[发明专利]半导体可交联聚合体组合物

说明书

技术领域

本发明涉及用于制备电缆的半导体层的可交联的聚合体组合物。

背景技术

电缆，尤其是用于中压和高压的电力电缆由环绕电导体挤压(extruded)出的多层聚合物层制成。电导体通常首先涂覆一内半导体层，接着涂覆一绝缘层，然后涂覆一外半导体层。还可以在这些层上添加诸如防水层、鞘层的额外层。

通常，绝缘层和半导体层由优选为交联的乙烯均聚物和/或共聚物制成。当今，通过添加过氧化物交联的低密度聚乙烯是主要的电缆绝缘材料。内半导体层通常由乙烯共聚物组成，例如乙烯-丙烯酸乙酯共聚物或乙烯-丙烯酸丁酯共聚物。外半导体层可以是可剥离的或不可剥离的。通常，可剥离的半导体层由乙烯共聚物与丙烯腈-丁二烯橡胶以及足够的碳黑结合而成以使该组合物具有半导体性质。不可剥离的外半导体层包括乙烯-丙烯酸丁酯共聚物以及一定量的碳黑以足以使该组合物具有半导体性质。

为使聚合材料具有半导体性质而加入的碳黑的量不但影响电特性，而且影响许多其它特性，例如与制造半导体材料相关的混合行为(compounding behavior)、挤压行为以及制成品焦化的形成。

为了混合，必须使用聚合物熔体润湿碳黑微粒的表面区域以获得均匀的混合物。然而，由于碳黑微粒通常具有大的比表面积，，即使少量降低碳黑含量也有助于在混合速率和一致性(即持续地获得好的质量)方面促进混合。

在碳黑的量与生成的聚合材料的流变学特性之间也存在关联。通常，在给定剪切速率时，粘性随着碳黑含量的增加而提高。此外，对于具有高含量填料颗粒的聚合物而言，粘性增加通常伴以剪切速率/剪切压力降低。在复杂的几何学模具(dies)内，可能存在低的剪切力区域。因此，在这些区域中，粘性非常高，如果超过一定限度，熔体就不会以充分高的速率通过这些区域。如上所述，绝缘和半导体层优选由交联的聚乙烯制成，其中交联是由诸如过氧化物的交联剂在硫化管中引发的。然而，如果大量的过氧化物已经在挤压机(extruder)中分解，从而引起不成熟的交联，这将导致所谓的“焦化”，即形成挤压聚合物不均一、凝胶体状区域、表面不均匀等。为了尽可能地抑制焦化的形成，希望使含有过氧化物的聚合熔体在上述低剪切力的区域内停留的时间最短化。此外，为降低焦化，较少的碳黑是有利的。

在EP-A-0929606中，通过使含有硅烷的聚乙烯与表面积为30-80m²/g的碳黑混合降低焦化。

在EP-A-1125306中，通过提供一种特定的不均匀的乙烯-烷基(甲基)丙烯酸酯降低碳黑的量。

在另一方面，为了提供半导体性质的电缆层，碳黑的量必须足够地高。因此，仅仅降低现有聚合体组合物中碳黑的含量可能改善混合和挤压行为，但是会不可避免地导致材料具有高体积电阻率，对半导体聚合物而言，高体积电阻率是不适合用于电力电缆的。

为了提高耐热以及抗机械应力性，挤压至电缆导体上的聚合物优选为交联的。为进行交联，将电缆穿过一硫化管，加热电缆以激活交联剂，例如过氧化物，并引发交联。为了提高产率，优选地，电缆以高线速穿过硫化管。然而，在高线速时，对充分地改善热学以及机械特性而言，交联度可能会太低。因此，为了提高产率，希望具有高的交联效率，即在短的期间内获得高交联度。然而，任何交联效率的提高(例如通过提高过氧化物含量)都不应损失其它相关特性，例如混合、焦化行为以及体积电阻率。

此外，如上所述，如果大量过氧化物已经在挤压机中分解，这将导致所谓的焦化。因此，为了尽可能地抑制焦化的产生，优选地，降低用于使半导体材料充分地交联的过氧化物的量。然而，使用过低的量的过氧化物，对于充分地改善热学以及机械特性而言，交联度可能会太低。因此，就焦化形成方面为改善挤压行为，希望具有高的交联效率，即使用少量的过氧化物获得高的交联度。最佳的是，在挤压步骤中，半导体材料内不含有过氧化物。然而，任何交联剂的减少都不应损失其它相关特性，例如混合行为、电缆产率以及体积电阻率。

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种半导体聚合体组合物，其中碳黑和/或过氧化物的量可以降低而不会负面地影响半导体特性。此外，在交联效率、抑制焦化以及降低体积电阻率之间应该达到很好的平衡。

发明内容

上述目的通过提供一种半导体可交联聚合体组合物得以实现，所述组合物包括：

(a)具有至少0.15个乙烯基/1000个碳原子的不饱和聚烯烃，以及

(b)碳黑。