Композиция для оболочки кабеля, оболочка кабеля и кабель, например, кабель питания или кабель связи
Настоящее изобретение относится к композиции оболочки кабеля, способу получения кабеля, оболочке кабеля и кабелю, например кабелю низкого напряжения или кабелю питания, или коммуникационному кабелю связи. Композиция оболочки кабеля содержит смесь расширяющейся и сшиваемой оболочки из композиции полимера, содержащего полиолефиновый материал, где полиолефиновый материал несет силановые фрагменты, и вспенивающую систему. Смесь оболочки содержит по меньшей мере 0,1% по массе и не более 1% по массе вспенивающего агента от общей массы полиолефинового материала. Изобретение обеспечивает получение оболочки кабеля, которая легко удаляется и имеет повышенную гибкость. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил, 1 табл.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к новой композиции оболочки кабеля, оболочке кабеля, кабелю, например, кабелю питания или кабелю связи (коммуникационному кабелю), и их применению, в частности, в области проводов и кабелей (W&C).
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 Вт. 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. LV кабели питания и MV кабели питания, как правило, содержат электрический проводник, слой изоляции и внешнюю оболочку. LV кабели питания, как правило, содержат проводник, окруженный внутренним полупроводящим слоем, слой изоляции и внешнюю оболочку. Как правило, MV кабели питания содержат проводник, окруженный внутренним полупроводящим слоем, слой изоляции, внешний полупроводящий слой и внешнюю оболочку, в таком порядке.
Дополнительно, между оболочкой кабеля и внешним полупроводящим слоем в MV кабелях питания (выше 6 кВт) и между оболочкой кабеля и изоляцией в LV кабелях питания (1-3 кВт), как правило, всегда распложен металлический экран. Этот металлический экран соединен с землей. Металлический экран удерживает электромагнитное поле внутри кабеля питания и защищает изоляцию кабеля питания, сохраняя постоянным электрический потенциал на внешнем полупроводящем слое или изоляции. В большинстве кабелей этот металлический экран состоит из медных нитей, но он также может быть из алюминиевых или медных лент. Толщина медных нитей предусматривается и рассчитывается для наихудшего сценария развития событий, например, когда имеют место наведенные бурями токи или электрические пробои в кабеле, что приводит к появлению больших значений электрического тока в металлическом экране. Толщина медных нитей устанавливается, таким образом, чтобы температура металлического экрана была достаточно высокой, но не превышала точку плавления оболочки.
Выбирая материал оболочки с более высокой точкой плавления, можно уменьшить размер, то есть, толщину медных нитей во внешнем экране, поскольку оболочка с более высокой точкой плавления будет переносить более высокие температуры. Однако материалы оболочки с более высокой точкой плавления, как правило, жестче, что в свою очередь ведет к более жестким кабелям питания. Это является проблемой, поскольку кабельная промышленность испытывает потребность в гибких кабелях, которые легче инсталлировать. Дополнительно, также существует очень высокий спрос на гибкость кабелей питания, когда кабели инсталлируют на электрических подстанциях.
В WO 2007/011350 описывается кабель с расширенной, удаляемой оболочкой, где первая часть оболочки по существу инкапсулирует множество нейтральных элементов, как правило медных проводов, расположенных по окружности вокруг радиуса и спирально по длине кабеля. По меньшей мере первая часть оболочки в WO 2007/011350 представляет расширенный полимерный материал. Оболочка кабеля может представлять по меньшей мере один материал, выбранный из группы, состоящей из поливинилхлоридов (PVC), этиленвинилацетатов (EVA), полиэтилена с низкой плотностью, LLDPE, HDPE, полипропилена и хлорированного полиэтилена.
Сшитые силаном материалы используют в оболочках для MV кабелей, как указано William S. Temple of General Cable at Fall 2010 IEEE PES ICC Meeting Subcommittee С - Cable Systems, October 20, 2010, Получение сшитых силаном материалов, включающих либо
«Процесс Monosil с отверждением за счет химической реакции с влагой, содержащейся в воздухе», где полиэтилен подают в экструдер, а раствор силана, инициатор и катализатор инжектируют в цилиндр, или
«Процесс с отверждением за счет химической реакции с влагой, содержащейся в воздухе, предварительно привитого полимера/катализатора», который представляет двух стадийный процесс, в котором используют предварительно привитой полимер (винил, привитой силаном на каркас полиэтилена) с использованием мастербатча катализатора непосредственно перед подачей в экструдер.
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 вспененным 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 оболочке кабелей, которая легко удаляется и имеет повышенную гибкость.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Была разработана композиция оболочки кабеля, содержащая смесь расширяющейся и сшиваемой оболочки, где кабели содержат оболочку кабеля, где способ включает стадию получения оболочки кабеля, содержащей указанную композицию оболочки кабеля, которая будет легко удаляться и будет обладать повышенной гибкостью.
Дополнительно, композиция оболочки кабеля по настоящему изобретению также необязательно по существу может быть использована в процессе получения расширенной и сшитой оболочки кабеля, где параметры способа могут быть оптимизированы без необходимости использования прививки силана во время реактивной экструзии.
Следовательно, настоящее изобретение относится к композиции оболочки кабеля, содержащей смесь расширяющейся и сшиваемой оболочки:
из композиции полимера, содержащей полиолефиновый материал, где полиолефиновый материал несет силановые фрагменты,
и
вспенивающей системы, где обеспеченная смесь оболочки l содержит по меньшей мере 0,1% по массе вспенивающего агента от общей массы полиолефинового материала.
Указанная композиция оболочки кабеля по настоящему изобретению позволяет получить оболочки кабеля и кабели, содержащие указанные оболочки кабеля, где оболочки кабеля имеют улучшенную гибкость по сравнению с твердыми оболочками. Дополнительно, оболочки кабеля также показали неожиданно высокую термическую стабильность, наряду с эффектом памяти формы, оба этих свойства достигаются за счет сшивания вспененной оболочки.
Неожиданно высокая термическая стабильность вспененной оболочки позволяет уменьшить размер, то есть, толщину нитей металлического экрана, например, медных нитей, во внешнем экране, поскольку оболочка имеет более высокую точку плавления и будет переносить более высокие температуры. Следовательно, указанная выше композиция оболочки кабеля позволяет получить более гибкие кабели, поскольку оба признака, и признак вспененной оболочки, и признак уменьшенного размера нитей металлического экрана вносит свой вклад в гибкость кабелей. Следовательно, указанная выше композиция оболочки кабеля по настоящему изобретению позволяет получить гибкие кабели, которые легко инсталлируются и также легко удаляются. Дополнительно, гибкость кабелей также увеличивает резистентность к разрушению во время, например, продвижения кабелей во время их инсталляции, поскольку кабели по настоящему изобретению в виду их повышенной гибкости в меньшей степени подвержены разрушению, например, твердыми или острыми твердыми и/или острыми выступами. Дополнительно, указанная выше композиция оболочки кабеля по настоящему изобретению позволяет получить кабели, которые имеют более низкую стоимость и более высокую экологичность, поскольку требуется меньше материала, как для оболочки, так и для металлического экрана.
Указанная выше композиция оболочки кабеля по настоящему изобретению, особенно удобная на стадии способа получения оболочки кабеля, содержит указанную композицию оболочки кабеля. Стадия способа получения оболочки кабеля входит в состав способа получения кабель. Дополнительно, стадия способа получения оболочки кабеля не включает прививку в процессе реактивной экструзии при экструдировании оболочки кабеля, указанный способ неожиданно обеспечил широкое технологическое окно. Добавление силановых фрагментов к цепям полимера полиолефинового материала проводят на отдельной стадии перед указанной стадией способа получения оболочки кабеля. 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 указанную стадию способа получения оболочки кабеля полиолефинового материала. Стадия способа получения оболочка кабеля, включающая композицию оболочки кабеля 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 оболочке кабеля) в конце экструдера, матрице и выпускном отверстии экструзионной головки.
Дополнительно, также было установлено, что стадия способа получения оболочка кабеля по настоящему изобретению позволяет провести стадию экструзии при использовании обычных экструдеров, и может быть достигнута приемлемая производительность технологического процесса.
Стадия способа получения оболочки кабеля по настоящему изобретению обеспечивает хороший контроль качества расширенной и сшитой оболочки кабеля и конечного кабель питания или конечного коммуникационного кабеля, поскольку параметры технологического процесса могут быть более оптимизированы для стадии вспенивания в виду отсутствия необходимости учитывать прививку силаном.
Дополнительно, также было обнаружено, что стадия способа получения оболочки кабеля 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 или коммуникационного кабеля, включающий стадию способа получения оболочка кабеля, который содержит композицию оболочки 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, полученный способом получения, включающим композиция оболочки кабеля по настоящему изобретению, может представлять кабель питания, например, LV, MV или HV кабель, например, LV или MV кабель, например, LV кабель; или может представлять коммуникационный кабель.
Композиция оболочки кабеля содержит смесь расширяющейся и сшиваемой оболочки из композиции полимера, содержащей полиолефиновый материал, где полиолефиновый материал несет силановые фрагменты и вспенивающую систему.
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
R1 представляет этилен-ненасыщенную алкильную, алкокси или (мет)акрилокси алкильную группу,
R2 представляет алифатическую насыщенную алкильную группу,
Y может представлять идентичное или отличающееся, и представляет гидролизуемую органическую группу, и
q представляет 0,1 или 2,
Конкретные примеры ненасыщенного соединения силана представляет таковые, где R1 представляет винил, аллил, изопропенил, бутенил, циклогексанил или гамма-(мет)акрилокси пропил; Y представляет метокси, этокси, формилокси, ацетокси, пропионилокси или алкил- или ариламино группу; и R2, если присутствует, представляет метил, этил, пропил, децил или фенил группу.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения 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.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения композиция оболочки кабеля, как указано в описании настоящей патентной заявки, где смесь оболочки содержит композицию полимера, содержащую полиолефиновый материал, где полиолефиновый материал несет силановые фрагменты и вспенивающую систему.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения композиция оболочки кабеля, как указано в описании настоящей патентной заявки, где смесь оболочки дополнительно содержит катализатор.
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, конечной оболочки. 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 добавляют 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 примере способ получения кабеля питания или коммуникационного кабеля, 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 примере способа получения кабеля питания или коммуникационного кабеля 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 примере способа получения кабеля питания или коммуникационного кабеля 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 оболочки кабеля.
Способ получения кабеля питания или коммуникационного кабеля включает экструзию полученной смеси на жилу кабеля с получением оболочки кабеля.
Предпочтительный способ получения кабеля питания или коммуникационного кабеля, 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, то есть, внешний защитный слой (оболочка) содержит, например, состоит из обеспеченной смеси из композиции полимера, содержащей полиолефиновый материал, где полиолефиновый материал несет силановые фрагменты, из 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 экструзионной 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 или коммуникационного кабеля включает вспенивание оболочки кабеля, 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 оболочка кабеля 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 оболочки кабеля.
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. Полученная в результате оболочка кабеля 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 оболочки кабеля 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 одном варианте осуществления настоящее изобретение содержит оболочки кабеля, которые расширены и сшиты и где подвергаемая перед расширением сшиванию оболочка кабеля содержит указанную выше композицию оболочки кабеля.
Дополнительно, сшивание оболочки кабеля осуществляется при комнатных условиях, в паровой сауне или, в качестве альтернативы, в водяной бане.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения указанный выше в описании настоящей патентной заявки оболочка кабеля имеет степень расширения от 3 до 40%. Степень расширения представляет объем расширения оболочки, который достигается в процессе вспенивания.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения указанная выше в описании настоящей патентной заявки оболочка кабеля имеет степень расширения от 5% до 30%.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения указанная выше в описании настоящей патентной заявки оболочка кабеля имеет степень расширения от 5% до 25%.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения указанная выше в описании настоящей патентной заявки оболочка кабеля имеет средний размер ячеек равный или менее чем 150 μм, ячейки содержат газ.
В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения оболочка кабеля, указанная выше в описании настоящей патентной заявки имеет средний размер ячеек равный или менее чем 100 μм.
Настоящее изобретение также относится к обоим указанным выше в описании настоящей патентной заявки кабелю питания или коммуникационному кабелю, содержащему композицию оболочки кабеля или оболочку кабеля, которые получают при использовании указанного выше в описании настоящей патентной заявки способа.
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.
Также настоящее изобретение относится к применению указанной выше в описании настоящей патентной заявки композиции оболочки кабеля, указанной выше в описании настоящей патентной заявки оболочки кабеля, или указанного выше в описании настоящей патентной заявки кабеля.
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, оболочки кабеля 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 оболочки кабеля, то есть, из оболочки кабеля по настоящему изобретению, с получением в результате образца оболочки кабеля 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 оболочки кабеля 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 оболочки кабеля в форме полой трубки длиной 150 мм от неизолированного кабеля, то есть, из оболочки кабеля 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
Скорость течения расплава MFR2 измеряли согласно ISO 1133 при 190°С и нагрузке 2,16 кг.
d. Плотность
Плотность измерили согласно ISO 1183А на образцах, полученных согласно ISO1872-2.
2. Материалы
Используемый в способе по настоящему изобретению полиолефиновый материал, несущий силановые фрагменты и входящий в состав композиции полимера, содержащегося в композции оболочки кабеля, используемой в способе по настоящему изобретению, 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/м3, MFR2,16 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-1 ID/HI (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.
Смеси, используемые для получения образцов вспененной оболочки 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 мм2 твердый Cu прово дник, 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 оболочки кабеля, 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 оболочки кабеля 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 - IE 4, то есть, оболочка кабеля по настоящему изобретению, которую сравнили с оболочкой кабеля 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 оболочку кабеля 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 оболочке кабеля, 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 оболочки кабеля также приведено в Таблице 1. Имеет место большое варьирование в размере и числе ячеек между различными образцами оболочки кабеля: 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 оболочки кабеля.
Следовательно, соответственно, видно, что вспененная и сшитая смесь оболочки кабеля, содержащая указанную выше композицию оболочки кабеля по настоящему изобретению, может быть сшита с достижением той же стабильности тепловой деформации, что и у композиции полимера, сшитого твердым силаном, как видно из результатов тепловой деформации, приведенных в Таблице 1.
1. Композиция оболочки кабеля, содержащая смесь расширяющейся и сшиваемой оболочки из
композиции полимера, содержащей полиолефиновый материал, где полиолефиновый материал несет силановые фрагменты,
и
вспенивающей системы, где обеспеченная смесь оболочки содержит по меньшей мере 0,1% по массе и не более 1 % по массе вспенивающего агента от общей массы полиолефинового материала.
2. Композиция оболочки кабеля по п. 1, где смесь оболочки дополнительно содержит катализатор.
3. Композиция оболочки кабеля по п. 1 или 2, где вспенивающая система содержит от 0,1 до 0,7% по массе вспенивающего агента.
4. Композиция оболочки кабеля по любому из пп. 1-3, где полимерный материал содержит полиэтилен низкой плотности с гидролизуемыми силановыми группами, например, состоит из полиэтилена низкой плотности с гидролизуемыми силановыми группами.
5. Композиция оболочки кабеля по любому из пп. 1-4, где полиолефиновый материал содержит от 0,001 до 15% по массе соединения силана.
6. Способ получения кабеля, включающий стадию получения оболочки кабеля, содержащей композицию оболочки кабеля, содержащую:
композицию полимера, содержащую полиолефиновый материал, где полиолефиновый материал несет силановые фрагменты,
и
вспенивающую систему, где обеспеченная смесь оболочки содержит по меньшей мере 0,1% по массе вспенивающего агента от общей массы полиолефинового материала.
7. Способ получения кабеля по п. 6, где указанные силановые фрагменты вводят в цепи полимера указанного полиолефинового материала на отдельной стадии перед указанной стадией получения оболочки кабеля.
8. Способ получения кабеля по любому из пп. 6 или 7, где указанные силановые фрагменты вводят в цепи полимера указанного полиолефинового материала прививкой перекисью.
9. Способ получения кабеля по любому из пп. 6 или 7, где указанные силановые фрагменты вводят в цепи полимера указанного полиолефинового материала сополимеризацией в реакторе высокого давления.
10. Оболочка кабеля, которая расширяется и сшивается, и где оболочка кабеля перед расширением и сшиванием содержит композицию оболочки кабеля по любому из пп. 1-5.
11. Оболочка кабеля по п.10, где оболочка кабеля имеет степень расширения от 3 до 40%.
12. Оболочка кабеля по пп. 10 или 11, где оболочка кабеля имеет средний размер ячеек, равный или менее чем 150 μм.
13. Кабель, содержащий композицию оболочки кабеля по любому из пп. 1-5 или оболочку кабеля по любому из пп. 10-12.
14. Кабель по п. 13, который представляет кабель питания низкого напряжения или кабель питания среднего напряжения, или коммуникационный кабель связи.
15. Кабель питания по п. 14, который содержит три жилы, каждая из которых содержит проводник.
