[发明专利]一种聚合物组合物和包含聚合物组合物的电力电缆

说明书

技术领域

本发明涉及适用于电力电缆层的聚合物组合物，聚合物组合物在电力电缆层中的应用，包含聚合物组合物的电力电缆以及用于制造电缆的方法。

背景技术

在高压（HP）工艺中制备的聚烯烃广泛用于需求聚合物的应用中，其中聚合物必须满足高的机械和/或电学要求。例如，在电力电缆应用中，特别是在中压（MV）并且尤其是在高压（HV）和超高压（EHV）电缆应用中，聚合物组合物的电学特性具有显著的重要性。此外，在不同的电缆应用中，对于电学特性的要求可以不同，如同在交流电（AC）和直流电（DC）电缆应用之间的情况。

典型的电力电缆包括导体，其至少被内部半导体层、绝缘层和外部半导体层以该顺序包围。

空间电荷

关于电缆中的电场分布，AC和DC之间存在根本差异。AC电缆中的电场容易计算，这是因为其仅仅依赖于一种材料特性，即具有已知温度依赖性的相对电容率（介电常数）。电场不会影响介电常数。另一方面，DC电缆中的电场更为复杂，并且依赖于在绝缘体内部称为空间电荷的电荷的传导、捕获和积累。绝缘体内部的空间电荷将扰乱电场，并且可导致非常高的电应力（介电应力，electric stress）程度，可能太高以至于随后会出现电介质故障（电介质失效）。

通常地，空间电荷位于靠近电极处，与附近电极具有相同极性的电荷称为同号电荷，具有相反极性的电荷称为异号电荷。异号电荷将增加该电极处的电场，同号电荷相反将降低电场。

Tanδ（介电损耗）

由于技术和经济原因，tanδ以及因此介电损耗（其与tanδ成线性比例）要尽可能低：

·低损耗意指在电缆绝缘体内，较低量的传送电能作为热能损耗掉。对于电力线操作人员而言，这些损耗将意味着经济损失。

·低损耗会降低热耗散（热逃逸，thermal runaway）的风险，即绝缘体的温度会由于tanδ而增加的不稳定情况。当温度增加时，正常地tanδ也会增加。这将进一步增加介电损耗，因此提高温度。结果是电缆的电介质故障（电介质失效），需要将其替换。

压缩机润滑剂

典型地，HP工艺在可达4000bar的高压下操作。在已知的HP反应器系统中，一种或多种起始单体在引入实际的高压聚合反应器中之前需要经过压缩（加压）。压缩机润滑剂通常用在一个或多个超级压缩机（hyper-compressor）中，用于缸体润滑从而提供一种或多种起始单体机械需要的压缩步骤。已经熟知，少量的润滑剂通常经密封渗漏到反应器中，并且与一种或多种单体混合。结果在一种或多种单体实际的聚合步骤期间，反应混合物包含痕量（可达几百ppm）的压缩机润滑剂。这些痕量的压缩机润滑剂可对最终聚合物的电学特性产生影响。

作为商用压缩机润滑剂的实例，可以提及例如，聚亚烷基二醇（PAG）：R-[C_xR_yH_z-O]_n-H，其中R可以是H或直链或支链烃基，并且x、y、z、n是可以以已知的方式变化的独立的整数，以及基于矿物油的润滑剂（石油蒸馏的副产物）。将基于满足欧洲指令2002/72/EC，Annex V对于食品接触中使用的塑料而对于石蜡油（液体石蜡，white mineral oil）设定要求的矿物油的压缩机润滑剂，用于聚合聚合物中，例如尤其是用于食品和制药工业中。此类基于矿物油的润滑剂通常包含一种或多种润滑添加剂，并且还可包含一种或多种其它类型的添加剂，如抗氧化剂。

Dow的WO2009012041公开了在高压聚合方法中，其中压缩机用于加压反应物，即一种或多种单体，压缩机润滑剂可对聚合的聚合物的特性产生影响。该文献描述了将包含一个或不含羟基官能团的多元醇聚醚用作压缩机润滑剂，用于防止特别是硅烷改性的HP聚烯烃的过早交联。Dow的WO2009012092公开了组合物，其包含HP（i）无硅烷官能团的聚烯烃和（ii）PAG类型的疏水聚醚多元醇，其中其分子中的至少50%包含不超过单一的羟基官能团。组分（ii）似乎是起源于压缩机润滑剂。该组合物尤其用于W&C应用，并且说明该组合物降低了MV和HV电力电缆中的介电损耗，参见第2页，第0006段。在两个应用中，说明当聚合物用作电缆层材料时，压缩机润滑剂中存在的亲水基团（例如，羟基基团）可导致聚合物吸水增加，其反过来可以分别增加介电损耗或过早硫化。可以通过具有降低数目的羟基官能团的具体PAG类型润滑剂解决该问题。