[发明专利]半导电聚合物组合物

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导电聚合物组合物，还涉及包含所述半导电聚合物组合物的电线或电缆，以及所述组合物用于生产电线或电缆的层、优选半导电屏蔽层的用途。

背景技术

典型的电力电缆或电线通常包括在电缆芯中的一个或多个导体，所述电缆芯被一层或多层聚合物材料的绝缘层或护套包围。所述芯通常是铜或铝，但也可以是非金属的，所述芯由许多不同的聚合物层包围，每层聚合物层都起到特定功能，例如半导电屏蔽层、绝缘层、金属带屏蔽层和聚合物护套。每层都可以提供多于一种的功能。例如，低压电线或电缆通常被既作为绝缘层又作为外护套的单一聚合物层包围，而中压到特高压电线和电缆通常由至少单独的绝缘层和护套层包围。一种电力电缆芯可以例如被第一聚合物半导体屏蔽层、聚合物绝缘层、第二聚合物半导体屏蔽层、金属带屏障和聚合物护套包围。

通常半导电屏障用于在高电势导体和主绝缘层之间以及主绝缘层和地之间提供的具有中等导电性的层。

半导电屏障可以粘结到绝缘层或是可剥离的。内半导电屏障通常被粘结到所述绝缘层，而外半导电屏障通常是可剥离的。

各种各样的聚合物材料已用作用于电力电缆的半导电屏蔽材料。典型的内半导电屏蔽层包含极性乙烯共聚物，例如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯丙烯酸甲酯共聚物(EMA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(EBA)和导电填料，例如炭黑。

使半导电层成为可剥离的的普遍理念是增加该半导电层的极性。这例如通过添加高极性丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)至半导电组合物和足够的炭黑之中以使所述组合物成为半导电的来完成。然而，已证实当电缆经受热老化时NBR会导致半导电可剥离层和绝缘层之间的粘合性的显著损失。粘合性的损失会导致电力电缆不符合规格要求。

另一种使半导电层成为可剥离的的方法是使用大量的乙烯极性共聚物。然而，与大量填料组合的大量乙烯极性共聚物特别难以挤出，这是由于该组合物的高粘度所导致的。必须面对高生产成本。

为降低聚合物组合物的粘度，EP 2128195提出了向包含含有极性共聚单体单元的乙烯共聚物和导电填料的聚合物组合物添加第二聚合物相。所述第二聚合物相为含有丙烯单体单元和乙烯单体单元的烯烃共聚物，其中所述烯烃共聚物具有110℃或更低的熔点，并使用茂金属聚合催化剂制备所述烯烃共聚物。然而，第一聚合物相和第二聚合物相的熔点应至多相差±10℃以确保良好的加工能力(即该组合物的两相以相同的物理形式一起熔融并流动)。这就对第二聚合物相的选择施加了巨大的限制。

虽然用于半导电屏蔽层的组合物的现有技术可以满足许多应用，但总是存在改善它们的可加工性并减低它们的生产成本的需要。

例如，优选地，将导电填料的量降低，这是因为即使微小变化也可能会极大地影响全规模生产期间的复合效率和黏稠度(consistency)。

发明内容

本发明的目的是提供一种半导电聚合物组合物，所述聚合物组合物具有所需要的体积电阻率和特定的机械性能以适于电力电缆的半导电层并同时是易于加工的，并且允许降低加工成本。

这通过向包含极性共聚单体单元的乙烯共聚物和向导电填料添加第二聚合物相来实现，所述第二聚合物相不需要熔融。事实上，通过根据本发明调节聚合物组合物，可以微调加工和挤出材料的能力，同时将电性能保持在相同或相似的水平。

一方面，本发明了提供一种半导电聚合物组合物，其包括：

(A)乙烯共聚物，所述乙烯共聚物包含极性共聚单体单元；

(B)烯烃均聚物或共聚物；

(C)导电填料；

其中所述烯烃均聚物或共聚物(B)具有低于20％的结晶度。

根据一个优选的实施方案，所述烯烃均聚物或共聚物(B)具有低于12％、更优选等于或低于10％、甚至更优选低于5％、2％、1％或0.8％的结晶度。甚至更优选地，所述烯烃均聚物或共聚物(B)具有低于0.5％的结晶度。

事实上，如果组分(B)具有高水平的结晶度，那么，为了确保良好的加工能力(即该组合物的两相以相同的物理形式一起熔融并流动)，则这两种聚合物(A)和(B)的熔融温度必须相当类似(通常相差在10℃以内)。在组分(B)的结晶度水平低的情况下，与组分(A)比较，限制组分(B)的熔融温度的要求就消除了。会这样的原因是尽管(B)具有一定的结晶水平，但晶体与剩余的无定形部分相比是如此之少，以使得人们能够使它们在显著高的温度下熔融，因为这不会产生显著的与加工相关的问题。