CN109348719B - 无焊接线和突起的半导体屏蔽 - Google Patents

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Abstract

用于电力电缆结构的半导体屏蔽层由包括以下各项的组合物制成：(A)基于乙烯的非极性聚合物，其具有大于(>)0.90g/cc的密度，以及190℃/2.16Kg下>20g/10分钟的熔体指数；(B)极性聚合物，其由乙烯和具有4到20个碳原子的不饱和烷基酯组成；(C)乙炔炭黑；以及(D)固化剂；条件是：(1)所述组合物具有相分离结构，和(2)非极性聚合物与极性聚合物的重量比为0.25到4。

Description

无焊接线和突起的半导体屏蔽
技术领域
本发明涉及电力电缆。在一个方面，本发明涉及包括半导体屏蔽的电力电缆，而在另一个方面，本发明涉及无焊接线和突起的半导体屏蔽。
背景技术
中压/高压/超高压(MV/HV/EHV)电缆结构通常包括电缆芯中的一个或多个高电位导体，所述高电位导体被几层聚合物材料包围，所述聚合物材料包含第一半导体屏蔽层、绝缘层、第二半导体屏蔽层、用作接地相的金属线或带屏蔽层以及保护套。此结构内的附加层，如防潮层，通常包含在结构中。
数十年来，聚合物半导体屏蔽已经用于多层电力电缆结构中。这些屏蔽用于在高电位导体与主绝缘层之间以及主绝缘层与接地或中性电位层之间提供中间电阻率层。
电气电力电缆结构内的导体与绝缘层之间的半导体屏蔽层的主要目的是确保主固体绝缘层的长期可行性。挤压半导体屏蔽的使用基本上消除了导电和电介质，即绝缘，层的界面处的电缆结构内的局部放电。通过改善导体屏蔽界面光滑度也实现更长的电缆寿命，从而最小化任何局部电应力集中。已经证明具有改进的光滑度的聚合物导体屏蔽通过加速测试延长了电缆寿命(Burns、 Eichhorn和Reid，《IEEE电气绝缘杂志(IEEEElectrical Insulation Magazine)》， Vol.8,No.5,1992)。HV和EHV电缆应用需要具有超级光滑度的聚合物导体屏蔽。
可以使用表面光度仪测量光滑度。为了评估光滑度，使用表面上尺寸和形状随机的突起或小块半导体屏蔽带的三维结构的统计方法。方法确定半导体屏蔽化合物中突起的数量和其各自的高度。高度从20μm到70μm分类为10微米 (μm)增量，并且突起的数量被报告为密度(缺陷/m2)。超光滑半导体屏蔽化合物通常满足最大(最大)200pips/m2，尺寸30μm到39μm；最大20pips/m2，尺寸40μm到49μm；最大2pips/m2，尺寸50μm到59μm；没有大于(>)60 μm的pip尺寸的规格。
在半导体屏蔽层与导体或绝缘层之间实现光滑或超光滑界面的一种常用方法是在用于半导体屏蔽层的配制品中包含乙炔炭黑。由于乙炔炭黑的化学和物理性质，相对于炉炭黑，在挤出表面上观察到较少的表面缺陷。
除了炭黑选择之外，形成半导体屏蔽层的过程也对光滑度控制起重要作用。半导体层通常通过三重挤出***与绝缘层一起挤出。在共挤工艺期间，焊接线可能在两个半导体屏蔽熔体的界面处发生，并且可能潜在地在焊接线位置处生成半导体屏蔽层与绝缘层之间的突起。这种突起可以在高压下引起电应力集中，从而缩短电缆寿命。
因此，对半导体屏蔽组合物存在兴趣，其满足HV和EHV电缆的电阻和光滑度要求并避免其制造中的突起问题。
发明内容
在一个实施例中，本发明是组合物，其包括：
(A)基于乙烯的非极性聚合物，其具有大于(>)0.90克每立方厘米(g/cc) 的密度，以及190℃/2.16Kg下>20克每10分钟(g/10分钟)的熔体指数；
(B)极性聚合物，其由乙烯和具有4到20个碳原子的不饱和烷基酯组成；
(C)乙炔炭黑；以及
(D)固化剂；
条件是：(1)所述组合物具有相分离结构，和(2)非极性聚合物与极性聚合物的重量比为0.25到4。
在一个实施例中，本发明是电缆结构中的半导体屏蔽层，所述半导体屏蔽层由本发明的组合物制成。在一个实施例中，本发明是包括至少一个本发明的半导体屏蔽层的电缆。
附图说明
图1 是在非极性到极性聚合物重量比为60:40到40:60下，来自本发明的实例 1-1到1-6的压缩板的扫描电子显微镜(SEM)图像的集合。
具体实施方式
为了美国专利实践的目的，任何提及的专利、专利申请或出版物的内容，特别是关于各定义的公开(限度是不能与本公开中具体提供的任何定义不一致) 和本领域的一般知识，通过引用以其整体并入(或其等效美国版本也如此通过引用并入)。
除非相反地陈述、由上下文暗示或在本领域中惯用，否则所有份数和百分比都以重量计，并且所有测试方法都是截至本公开的存档日期的现行方法。
本文公开的数值范围包含来自上限值和下限值、并包含上限值和下限值的所有的值。对于含有确切值(例如1或2；或3到5；或6；或7)的范围，包含任何两个确切值之间的任何子范围(例如1到2；2到6；5到7；3到7；5 到6等)。
术语“包括”、“包含”、“具有”和其衍生词并不旨在排除任何额外组分、步骤或程序的存在，无论所述组分、步骤或程序是否具体地公开。为了避免任何疑问，除非相反地陈述，否则通过使用术语“包括”所要求的所有组合物可以包含任何额外添加剂、佐剂或化合物，无论聚合或以其它方式。相反，术语“基本上由……组成”从任何随后列举的范围中排除任何其它组分、步骤或程序，除对可操作性来说并非必不可少的那些之外。术语“由……组成”排除没有具体叙述或列出的任何组分、步骤或程序。除非另外陈述，否则术语“或”是指单独列出的以及以任何组合列出的成员。单数形式的使用包含复数形式的使用，并且反之亦然。
“组合物”和类似术语是指两种或更多种组分的混合物或共混物。
“单体”或“共聚单体”可互换使用，并且它们是指具有可聚合部分的任何化合物，其被添加到反应器以产生聚合物。在聚合物被描述为包括一种或多种单体的那些情况下，例如，包括丙烯和乙烯的聚合物，聚合物当然包括衍生自单体的单元，例如-CH2-CH2-，而不是单体本身，例如CH2＝CH2。
“聚合物”和类似术语是指通过使单体反应，即聚合制备的化合物，不论单体是相同还是不同类型。单体形成聚合物的单体单元，或者换句话说，聚合物的单体单元衍生自单体。例如，单体乙烯在基于乙烯的聚合物中形成单体单元 -CH2CH2-。通用术语“聚合物”包含通常用于指仅由一种类型的单体制备的聚合物的术语“均聚物”，以及如下文所定义的术语“互聚物”。“聚合物”还涵盖互聚物的所有形式，例如无规、嵌段、均相、非均相等。
“互聚物”和类似术语是指通过使至少两种不同的单体聚合来制备的聚合物。此通用术语包含共聚物，通常用于指由两种不同单体制备的聚合物，以及由两种以上不同单体制备的聚合物，例如三元共聚物、四元共聚物等。“互聚物”包含互聚物的所有形式，例如无规、嵌段等。
“基于乙烯的聚合物”和类似术语是指含有基于聚合物总重量的聚合形式的衍生自乙烯的单元的主要重量百分比的聚合物。基于乙烯的聚合物的非限制性实例包含低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、极低密度聚乙烯(VLDPE)、超低密度聚乙烯(ULDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)等。
“极性”、“极性聚合物”和类似术语是指具有永久偶极的聚合物分子，即，聚合物分子具有正端子和负端子。换句话说，极性分子中的电子在分子的原子之间不是平等分配的。极性聚合物的实例包含乙烯丙烯酸乙酯(EEA)、乙烯- 丙烯酸丁酯(EBA)和乙烯-马来酸酐(EMA)。相比之下，“非极性”、“非极性聚合物”和类似术语是指不具有永久偶极的聚合物分子，即，聚合物不具有正端子和负端子。非极性分子中的电子在分子的原子之间基本上平等分配。大多数烃聚合物，如乙烯-α-烯烃聚合物，是非极性的。
“相分离”和类似术语是指组合物的极性和非极性聚合物彼此不混溶，因此在组合物内形成两个独立且不同的区域。分离的相可以是共连续的，或者一个相可以是连续的而另一个相是分散的。在双渗滤***中，连续相通常是非极性聚合物，其中极性聚合物分散在其内。
“双渗滤”、“双渗滤***”和类似术语是指不混溶聚合物共混物中的共连续结构。对于炭黑填充的聚合物共混物，它是指填充有渗滤的炭黑网络的连续聚合物相，称为双渗滤***。由于这种***较低的炭黑负载和较低的粘度，其通常优于单个渗滤***。参见Penwisa Pisitsak、Rathanawan Magaraphan以及 Sadhan C.Jana，聚碳酸酯、液晶聚合物和多壁碳纳米管的导电化合物，《纳米材料学杂志(Journal of Nanomaterials)》；第2012卷(2012)，文章ID 642080。
“焊接线”和类似术语是指由模塑或挤出过程期间未能焊接在一起的两个流动前沿的会合而形成的线。焊接线通常被认为是模塑或挤出过程产品中的视觉和/或结构缺陷。
“焊接线区域”和类似术语是指焊接线周围的区域，其特征在于形成焊接线的两个或更多个相的混合。焊接线区域通常具有明显的视觉缺陷，例如沿着表面的直线，这是由于所谓的V形缺口，在模具填充期间曾经存在于模具中的空气不能从通风口逸出的区域。
“突起”和类似术语是指焊接线区域中的缺陷，其中一个相突起到另一个相中，例如，半导体屏蔽突起到焊接线区域中的绝缘层中。突起可能引起局部电应力并在层的一个或两个中引起不希望的树状结构或电降解。典型的突起源是来自炭黑的粗砂、炭黑的不良分散、聚合物凝胶和来自环境的污染。
“电缆”和类似术语是指保护性绝缘外套或护套内的至少一根电线或光纤。典型地，电缆是捆绑在一起的两根或更多根电线或光纤，通常在共同的保护性绝缘外套或护套中。外套内的单根电线或纤维可以是裸露的、覆盖的或绝缘的。组合电缆可能含有电线和光纤两者。电缆等可以设计用于低、中、高电压以及超高压应用。美国专利号5,246,783、6,496,629和6,714,707中示出了典型的电缆设计。
基于乙烯的非极性聚合物
用于本发明实践的基于乙烯的非极性聚合物是烃，并且包括或基本上由乙烯和少量的一种或多种具有3到12个碳原子，并且优选地4到8个碳原子的α-烯烃以及任选的二烯组成。α-烯烃的非限制性实例是丙烯、1-丁烯、-1-己烯、 4-甲基-1-戊烯和1-辛烯。任选的二烯的非限制性实例是异戊二烯、1,3-丁二烯、 1,5--环辛二烯等。基于共聚物的重量，α-烯烃共聚单体可以以25wt％或更少的 wt％，通常1wt％到小于25wt％，或5wt％到20wt％的量存在于共聚物中。如果存在，基于共聚物的重量，任选的二烯通常以10wt％或更少的wt％，通常1 wt％到小于5wt％，或1wt％到3wt％的量存在于共聚物中。基于乙烯的非极性聚合物的剩余物当然是乙烯。基于乙烯的聚合物包含弹性体、柔性体和塑性体。
可以用于本发明的实践的基于乙烯的非极性聚合物的实例包含，但不限于高密度聚乙烯(HDPE)；中密度聚乙烯(MDPE)；低密度聚乙烯(LDPE)；极低密度聚乙烯(VLDPE)；均匀支化的线性乙烯/α-烯烃共聚物(例如三井石化有限公司(Mitsui PetrochemicalsCompany Limited)的TAFMERTM和 DEX-Plastomers的EXACTTM)；均匀支化的大体上线性的乙烯/α-烯烃聚合物(例如可获自陶氏化学公司(The Dow Chemical Company)的AFFINITYTM聚烯烃塑性体和ENGAGETM聚烯烃弹性体)；以及乙烯嵌段共聚物(也可获自陶氏化学公司的INFUSETM)。优选基本上线性的乙烯共聚物，并且在USP 5,272,236、 5,278,272和5,986,028中更全面地描述了所述乙烯共聚物，并且在USP 7,579,408、7,355,089、7,524,911、7,514,517、7,582,716和7,504,347中更全面地描述了乙烯嵌段共聚物。
用于本发明的实践的基于乙烯的非极性聚合物具有大于(>)0.90g/cc或 >0.90g/cc到0.96g/cc或>0.90g/cc到0.95g/cc或>0.90g/cc到0.93g/cc的密度。根据ASTM D1928来制备用于密度测量的样品。将样品在190℃和30,000psi (207MPa)下压制3分钟，并且然后在21℃和207MPa下压制1分钟。使用 ASTM D792，方法B在样品压制的1小时内进行测量。
用于本发明的实践的基于乙烯的非极性聚合物具有大于(>)20g/10分钟，或>20g/10分钟到55g/10分钟，或>20g/10分钟到35g/10分钟，或>20g/10 分钟到30g/10分钟的熔体指数(MI，I2)。根据ASTM D 1238，条件190℃/2.16 kg测量熔体指数(克/10分钟)。
在一个实施例中，用于本发明的实践的基于乙烯的非极性聚合物还具有大于(>)90℃，或>90℃到115℃，或>90℃到112℃，或>90℃到110℃的熔点。通常通过差示扫描量热法(DSC)技术测量熔点，用于测量聚烯烃的熔融峰，如USP 5,783,638中所述。包括两种或更多种聚烯烃的共混物将具有多于一个熔融峰；单独的聚烯烃通常仅包括一个熔融峰。熔点为摄氏度(℃)。
在一个实施例中，用于本发明的实践的基于乙烯的非极性聚合物还具有大于(>)30％，或>30到60％，或>30到50％，或>30到40％的结晶度。“结晶度”是指如通过DSC或等同技术确定的具有一阶跃迁或结晶熔点(Tm)的聚合物。
基于乙烯的非极性聚合物在本发明的组合物中以大于(≥)40wt％或45wt％或50wt％到小于(<)100wt％或小于或等于(≤)90wt％或80wt％的量存在。在一个实施例中，基于乙烯的非极性聚合物在组合物中以≥40wt％到<100wt％或≥40wt％到90wt％或50wt％到80wt％的量存在。
在一个实施例中，基于乙烯的非极性聚合物包括两种或更多种基于乙烯的非极性聚合物。
乙烯和不饱和烷基酯的极性聚合物
极性聚合物基本上由乙烯和不饱和烷基酯组成。通常通过高压过程制备乙烯和不饱和烷基酯的共聚物。《聚合物化学导论(Introduction to Polymer Chemistry)》，Stille，Wiley and Sons，纽约，1962，第149到151页描述了常规的高压过程。高压过程通常是在管状反应器或搅拌高压釜中进行的自由基引发的聚合。在搅拌高压釜中，压力通常在10,000到30,000psi(68.95到206.8兆帕斯卡(MPa))的范围内，并且温度通常在175到250℃的范围内，并且在管状反应器中压力通常在25,000到45,000psi(172.4到310.3MPa)的范围内且温度在200到350℃的范围内。
不饱和酯可以是丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯或羧酸乙烯酯。烷基可以具有1到8个碳原子以及优选地具有1到4个碳原子。羧酸酯基团可以具有 2到8个碳原子以及优选地具有2到5个碳原子。在半导体屏蔽中，归因于酯共聚单体的共聚物部分可以基于共聚物的重量在20wt％到55wt％的范围内，并且优选地在35wt％到55wt％的范围内。就摩尔百分比而言，酯共聚单体可以以5到30摩尔百分比的量存在。酯可以具有4到20个碳原子，并且优选地具有4到7个碳原子。
乙烯基酯(或羧酸盐)的实例是乙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、新戊酸乙烯酯、新壬酸乙烯酯、新癸酸乙烯酯和乙烯2-乙基己酸酯。优选乙酸乙烯酯。丙烯酸和甲基丙烯酸酯的实例是甲基丙烯酸月桂酯；甲基丙烯酸肉豆蔻酯；棕榈酰甲基丙烯酸酯；甲基丙烯酸十八酯；3-甲基丙烯酰丙基三甲氧基硅烷；3-甲基丙烯酰氧基；甲基丙烯酸环己酯；-正己酯；甲基丙烯酸异癸酯；2-甲氧基甲基丙烯酸乙酯；甲基丙烯酸四氢糠酯；甲基丙烯酸辛酯；2-甲基丙烯酸苯氧乙酯；甲基丙烯酸异冰片酯；辛酯；甲基丙烯酸辛酯；甲基丙烯酸异辛酯；油基甲基丙烯酸酯；丙烯酸乙酯；丙烯酸甲酯；丙烯酸叔丁酯；丙烯酸正丁酯；和丙烯酸2-乙基己酯。优选丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸正丁酯或叔丁酯。烷基可以被例如氧烷基三烷氧基硅烷取代。
极性聚合物在本发明的组合物中以大于0wt％或1wt％或10wt％或20wt％或30wt％或40wt％到小于或等于(≤)60wt％或50wt％的量存在。在一个实施例中，极性聚合物在组合物中以大于0wt％到60wt％或1wt％到60wt％或20 wt％到60wt％或40wt％到60wt％或wt％40到50wt％的量存在。
极性共聚物可以具有0.900g/cc到0.990g/cc的范围内，或0.920g/cc到 0.970g/cc的范围内的密度。根据ASTM D1928来制备用于密度测量的样品。将样品在190℃和30,000psi(207MPa)下压制3分钟，并且然后在21℃和207 MPa下压制1分钟。使用ASTM D792，方法B在样品压制的1小时内进行测量。共聚物也可以具有0.1g/10分钟到100g/10分钟的范围内，或1g/10分钟到50g/10分钟的范围内的熔体指数。根据ASTM D 1238，条件190℃/2.16kg测量熔体指数(克/10分钟)。USP 3,334,081描述了用于制备乙烯和不饱和酯的共聚物的典型过程。
在一个实施例中，极性聚合物包括两种或更多种极性聚合物。
乙炔炭黑
用于本发明的实践的乙炔炭黑是通过乙炔的放热分解形成的。在一个实施例中，其具有150毫升每100克到200毫升每100克(ml/100g)，更通常地160 ml/100g到190ml/100g，并且甚至更通常地165ml/100g到185ml/100g的DBP (邻苯二甲酸二苯酯)吸收值(根据ASTM D2414-09a，炭黑-油吸收值(OAN) 的标准测试方法测量)。在一个实施例中，乙炔炭黑通常具有0.2克每毫升与0.4 克每毫升(g/ml)之间，更通常地0.25g/ml与0.4g/ml之间，并且甚至更通常地0.28g/ml与0.36g/ml之间的表观密度范围(根据ASTM D1513-05e1，炭黑、颗粒倾倒密度的标准测试方法测量)。在一个实施例中，乙炔炭黑通常具有85 毫克每克与105毫克每克(mg/g)之间，更通常地90mg/g到100mg/g之间，并且甚至更通常地92mg/g到96mg/g之间的碘吸收范围(根据ASTM D1510-09b，炭黑-碘吸收值的标准测试方法测量)。基于组合物的重量，乙炔炭黑通常以30wt％到38wt％或30wt％到36wt％或30wt％到34wt％的量存在。
固化剂
本发明的组合物可以是交联的。这是用固化剂以常规方法，通常是有机过氧化物或照射完成的，优选前者。基于复合物的重量，所用有机过氧化物的量通常在0.1wt％到2.0wt％或0.5wt％到2.0wt％或0.5wt％到1wt％的范围内。有机过氧化物交联温度通常在125℃到250℃的范围内，更通常地在135℃到 210℃的范围内。
用于交联的有机过氧化物的非限制性实例是过氧化二枯基；叔丁基过氧化异丙基；过氧化月桂酰；过氧化苯甲酰；过苯甲酸叔丁酯；二(叔丁基)过氧化物；氢过氧化枯烯；2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧)己炔-3；2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧)己烷；叔丁基过氧化氢；过碳酸异丙酯；和α,α'-双(叔丁基过氧)二异丙基苯。
通常通过电子束实现照射。颗粒形式的组合物以给定的剂量率经受电子束或暴露于特定强度的γ源给定的时间段以赋予特定剂量率的照射，所有这些都是本领域普通技术人员所熟知的。
任选添加剂
通过抗氧化剂、偶联剂、紫外线吸收剂或稳定剂、抗静电剂、颜料、染料、成核剂、增强填料或聚合物添加剂、增滑剂、增塑剂、加工助剂、润滑剂、粘度控制剂、增粘剂、防粘连剂、表面活性剂、增量油、金属钝化剂、稳压剂、阻燃填料和添加剂、交联剂、增效剂和催化剂以及抑烟剂对可以引入组合物中的常规添加剂进行例证。基于组合物的重量，可以以大于零，通常百分之0.1 到百分之50或更大重量(通常用于填料的量较大)的量添加添加剂和填料。
抗氧化剂的实例是：受阻酚，如四[亚甲基(3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯)]甲烷；二[(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基-苄基)-甲基羧乙基)]硫醚；4,4'-硫代双(2- 甲基-6-甲基苯酚)；4,4'-硫代双(2-叔丁基-5-甲基苯酚)；2,2'-硫代双(4-甲基-6-甲基苯酚)；和硫代二亚乙基双(3,5-二叔丁基-4-羟基)氢化肉桂酸酯；亚磷酸酯和亚膦酸酯如三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和二叔丁基苯基亚膦酸酯；硫代化合物，如二月桂基硫代二丙酸酯、二肉豆蔻基硫代二丙酸酯和二硬脂基硫代二丙酸酯；各种硅氧烷；和各种胺，如聚合的2,2,4-三甲基-1,2-二氢喹啉；4,4'-双(α,α- 二甲基苄基)二苯胺和烷基化二苯胺。基于组合物的重量，通常以百分之0.1到百分之5的重量的量使用抗氧化剂。
组合物
本发明的组合物具有相分离结构，即非极性和极性聚合物彼此不混溶，并且因此，在组合物内最初彼此分开存在。通常，基于乙烯的非极性聚合物是连续相，而极性聚合物是分散相，尽管在一个实施例中，非极性和极性聚合物以共连续相存在。乙炔炭黑通常且优选地处于非极性连续相中。
在一个实施例中，组合物的相分离结构是双渗滤结构。不混溶的聚合物共混物***已经通过在相的一个中优选定位导电填料，例如炭黑而有效地用于生产导电复合材料。这导致双渗滤-其中导电渗滤网络在连续相中的一个中发展。通常在组分聚合物的重量比接近50:50的共混物中观察到这种现象。
基于聚合物的组合重量，本发明的非极性和极性聚合物在组合物中以0.25 到4，或0.67到1.5的重量比存在。
复合和半导体屏蔽制造
可以在常规的熔体/混合器中或在常规的挤出机中进行复合，优选地在一个步骤中进行，并且术语熔体/混合器以及挤出机在本说明书中可互换地使用。通常，在熔体/混合器中制备导电屏蔽组合物，并且然后使用造粒机附接件或适于造粒的挤出机造粒。顾名思义，熔体/混合器和挤出机两者实际上都具有熔融区和混合区，尽管各自的各个部分被本领域技术人员以不同的名称已知。
可以在各种类型的熔体/混合器和挤出机中制备本发明的半导体屏蔽组合物，如BRABENDERTM混合器、BANBURYTM混合器、辊磨机、BUSSTM共捏合机、双轴螺杆捏合挤出机以及单或双螺杆挤出机。在USP 4,857,600中描述了常规挤出机的一个实施例。除了熔融/混合之外，挤出机可以涂覆线材或线芯。 USP 5,575,965提供了共-挤出和挤出机的实例。
典型的挤出机在其上游端处具有漏斗并且在其下游端处具有模具。漏斗进料到含有螺杆的圆筒中。在下游端处，在螺杆末端与模具之间，是过滤网组合和断路器板。挤出机的螺杆部分被视为分成三个区段，进料区段、压缩区段和计量区段，以及两个区，后加热区和前加热区，所述区段和区从上游延伸到下游。在替代性方案中，沿着从上游延伸到下游的轴线可以存在多个加热区(多于两个)。如果其具有多于一个圆筒，则圆筒串联连接。每个圆筒的长度与直径比在15:1到30:1的范围内。在线材涂覆中，材料在挤出之后交联，十字头的模具直接进料到加热区，并且将此区通常维持在120℃到260℃范围内，更通常地 140℃到220℃范围内的温度。
然后通过将挤出物暴露于高于固化剂，例如有机过氧化物的分解温度的温度来使挤出物交联。优选地，使用的过氧化物通过四个或更多个半衰期分解。交联可以在例如烘箱或连续可硫化(CV)管中完成。对于蒸汽CV设备，额定压力的硫化管机械地联接到挤出机十字头，使得聚合物熔体离开十字头/模具组合件进入垂直于挤出机运行的硫化管。在典型的CV操作中，将包含过氧化物的组合物在低熔体挤出温度下挤出制成绝缘和电缆外套，以避免挤出机中的过早交联。制成的熔体形状离开成型模具进入蒸汽硫化管，在此处发生挤出后过氧化物引发的交联。蒸汽管充满饱和蒸汽，其继续将聚烯烃熔体加热到交联所需的升高的温度。大多数CV管充满饱和蒸汽，以最大化交联发生的停留时间。用水填充离开管子之前的最终长度以冷却现在交联的绝缘/外套。在CV管的末端，绝缘电线或电缆穿过包含紧密配合垫圈的端部密封件，这使冷却水泄漏最小化。蒸汽调节器、水泵和阀门维持蒸汽和水的平衡以及蒸汽CV管内的相应填充长度。替代性地，热氮气CV管可以用于固化电缆结构。
以下实例是本发明的组合物、半导体屏蔽和电缆的非限制性实施例。
具体实施例
材料
表1中描述了以下实例中使用的材料。
表1
实例的材料
Figure BDA0001906128860000131
乙炔炭黑，具有200ml/100g的DBP(ASTM D2414)，1.75g/cm3的表观密度，85mg/g到93mg/g的碘吸收值(ASTM D1510)。
复合和测试方法和结果
HAAKETM流变仪混合器用于复合所有配制品。通常，首先添加基础树脂并在125℃下熔化，然后添加炭黑和其它组分并以60转每分钟(rpm)混合10 分钟。
在配备有25mm不锈钢平行板几何形状(间隙＝1.5mm)的TA Instruments ARES-G2流变仪上使用振荡流变学测量Tanδ和粘度。在测试之前，将样品夹在平行板之间，并且在压缩模式下激活自动张力以确保与板的良好接触，然后开始测试。
开发Tanδ方法以研究化合物的粘弹性，并且其示出与几种商业超光滑产品的焊接线性能具有很好的相关性。材料的消散与其弹性相关，但是在本发明的上下文中，它更多地与界面处的两个流动前沿的表现相关：聚合物链如何在变形期间消散能量并且在两个流动前沿的界面处渗透到彼此中以及什么影响炭黑颗粒的分散。可以使用消散因子tan(δ)测量消散性质，并且通过旋转流变仪测量损耗模量。
Tanδ/粘度(10rad/s下)被定义为预测焊接线性能的新参数。此值与基础树脂的粘弹性性质以及化合物的流动性相关。如果Tanδ/粘度(10rad/s下)高于3.6，则其预测测试样品无焊接线。通过几种商业产品证实这是正确的。人们也可以仅使用10rad/s下化合物的表观粘度作为指示剂，具有低于3000mPa.s 表观粘度的样品被认为是无焊接线的。
体积电阻(VR)测试根据ASTM D257，IEC 60093。
在具有加速电子5.00KV的压缩板上测试扫描电子显微镜(SEM)。
表2报告了发明和对比样品的结果。
表2
发明和对比样品结果
Figure BDA0001906128860000151
对于共混物，非极性树脂部分在焊接线性能方面起着关键作用。表2报告了如果非极性树脂具有低于20g/10分钟(2.16kg@190℃)的MI(对比实例1、 2、3和6)或低于0.90g/cc的密度(对比实例4和5)，则共混物可以具有10rad/s 下高于3000mPa.s的粘度，以及10rad/s下高于3.5的Tanδ/粘度，这是指焊接线问题。否则，如果非极性树脂具有大于20g/10分钟(2.16kg@190℃)的 MI，以及大于0.90g/cc的密度(发明实例1、2、3、4和5)，则共混物可以是无焊接线的。
优选地，非极性树脂具有高于90℃的熔点，和共聚单体含量<25％以及结晶度>30％(发明实例1)。这种非极性树脂可以与极性树脂如EEA或EBA或 EMA共混，以形成双渗滤相结构，这可以更有效地降低炭黑负载，同时维持无焊接线性能。从40:60到60:40(发明实例1-1到1-6)探索了极性树脂与非极性树脂之间的不同比例。图1中示出了它们的相分离结构。由于粘度较低，较高的非极性树脂含量有利于焊接线性能，然而，如果非极性树脂与极性树脂的比例大于60:40，则还必须注意光滑度。对于低于40:60的比例，可能存在焊接线问题(tanδ/粘度低于3.5)。

Claims (13)

1.一种组合物，其包括：
(A)基于乙烯的非极性聚合物，其具有大于0.90g/cc的密度，以及190℃/2.16Kg下的>20g/10分钟的熔体指数；
(B)极性聚合物，其由乙烯和具有4到20个碳原子的不饱和烷基酯组成；
(C)乙炔炭黑；以及
(D)固化剂；
条件是：(1)所述组合物具有相分离结构，(2)非极性聚合物与极性聚合物的重量比为0.25到4，和(3)所述基于乙烯的非极性聚合物具有以下各项中的至少一项(i)熔点大于或等于90℃，和(ii)结晶度≥30％。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述基于乙烯的非极性聚合物包括具有3到12个碳原子的α-烯烃以及任选的二烯。
3.根据权利要求2所述的组合物，其中所述基于乙烯的非极性聚合物包括少于25wt％的衍生自所述α-烯烃的单体单元。
4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述极性聚合物是乙烯-丙烯酸乙酯(EEA)、乙烯-丙烯酸丁酯(EBA)或乙烯-马来酸酐(EMA)中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述乙炔炭黑占所述组合物的30到38wt％。
6.根据权利要求1所述的组合物，其中所述相分离结构是双渗滤相结构。
7.一种半导体屏蔽层，其由根据权利要求1所述的组合物制成。
8.一种电缆，其包括根据权利要求7所述的半导体屏蔽层。
9.根据权利要求1所述的组合物，其中所述非极性聚合物与极性聚合物的重量比为0.67到1.5。
10.根据权利要求1所述的组合物，其中极性聚合物与非极性聚合物的共混物具有大于3.6的Tanδ/粘度。
11.根据权利要求1所述的组合物，其中极性聚合物与非极性聚合物的共混物具有低于3000mPa·s的表观粘度。
12.根据权利要求1所述的组合物，其中极性聚合物与非极性聚合物的共混物具有大于3.6的Tanδ/粘度和低于3000mPa·s的表观粘度。
13.根据权利要求12所述的组合物，其中所述极性聚合物与非极性聚合物的共混物是无焊接线的。
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