[发明专利]具有改进的电性能的电缆

说明书

一种电缆，其包括由至少内半导电层、绝缘层和外半导电层依次包围的导体，其中绝缘层是非交联或交联的并包含至少90重量％的聚合物组合物，所述聚合物组合物包含：(I)95.5重量％至99.9重量％的LDPE；和(II)0.1重量％至4.5重量％的HDPE，其具有至少940kg/m³的密度。

技术领域

本发明涉及包含低密度聚乙烯(LDPE)聚合物的共混物在电缆例如DC电缆的绝缘层中的用途。特别地，本发明涉及LDPE与少量第二HDPE聚合物的组合，以便令人惊讶地能够形成具有显著低的电导率的电缆绝缘层。

本发明的共混物能够以交联或非交联形式使用，后一种情况下不需要存在交联剂并且不需要后交联脱气程序来除去交联剂副产物。

无论是交联的还是非交联的，尽管使用非常低水平的HDPE，所得组合物的电导率和因此绝缘层的电导率低于单独使用对应的LDPE。

背景技术

在高压(HP)工艺中生产的聚烯烃广泛用于要求聚合物必须满足高机械和/或电气要求的聚合物应用中。例如，在电力电缆应用中，特别是在中压(MV)、尤其是高压(HV)和超高压(EHV)电缆应用中，电缆中使用的聚合物组合物的电性能具有重要意义。此外，重要的电性能可能在不同的电缆应用中不同，如交流(AC)和直流(DC)电缆应用之间的情况。

典型的电力电缆包括导体，该导体至少由内半导电层、绝缘层和外半导电层依次包围。通常通过在导体上挤出层来制造电缆。

一个或多个所述层中的聚合物材料通常是交联的，以改善例如耐热和抗变形性、蠕变性能、机械强度、耐化学性和耐磨性。在交联反应期间，主要形成交联(桥)。交联能够使用例如自由基生成化合物来实现，所述自由基生成化合物通常在将层挤出到导体上之前掺入层材料中。在形成层合电缆之后，然后使电缆经受交联步骤以引发自由基形成，从而引发交联反应。

过氧化物非常常用作产生自由基的化合物。所得过氧化物的分解产物可包括通常不希望的挥发性副产物，因为例如可能对电缆的电性能具有负面影响。因此，在交联和冷却步骤之后，常规地将挥发性分解产物如甲烷减少到最小或除去。这种通常称为脱气步骤的去除步骤耗费时间和能量，导致额外的成本。应理解，交联聚乙烯材料是热固性的。

从清洁度的角度来看，LDPE也是理想的电缆成型材料。LDPE能够以非常纯的形式制造而没有杂质。相反，低压聚合物通常含有更多的凝胶和催化剂残余物，这可能导致电缆中的缺陷。

为了提高挤压高压直流(HVDC)电缆的输电能力，需要增加电压。在HVDC电缆中，绝缘层被漏电流加热。加热与绝缘电导率×电压²成比例。因此，如果电压增加，将产生更多的热量。这可能导致热失控，然后电击穿。因此，为了增加电力传输容量，需要具有非常低电导率的绝缘材料。在一个实施方案中，电压可以从目前的320kV的最高水平增加到640kV或更高。

本发明人现在研究了通过LDPE与第二聚合物的组合来降低电导率的可能性。然而，第二聚合物通常是使用烯烃聚合催化剂制备的聚合物，因此催化剂残余物含量可能高。与纯XLPE相比，这导致更大的机械破坏风险。然而，本发明人惊奇地发现，即使在非常低水平的HDPE下，少量HDPE和LDPE的组合也导致热塑性和交联绝缘层中的显著的电导率降低。

与热固性交联PE相比，热塑性LDPE作为电缆绝缘提供了若干优点。由于聚合物不是交联的，因此不可能发生过氧化物引发的焦化。此外，不需要脱气步骤来除去过氧化物分解产物。消除交联和脱气步骤可以导致更快、更简单和更具成本效益的电缆生产。然而，不存在交联材料会导致耐温性降低并因此导致蠕变的显著问题。因此，需要更好的热机械性能以提供可在电缆绝缘层中无交联地使用的聚合物材料。