыми являются предпочтительно антиоксиданты для стабилизации полиолефинов, содержащих гидролизуемые силановые группы, которые сшивают катализатором конденсации силанолов, например, кислотный катализатор конденсации силанолов. Другие могущие быть приведенными в качестве примера антиоксиданты описаны в WO 2005003199.
Дополнительно, антиоксидант может присутствовать в композиции полимера в количестве от 0,01 до 3 масс. %, например, от 0,05 до 2 масс. %, или, например, от 0,08 до 1,5 масс. %.
Дополнительно, указанный катализатор представляет катализатор конденсации силанолов, который обеспечивает сшивание полиолефинового материала, несущего силановые фрагменты. Традиционными катализаторами, которые могут быть использованы, являются, например, олово-, цинк-, железо-, свинец- или кобальт-органические соединения, такие как дибутил-олова дилаурат (DBTDL) и диоктил-олова дилаурат (DOTDL).
Также дополнительные предпочтительные катализаторы включают амидные катализаторы конденсации вместе с карбоновой кислотой в качестве усилителя сшивания, смотрите, например ЕР 1985666;
вторично аминовый катализатор сшивания, смотрите, например ЕР 1306392; и
кислотные катализаторы конденсации силанолов (например, органическая сульфокислота) вместе с антиоксидантом, смотрите, например WO 2006101754.
Дополнительные примеры органических сульфокислот в качестве кислотных катализаторов конденсации силанола включают таковые, описанные в ЕР 1849816 (сульфокислота, содержащая ароматическую группу), в ЕР 1254923 (сульфокислота в роли катализатора и стабилизатора), в ЕР 2657283 (сульфокислота и карбоновая кислота) и в ЕР 1256593 (сульфокислота с нециклическим углеводородным остатком, замещенным ароматической группой).
Дополнительно, вспенивающая система содержит вспенивающий агент в таком количестве, что обеспечивает содержание в смеси по меньшей мере 0,1% по массе вспенивающего агента от общей массы полиолефинового материала.
Вспенивающая система может представлять соединение или смесь соединений, содержащих один или более вспенивающий агент. Дополнительно, вспенивающая система может содержать любой подходящий экзотермический и/или любой подходящий эндотермический вспенивающий агент.
Используемый в описании настоящей патентной заявки термин «экзотермический вспенивающий агент» относится к соединению или смеси соединений, которые термически нестабильны и которые разлагаются в определенном диапазоне температур с выходом газа и тепла.
Дополнительно, используемый в описании настоящей патентной заявки термин «эндотермический вспенивающий агент» относится к соединению или смеси соединений, которые термически нестабильны и вызывает поглощение тепла при генерировании газа в определенном диапазоне температур.
Вспенивающая система может содержать любой подходящий вспенивающий агент, где вспенивающий агент может, например, представлять азосоединение, например, азодикарбонамид, азобисизобутиронитрил или диазоаминобензол; соединения на основе гидразина или соединения гидразина; или на основе цитрата натрия/лимонной кислоты, на основе бикарбоната натрия или на основе комбинаций цитрата натрия/лимонной кислоты и бикарбоната натрия.
В одном варианте осуществления вспенивающая система содержит экзотермический вспенивающий агент.
В другом варианте осуществления вспенивающая система содержит эндотермический вспенивающий агент.
Вспенивающий агент может присутствовать в количестве, равном или менее чем 1% по массе от общей массы полиолефинового материала.
В другом варианте осуществления вспенивающий агент может присутствовать в количестве от 0,05 до 0,8% по массе от общей массы полиодефинового материала.
В других вариантах осуществления вспенивающий агент присутствует в количестве от 0,1 до 0,6%, от 0,15 до 0,5% или, в качестве альтернативы, от 0,2 до 0,4% по массе от общей массы полиодефинового материала.
В другом варианте осуществления, вспенивающий агент присутствует в количестве от 0,15 до 0,5% по массе от общей массы полиодефинового материала.
Вспенивающая система может быть добавлена в полиолефиновый материал в виде мастербатча, содержащего полимерный материал, например, гомополимер или сополимер этилена, такой как сополимер этилен/винил ацетат (EVA), сополимер этилена-пропилена (EPR) и сополимер этилен/бутилакрилат (ЕВА). Указанный мастербатч содержит вспенивающий агент (экзотермический или эндотермический) в количестве от 1% по массе до 80% по массе, например, от 5% по массе до 50% по массе, например, от 10% по массе до 40% по массе от общей массы полимерного материала.
Дополнительно, вспенивающая система может дополнительно содержать по меньшей мере один активатор (известный, как кикер). Подходящие активаторы для вспенивающей системы по настоящему изобретению могут представлять соединения переходных металлов.
Дополнительно, вспенивающая система способа по настоящему изобретению может дополнительно содержать по меньшей мере один нуклеирующий агент. Указанный нуклеирующий агент может представлять активный инициатор зародышеобразования.
В первом варианте осуществления способа получения кабеля питания полиолефиновый материал, несущий силановые фрагменты и вспенивающую систему, комбинируют вместе предпочтительно традиционным компаундированием, например экструзией при использовании шнекового экструдера или книдера. Затем полученная в расплаве смесь полиолефинового материала, несущего силановые фрагменты и вспенивающую систему может быть гранулирована подходящим образом. Дополнительно, полученные гранулы могут быть любого размера и формы. Затем катализатор комбинируют вместе с указанными гранулами, или напрямую подают катализатор и указанные гранулы в экструдер, или добавляют катализатор, например, в форме мастербатча в указанные гранулы перед стадией экструдирования, например, отдельной подачей мастербатча катализатора в экструдер.
Во втором варианте осуществления способа получения кабеля питания обеспечение указанной смеси включает комбинирование вспенивающей системы с катализатором, полимерным носителем и, например, другими добавками с получением мастербатча. Полимерный носитель в мастербатче представляет, например, полиолефиновый материал, например, полимер полиэтилена низкой плотности. Вспенивающая система, катализатор, полимерный носитель и, например, другие добавки могут, например, быть скомбинированы вместе традиционным компаундированием, например, экструдированием компонентов шнековым экструдером или книдером. Полученная в расплаве смесь мастербатча может, например, быть гранулирована. Затем мастербатч может быть скомбинирован с полиолефиновым материалом, несущим силановые фрагменты, с получением смеси, либо перед стадией экструзии, либо на стадии экструзии.
В другом варианте осуществления способа получения кабеля питания обеспечение указанной смеси включает комбинирование композиции полимера или добавление части другого компонента(ов) смеси, таких как вспенивающая система, катализатор или добавка(и), или любую их смесь, может быть проведено во время способа получения, например на линии получения кабеля, например, в миксере, предшествующем экструдеру для экструдирования кабеля или в экструдере для экструдирования кабеля, или в обоих случаях. Полученную смесь используют для получения по меньшей мере одного слоя изоляции.
Способ получения кабеля питания включает экструзию полученной смеси на проводник с получением слоя изоляции.
Предпочтительный способ получения кабеля питания, как указано в описании настоящей патентной заявки, включает стадию нанесения на проводник, например, (ко)экструзией, одного или более слоя, где по меньшей мере один слой содержит, например, состоит из обеспеченной смеси из композиции полимера, содержащей полиолефиновый материал, где полиолефиновый материал несет силановые фрагменты, катализатора и вспенивающей системы, где обеспеченная смесь будет содержать по меньшей мере 0,1% по массе вспенивающего агента от общей массы полиолефинового материала.
Используемый в описании настоящей патентной заявки термин «(ко)экструзия» означает, что в случае двух или более слоев, указанные слои могут быть экструдированы на отдельных стадиях, или по меньшей мере два или все из указанных слоев могут быть коэкструдированы на одной и той же стадии экструдирования, как хорошо известно из предшествующего уровня техники. Используемый в описании настоящей патентной заявки термин «(ко)экструзия» также означает, что все или часть слоя(ев) получают одновременно при использовании одной или более экструзионной головки. Например, для получения трех слоев может быть использована тройная экструзия. В случае, когда слои получают при использовании более чем одной экстру зонной головки, то например, слои могут быть экструдированы при использовании двух экструзионных головок, первая головка формирует внутренний полупроводящий слой и внутреннюю часть слоя изоляции, а вторая головка формирует внешний слой изоляции и внешний полупроводящий слой. (Ко)экструзия может быть осуществлена при использовании любого традиционного экструдера для экструдирования кабеля, например, одно или двух шнекового экструдера.
Как известно, для получения слоя может быть нанесена смесь в виде расплава обеспеченной смеси или ее компонент/ы. Смесь в виде расплава означает, что смешивание проводят при температуре выше точки плавления по меньшей мере основного полимерного компонента(ов) полученной смеси и проводится, например, без ограничений при температуре по меньшей мере на 15°С выше точки плавления или смягчения полимерного компонента(ов). Смешивание в расплаве может быть проведено в экструдере для экструдирования кабеля или в миксере, например книдере, предшествующем экструдеру, или в обоих.
Дополнительно, способ получения кабеля питания включает вспенивание слоя изоляции, указанное вспенивание проводят, когда расплав выходит из экструдера для экструдирования кабеля, поскольку происходит падение давления в виду того, что атмосферное давление ниже такового внутри экструдера. Когда давление расплава снижается до атмосферного, газ, образованный в экструдере вспенивающей системой, более не растворяется в расплаве. Вместо этого газ образует пузыри, то есть, ячейки в расплаве полимера, которые будут расти до тех пор, пока расплав не охладится до температуры, когда вязкость расплава слишком велика для продолжения роста ячеек. Полученная в результате изоляция будет вспененной, что означает, что она содержит диспергированные пузыри газа, то есть ячейки газа.
В отношении экструзии смеси на стадии а) на проводник в указанном выше в описании настоящей патентной заявки способе получения кабеля питания по настоящему изобретению приводится ссылка на ЕР 2562209 А1 во всей полноте.
Также способ по настоящему изобретению включает сшивание слоя изоляции.
Сшивание проводят в присутствии катализатора, такого как катализатор конденсации силанолов, и воды. Соответственно, силановая группа(ы). содержащая единицы, присутствует в силановых фрагментах полиолефинового материала и гидролизуется под воздействием воды в присутствии катализатора конденсации силанолов с отделением в результате спирта и образованием силанольных групп, которые затем сшиваются при последующей реакции конденсации, где вода отщепляется и образуются Si-О-Si связи между другими гидролизованными силановыми группами, присутствующими в полиолефиновом материале. Полученный в результате сшитый слой изоляции по настоящему изобретению имеет типичную сеть, то есть, внутриполимерные сшивки (мостики), что хорошо известно в области техники, к которой относится настоящее изобретение. Подходящий для использования в настоящем изобретении катализатор конденсации силанолов может представлять, как хорошо известный и коммерчески доступный, так и может быть получен согласно или аналогично описанию, приведенному в литературе в области техники, к которой принадлежит настоящее изобретение.
В отношении сшивания слоя изоляции также приводится ссылка на ЕР 2508566 А1 во всей полноте.
В другом варианте осуществления способ по настоящему изобретению включает указанную вспенивающую систему, содержащую от 0,1 до 0,7% по массе вспенивающего агента.
В другом варианте осуществления способ по настоящему изобретению включает указанную вспенивающую систему, содержащую от 0,1 до 0,5% по массе вспенивающего агента.
В другом варианте осуществления настоящее изобретение содержит указанный полимерный материал, содержащий от 0,001 до 15% по массе соединения силана.
В других вариантах осуществления настоящего изобретения указанный полимерный материал содержит от 0,01 до 5% по массе соединения силана или от 0,1 до 2% по массе соединения силана.
В других вариантах осуществления настоящего изобретения указанное сшивание слоя изоляции осуществляется при комнатных условиях, в паровой сауне или, в качестве альтернативы, в водяной бане.
Настоящее изобретение также относится к указанному выше в описании настоящей патентной заявки кабелю питания, который получают при использовании указанного выше в описании настоящей патентной заявки способа.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения указанный выше в описании настоящей патентной заявки слой изоляции имеет степень расширения от 3 до 40%.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения указанный выше в описании настоящей патентной заявки слой изоляции находится в контакте с проводником.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения указанный выше в описании настоящей патентной заявки кабель питания представляет кабель низкого напряжения или кабель среднего напряжения.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения указанный выше в описании настоящей патентной заявки кабель питания содержит три жилы, где каждая из жил содержит проводник.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения указанный выше в описании настоящей патентной заявки слой изоляции имеет степень расширения от 5% до 30%.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения указанный выше в описании настоящей патентной заявки слой изоляции имеет степень расширения от 5% до 25%.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения указанный выше в описании настоящей патентной заявки слой изоляции имеет средний размер ячеек равный или менее чем 150 μм, ячейки содержат газ.
В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения слой изоляции имеет средний размер ячеек равный или менее чем 100 μм.
Также настоящее изобретение относится к применению указанного выше в описании настоящей патентной заявки кабеля питания.
Далее настоящее изобретение будет описано со ссылкой на следующие не ограничивающие примеры.
Надписи на Фигурах
Фигура 1 - предельное напряжение, как функция степени расширения
ПРИМЕРЫ
1. Методы
а. Тепловое удлинение
Сшивание композиции полимера, то есть, слоя изоляции по настоящему изобретению проводят согласно IEC-60811-2-1 (метод тепловой деформации и остаточной деформации) измерением тепловой деформации при 200°С и нагрузке 0,2 МПа. Проводник удалили из изоляции, то есть, из слоя изоляции по настоящему изобретению, с получением в результате образца изоляции в форме полой трубки. На образец в форме полой трубки нанесли ориентировочные линии на расстоянии 20 мм друг от друга, и было произведено измерение внутреннего и внешнего диаметра. Тестируемые образцы, то есть, полученные из слоя изоляции по настоящему изобретению, верхний конец образца зафиксировали вертикально за верхний в печи, нагретой до 200°С и на нижний конец тестируемого образца прикрепили груз 0,2 Мпа. Расстояние между верхним и нижним зажимами, удерживающими образец, и грузом, соответственно, составило 5 мм. После 15 минут пребывания в печи провели измерение расстояния между ранее нанесенными ориентировочными линиями и рассчитали процент теплового удлинения, тепловое удлинение %. Для остаточной деформации %, иногда также указываемой, как предел усадки, прекратили приложение силы натяжения (масса) к тестируемому образцу, и после стабилизации при 200°С в течение 5 минут образец удалили из печи и оставили для охлаждения до комнатной температуры при комнатной температуре. Остаточную деформацию рассчитали, исходя из расстояния между нанесенными линиями после охлаждения. Указанные показатели представляют среднее трех тестов.
b. Тест на растяжение согласно EN 60811-100
Провели измерение прочности при растяжении и удлинения к моменту разрыва на тестовом образце изоляции в форме полой трубки длиной 150 мм от неизолированного кабеля, то есть, из слоя изоляции по настоящему изобретению согласно ISO 527-1:1993 при 23°С и относительной влажности 50% при использовании динамометра Doli-Alwetron ТСТ 25 со скоростью 250 мм/минуту. Для определения удлинения к моменту разрыва использовали цифровой измеритель длины с исходным расстоянием 50 мм. Исходное расстояние между зажимами динамометра составило 115 мм. Для измерений использовали 1 кг тензодатчик Newton. Образцы перед тестированием выдерживали в течение минимум 16 часов при 23+/-2°С и 50% относительной влажности. Приведенный показатель представляет среднее 6-10 образцов.
c. MFR
2
Скорость течения расплава MFR измеряли согласно ISO 1133 при 190°С и нагрузке 2,16 кг.
d. Плотность
Плотность измерили согласно ISO 1183А на образцах, полученных согласно ISO 1872-2,
2. Материалы
3
2,16
Используемый в способе по настоящему изобретению полиолефиновый материал, несущий силановые фрагменты и входящий в состав композиции полимера, представляет в примерах сополимер этилена и винилсилана Visico LE4423™, то есть, сшитый полиолефин с гидролизуемыми силановыми группами, доступный от Borealis, с плотностью 922,5 кг/м, MFR 1,0 г/10 минут и содержанием сомономера VTMS 1,1% по массе.
Катализаторы, используемые в способе по настоящему изобретению, входящие в состав мастербатчей катализатора, которые в настоящих примерах представляют:
коммерчески доступный мастербатч оловоорганического катализатора, то есть, LE4438, который катализирует реакции сшивания силаном, доступен от Borealis, и
коммерчески доступный мастербатч катализатора конденсации силана, то есть, LE4476, где активный компонент катализатора основан на сульфокислоте, доступен от Borealis.
Вспенивающая система, используемая в способе по настоящему изобретению, представляет в настоящих примерах: мастербатч азодикарбонамида (ADC), содержащий 15% по массе ADC в полиэтилене низкой плотности. Коммерчески доступен, как nCore 7155-М1-300 от поставщика Americhem.
3. Получение образца
Перед тестированием вспенивающую систему, используемую в примерах по настоящему изобретению, компаундировали с полиолефиновым материалом, несущим силановые фрагменты, при использовании ко-книдера BUSS AG тип PR46B-11D/H1 (шнек 50 мм). Компаундирование представляет тип смешивания в расплаве полимеров, где один или более полимер и/или добавку смешивают в расплавленном состоянии. Его часто используют для диспергирования и распределения добавок и наполнителей в расплаве полимера. В процессе компаундирования смешали 2% по массе вспенивающей системы nCore 7155-М 1-300 с 98% по массе LE4423-SE05.
2
Смеси, используемые для получения образцов вспененной изоляции по примерам, получили при использовании смеси, содержащей полиолефиновый материал, несущий силановые фрагменты, и вспенивающей системы и сухого смешивания указанной смеси с 5% по массе мастербатча катализатора, содержащего катализатор сшивания силаном и другие добавки. Затем смеси экструдировали на 1,5 мм твердый Cu проводник, предварительно нагретый до 110°С, при использовании 60 мм экструдера Nokia-Maillefer. Экструдированный кабель охладили до 50°С в водяной бане, расположенной в 60 см от выхода из матрицы. Параметры температуры, толщина изоляции, размер матрицы и производительность технологического процесса для каждого образца можно найти в Таблице 1. Перед проведением теста на тепловую деформацию и тестов на механические свойства образцы кабеля после экструзии сшивали в течение 24 часов в 90°С водяной бане с получением в результате слоя изоляции по настоящему изобретению.
Сравнительный пример СЕ1 получили аналогично за исключением того, что не проводилось добавление вспенивающей системы в полиолефиновый материал, несущий силановые фрагменты, и не проводили компаундирование.
В Таблице 1 приведены примеры по настоящему изобретению IE1 - IE4, то есть, слой изоляции по настоящему изобретению, который сравнили с изоляцией из твердого сополимера EVS, то есть, сравнительный пример, СЕ1, тест на тепловую деформацию провели согласно EN 60811-50, и тест на растяжение провели согласно EN 60811-100. Результаты этих тестов приведены в Таблице 1.
Вспененную изоляцию можно рассматривать, как композитный материал, состоящий из ячеек с газом в полимерной матрице. Ожидалось, что результаты теста на тепловую деформацию будут выше для вспененных образцов, поскольку вспенивание приводит к меньшему количеству полимерного материала в изоляции, который может нести нагрузку во время измерения. Было очень удивительным увидеть, что показатели теста на тепловую деформацию для образцов по настоящему изобретению IE1, IE2 и IE3, которые были сшиты при использовании оловоорганического катализатора, были равны с твердым СЕ1, сшитым при использовании того же самого катализатора и при тех же самых условиях. Вспененный пример по настоящему изобретению IE4, содержащий сульфокислотный катализатор, дает деформационное нарушение во время проведения теста на тепловую деформацию. Этот результат был ожидаемым, поскольку разложение вспенивающего азодикарбонамидного агента приводит к образованию щелочных продуктов разложения, и известно, что активность сульфокислотных катализаторов снижается в присутствии щелочных веществ.
Средний размер ячеек и число ячеек в поперечном сечении изоляции также приведено в Таблице 1. Имеет место большое варьирование в размере и числе ячеек между различными образцами изоляции: IE2 содержит несколько больших ячеек, в то время как IE1 и IE3 содержит больше и более мелких ячеек. Неожиданно было обнаружено, что размер ячеек и число ячеек, по-видимому, не оказывает какого-либо влияния на механические свойства при растяжении, по-видимому, важна только степень расширения. На Фигуре 1 показано предельное напряжение, как функция степени расширения, и можно видеть, что разрушающее напряжение при растяжении снижается со степенью расширения и, по-видимому, не зависит от того, как воздух распределен внутри изоляции.
Следовательно, соответственно, видно, что вспененный и сшитый слой изоляции, содержащий вспененную и сшитую указанную выше смесь по настоящему изобретению, отвечает основным требованиям по тепловой деформации и механическим свойствам при растяжении для изоляционного материала кабеля.