DE112020001702T5

DE112020001702T5 - Elektrische Isolierzusammensetzung und Stromkabel

Info

Publication number: DE112020001702T5
Application number: DE112020001702.8T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Yamasaki; Takanori Yamazaki
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2019-04-04
Filing date: 2020-01-10
Publication date: 2021-12-16
Also published as: US20220130571A1; CN113474407A; JP7334776B2; WO2020202689A1; JPWO2020202689A1

Abstract

Elektrische Isolierzusammensetzung, die ein Basisharz, das 65 Masseteile oder mehr und 98 Masseteile oder weniger eines Polyethylens und 2 Masseteile oder mehr und 35 Masseteile oder weniger eines styrolhaltigen Harzes enthält, wobei das Polyethylen und das styrolhaltige Harz insgesamt 100 Masseteile ausmachen, und das 0,05 Masseteile oder mehr und 1,0 Masseteile oder weniger eines Fettsäureamids enthält.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Isolierzusammensetzung und ein Stromkabel.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 4. April 2019 eingereichten ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2019-071786, deren Inhalt durch Bezugnahme in vollem Umfang in diesem Dokument aufgenommen ist.
Hintergrund
Polyethylen wird wegen seiner hervorragenden Isolierwirkung häufig als Basisharz für eine elektrische Isolierzusammensetzung verwendet, die in einer Isolierschicht eines Stromkabels enthalten ist (z. B. Patentdokument 1).
Stand-der-Technik Dokument
Patentdokument
Patentdokument 1: Nicht geprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. S57-6961 1
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung,
wird eine elektrische Isolierzusammensetzung bereitgestellt, die Folgendes umfasst:

ein Basisharz, das 65 Masseteile oder mehr und 98 Masseteile oder weniger eines Polyethylens und 2 Masseteile oder mehr und 35 Masseteile oder weniger eines styrolhaltigen Harzes enthält,
wobei das Polyethylen und das styrolhaltige Harz in Summe 100 Masseteile ergeben, und 0,05 Masseteile oder mehr und 1,0 Masseteile oder weniger eines Fettsäureamids.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, ist ein Stromkabel vorgesehen, umfassend:

einen Leiter, und
eine Isolierschicht, die einen Außenumfang des Leiters bedeckt;
wobei die Isolierschicht eine elektrische Isolierzusammensetzung enthält, umfassend:
- ein Basisharz, das 65 Masseteile oder mehr und 98 Masseteile oder weniger eines Polyethylens und 2 Masseteile oder mehr und 35 Masseteile oder weniger eines styrolhaltigen Harzes enthält,
wobei das Polyethylen und das styrolhaltige Harz in Summe 100 Masseteile ergeben, und 0,05 Masseteile oder mehr und 1,0 Masseteile oder weniger eines Fettsäureamids.

Figurenliste

1 ist eine schematische Querschnittansicht orthogonal zu einer axialen Richtung eines Stromkabels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsformen
Das durch die Erfindung zu lösende Problem
Wenn ein Stromkabel in einer feuchten Umgebung oder in einer Umgebung, in die Wasser eindringt, geladen wird, können sich in der Isolierschicht Wasserbäumchen bilden (Water-Treeing). Daher ist es erforderlich, die Beständigkeit der Isolierschicht gegen Water-Treeing zu verbessern.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Technik bereitzustellen, die die Widerstandsfähigkeit gegen die Bildung von Water-Treeing verbessern und gleichzeitig verschiedene Kabeleigenschaften gewährleisten kann.
Vorteilhafte Wirkung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Water-Treeing-Beständigkeit verbessert werden, wobei verschiedene Kabeleigenschaften gewährleistet werden.
Beschreibung der Ausführungsform der Erfindung
<Erworbene Kenntnisse der Erfinder>
Zunächst erfolgt ein Überblick über die von den Erfindern gewonnenen Erkenntnisse.
Ein Stromkabel kann beispielsweise in einer feuchten Umgebung oder in einer Umgebung, in die Wasser eindringt, verlegt werden. Wenn in einer solchen Umgebung ein vorbestimmtes elektrisches Feld an eine Isolierschicht des Stromkabels angelegt wird, kann sich in der Isolierschicht ein Wasserbäumchen bilden. Wenn sich das Wasserbäumchen in der Isolierschicht bildet, kann die Isolierung des Stromkabels beschädigt werden.
Das Wasserbäumchen entsteht zum Beispiel durch den folgenden Mechanismus. In einer feuchten Umgebung oder einer Umgebung, in die Wasser eindringt, kann Wasser in die Isolierschicht des Stromkabels eindringen. Wenn während des Aufladens des Stromkabels Wasser in die Isolierschicht eindringt, sammelt sich das Wasser in einem Bereich, in dem eine lokale elektrische Feldkonzentration in der Isolierschicht erzeugt wird. Beispiele für die lokale elektrische Feldkonzentration sind Hohlräume in der Isolierschicht, Fremdstoffe und eine Fehlanpassung an der Grenzfläche zwischen der Isolierschicht und der Halbleiterschicht. Wenn sich das Wasser in einem solchen Teil mit lokaler elektrischer Feldkonzentration sammelt, kommt es aufgrund des erhöhten Drucks des gesammelten Wassers zu einer mechanischen Belastung um einen solchen Wassersammelabschnitt herum. Infolgedessen bildet sich in der Isolierschicht eine baumartige oder bogenförmige Water-Treeing-Struktur.
In der Vergangenheit wurden verschiedene Techniken untersucht, um die Bildung von Wasserbäumchen in der Isolierschicht des Stromkabels zu unterdrücken, wie z. B. in dem zuvor erwähnten Patentdokument 1.
In letzter Zeit sind jedoch die Anforderungen an Stromkabel, die in einer feuchten Umgebung oder in einer Umgebung mit Wassereintritt verlegt werden, strenger geworden. Alternativ besteht die Notwendigkeit, die Konfiguration des in einer feuchten Umgebung oder in einer wasserdurchfluteten Umgebung verlegten Stromkabels zu vereinfachen, um die Kosten des Stromkabels zu senken. Aus diesen Gründen besteht ein Bedarf an einem Stromkabel mit einer weiter verbesserten Beständigkeit gegen eine Wasserbäumchenbildung als bisher.
Daher haben die Erfinder die Materialien untersucht, die der elektrischen Isolierzusammensetzung in der Isolierschicht des Stromkabels zugesetzt werden. Insbesondere haben die Erfinder unter den verschiedenen Materialien, die der elektrischen Isolierzusammensetzung zugesetzt werden, styrolhaltige Harze und Fettsäureamide berücksichtigt. Als Ergebnis der Überlegungen wurde festgestellt, dass die Zahlendichte der in der Isolierschicht erzeugten Wasserbäumchen durch die Zugabe entweder des styrolhaltigen Harzes oder des Fettsäureamids reduziert werden kann.
Als Ergebnis weiterer intensiver Untersuchungen haben die vorliegenden Erfinder herausgefunden, dass die Zugabe sowohl des styrolhaltigen Harzes als auch des Fettsäureamids die Wasserbäumchenbeständigkeit deutlich verbessern kann. Insbesondere haben die Erfinder herausgefunden, dass die maximale Länge des in der Isolierschicht erzeugten Wasserbäumchens verkürzt und die Anzahl der in der Isolierschicht erzeugten Wasserbäumchen deutlich reduziert werden kann.
Die vorliegende Erfindung basiert auf den zuvor erwähnten Erkenntnissen der Erfinder.
<Ausführungsformen der Erfindung>
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufgeführt und beschrieben.

[1] Eine elektrische Isolierzusammensetzung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst:
- ein Basisharz, das 65 Masseteile oder mehr und 98 Masseteile oder weniger eines Polyethylens und 2 Masseteile oder mehr und 35 Masseteile oder weniger eines styrolhaltigen Harzes enthält,
- wobei das Polyethylen und das styrolhaltige Harz insgesamt 100 Masseteile ausmachen, und
- 0,05 Masseteile oder mehr und 1,0 Masseteile oder weniger eines Fettsäureamids.

Mit dieser Konfiguration lässt sich die Wasserbeständigkeit erheblich verbessern, während gleichzeitig verschiedene Kabeleigenschaften gewährleistet werden.

[2] In der elektrischen Isolierzusammensetzung nach Punkt [1], beträgt die maximale Länge eines in der elektrischen Isolierzusammensetzung erzeugten Wasserbäumchens weniger als 200 µm, wenn ein elektrisches Wechselfeld von 4 kV/mm bei einer handelsüblichen Frequenz 1.000 Stunden lang an die elektrische Isolierzusammensetzung angelegt wird, wobei die elektrische Isolierzusammensetzung, die das Basisharz und das Fettsäureamid aufweist, in eine wässrige 1 N NaCI-Lösung bei einer normalen Temperatur eingetaucht wird.

Mit dieser Konfiguration kann der durch das Wasserbäumchen verursachte dielektrische Durchschlag der Isolierschicht stabil unterdrückt werden.

[3] In der elektrischen Isolierzusammensetzung nach Punkt [1] oder [2], beträgt eine Zahlendichte von Wasserbäumchen mit einer Länge von 30 µm oder mehr, die in der elektrischen Isolierzusammensetzung erzeugt werden, weniger als 200 cm^-3, wenn ein elektrisches Wechselfeld von 4 kV/mm bei einer handelsüblichen Frequenz 1.000 Stunden lang an die elektrische Isolierzusammensetzung angelegt wird, wobei die elektrische Isolierzusammensetzung, die das Basisharz und das Fettsäureamid aufweist, in eine wässrige 1 N NaCI-Lösung bei einer normalen Temperatur eingetaucht wird.

[4] In der elektrischen Isolierzusammensetzung nach einem der Punkte [1] bis [3], beträgt der Styrolgehalt des styrolhaltigen Harzes weniger als 45 Masseprozent.

Durch diese Konfiguration kann die maximale Länge des Wasserbäumchens ausreichend verkürzt werden. Außerdem kann ein Verlustfaktor ausreichend reduziert werden. Zudem können die mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit und Zugdehnung) ausreichend verbessert werden.

[5] In der elektrischen Isolierzusammensetzung nach einem der Punkte [1] bis [4], beträgt der Gesamtgehalt von Styrol im Basisharz 0,15 Massenteile oder mehr und 11 Massenteile oder weniger, bezogen auf 100 Massenteile des Basisharzes.

Da der Gesamtgehalt von Styrol 0,15 Masseteile oder mehr beträgt, kann der Wasserbäumchen-Unterdrückungseffekt durch das styrolhaltige Harz ausreichend erzielt werden. Da der Gesamtgehalt von Styrol 11 Masseteile oder weniger beträgt, kann der Dissipationsfaktor ausreichend reduziert und die mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit und Zugdehnung) ausreichend verbessert werden.

[6] In der elektrischen Isolierzusammensetzung nach einem der Punkte [1] bis [5], beträgt das Verhältnis zwischen dem Gesamtgehalt des Styrols im Basisharz und dem Gehalt des Fettsäureamids 1,5 oder mehr und 110 oder weniger.

Mit dieser Konfiguration kann eine bemerkenswerte Wirkung zur Unterdrückung von Wasserbäumchen sowohl durch das Fettsäureamid als auch durch das styrolhaltige Harz erzielt werden. Darüber hinaus können ein Anstieg des Dissipationsfaktors und eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften (Abnahme der Zugfestigkeit und Abnahme der Zugdehnung) stabil unterdrückt werden.

[7] Die elektrische Isolierzusammensetzung gemäß einem der Punkte [1] bis [6], enthält ferner 0,1 Masseteile oder mehr und 10 Masseteile oder weniger eines ungesättigten Dimers von α-aromatisch substituiertem α-Methylalken.

Bei dieser Konfiguration kann zusätzlich zu dem Wasserbäumchen-Unterdrückungseffekt durch das styrolhaltige Harz und das Fettsäureamid die Bildung von Wasserbäumchen in der Isolierschicht stabiler unterdrückt werden.

[8] In der elektrischen Isolierzusammensetzung nach einem der Punkte [1] bis [7], enthält das Fettsäureamid ein Fettsäuremonoamid.

Durch diese Konfiguration kann der Unterdrückungseffekt auf die lokale Wasserkonzentration durch eine polare Gruppe verbessert werden.

[9] In der elektrischen Isolierzusammensetzung nach einem der Punkte [1] bis [8], enthält das Fettsäureamid ein ungesättigtes Fettsäureamid.

Bei dieser Konfiguration können die Elektronen durch die verstreuten ungesättigten Bindungen (Doppelbindungen) eingefangen werden, und die lokale Konzentration des elektrischen Feldes kann unterdrückt werden.

[10] Die elektrische Isolierzusammensetzung gemäß einem der Punkte [1] bis [9], umfasst ferner ein Vernetzungsmittel, das ein organisches Peroxid enthält.

Gemäß dieser Konfiguration kann das Vernetzungsmittel das Basisharz vernetzen. Dadurch können die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der elektrischen Isolationszusammensetzung verbessert werden.

(11) In der elektrischen Isolierzusammensetzung nach einem der Punkte [1] bis [9], ist das Basisharz vernetzt.

Durch diese Konfiguration können die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der elektrischen Isolierzusammensetzung verbessert werden.

[12] Ein Stromkabel gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst:
- einen Leiter, und
- eine Isolierschicht, die einen Außenumfang des Leiters bedeckt;
- wobei die Isolierschicht eine elektrische Isolierzusammensetzung enthält, umfassend:
  - ein Basisharz, das 65 Masseteile oder mehr und 98 Masseteile oder weniger eines Polyethylens und 2 Masseteile oder mehr und 35 Masseteile oder weniger eines styrolhaltigen Harzes enthält,
- wobei das Polyethylen und das styrolhaltige Harz insgesamt 100 Masseteile ausmachen, und
- 0,05 Masseteile oder mehr und 1,0 Masseteile oder weniger eines Fettsäureamids.

Mit dieser Konfiguration lässt sich die Wasserbeständigkeit erheblich verbessern, während gleichzeitig verschiedene Kabeleigenschaften gewährleistet werden.
Einzelheiten der Ausführungsform der Erfindung
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Figuren beschränkt, sondern soll durch die Ansprüche definiert werden und alle Änderungen umfassen, die in die Bedeutung und den Anwendungsbereich der Ansprüche fallen.
<Eine Ausführungsform der Erfindung>
(1) Zusammensetzung der elektrischen Isolierung
Eine elektrische Isolierzusammensetzung dieser Ausführungsform ist ein Material, das in einer Isolierschicht 130 eines später beschriebenen Stromkabels 10 enthalten ist und beispielsweise ein Basisharz, ein Fettsäureamid und andere Zusatzstoffe enthält.
Die „elektrische Isolierzusammensetzung“ in dieser Ausführungsform umfasst zum Beispiel eine Zusammensetzung in unvernetztem Zustand, die kein später beschriebenes Vernetzungsmittel enthält, eine Zusammensetzung in unvernetztem Zustand, die ein später beschriebenes Vernetzungsmittel enthält, und eine Zusammensetzung in vernetztem Zustand.
(Basisharz)
Ein Basisharz (Basispolymer) ist eine Harzkomponente, die in einer Hauptkomponente der elektrischen Isolierzusammensetzung enthalten ist. Das Basisharz dieser Ausführungsform enthält zum Beispiel ein Polyethylen und ein styrolhaltiges Harz.
Beispiele für das im Basisharz enthaltene Polyethylen sind ein Polyethylen niedriger Dichte (LDPE: Dichte 0,91 g/cm³ oder mehr und weniger als 0,93 g/cm³), ein lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE: Dichte 0.945 g/cm³ oder weniger), ein Polyethylen mittlerer Dichte (MDPE: Dichte 0,93 g/cm³ oder mehr und weniger als 0,942 g/cm³), ein Polyethylen hoher Dichte (HDPE: Dichte 0,942 g/cm³ oder mehr), und dergleichen. Unter ihnen wird mindestens eines von LDPE und LLDPE bevorzugt. Dadurch können die mechanischen Eigenschaften verbessert werden, während die Isolierung des Stromkabels verbessert wird.
Der im Basisharz enthaltene Begriff „styrolhaltiges Harz“ bezeichnet ein Polymer, das zumindest teilweise Styrol enthält, und kann als thermoplastisches Elastomer auf Styrolbasis umschrieben werden.
Wenn das Basisharz das styrolhaltige Harz enthält, können Elektronen durch einen aromatischen Ring des Styrols eingefangen werden, um eine stabile Resonanzstruktur zu bilden. Außerdem kann das styrolhaltige Harz dazu gebracht werden, als Elastomer zu wirken, um das Auftreten eines mechanischen Spannungsrisses zu unterdrücken. Dadurch kann die Bildung des später beschriebenen Wasserbäumchens in der Isolierschicht 130 unterdrückt werden.
Beispiele für styrolhaltige Harze sind insbesondere Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymere, hydrierte Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymere, Styrol-Isopren-Styrol-Copolymere, hydrierte Styrol-Isopren-Styrol-Copolymere, hydrierte Styrol-Butadien-Kautschuke, hydrierte Styrol-Isopren-Kautschuke, Styrol-Ethylen-Butylen-Olefin-Kristall-Blockcopolymere und dergleichen. Es ist zu beachten, dass zwei oder mehr dieser Stoffe in Kombination verwendet werden können.
Der hier verwendete Begriff „hydriert“ bedeutet, dass Wasserstoff an eine Doppelbindung angefügt wird. Zum Beispiel bedeutet „hydriertes Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymer“ ein Polymer, das durch Hinzufügen von Wasserstoff zu einer Doppelbindung eines Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymers erhalten wird. Es ist zu beachten, dass Wasserstoff nicht an eine Doppelbindung im aromatischen Ring des Styrols hinzugefügt wird. Der Begriff „hydriertes Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymer“ kann in „Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol-Blockcopolymer“ umformuliert werden.
Wenn der Gesamtgehalt des Basisharzes 100 Masseteile beträgt, beträgt der Gehalt des Polyethylens im Basisharz beispielsweise 65 Masseteile oder mehr und 98 Masseteile oder weniger, und der Gehalt des styrolhaltigen Harzes im Basisharz beträgt beispielsweise 2 Masseteile oder mehr und 35 Masseteile oder weniger.
Wenn der Gehalt des styrolhaltigen Harzes weniger als 2 Massenteile beträgt, kann der Wasserbäumchen-Unterdrückungseffekt durch das styrolhaltige Harz nicht ausreichend erzielt werden. Wenn der Gehalt des styrolhaltigen Harzes dagegen 2 Masseteile oder mehr beträgt, kann der Wasserbäumchen-Unterdrückungseffekt durch das styrolhaltige Harz ausreichend erzielt werden. Andererseits, wenn der Gehalt des styrolhaltigen Harzes mehr als 35 Masseteile beträgt, können übermäßig viele Elektronen durch den aromatischen Ring des Styrols eingefangen werden, was möglicherweise zu einem größeren Verlust im elektrischen Wechselfeld führt. Daher kann es zu einem erhöhten Verlustfaktor kommen. Wenn der Anteil des styrolhaltigen Harzes mehr als 35 Masseteile beträgt, nimmt ein Polystyrolblock als Hartsegment im Verhältnis zu einem Polyolefinblock als Weichsegment übermäßig zu. Infolgedessen können sich die mechanischen Eigenschaften verschlechtern (was zumindest zu einer verringerten Zugfestigkeit oder einer verringerten Zugdehnung führt). Wenn der Gehalt des styrolhaltigen Harzes dagegen 35 Masseteile oder weniger beträgt, kann eine übermäßige Elektronenfalle durch den aromatischen Ring des Styrols unterdrückt und ein Anstieg des Verlustes gegenüber dem elektrischen Wechselfeld unterdrückt werden. Infolgedessen kann der Verlustfaktor reduziert werden. Wenn der Gehalt des styrolhaltigen Harzes 35 Masseteile oder weniger beträgt, kann außerdem eine relative Überhöhung des Polystyrolblocks als Hartsegment unterdrückt werden. Dementsprechend kann eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften (Abnahme der Zugfestigkeit und Abnahme der Zugdehnung) unterdrückt werden.
In dieser Ausführungsform beträgt der prozentuale Styrolgehalt im styrolhaltigen Harz (im Folgenden einfach als „prozentualer Styrolgehalt“ bezeichnet) vorzugsweise weniger als 45 Masseprozent. Es ist zu beachten, dass sich der Begriff „Styrolgehalt in Prozent des styrolhaltigen Harzes“ auf einen Massenprozentsatz des in einem Molekül des styrolhaltigen Harzes enthaltenen Styrols bezieht.
Wenn der Styrolgehalt 45 Massenprozent oder mehr beträgt, nimmt die Kompatibilität zwischen dem Polyethylen und dem styrolhaltigen Harz ab. Wenn die Kompatibilität abnimmt, entsteht ein Teil, in dem die Polystyrolblöcke als Hartsegmente relativ dicht sind. Wenn ein Wasserbäumchen erzeugt wird, kann daher ein Spannungsriss in einem Teil, in dem die Polystyrolblöcke relativ dicht sind, nicht ausreichend unterdrückt werden, und die Wirkung der Unterdrückung der Ausbreitung des Wasserbäumchens kann nicht ausreichend erzielt werden. Infolgedessen kann die maximale Länge des Wasserbäumchens nicht ausreichend verkürzt werden. Wenn der prozentuale Styrolgehalt 45 Massenprozent oder mehr beträgt, kann die Elektronenfalle durch den aromatischen Ring des Styrols lokalisiert sein, und der Verlust durch das elektrische Wechselfeld kann nicht ausreichend reduziert werden. Aus diesem Grund kann der Dissipationsfaktor nicht ausreichend reduziert werden. Außerdem nehmen die Polystyrolblöcke als Hartsegmente relativ zu, wenn der Styrolgehalt 45 Massenprozent oder mehr beträgt. Dementsprechend können die mechanischen Eigenschaften (mindestens eine der Eigenschaften Zugfestigkeit und Zugdehnung) nicht ausreichend verbessert werden.
Im Gegensatz dazu kann bei einem Styrolgehalt von weniger als 45 Massenprozent die Abnahme der Kompatibilität zwischen dem Polyethylen und dem styrolhaltigen Harz unterdrückt werden. Wenn die Abnahme der Kompatibilität unterdrückt wird, kann die Entstehung des Teils, in dem die Polystyrolblöcke als Hartsegmente relativ dicht sind, unterdrückt werden. Dadurch können Spannungsrisse in der elektrischen Isolationszusammensetzung gleichmäßig unterdrückt werden, und die Ausbreitung des Wasserbäumchens kann unterdrückt werden. Infolgedessen kann die maximale Länge des Wasserbäumchens ausreichend verkürzt werden. Darüber hinaus kann bei einem Styrolgehalt von weniger als 45 Massenprozent die lokale Elektronenfalle durch den aromatischen Ring des Styrols unterdrückt und der Verlust durch das elektrische Wechselfeld ausreichend reduziert werden. Dadurch kann der Dissipationsfaktor ausreichend reduziert werden. Wenn der prozentuale Anteil des styrolhaltigen Harzes weniger als 45 Massenprozent beträgt, kann außerdem eine relative Zunahme des Polystyrolblocks als Hartsegment unterdrückt werden. Hierdurch können die mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit und Zugdehnung) ausreichend verbessert werden.
Die Untergrenze des prozentualen Styrolgehalts im styrolhaltigen Harz ist nicht besonders begrenzt. Unter dem Gesichtspunkt der effizienten Entfaltung des Wasserbäumchen-Unterdrückungseffekts durch das styrolhaltige Harz beträgt der prozentuale Styrolgehalt in dem styrolhaltigen Harz jedoch zum Beispiel vorzugsweise 5 Massenprozent oder mehr.
In dieser Ausführungsform beträgt der Gesamtgehalt des Styrols im Basisharz (im Folgenden einfach als „Gesamtstyrolgehalt“ bezeichnet) zum Beispiel vorzugsweise 0,15 Masseteile oder mehr und 11 Masseteile oder weniger, bezogen auf 100 Masseteile des Basisharzes.
Wenn der Gesamtstyrolgehalt weniger als 0,15 Massenteile beträgt, kann der Wasserbäumchen-Unterdrückungseffekt durch das styrolhaltige Harz nicht ausreichend erzielt werden. Liegt der Gesamtstyrolgehalt dagegen bei 0,15 Masseteilen oder mehr, kann der Wasserbäumchen-Unterdrückungseffekt durch das styrolhaltige Harz ausreichend erzielt werden. Andererseits kann bei einem Gesamtstyrolgehalt von mehr als 11 Masseteilen der Verlust durch das elektrische Wechselfeld aufgrund der Zunahme der Elektronenfalle durch den aromatischen Ring des Styrols nicht ausreichend reduziert werden. Aus diesem Grund kann der Dissipationsfaktor nicht ausreichend reduziert werden. Wenn der Gesamtstyrolgehalt mehr als 11 Masseteile beträgt, nehmen die Polystyrolblöcke als Hartsegmente im Verhältnis zu den Polyolefinblöcken als Weichsegmente zu. Dementsprechend können die mechanischen Eigenschaften (mindestens eine der Eigenschaften Zugfestigkeit und Zugdehnung) nicht ausreichend verbessert werden. Im Gegensatz dazu kann bei einem Gesamtstyrolgehalt von 11 Masseteilen oder weniger der Verlust im elektrischen Wechselfeld aufgrund der Elektronenfalle durch den aromatischen Ring des Styrols ausreichend reduziert werden. Infolgedessen kann der Dissipationsfaktor ausreichend reduziert werden. Darüber hinaus kann bei einem Gesamtstyrolgehalt von 11 Masseteilen oder weniger eine relative Zunahme der Polystyrolblöcke als Hartsegmente unterdrückt werden. Hierdurch können die mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit und Zugdehnung) ausreichend verbessert werden.
(Fettsäureamid)
Das Fettsäureamid wird der elektrischen Isolierzusammensetzung zugesetzt, so dass das Fettsäureamid als Gleitmittel wirken kann, um die Fließfähigkeit der elektrischen Isolierzusammensetzung beim Extrusionsschritt der Isolierschicht 130 zu verbessern. Darüber hinaus ist das Fettsäureamid dispergiert, so dass die dispergierten polaren Gruppen (hydrophile Gruppen) die lokale Wasserkonzentration in der elektrischen Isolierzusammensetzung unterdrücken können. Infolgedessen kann die Bildung des Wasserbäumchens in der Isolierschicht 130 unterdrückt werden.
Beispiele für Fettsäureamide sind gesättigte Fettsäuremonoamide, ungesättigte Fettsäuremonoamide, gesättigte Fettsäurebisamide und ungesättigte Fettsäurebisamide.
Zu den gesättigten Fettsäuremonoamiden gehören insbesondere Laurinsäureamid, Palmitinsäureamid, Stearinsäureamid, Hydroxystearinsäureamid und dergleichen.
Beispiele für das ungesättigte Fettsäuremonoamid sind Ölsäureamid, Erucasäureamid und dergleichen.
Beispiele für gesättigte Fettsäurebisamide sind Methylenbisstearinsäureamid, Ethylenbiscaprinsäureamid, Ethylenblaursäureamid, Ethylenbisstearinsäureamid, Ethylenbishydroxystearinsäureamid, Ethylenbistehensäureamid, Hexamethylenbisstearinsäureamid, Hexamethylenbishydroxystearinsäureamid, N,N'-Distearyladipinsäureamid und ähnliche.
Beispiele für ungesättigte Fettsäurebisamide sind Ethylenbisoleinsäureamid, Ethylenbiserucinsäureamid, Hexamethylenbisoleinsäureamid, N,N'-Dioleyladipinsäureamid, N,N'-Dioleylsebacinsäureamid und ähnliche.
Es ist zu beachten, dass zwei oder mehr dieser Fettsäureamide in Kombination verwendet werden können.
In dieser Ausführungsform ist das Fettsäureamid, das der Elektroisolierzusammensetzung zugesetzt wird, vorzugsweise ein Fettsäuremonoamid, zum Beispiel. Das heißt, das Fettsäureamid umfasst zum Beispiel vorzugsweise eine Amidgruppe. Dadurch kann die Polarität des Fettsäureamids verbessert werden. Dadurch kann der Unterdrückungseffekt auf die lokale Konzentration von Wasser durch die polare Gruppe verbessert werden.
In dieser Ausführungsform ist zum Beispiel das Fettsäureamid, das der Elektroisolierzusammensetzung zugesetzt wird, vorzugsweise ein ungesättigtes Fettsäureamid. Das heißt, das Fettsäureamid weist zum Beispiel vorzugsweise eine ungesättigte Bindungseinheit (ungesättigte Gruppe, Doppelbindung) auf. Dadurch können Elektronen durch die dispergierten ungesättigten Bindungsanteile eingefangen und die lokale elektrische Feldkonzentration unterdrückt werden.
In dieser Ausführungsform beträgt der Gehalt des Fettsäureamids in der Elektroisolierzusammensetzung 0,05 Masseteile oder mehr und 1,0 Masseteile oder weniger, bezogen auf 100 Masseteile des Basisharzes.
Wenn der Gehalt des Fettsäureamids weniger als 0,05 Masseteile beträgt, kann der Wasserbäumchen-Unterdrückungseffekt durch das Fettsäureamid nicht ausreichend erzielt werden. Wenn der Gehalt des Fettsäureamids dagegen 0,05 Masseteile oder mehr beträgt, kann der Wasserbäumchen-Unterdrückungseffekt durch das Fettsäureamid ausreichend erzielt werden. Beträgt der Gehalt des Fettsäureamids hingegen mehr als 1,0 Masseteile, kann sich das Fettsäureamid aufgrund der unterschiedlichen Kompatibilität zwischen dem Basisharz und dem Fettsäureamid auf der Oberfläche der Isolierschicht 130 ablagern. Dieses Phänomen wird als „Ausblühen“ bezeichnet. Beträgt der Gehalt des Fettsäureamids dagegen 1,0 Masseteile oder weniger, kann die Bildung von Ausblühungen aufgrund der unterschiedlichen Kompatibilität zwischen dem Basisharz und dem Fettsäureamid unterdrückt werden.
Da in dieser Ausführungsform sowohl das Fettsäureamid als auch das zuvor erwähnte styrolhaltige Harz zugesetzt werden, kann die Widerstandsfähigkeit gegen Wasserbäumchen aufgrund ihrer synergistischen Wirkung deutlich verbessert werden.
In dieser Ausführungsform beträgt das Verhältnis B/A zwischen dem Gesamtgehalt B des Styrols im Basisharz und dem Gehalt A des Fettsäureamids (im Folgenden auch als Gehaltsverhältnis B/A bezeichnet) beispielsweise vorzugsweise 1,5 oder mehr und 110 oder weniger, und noch bevorzugter 2,4 oder mehr und 105 oder weniger.
Wenn das Verhältnis B/A weniger als 1,5 beträgt, kann der bemerkenswerte Wasserbäumchen-Unterdrückungseffekt sowohl durch das Fettsäureamid als auch durch das styrolhaltige Harz nicht ausreichend erzielt werden. Wenn das Verhältnis B/A hingegen 1,5 oder mehr beträgt, kann der bemerkenswerte Wasserbäumchen-Unterdrückungseffekt sowohl durch das Fettsäureamid als auch durch das styrolhaltige Harz in ausreichendem Maße erzielt werden. Wenn das Verhältnis B/A 2,4 oder mehr beträgt, kann der bemerkenswerte Wasserbäumchen-Unterdrückungseffekt sowohl durch das Fettsäureamid als auch durch das styrolhaltige Harz stabil erhalten werden.
Beträgt das Verhältnis B/A hingegen mehr als 110, wird die Verbesserung der Fließfähigkeit durch das Fettsäureamid möglicherweise nicht ausreichend erreicht. Daher kann es schwierig sein, die Polystyrolblöcke gleichmäßig zu dispergieren. Wenn das Verhältnis B/A mehr als 110 beträgt, kann der Effekt der Unterdrückung der lokalen Wasserkonzentration durch die polare Gruppe des Fettsäureamids nicht ausreichend erreicht werden. Wenn das Verhältnis B/A dagegen 110 oder weniger beträgt, kann der Effekt zur Verbesserung der Fließfähigkeit durch das Fettsäureamid ausreichend erzielt werden. Dadurch können die Polystyrolblöcke gleichmäßig dispergiert werden. Infolgedessen können ein Anstieg des Verlustfaktors und eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften (Abnahme der Zugfestigkeit und Abnahme der Zugdehnung) stabil unterdrückt werden. Wenn das Verhältnis B/A 110 oder weniger beträgt, kann außerdem die Unterdrückung der lokalen Wasserkonzentration durch die polare Gruppe des Fettsäureamids ausreichend erreicht werden. Dadurch kann ein bemerkenswerter Wasserbäumchen-Unterdrückungseffekt sowohl durch das Fettsäureamid als auch durch das styrolhaltige Harz erzielt werden. Wenn das Inhaltsverhältnis B/A 105 oder weniger beträgt, können ein Anstieg des Verlustfaktors und eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften (Abnahme der Zugfestigkeit und Abnahme der Zugdehnung) sicher unterdrückt werden. Darüber hinaus kann ein bemerkenswerter Wasserbäumchen-Unterdrückungseffekt sowohl durch das Fettsäureamid als auch durch das styrolhaltige Harz erzielt werden.
(Ungesättigtes Dimer von α-aromatisch substituiertem α-Methylalken)
In dieser Ausführungsform kann die elektrische Isolierzusammensetzung beispielsweise auch ein ungesättigtes Dimer eines α-aromatisch substituierten α-Methylalkens enthalten.
Das ungesättigte Dimer des α-aromatisch substituierten α-Methylalkens wird der elektrischen Isolierzusammensetzung zugesetzt, so dass eine örtliche Verbrennung, die bei der Extrusion der elektrischen Isolierzusammensetzung entsteht, unterdrückt werden kann. Darüber hinaus können nach dem gleichen Prinzip wie bei dem styrolhaltigen Harz Elektronen durch den aromatischen Ring des ungesättigten Dimers des α-aromatisch substituierten α-Methylalkens eingefangen werden, um eine stabile Resonanzstruktur zu bilden. Infolgedessen kann die Bildung des Wasserbäumchens in der Isolierschicht 130 stabil unterdrückt werden. Man beachte, dass das ungesättigte Dimer des α-aromatisch substituierten α-Methylalkens im Folgenden als „ungesättigtes Dimer“ abgekürzt werden kann.
Ein Monomer des α-aromatisch substituierten α-Methylalkens wird zum Beispiel durch die folgende Formel (1) dargestellt.
R steht für eine beliebige Arylgruppe, eine Alkarylgruppe, eine halogensubstituierte Arylgruppe oder eine halogensubstituierte Alkarylgruppe. Beachten Sie, dass der hier verwendete Begriff „Alkarylgruppe“ eine Kombination aus einer oder mehreren Arylgruppen, die an eine oder mehrere Alkylgruppen gebunden sind, bedeutet.
Beispiele für das Monomer des α-aromatisch substituierten α-Methylalkens sind insbesondere α-Methylstyrol, para-Methyl-α-Methylstyrol, para-Isopropyl-α-Methylstyrol, meta-Methyl-α-Methylstyrol, meta-Ethyl-α-methylstyrol, ar-Dimethyl-α-methylstyrol, ar-Chlor-α-methylstyrol, ar-Chlor-ar-methyl-α-methylstyrol, ar-Diethyl-α-methylstyrol, ar-Methyl-ar-isopropyl-α-methylstyrol und dergleichen. Es ist zu beachten, dass zwei oder mehr dieser Stoffe in Kombination verwendet werden können.
Beispiele für das ungesättigte Dimer des α-aromatisch substituierten α-Methylalkens sind ein ungesättigtes Dimer des α-Methylstyrols (2,4-Diphenyl-4-methyl-1-penten). Es ist zu beachten, dass zwei oder mehr der ungesättigten Dimere des α-Methylstyrols und andere ungesättigte Dimere in Kombination verwendet werden können.
In dieser Ausführungsform beträgt der Gehalt des ungesättigten Dimers des α-aromatisch substituierten α-Methylalkens in der Elektroisolierzusammensetzung 0,1 Masseteile oder mehr und 10 Masseteile oder weniger, bezogen auf 100 Masseteile des Basisharzes.
Wenn der Gehalt des ungesättigten Dimers weniger als 0,1 Masseteile beträgt, kann der Wasserbäumchen-Unterdrückungseffekt durch das ungesättigte Dimer nicht ausreichend erzielt werden. Wenn der Gehalt des ungesättigten Dimers hingegen 0,1 Masseteile oder mehr beträgt, kann der Wasserbäumchen-Unterdrückungseffekt durch das ungesättigte Dimer ausreichend erzielt werden. Wenn der Gehalt des ungesättigten Dimers hingegen mehr als 10 Masseteile beträgt, ist es weniger wahrscheinlich, dass sich das Basisharz vernetzt, was zu einem geringeren Gelanteil der elektrischen Isolierzusammensetzung führt. Infolgedessen kann sich der Verlustfaktor erhöhen, wenn ein vorbestimmtes elektrisches Wechselfeld angelegt wird, oder die Zugeigenschaften der Isolierschicht 130 können sich verschlechtern. Beträgt der Gehalt an ungesättigtem Dimer dagegen 10 Masseteile oder weniger, kann eine vorbestimmte Menge des Basisharzes vernetzt werden, um eine Abnahme des Gelanteils der elektrischen Isolierzusammensetzung zu unterdrücken. Infolgedessen kann ein Anstieg des Verlustfaktors unterdrückt werden, wenn ein vorbestimmtes elektrisches Wechselfeld angelegt wird, und eine Verschlechterung der Zugeigenschaften der Isolierschicht 130 kann unterdrückt werden.
(Vernetzungsmittel)
In dieser Ausführungsform wird das Basisharz der elektrischen Isolierzusammensetzung vorzugsweise z. B. durch ein Vernetzungsmittel vernetzt. Dadurch können die mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit) und die elektrischen Eigenschaften der elektrischen Isolierzusammensetzung verbessert werden.
Als Vernetzungsmittel, das der elektrischen Isolierzusammensetzung zugesetzt wird, wird beispielsweise ein organisches Peroxid verwendet. Beispiele für organische Peroxide sind insbesondere Dicumylperoxid, 1-(2-tert-Butylperoxyisopropyl)-1-isopropylbenzol, 1-(2-tert-Butylperoxyisopropyl)-3-isopropylbenzol, 1,3-Bis-(tert-butylperoxy-isopropyl)benzol, 2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexan, 2,5-Dimethyl-2,5-(tert-butylperoxy)-hexan-3 und dergleichen. Es ist zu beachten, dass zwei oder mehr dieser Stoffe in Kombination verwendet werden können.
(Sonstige Zusatzstoffe)
Die elektrische Isolierzusammensetzung kann außerdem z. B. ein Antioxidationsmittel enthalten.
Beispiele für Antioxidantien sind z.B. 4,4'-Thiobis-(6-t-butyl-3-methylphenol), 2,2-Thiodiethylen-bis[3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat], Pentaerythrityl-tetrakis[3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat], Octadecyl-3(3,5-Di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat, 2,4-Bis-[(octylthio)methyl]-o-kresol, 2,4-Bis-(n-octylthio)-6-(4-hydroxy-3,5-di-t-butylanilino)-1,3,5-triazin, Bis[2-methyl-4-{3-n-alkyl(C12 oder C14)thiopropionyloxy}-5-t-butylphenyl]sulfid und dergleichen. Es ist zu beachten, dass zwei oder mehr dieser Stoffe in Kombination verwendet werden können.
Die elektrische Isolierzusammensetzung kann ein anderes Schmiermittel als das zuvor erwähnte Fettsäureamid als Schmiermittel enthalten. Die elektrische Isolierzusammensetzung kann außerdem z. B. ein Farbmittel enthalten.
(2) Stromkabel
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 das Stromkabel gemäß dieser Ausführungsform beschrieben. 1 ist eine Querschnittsansicht orthogonal zur axialen Richtung des Stromkabels gemäß dieser Ausführungsform.
Das Stromkabel 10 gemäß dieser Ausführungsform ist als sogenanntes fest isoliertes Stromkabel ausgeführt. Ferner ist das Stromkabel 10 dieser Ausführungsform so konfiguriert, dass es unter Wasser oder auf dem Boden des Wassers verlegt werden kann. Das Stromkabel 10 wird z. B. für Wechselstrom verwendet.
Im Einzelnen umfasst das Stromkabel 10 beispielsweise einen Leiter 110, eine innere Halbleiterschicht 120, eine Isolierschicht 130, eine äußere Halbleiterschicht 140, eine Abschirmschicht 150 und einen Mantel 160.
Das Stromkabel 10 gemäß dieser Ausführungsform hat den zuvor erwähnten bemerkenswerten Wasserbäumchen-Unterdrückungseffekt und verfügt daher nicht über eine metallische Wasserabschirmungsschicht, wie z. B. eine sogenannte Aluminiumabdeckung außerhalb der Abschirmungsschicht 150. Das heißt, das Stromkabel 10 dieser Ausführungsform enthält eine unvollkommene wasserabschirmende Struktur.
(Leiter (Leitendes Teil))
Der Leiter 110 wird durch Verdrillen einer Vielzahl von Leiterkerndrähten (leitende Kerndrähte) konfiguriert, die zum Beispiel reines Kupfer, eine Kupferlegierung, Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder ähnliches enthalten.
(Innere Halbleiterschicht)
Die innere Halbleiterschicht 120 ist so beschaffen, dass sie den Außenumfang des Leiters 110 bedeckt. Darüber hinaus ist die innere Halbleiterschicht 120 so konfiguriert, dass sie halbleitend ist und die Konzentration des elektrischen Feldes auf der Oberflächenseite des Leiters 110 unterdrückt. Die innere Halbleiterschicht 120 enthält beispielsweise mindestens eines der folgenden Copolymere: Ethylen-Ethylacrylat-Copolymer, Ethylen-Methylacrylat-Copolymer, Ethylen-Butylacrylat-Copolymer und Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, zusammen mit leitfähigem Ruß.
(Isolierschicht)
Die Isolierschicht 130 bedeckt den Außenumfang der inneren Halbleiterschicht 120 und enthält die zuvor erwähnte elektrische Isolierzusammensetzung. Die Isolierschicht 130 wird beispielsweise durch Erhitzen der elektrischen Isolierzusammensetzung nach dem Strangpressen vernetzt, wie zuvor erwähnt.
(Äußere Halbleiterschicht)
Die äußere Halbleiterschicht 140 ist so beschaffen, dass sie den Außenumfang der Isolierschicht 130 bedeckt. Darüber hinaus ist die externe Halbleiterschicht 140 so konfiguriert, dass sie halbleitend ist und die Konzentration des elektrischen Feldes zwischen der Isolierschicht 130 und der Abschirmschicht 150 unterdrückt. Die äußere Halbleiterschicht 140 enthält beispielsweise Materialien, die denen der inneren Halbleiterschicht 120 ähnlich sind.
(Abschirmschicht)
Die Abschirmschicht 150 ist so beschaffen, dass sie den Außenumfang der externen Halbleiterschicht 140 bedeckt. Die Abschirmschicht 150 wird beispielsweise durch Wickeln eines Kupferbandes konfiguriert oder als Drahtabschirmung konfiguriert, die durch Wickeln einer Vielzahl von weichen Kupferdrähten gebildet wird. Ein Band mit gummiertem Stoff oder ähnlichem als Rohmaterial kann innerhalb oder außerhalb der Abschirmschicht 150 gewickelt werden.
(Mantel)
Der Mantel 160 dient zur Abdeckung des Außenumfangs der Abschirmschicht 150. Der Mantel 160 besteht beispielsweise aus Polyvinylchlorid oder Polyethylen.
(Wasserbäumchenbeständigkeit)
In dieser Ausführungsform wird, wie zuvor erwähnt, durch die Zugabe sowohl des styrolhaltigen Harzes als auch des Fettsäureamids in der Isolierschicht 130 die Wasserfestigkeit der Isolierschicht 130 deutlich verbessert.
Insbesondere beträgt in dieser Ausführungsform die maximale Länge des in der elektrischen Isolierzusammensetzung erzeugten Wasserbäumchens beispielsweise weniger als 200 µm, vorzugsweise weniger als 120 µm und noch bevorzugter 100 µm oder weniger, wenn ein elektrisches Wechselfeld von 4 kV/mm bei einer handelsüblichen Frequenz (z. B. 60 Hz) 1.000 Stunden lang an die elektrische Isolierzusammensetzung angelegt wird, wobei die in der Isolierschicht 130 enthaltene elektrische Isolierzusammensetzung in eine wässrige 1-N-NaCI-Lösung bei einer gewöhnlichen Temperatur (27 °C) getaucht wird. Dadurch kann der dielektrische Durchschlag der Isolierschicht 130, der durch das Wasserbäumchen verursacht wird, stabil unterdrückt werden.
Die maximale Länge des in der elektrischen Isolierzusammensetzung erzeugten Wasserbäumchens ist nicht begrenzt, da eine kleinere maximale Länge besser ist. Da das Wasserbäumchen jedoch in einigen Fällen nicht erzeugt werden muss, beträgt die maximale Länge des in der elektrischen Isolierzusammensetzung erzeugten Wasserbäumchens in dieser Ausführungsform beispielsweise 0 µm oder mehr.
Darüber hinaus ist in dieser Ausführungsform die Zahlendichte von Wasserbäumchen mit einer Länge von 30 µm oder mehr, die in der elektrischen Isolationszusammensetzung erzeugt werden, geringer als 200 cm^-3 (200 Stück/cm³), vorzugsweise 100 cm^-3 oder weniger, und noch bevorzugter 60 cm^-3 oder weniger, wenn ein elektrisches Wechselfeld von 4 kV/mm bei einer handelsüblichen Frequenz (z.B. 60 Hz) für 1.000 Stunden an die elektrische Isolationszusammensetzung angelegt wird, wobei die elektrische Isolationszusammensetzung, die in der Isolationsschicht 130 enthalten ist, in eine wässrige 1 N NaCI-Lösung bei einer normalen Temperatur (27°C) eingetaucht wird. Folglich kann der dielektrische Durchschlag der Isolierschicht 130, der durch das Wasserbäumchen verursacht wird, stabil unterdrückt werden.
Die Anzahl der Wasserbäumchen ist nicht begrenzt, da eine geringere Dichte der Wasserbäumchen besser ist. Da das Wasserbäumchen jedoch in einigen Fällen nicht erzeugt werden muss, beträgt die Zahlendichte der Wasserbäumchen in dieser Ausführungsform beispielsweise 0 cm^-3 oder mehr.
(Gelanteil (Vernetzungsgrad))
In dieser Ausführungsform ist die Isolierschicht 130, wie zuvor erwähnt, zum Beispiel vernetzt. Außerdem kann in der elektrischen Isolierzusammensetzung, die in der Isolierschicht 130 enthalten ist, die Abnahme des Gelanteils der elektrischen Isolierzusammensetzung unterdrückt werden, da das ungesättigte Dimer des α-aromatisch substituierten α-Methylalkens nicht enthalten ist oder der Gehalt an dem ungesättigten Dimer des α-aromatisch substituierten α-Methylalkens 10 Masseteile oder weniger beträgt.
Insbesondere beträgt in dieser Ausführungsform der Gelanteil der in der Isolierschicht 130 enthaltenen elektrischen Isolierzusammensetzung beispielsweise mehr als 68 %, vorzugsweise 70 % oder mehr, und noch bevorzugter 74 % oder mehr.
Der Gelanteil der elektrischen Isolierzusammensetzung ist nicht begrenzt, da ein höherer Gelanteil besser ist. In dieser Ausführungsform beträgt der Gelanteil der elektrischen Isolierzusammensetzung jedoch zum Beispiel 95 % oder weniger.
(Verlustfaktor)
Die Anwendung des elektrischen Wechselfeldes auf die elektrische Isolierzusammensetzung kann einen Verlust verursachen. Beispiele für den durch das Anlegen des elektrischen Wechselfeldes verursachten Verlust sind z. B. ein durch Leckstrom verursachter Verlust, ein durch die dielektrische Polarisation verursachter Verlust, ein durch Teilentladung verursachter Verlust und Ähnliches. Aufgrund eines solchen Verlustes bleibt die Stromphase hinter dem verlustfreien Strom zurück, der durch die ideale elektrische Isolationszusammensetzung fließt. Ein Verzögerungswinkel δ wird in diesem Fall als dielektrischer Verlustwinkel bezeichnet, und der Tangens wird als Verlustfaktor (tan δ) bezeichnet.
Da der Gehalt des styrolhaltigen Harzes in dieser Ausführung 35 Masseteile oder weniger beträgt, wird ein Anstieg des Verlustfaktors unterdrückt.
Insbesondere beträgt in dieser Ausführungsform der Verlustfaktor beispielsweise 0,05 % oder weniger, vorzugsweise 0,04 % oder weniger, wenn ein elektrisches Wechselfeld an die in der Isolierschicht 130 enthaltene elektrische Isolierzusammensetzung unter den folgenden Bedingungen angelegt wird: 90°C, handelsübliche Frequenz (z.B. 60 Hz), 9 kV/mm.
Der Verlustfaktor ist nicht begrenzt, denn je kleiner der Verlustfaktor ist, desto besser. In der elektrischen Isolierzusammensetzung dieser Ausführungsform beträgt der dielektrische Verlust jedoch beispielsweise 0,001 % oder mehr.
(Elektrisches Wechseldurchschlagsfeld)
Da der Anteil des styrolhaltigen Harzes in dieser Ausführungsform 35 Masseteile oder weniger beträgt, ist ein vorbestimmtes elektrisches Wechseldurchschlagsfeld gewährleistet.
Insbesondere beträgt in dieser Ausführungsform das elektrische Wechseldurchschlagsfeld der in der Isolierschicht 130 enthaltenen elektrischen Isolierzusammensetzung beispielsweise 55 kV/mm oder mehr, vorzugsweise 58 kV/mm oder mehr, gemessen unter den Bedingungen einer normalen Temperatur (27°C) und einer handelsüblichen Frequenz (z. B. 60 Hz).
Das elektrische Wechseldurchschlagsfeld ist nicht begrenzt, da ein größeres elektrisches Wechseldurchschlagsfeld besser ist. In der elektrischen Isolierzusammensetzung dieser Ausführungsform beträgt das elektrische Wechseldurchschlagsfeld jedoch beispielsweise 100 kV/mm oder weniger.
(Zugfestigkeitseigenschaften (Mechanische Eigenschaften))
Da das styrolhaltige Harz in dieser Ausführungsform als Elastomer enthalten ist, kann die Zugfestigkeit der elektrischen Isolierzusammensetzung verbessert werden.
Insbesondere beträgt in dieser Ausführungsform die Zugfestigkeit der in der Isolierschicht 130 enthaltenen elektrischen Isolierzusammensetzung z. B. 12,5 MPa oder mehr, vorzugsweise 14 MPa oder mehr, und noch bevorzugter 17 MPa oder mehr.
Die Zugfestigkeit der elektrischen Isolierzusammensetzung ist nicht begrenzt, da eine höhere Zugfestigkeit besser ist. In der elektrischen Isolierzusammensetzung dieser Ausführungsform beträgt die Zugfestigkeit jedoch z. B. 50 MPa oder weniger.
Da der Anteil des styrolhaltigen Harzes in dieser Ausführungsform 35 Masseteile oder weniger beträgt, ist die Zugdehnung der elektrischen Isoliermasse gewährleistet.
Insbesondere beträgt in dieser Ausführungsform die Zugdehnung der in der Isolierschicht 130 enthaltenen elektrischen Isolierzusammensetzung beispielsweise 350 % oder mehr, vorzugsweise 430 % oder mehr.
Die Zugdehnung der elektrischen Isolierzusammensetzung ist nicht begrenzt, da eine größere Zugdehnung besser ist. In der elektrischen Isolierzusammensetzung dieser Ausführungsform beträgt die Zugdehnung jedoch beispielsweise 1.000 % oder weniger.
Wie oben beschrieben, können bei dieser Ausführungsform vorgegebene Zugeigenschaften sichergestellt werden. Dementsprechend kann das Stromkabel 10 auch in einer Umgebung verlegt werden, in der sich das Stromkabel 10 ausdehnen, schrumpfen oder biegen kann. Insbesondere kann das Stromkabel 10 dieser Ausführungsform z. B. für ein Array-Kabel (dynamisches Kabel, Steigkabel) verwendet werden, das biegsam unter Wasser mit einer schwimmenden Wasseranlage verbunden ist.
(Ausblühen)
Da der Gehalt des Fettsäureamids in dieser Ausführungsform, wie zuvor erwähnt, 1,0 Masseteile oder weniger beträgt, wird eine Ausblühung aufgrund des Kompatibilitätsunterschieds zwischen dem Basisharz und dem Fettsäureamid auf der Oberfläche der Isolierschicht 130 nicht festgestellt.
(Konkrete Abmessungen und dergleichen)
Die konkreten Abmessungen des Stromkabels 10 sind nicht besonders begrenzt. Beispielsweise beträgt der Durchmesser des Leiters 110 5 mm oder mehr und 60 mm oder weniger, die Dicke der inneren Halbleiterschicht 120 beträgt 0,5 mm oder mehr und 3 mm oder weniger, die Dicke der Isolierschicht 130 beträgt 1 mm oder mehr und 35 mm oder weniger, die Dicke der äußeren Halbleiterschicht 140 beträgt 0,5 mm oder mehr und 3 mm oder weniger, die Dicke der Abschirmschicht 150 beträgt 1 mm oder mehr und 5 mm oder weniger, und die Dicke des Mantels 160 beträgt 1 mm oder mehr. Die an das Stromkabel 10 dieser Ausführungsform angelegte Wechselspannung beträgt z. B. 20 kV oder mehr.
(3) Verfahren zur Herstellung eines Stromkabels
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des Stromkabels gemäß dieser Ausführungsform beschrieben. Im Folgenden wird der Schritt mit „S“ abgekürzt.
(S100: Elektrische Isolierzusammensetzungs-Herstellungsschritt)
Zunächst wird die elektrische Isoliermasse hergestellt.
In dieser Ausführungsform werden das Basisharz, das das Polyethylen und das styrolhaltige Harz enthält, das Fettsäureamid und andere Additive (Vernetzungsmittel, Antioxidationsmittel usw.) mit einem Mischer wie dem Banbury-Mischer oder einem Kneter gemischt (geknetet), um ein gemischtes Material zu bilden. Zu diesem Zeitpunkt, wenn der Gesamtgehalt des Basisharzes als 100 Masseteile betrachtet wird, beträgt der Gehalt des Polyethylens im Basisharz z.B. 65 Masseteile oder mehr und 98 Masseteile oder weniger, und der Gehalt des styrolhaltigen Harzes im Basisharz beträgt z.B. 2 Masseteile oder mehr und 35 Masseteile oder weniger. Darüber hinaus beträgt der Gehalt des Fettsäureamids 0,05 Masseteile oder mehr und 1,0 Masseteile oder weniger, bezogen auf 100 Masseteile des Basisharzes.
Zu diesem Zeitpunkt kann ein ungesättigtes Dimer von α-aromatisch substituiertem α-Methylalken weiter zugesetzt werden. In diesem Fall beträgt der Gehalt des ungesättigten Dimers des α-aromatisch substituierten α-Methylalkens z. B. 0,1 Masseteile oder mehr und 10 Masseteile oder weniger, bezogen auf 100 Masseteile des Basisharzes.
Nachdem das gemischte Material geformt wurde, wird das gemischte Material mit einem Extruder granuliert. Als Ergebnis wird eine pelletartige elektrische Isolierzusammensetzung gebildet, die in die Isolierschicht 130 aufgenommen werden soll. Die Schritte vom Mischschritt bis zum Granulierschritt können gemeinsam mit einem Doppelschneckenextruder mit hoher Knetleistung durchgeführt werden.
(S200: Leiterherstellungsschritt)
In der Zwischenzeit wird ein Leiter 110 hergestellt, der durch Verdrillen einer Vielzahl von Leiterkerndrähten gebildet wird.
(S300: Kabelseelenbildungsschritt (Extrusionsschritt))
Nachdem der Schritt S100 zur Herstellung der elektrischen Isolierzusammensetzung und der Schritt S200 zur Herstellung des Leiters abgeschlossen sind, wird beispielsweise eine Zusammensetzung für die innere Halbleiterschicht, in der ein Ethylen-Ethylacrylat-Copolymer und elektrisch leitfähiger Ruß im Voraus gemischt werden, in einen Extruder A eines Dreischicht-Coextruders gefüllt, wobei der Extruder A die innere Halbleiterschicht 120 bildet.
Die oben beschriebene pelletartige elektrische Isolierzusammensetzung wird in einen Extruder B gefüllt, der die Isolierschicht 130 bildet.
Eine Zusammensetzung für die äußere Halbleiterschicht wird in einen Extruder C gefüllt, der die äußere Halbleiterschicht 140 bildet, wobei die Zusammensetzung ähnliche Materialien enthält wie die Zusammensetzung für die innere Halbleiterschicht, die in den Extruder A gefüllt wird.
Dann werden die jeweiligen Extrudate aus den Extrudern A bis C zu einem gemeinsamen Kopf geführt, und die innere Halbleiterschicht 120, die Isolierschicht 130 und die äußere Halbleiterschicht 140 werden gleichzeitig von innen nach außen auf den Außenumfang des Leiters 110 extrudiert.
Nach der Extrusion wird zumindest die Isolierschicht 130 durch Erwärmung mit Strahlung eines Infrarotstrahlers oder durch Wärmeübertragung über ein Wärmemedium wie Hochtemperatur-Stickstoffgas oder Silikonöl in einem mit Stickstoffgas oder ähnlichem beaufschlagten Vernetzungsrohr vernetzt. Danach wird die Kabelseele nach der Vernetzung z. B. mit Wasser gekühlt.
Die Kabelseele, die den Leiter 110, die innere Halbleiterschicht 120, die Isolierschicht 130 und die äußere Halbleiterschicht 140 enthält, wird durch den oben beschriebenen Kabelseelenbildungsschritt S300 gebildet
(S400: Abschirmschichtbildungsschritt)
Nachdem die Kabelseele geformt ist, wird die Abschirmschicht 150 auf der Außenseite der äußeren Halbleiterschicht 140 gebildet, beispielsweise durch Umwickeln mit einem Kupferband.
(S500: Mantelbildungsschritt)
Nachdem die Abschirmschicht 150 geformt ist, wird Vinylchlorid in einen Extruder gefüllt und aus dem Extruder extrudiert, um einen Mantel 160 am Außenumfang der Abschirmschicht 150 zu bilden.
Wie oben beschrieben, wird das Stromkabel 10 als fest isoliertes Stromkabel hergestellt.
(4) Wirkung gemäß der Ausführungsform
Bei dieser Ausführungsform werden ein oder mehrere Effekte, die später beschrieben werden, erzielt.

(a) In dieser Ausführungsform können, da das styrolhaltige Harz als Basisharz in der elektrischen Isolierzusammensetzung hinzugefügt wird, Elektronen durch den aromatischen Ring des Styrols eingefangen werden, um eine stabile Resonanzstruktur zu bilden. Dadurch kann die Lokalisierung von Elektronen unterdrückt werden, d.h. die Bildung eines lokalen Teils der elektrischen Feldkonzentration kann unterdrückt werden. Da die Bildung des lokalen Teils der elektrischen Feldkonzentration unterdrückt wird, kann die Ansammlung von Wasser in dem Teil der elektrischen Feldkonzentration unterdrückt werden. Dadurch kann das Auftreten einer mechanischen Belastung, die aus dem Wasseraggregatteil resultiert, unterdrückt werden. Infolgedessen kann die Bildung des Wasserbäumchens in der Isolierschicht 130 unterdrückt werden.

Da in dieser Ausführungsform das styrolhaltige Harz als Basisharz in der elektrischen Isolierzusammensetzung hinzugefügt wird, kann das styrolhaltige Harz außerdem dazu gebracht werden, als Elastomer zu wirken. Da das styrolhaltige Harz dazu gebracht wird, als Elastomer zu wirken, kann die mechanische Belastung, die durch den Wasseransammlungsanteil entsteht, gemildert werden, selbst wenn der zuvor erwähnte Wasseransammlungsanteil in der elektrischen Isolierzusammensetzung auftritt. Dadurch kann das Auftreten von mechanischen Spannungsrissen in der elektrischen Isolierzusammensetzung unterdrückt werden. Infolgedessen kann die Ausbreitung und das Fortschreiten des Wasserbäumchens unterdrückt werden.

(b) In dieser Ausführungsform kann das Fettsäureamid, da es der Elektroisolierzusammensetzung zugesetzt ist, als Gleitmittel eingesetzt werden, um die Fließfähigkeit der Elektroisolierzusammensetzung im Extrusionsschritt der Isolierschicht 130 zu verbessern. Infolgedessen kann jedes Material in der elektrischen Isolierzusammensetzung gleichmäßig dispergiert werden. Da das Fettsäureamid gleichmäßig in der elektrischen Isolierzusammensetzung dispergiert ist, können die polaren Gruppen (hydrophile Gruppen) des Fettsäureamids dispergiert werden. Dadurch kann das Wasser, das in die elektrische Isolierzusammensetzung eingedrungen ist, durch jede polare Gruppe dispergiert werden, so dass die lokale Wasserkonzentration in der elektrischen Isolierzusammensetzung unterdrückt werden kann. Da die lokale Wasserkonzentration unterdrückt wird, kann das Auftreten von mechanischen Spannungen, die durch die Wasserkonzentration (Wasseransammlung) entstehen, unterdrückt werden. Infolgedessen kann die Bildung des Wasserbäumchens in der Isolierschicht 130 unterdrückt werden.
(c) Bei dieser Ausführungsform kann die Widerstandsfähigkeit gegen Wasserbäumchen durch den zuvor erwähnten Synergieeffekt von (a) und (b) erheblich verbessert werden.

Wenn nur eines von beiden, das styrolhaltige Harz oder das Fettsäureamid, in der elektrischen Isolierzusammensetzung hinzugefügt wird, nimmt die Zahlendichte der in der Isolierschicht 130 erzeugten Wasserbäumchen in gewissem Maße ab, aber die maximale Länge des in der Isolierschicht 130 erzeugten Wasserbäumchens kann in einigen Fällen nicht verkürzt werden.
Im Gegensatz dazu können in dieser Ausführungsform, da sowohl das styrolhaltige Harz als auch das Fettsäureamid in der Elektroisolierzusammensetzung zugesetzt werden, die zuvor erwähnten synergistischen Effekte von (a) und (b) erzielt werden. Das heißt, die Zugabe des Fettsäureamids kann die Fließfähigkeit der elektrischen Isolierzusammensetzung verbessern und die Polystyrolblöcke des styrolhaltigen Harzes gleichmäßig in der elektrischen Isolierzusammensetzung verteilen.
Da die Polystyrolblöcke gleichmäßig dispergiert sind, kann der Elektronenfalleneffekt durch den aromatischen Ring des Styrols gleichmäßig gebildet werden, und die Bildung der lokalen elektrischen Feldkonzentration kann stabil unterdrückt werden. Da das Wasser, das in die elektrische Isolierzusammensetzung eingedrungen ist, durch jede polare Gruppe des Fettsäureamids dispergiert wird, kann die Wahrscheinlichkeit, dass sich das Wasser im Bereich der lokalen elektrischen Feldkonzentration konzentriert, reduziert werden. Dadurch kann die Bildung des Wasserbäumchens in der Isolierschicht 130 stabil unterdrückt werden.
Da die Polystyrolblöcke als Hartsegmente und die Polyolefinblöcke als Weichsegmente gleichmäßig verteilt sind, kann das Auftreten von mechanischen Spannungsrissen in der elektrischen Zusammensetzung gleichmäßig unterdrückt werden. Dadurch kann die Ausbreitung und das Fortschreiten des Wasserbäumchens stabil unterdrückt werden.
Infolgedessen kann in dieser Ausführungsform die maximale Länge des in der Isolierschicht 130 erzeugten Wasserbäumchens verkürzt werden, und die Zahlendichte der in der Isolierschicht 130 erzeugten Wasserbäumchen kann ebenfalls deutlich reduziert werden.
Da die Widerstandsfähigkeit gegen das Eindringen von Wasser auf diese Weise erheblich verbessert wird, kann diese Ausführungsform für ein Unterwasserkabel oder ein Unterwasserkabel, das ständig Wasser ausgesetzt ist, verwendet werden. Da die Widerstandsfähigkeit gegen das Eindringen von Wasser erheblich verbessert wird, kann außerdem die Konfiguration der Wasserabschirmschicht des Stromkabels 10 vereinfacht werden. Beispielsweise kann die Wasserabschirmungsschicht entfallen oder die Abschirmschicht kann vereinfacht gestaltet werden. Infolgedessen können die Kosten des Stromkabels 10 gesenkt werden.

(d) Da der Gehalt des styrolhaltigen Harzes 2 Massenteile oder mehr beträgt, kann der Wasserbäumchen-Unterdrückungseffekt durch das styrolhaltige Harz ausreichend erzielt werden. Andererseits, da der Gehalt des styrolhaltigen Harzes 35 Masseteile oder weniger beträgt, kann verhindert werden, dass Elektronen übermäßig durch den aromatischen Ring des Styrols eingefangen werden, und ein Anstieg des Verlustes gegenüber dem elektrischen Wechselfeld kann unterdrückt werden. Infolgedessen kann der Verlustfaktor reduziert werden. Da der Gehalt des styrolhaltigen Harzes 35 Masseteile oder weniger beträgt, kann außerdem eine relative übermäßige Vergrößerung des Polystyrolblocks als Hartsegment unterdrückt werden. Dementsprechend kann eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften (Abnahme der Zugfestigkeit und Abnahme der Zugdehnung) unterdrückt werden.
(e) Da der Gehalt des Fettsäureamids 0,05 Masseteile oder mehr beträgt, kann der Wasserbäumchen-Unterdrückungseffekt durch das Fettsäureamid ausreichend erzielt werden. Da andererseits der Gehalt des Fettsäureamids 1,0 Masseteile oder weniger beträgt, kann die Bildung des Ausblühens aufgrund des Kompatibilitätsunterschieds zwischen dem Basisharz und dem Fettsäureamid unterdrückt werden.

Bei dieser Ausführungsform kann die Widerstandsfähigkeit gegen das Eindringen von Wasser verbessert werden, wobei verschiedene Kabeleigenschaften (elektrische Eigenschaften, Zugeigenschaften, Ausblühungsunterdrückung), wie in (a) bis (e) erwähnt, gewährleistet werden.

(f) In dieser Ausführungsform beträgt der prozentuale Styrolgehalt im styrolhaltigen Harz vorzugsweise weniger als 45 Massenprozent. Da der prozentuale Styrolgehalt weniger als 45 Massenprozent beträgt, kann eine Abnahme der Kompatibilität zwischen dem Polyethylen und dem styrolhaltigen Harz unterdrückt werden. Da die Abnahme der Kompatibilität unterdrückt wird, kann das Auftreten eines Teils, in dem die Polystyrolblöcke als Hartsegmente relativ dicht sind, unterdrückt werden. Dadurch können Spannungsrisse in der elektrischen Isolationszusammensetzung gleichmäßig unterdrückt werden, und die Ausbreitung des Wasserbäumchens kann unterdrückt werden. Infolgedessen kann die maximale Länge des Wasserbäumchens ausreichend verkürzt werden. Da der prozentuale Styrolgehalt weniger als 45 Massenprozent beträgt, kann außerdem die lokale Elektronenfalle durch den aromatischen Ring des Styrols unterdrückt und der Verlust durch das elektrische Wechselfeld ausreichend reduziert werden. Infolgedessen kann der Dissipationsfaktor ausreichend reduziert werden. Da der prozentuale Anteil des styrolhaltigen Harzes weniger als 45 Masseprozent beträgt, kann außerdem eine relative Zunahme des Polystyrolblocks als Hartsegment unterdrückt werden.
(g) In dieser Ausführungsform beträgt zum Beispiel der Gesamtgehalt des Styrols im Basisharz vorzugsweise 0,15 Masseteile oder mehr und 11 Masseteile oder weniger, bezogen auf 100 Masseteile des Basisharzes. Da der Gesamtstyrolgehalt 0,15 Masseteile oder mehr beträgt, kann der Wasserbäumchen-Unterdrückungseffekt durch das styrolhaltige Harz in ausreichendem Maße erzielt werden. Da andererseits der Gesamtstyrolgehalt 11 Masseteile oder weniger beträgt, kann der Verlust im elektrischen Wechselfeld aufgrund der Elektronenfalle durch den aromatischen Ring des Styrols ausreichend reduziert werden. Infolgedessen kann der Verlustfaktor ausreichend reduziert werden. Da der Gesamtstyrolgehalt 11 Masseteile oder weniger beträgt, kann außerdem eine relative Zunahme des Polystyrolblocks als Hartsegment unterdrückt werden. Infolgedessen können die mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit und Zugdehnung) ausreichend verbessert werden.
(h) In dieser Ausführungsform kann, da das ungesättigte Dimer des α-aromatisch substituierten α-Methylalkens der elektrischen Isolierzusammensetzung zugesetzt wird, eine lokale Verbrennung, die im Extrusionsschritt der elektrischen Isolierzusammensetzung erzeugt wird, unterdrückt werden. Dadurch kann die Bildung der lokalen elektrischen Feldkonzentration, die aus der Verbrennung resultiert, unterdrückt werden. Da das ungesättigte Dimer des α-aromatisch substituierten α-Methylalkens in die elektrische Isolierzusammensetzung eingebracht wird, können Elektronen durch den aromatischen Ring des ungesättigten Dimers des α-aromatisch substituierten α-Methylalkens nach dem gleichen Prinzip wie bei dem styrolhaltigen Harz eingefangen werden, um die Bildung der lokalen elektrischen Feldkonzentration zu unterdrücken. Da die Bildung des Teils mit lokaler elektrischer Feldkonzentration unterdrückt wird, kann die Ansammlung von Wasser in dem Teil mit elektrischer Feldkonzentration unterdrückt werden. Dadurch kann das Auftreten einer mechanischen Belastung, die durch die Wasseransammlung entsteht, unterdrückt werden. Infolgedessen kann zusätzlich zu dem Effekt der Unterdrückung des Wasserbäumchens sowohl durch das styrolhaltige Harz als auch durch das Fettsäureamid die Bildung des Wasserbäumchens in der Isolierschicht 130 stabiler unterdrückt werden.
(i) Da der Gehalt des ungesättigten Dimers des α-aromatisch substituierten α-Methylalkens 0,1 Masseteile oder mehr beträgt, kann der Wasserbäumchen-Unterdrückungseffekt durch das ungesättigte Dimer ausreichend erzielt werden. Andererseits kann, da der Gehalt an ungesättigtem Dimer 10 Masseteile oder weniger beträgt, eine vorbestimmte Menge des Basisharzes vernetzt werden, um eine Abnahme des Gelanteils der elektrischen Isolierzusammensetzung zu unterdrücken. Infolgedessen kann ein Anstieg des Verlustfaktors unterdrückt werden, wenn ein vorbestimmtes elektrisches Wechselfeld angelegt wird, und eine Verschlechterung der Zugeigenschaften der Isolierschicht 130 kann unterdrückt werden.
(j) Das der elektrischen Isolierzusammensetzung zugesetzte Fettsäureamid ist vorzugsweise ein Fettsäuremonoamid. Dadurch kann die Polarität des Fettsäureamids verbessert werden. Da die Polarität des Fettsäureamids verbessert ist, kann der Unterdrückungseffekt auf die lokale Konzentration von Wasser durch die polare Gruppe verbessert werden. Infolgedessen kann die Bildung des Wasserbäumchens in der Isolierschicht 130 stabil unterdrückt werden.
(k) Das Fettsäureamid in der elektrischen Isolierzusammensetzung ist vorzugsweise ein ungesättigtes Fettsäureamid. Dadurch können Elektronen durch die dispergierten ungesättigten Bindungsanteile (Doppelbindungen) eingefangen werden und die lokale elektrische Feldkonzentration kann unterdrückt werden. Da die Bildung des lokalen Teils der elektrischen Feldkonzentration unterdrückt wird, kann die Ansammlung von Wasser in dem Teil der elektrischen Feldkonzentration unterdrückt werden. Infolgedessen kann die Bildung des Wasserbäumchens in der Isolierschicht 130 stabil unterdrückt werden.

<Weitere Ausführungsformen der Erfindung>
Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung konkret beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die zuvor erwähnten Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
In den zuvor erwähnten Ausführungsformen wurde der Fall beschrieben, dass das Basisharz Polyethylen enthält, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Das Basisharz kann zum Beispiel ein Ethylen-Copolymer enthalten. Beispiele für Ethylen-Copolymere sind Ethylen-Propylen-Copolymere, Ethylen-Methylacrylat-Copolymere, Ethylen-Ethylacrylat-Copolymere, Ethylen-Vinylacetat-Copolymere und dergleichen. Es ist zu beachten, dass zwei oder mehr dieser Copolymere in Kombination verwendet werden können. Da das Basisharz das Ethylen-Copolymer enthält, kann die Dispergierbarkeit des styrolhaltigen Harzes, des Fettsäureamids und des ungesättigten Dimers des α-aromatisch substituierten α-Methylalkens zum Zeitpunkt des Mischens der elektrischen Isolierzusammensetzung verbessert werden.
In den zuvor erwähnten Ausführungsformen wurde der Fall beschrieben, dass das Stromkabel 10 keine wasserabschirmende Schicht umfasst, aber die vorliegende Erfindung ist darauf nicht beschränkt. Das Stromkabel 10 hat die zuvor erwähnte bemerkenswerte Wasserbäumchen-Unterdrückungswirkung und kann daher eine einfache Wasserabschirmungsschicht aufweisen. Insbesondere besteht die einfache Wasserabschirmungsschicht beispielsweise aus einem metallischen, laminierten Band. Das metallische laminierte Band hat zum Beispiel eine metallische Schicht aus Aluminium, Kupfer oder ähnlichem und eine Klebstoffschicht, die auf einer oder beiden Seiten der metallischen Schicht angebracht ist. Das metallische laminierte Band wird beispielsweise in Längsrichtung um den Kabelkern gelegt, um dessen Außenumfang zu umgeben (Umfang außerhalb der äußeren Halbleiterschicht). Die Wasserabschirmungsschicht kann außerhalb der (elektrischen) Abschirmschicht liegen oder alternativ auch als Abschirmschicht dienen. Mit einer solchen Konfiguration können die Kosten des Stromkabels 10 reduziert werden.
In den zuvor erwähnten Ausführungsformen wurde der Fall beschrieben, dass das Stromkabel 10 unter Wasser oder auf dem Meeresgrund verlegt ist, doch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann das Stromkabel 10 als sogenannte Freileitung (Freileitung, Freileitungsisolierkabel) ausgeführt sein.
Beispiel
Als nächstes werden Beispiele gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Diese Beispiele dienen der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung, und die vorliegende Erfindung ist durch diese Beispiele nicht eingeschränkt.
(1) Vorbereitung der elektrischen Isolierzusammensetzung
Die folgenden Materialien für jede der Proben A1 bis A14 und B1 bis B11 wurden bei 120 °C in einer Ofenrolle gemischt, um eine elektrische Isoliermasse zu bilden.
[Proben A1 bis A14]

(Basisharz) 100 Masseteile, insgesamt
Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) (Dichte d=0,92 g/cm3, MFR = 1,0 g/10 min): 65 Masseteile oder mehr und 98 Masseteile oder weniger
Styrolhaltiges Harz: 2 Masseteile oder mehr und 35 Masseteile oder weniger
Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymer (SBS) (Dichte d = 0,95 g/cm3, MFR = 2,6 g/10 min, Styrolgehalt 40 Massenprozent)
Hydriertes Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymer (SEBS: Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol-Blockcopolymer) (Dichte d = 0,91 g/cm3, MFR = 5 g/10 min, Styrolgehalt 30 Masseprozent)
Hydriertes Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymer (SEBS) (Dichte d = 0,89 g/cm3, MFR = 4,5 g/10 min, Styrolgehalt 12 Masseprozent)
Hydriertes Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymer (SEBS) (Dichte d = 0,93 g/cm3, MFR = 3,0 g/10 min, Styrolgehalt 43 Masseprozent)

(Fettsäureamid)
Stearinsäureamid, Ölsäureamid, Erucasäureamid, Ethylenbis-Stearinsäureamid, Ethylenbis-Ölsäureamid: 0,1 Massenteile
(Ungesättigtes Dimer)
Ungesättigtes Dimer von α-Methylstyrol (2,4-Diphenyl-4-methyl-1-penten): 0,3 Massenteile (nur Probe A9)
(Vernetzungsmittel)

Dicumylperoxid: 2 Masseteile, oder
2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexan: 1,3 Massenteile
(Antioxidationsmittel)
4,4'-Thiobis (6-t-Butyl-3-methylphenol): 0,2 Massenteile

[Probe B1]
Die Probe B1 wurde auf die gleiche Weise hergestellt wie die Probe A3, mit der Ausnahme, dass der Gehalt an Polyethylen im Basisharz 100 Masseteile betrug, das Basisharz kein styrolhaltiges Harz enthielt und das Fettsäureamid nicht enthalten war.
[Probe B2]
Die Probe B2 wurde auf die gleiche Weise wie die Probe A3 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Fettsäureamid nicht enthalten war.
[Probe B3]
Die Probe B3 wurde auf die gleiche Weise hergestellt wie die Probe A3, mit der Ausnahme, dass der Polyethylenanteil im Basisharz 100 Masseteile beträgt und das Basisharz kein styrolhaltiges Harz enthält.
[Probe B4]
Die Probe B4 wurde auf die gleiche Weise hergestellt wie die Probe A3, mit dem Unterschied, dass der Anteil des styrolhaltigen Harzes 1,5 Masseteile betrug.
[Probe B5]
Die Probe B5 wurde auf die gleiche Weise wie die Probe A3 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Gehalt an styrolhaltigem Harz 38 Masseteile betrug.
[Probe B6]
Die Probe B6 wurde auf die gleiche Weise wie die Probe A3 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das folgende styrolhaltige Harz verwendet wurde.
Hydriertes Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymer (SEBS) (Dichte d = 0,97 g/cm3, MFR = 2,0 g/10 min, Styrolgehalt 67 Massenprozent): 20 Masseteile
[Probe B7]
Die Probe B7 wurde auf die gleiche Weise hergestellt wie die Probe A7, mit dem Unterschied, dass der Gesamtgehalt des Styrols im Basisharz 0,12 Masseteile betrug.
[Probe B8]
Die Probe B8 wurde auf die gleiche Weise hergestellt wie die Probe A8, mit dem Unterschied, dass der Gesamtgehalt des Styrols im Basisharz 12,9 Masseteile betrug.
[Probe B9]
Die Probe B9 wurde auf die gleiche Weise wie die Probe B6 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Gehalt an SEBS mit einem Styrolgehalt von 67 Massenprozent 10 Masseteile betrug.
[Probe B10]
Die Probe B10 wurde auf die gleiche Weise wie die Probe A3 hergestellt, mit dem Unterschied, dass der Gehalt an Fettsäureamid 0,02 Masseteile betrug.
[Probe B11]
Die Probe B11 wurde auf die gleiche Weise wie die Probe A3 hergestellt, mit dem Unterschied, dass der Gehalt an Fettsäureamid 1,5 Masseteile betrug.
(2) Bewertung
Die zuvor erwähnte elektrische Isolierzusammensetzung wurde zur Herstellung einer Isolierplatte für jede der Bewertungen verwendet, und dann wurde jede der Bewertungen durchgeführt.
(Bewertung 1: Beständigkeit des Wasserbäumchens)
Nachdem die zuvor erwähnte elektrische Isolierzusammensetzung geformt wurde, wurde die elektrische Isolierzusammensetzung durch Pressformen bei 120°C für 10 Minuten gepresst, um zwei Isolierfolien mit einer Dicke von 1 mm herzustellen. Nach der Herstellung der Isolierfolien wurde eine vorbestimmte Halbleiterfolie zwischen den beiden Isolierfolien eingelegt, um eine laminierte Folie zu bilden. Nach der Herstellung der Verbundfolie wurde die Verbundfolie 30 Minuten lang bei 180 °C gepresst, um das Basisharz der Isolierfolie zu vernetzen. Nachdem die Isolierfolie vernetzt war, wurde eine Verdrahtung auf der Halbleiterfolie hergestellt.
Anschließend wurde ein elektrisches Wechselfeld von 4 kV/mm bei 60 Hz an die Isolierfolie zwischen der Halbleiterfolie und der wässrigen Lösung für 1.000 Stunden angelegt, wobei die laminierte Folie in eine wässrige 1-N-NaCI-Lösung bei normaler Temperatur (27 °C) getaucht wurde.
Nach Anlegen des vorbestimmten elektrischen Wechselfeldes wurde die laminierte Folie getrocknet und mit einer wässrigen Lösung von Methylenblau gefärbt, während die laminierte Folie gekocht wurde. Nach dem Färben der laminierten Folie wurde die laminierte Folie mit einer Dicke von 30 µm entlang der Laminierungsrichtung (d. h. einer Richtung orthogonal zu einer Hauptoberfläche der laminierten Folie) geschnitten, um eine Scheibe zur Beobachtung zu bilden. Danach wurde die zu beobachtende Scheibe mit einem optischen Mikroskop beobachtet, so dass das Wasserbäumchen, das in einer Richtung entlang einer Oberfläche der Halbleiterfolie oder in einer Richtung orthogonal zu einer Hauptoberfläche der Halbleiterfolie erzeugt wurde, in der Isolierfolie der zu beobachtenden Scheibe beobachtet wurde. Zu diesem Zeitpunkt wurde die maximale Länge des in der Isolierschicht erzeugten Wasserbäumchens gemessen. Außerdem wurde die Anzahl der Wasserbäumchen mit einer Länge von 30 µm oder mehr, die sich in der Isolierschicht gebildet hatten, gemessen. In den nachstehenden Tabellen 1 und 2 wurde die „maximale Länge des Wasserbäumchens“ durch Abrunden der Länge des Wasserbäumchens bestimmt, die die längste der 10 nach dem Zufallsprinzip entnommenen Scheiben für die Beobachtung war. Die „Zahlendichte des erzeugten Wasserbäumchens“ wurde durch Abrunden eines Durchschnittswerts der Zahlendichten der in 10 zufällig ausgewählten Beobachtungsscheiben erzeugten Wasserbäumchen berechnet.
Nur zur Information: Bei der herkömmlichen Bewertung der Wasserbäumchenbeständigkeit wurde ein Stromkabel mit einer Isolierschicht, die eine vorgegebene elektrische Isolierzusammensetzung enthält, hergestellt, das Stromkabel in Wasser getaucht und der Wasserbäumchen bewertet. In diesem Fall wurden eine Abschirmungsschicht und eine Ummantelung außerhalb der Isolierschicht des Stromkabels angebracht. Daher kam die Isolierschicht nicht direkt mit Wasser in Berührung. Im Gegensatz dazu wurde in diesem Beispiel die laminierte Folie direkt in eine vorher festgelegte wässrige Lösung getaucht und das Wasserbäumchen wurde, wie zuvor erwähnt, ausgewertet. Dementsprechend wurde die Isolierfolie in direkten Kontakt mit der wässrigen Lösung gebracht. Daher sollte die Bewertung der Wasserbäumchenbeständigkeit in diesem Beispiel unter strengeren Bedingungen als bei der Bewertung mit dem herkömmlichen Stromkabel durchgeführt werden.
(Auswertung 2: Verlustfaktor)
Nachdem die zuvor erwähnte elektrische Isolierzusammensetzung gebildet wurde, wurde die elektrische Isolierzusammensetzung durch Pressformen bei 180°C für 30 Minuten gepresst, um eine Isolierfolie mit einer Dicke von 0,2 mm herzustellen. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Isolierfolie 30 Minuten lang bei 180 °C gepresst, um das Basisharz der Isolierfolie zu vernetzen.
Anschließend wurde mit einer Schering-Brücke ein elektrisches Wechselfeld unter den Bedingungen von 90°C, einer handelsüblichen Frequenz (z. B. 60 Hz) und 9 kV/mm an die Isolierplatte angelegt und der Verlustfaktor gemessen.
(Auswertung 3: Elektrisches Wechseldurchschlagsfeld)
Es wurde eine Isolierfolie ähnlich der für die zuvor erwähnte Bewertung 2 hergestellt. Anschließend wurde eine Wechselspannung von 5 kV für 1 Minute unter den Bedingungen einer normalen Temperatur (27 °C) und einer handelsüblichen Frequenz (z. B. 60 Hz) an die Isolierplatte angelegt. Danach wurde der Zyklus, der eine Erhöhung der an die Isolierfolie angelegten Wechselspannung um 1 kV und das Anlegen der Wechselspannung an die Isolierfolie für 1 Minute beinhaltet, wiederholt. Dann wurde das elektrische Feld in der Isolierfolie gemessen, wenn der dielektrische Durchbruch auftrat.
(Auswertung 4: Gelanteil (Vernetzungsgrad))
Nachdem die zuvor erwähnte elektrische Isolierzusammensetzung gebildet wurde, wurde die elektrische Isolierzusammensetzung durch Pressformen bei 180°C für 30 Minuten gepresst, um eine Isolierfolie mit einer Dicke von 1 mm herzustellen. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Isolierfolie 30 Minuten lang bei 180 °C gepresst, um das Basisharz der Isolierfolie zu vernetzen.
Nach der Herstellung der Isolierfolie wurde der Gelanteil gemäß JIS C3005 gemessen. Konkret wurde zunächst die Masse der Isolierfolie gemessen. Anschließend wurde die Isolierfolie in ein vorgegebenes Lösungsmittel (z. B. heißes Xylol) getaucht, um die Isolierfolie aufzulösen. Zu diesem Zeitpunkt wurde ein Teil der Isolierfolie, in dem das Basisharz vernetzt worden war, nicht aufgelöst und blieb als Gel zurück. Nach dem Auflösen der Isolierfolie wurde die Masse des ungelösten Gels gemessen. Daraufhin wurde ein Verhältnis (%) zwischen der Masse des verbleibenden Gels und der Masse der Isolierfolie vor der Auflösung berechnet, um einen „Gelanteil“ zu bestimmen.
(Bewertung 5: Zugfestigkeitseigenschaften)
Es wurde eine Isolierfolie ähnlich der für die zuvor erwähnte Bewertung 4 hergestellt. Anschließend wurden die Zugfestigkeit und die Zugdehnung der Isolierfolie gemäß JIS C3005 gemessen. Insbesondere wurde die Isolierfolie mit einer Zuggeschwindigkeit von 200 mm/min unter Verwendung einer JIS-3-Hantel gezogen, und die Zugfestigkeit und die Zugdehnung der Isolierfolie gemessen.
(Bewertung 6: Ausblühung)
Die Pellets der elektrischen Isolierzusammensetzung wurden 10 Tage lang in einer Thermokammer bei 80 °C aufbewahrt, und anschließend wurde ihre Oberfläche visuell beobachtet. Die Pellets wurden beobachtet, um das Vorhandensein des auf der Pelletoberfläche abgelagerten Ausblühens zu bewerten. Der Fall, in dem sich kein Ausblühen bildete, wurde als „A“ bezeichnet, der Fall, in dem sich Ausblühen bildete, als „B“.
(3) Ergebnisse
In den folgenden Tabellen 1 und 2 wird das Ergebnis der Bewertung der einzelnen Proben beschrieben. In den folgenden Tabellen 1 und 2 wird der Gehalt jedes zusammengesetzten Stoffs in „Masseteilen“ angegeben. Darüber hinaus bezieht sich in den folgenden Tabellen 1 und 2 die Bezeichnung „St“ in Klammern für das styrolhaltige Harz auf den prozentualen Styrolgehalt.
[Tabelle 1]
[Tabelle 2]
Wie aus Tabelle 2 hervorgeht, war in Probe B1, der weder das styrolhaltige Harz noch das Fettsäureamid zugesetzt wurde, die Zahlendichte der erzeugten Wasserbäumchen hoch und die maximale Länge des Wasserbäumchens lang. In der Probe B2, der nur das styrolhaltige Harz zugesetzt wurde, war die Zahlendichte der erzeugten Wasserbäumchen geringer als in der Probe B1 und die maximale Länge des Wasserbäumchens war etwas kürzer als in der Probe B1, aber die maximale Länge des Wasserbäumchens war lang. In der Probe B3, der nur das Fettsäureamid zugesetzt wurde, war die Zahlendichte der erzeugten Wasserbäumchen geringer als in der Probe B1, aber die maximale Länge des Wasserbäumchens war wie bei Probe B1 lang.
Im Gegensatz dazu betrug, wie in Tabelle 1 dargestellt, bei den Proben A1 bis A14, denen sowohl das styrolhaltige Harz als auch das Fettsäureamid zugesetzt wurde, die Zahlendichte der erzeugten Wasserbäumchen 60 cm^-3 oder weniger, was deutlich niedriger war als bei den Proben B1 bis B3. Außerdem war die maximale Länge des Wasserbäumchens in den Proben A1 bis A14 100 µm oder weniger und damit kürzer als in den Proben B1 bis B3.
Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wird bestätigt, dass die Zugabe von styrolhaltigem Harz und Fettsäureamid durch ihren Synergieeffekt die maximale Länge des in der Isolierschicht entstehenden Wasserbäumchens verkürzen und die Dichte der in der Isolierschicht entstehenden Wasserbäumchen deutlich reduzieren kann.
Wie aus Tabelle 2 hervorgeht, war in Probe B4 (und Probe B7), in der der Gehalt an styrolhaltigem Harz weniger als 2 Masseteile betrug, die Zahlendichte der erzeugten Wasserbäumchen geringer als in Probe B1, aber 200 cm^-3 oder mehr. Außerdem war in Probe B4 die maximale Länge des Wasserbäumchens kürzer als in den Proben B1 bis B3, aber 120 µm oder mehr.
Im Gegensatz dazu war, wie in Tabelle 1 dargestellt, in den Proben A1 bis A14, in denen der Gehalt an styrolhaltigem Harz 2 Masseteile oder mehr betrug, die Zahlendichte der erzeugten Wasserbäumchen deutlich geringer als in der Probe B4. Außerdem war in den Proben A1 bis A14 die maximale Länge des Wasserbäumchens noch kürzer als in der Probe B4.
Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wird bestätigt, dass der Wasserbäumchen-Unterdrückungseffekt durch das styrolhaltige Harz in ausreichendem Maße erzielt werden kann, wenn der Gehalt an styrolhaltigem Harz 2 Masseteile oder mehr beträgt.
Wie aus Tabelle 2 hervorgeht, war in der Probe B5, in der der Gehalt an styrolhaltigem Harz mehr als 35 Masseteile betrug, der Dissipationsfaktor groß und die Zugdehnung gering.
Im Gegensatz dazu betrug, wie in Tabelle 1 dargestellt, bei den Proben A1 bis A14, bei denen der Gehalt an styrolhaltigem Harz 35 Masseteile oder weniger betrug, der Verlustfaktor 0,05 % oder weniger, was geringer war als bei der Probe B5. Darüber hinaus betrug bei den Proben A1 bis A14 die Zugdehnung 430 % oder mehr, was länger war als bei der Probe B5.
Da der Gehalt an styrolhaltigem Harz 35 Masseteile oder weniger beträgt, kann eine übermäßige Elektronenfalle durch den aromatischen Ring des Styrols unterdrückt und ein Anstieg der Verluste durch das elektrische Wechselfeld unterdrückt werden. Dementsprechend wird bestätigt, dass der Dissipationsfaktor reduziert werden kann. Da der Gehalt des styrolhaltigen Harzes 35 Masseteile oder weniger beträgt, kann außerdem eine relative Übererhöhung des Polystyrolblocks als Hartsegment unterdrückt werden. Dadurch wird bestätigt, dass die Abnahme der Zugdehnung unterdrückt werden kann.
Wie in Tabelle 2 dargestellt, lag bei den Proben B6 und B9, bei denen der prozentuale Styrolgehalt in dem styrolhaltigen Harz 45 Massenprozent oder mehr betrug, die maximale Länge des Wasserbäumchens innerhalb des oben genannten Bereichs (weniger als 200 µm), aber nahe an der Obergrenze. Darüber hinaus lag bei den Proben B6 und B9 der Dissipationsfaktor innerhalb des oben genannten Bereichs (0,05 % oder weniger), jedoch nahe an der Obergrenze. Außerdem lag bei den Proben B6 und B9 die Zugdehnung innerhalb des oben genannten Bereichs (350 % oder mehr), jedoch aber gleich der Untergrenze oder nahe der Untergrenze.
Im Gegensatz dazu betrug, wie in Tabelle 1 dargestellt, bei den Proben A1 bis A14, bei denen der prozentuale Styrolgehalt im styrolhaltigen Harz weniger als 45 Massenprozent betrug, die maximale Länge des Wasserbäumchens 100 µm oder weniger, was noch kürzer war als bei den Proben B6 und B9. Darüber hinaus betrug der Dissipationsfaktor in den Proben A1 bis A14 0,04 % oder weniger und war damit geringer als in den Proben B6 und B9. Darüber hinaus betrug die Zugdehnung der Proben A1 bis A14 430 % oder mehr und war damit länger als die der Proben B6 und B9.
Da der Styrolgehalt weniger als 45 Massenprozent beträgt, können die Spannungsrisse in der elektrischen Isolierung gleichmäßig unterdrückt und die Ausbreitung des Wasserbäumchens unterdrückt werden. Als Ergebnis wird bestätigt, dass die maximale Länge des Wasserbäumchens ausreichend verkürzt werden kann. Da der prozentuale Styrolgehalt weniger als 45 Massenprozent beträgt, kann außerdem die lokale Elektronenfalle durch den aromatischen Ring des Styrols unterdrückt und der Verlust durch das elektrische Wechselfeld ausreichend reduziert werden. Dadurch wird bestätigt, dass der Dissipationsfaktor ausreichend reduziert werden kann. Da der prozentuale Styrolgehalt weniger als 45 Massenprozent beträgt, kann außerdem eine relative Zunahme des Polystyrolblocks als Hartsegment unterdrückt werden. Dadurch wird bestätigt, dass die Zugdehnung ausreichend erhöht werden kann.
Wie in Tabelle 2 dargestellt, war in Probe B7, in der der Gesamtstyrolgehalt im Basisharz weniger als 0,15 Masseteile betrug, die Dichte der erzeugten Wasserbäumchen geringer als in den Proben B1 bis B3, aber 200 cm^-3 oder mehr. Außerdem war in Probe B7 die maximale Länge des Wasserbäumchens kürzer als in den Proben B1 bis B3, aber 200 µm oder mehr. Bei Probe B7 wird davon ausgegangen, dass die geringe Wasserbäumchenbeständigkeit auf den Gehalt an styrolhaltigem Harz von weniger als 2 Masseteilen zurückzuführen ist.
Im Gegensatz dazu war, wie in Tabelle 1 dargestellt, in den Proben A1 bis A14, in denen der Gesamtstyrolgehalt im Basisharz 0,15 Masseteile oder mehr betrug, die Zahlendichte der erzeugten Wasserbäumchen deutlich geringer als in Probe B7. Außerdem war in den Proben A1 bis A14 die maximale Länge des Wasserbäumchens noch kürzer als in Probe B7.
Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wird bestätigt, dass der Wasserbäumchen-Unterdrückungseffekt durch das styrolhaltige Harz in ausreichendem Maße erzielt werden kann, wenn der Gesamtgehalt des Styrols im Basisharz 0,15 Masseteile oder mehr beträgt.
Wie in Tabelle 2 dargestellt, lag in Probe B8, in der der Gesamtstyrolgehalt im Basisharz mehr als 11 Masseteile betrug, der Dissipationsfaktor innerhalb des zuvor erwähnten spezifizierten Bereichs (0,05 % oder weniger), aber gleich der Obergrenze davon. Darüber hinaus lag bei der Probe B8 die Zugdehnung innerhalb des oben genannten Bereichs (350 % oder mehr), aber gleich der Untergrenze davon.
Im Gegensatz dazu betrug, wie in Tabelle 1 dargestellt, bei den Proben A1 bis A14, bei denen der Gesamtstyrolgehalt im Basisharz 11 Masseteile oder weniger betrug, der Verlustfaktor 0,04 % oder weniger, was geringer war als bei der Probe B8. Darüber hinaus betrug die Zugdehnung in den Proben A1 bis A14 430 % oder mehr und war damit länger als die der Probe B8.
Da der Gesamtstyrolgehalt im Basisharz 11 Masseteile oder weniger beträgt, kann der Verlust im elektrischen Wechselfeld aufgrund der Elektronenfalle durch den aromatischen Ring des Styrols ausreichend reduziert werden. Dadurch wird bestätigt, dass der Dissipationsfaktor ausreichend reduziert werden kann. Da der Gesamtstyrolgehalt 11 Masseteile oder weniger beträgt, kann außerdem eine relative Zunahme des Polystyrolblocks als Hartsegment unterdrückt werden. Dadurch wird bestätigt, dass die Zugdehnung ausreichend erhöht werden kann.
Wie aus Tabelle 2 hervorgeht, war in der Probe B10, in der der Gehalt an Fettsäureamid weniger als 0,05 Masseteile betrug, die Zahlendichte der erzeugten Wasserbäumchen geringer als in der Probe B1, aber 200 cm^-3 oder mehr. Darüber hinaus war in Probe B10 die maximale Länge des Wasserbäumchens etwas kürzer als in den Proben B1 bis B3, aber mehr als 200 µm.
Im Gegensatz dazu war, wie in Tabelle 1 dargestellt, in den Proben A1 bis A14, in denen der Gehalt an Fettsäureamid 0,05 Masseteile oder mehr betrug, die Zahlendichte der erzeugten Wasserbäumchen deutlich geringer als in der Probe B10. Außerdem war in den Proben A1 bis A14 die maximale Länge des Wasserbäumchens kürzer als in der Probe B10.
Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wird bestätigt, dass der Wasserbäumchen-Unterdrückungseffekt durch das Fettsäureamid ausreichend ist, wenn der Gehalt an Fettsäureamid 0,05 Massenteile oder mehr beträgt.
Wie in Tabelle 2 dargestellt, wurde in der Probe B11, in der der Gehalt an Fettsäureamid mehr als 1,0 Masseteile betrug, Ausblühungen erzeugt.
Im Gegensatz dazu wurde, wie in Tabelle 1 dargestellt, in den Proben A1 bis A14, in denen der Gehalt an Fettsäureamid 1,0 Masseteile oder weniger betrug, keine Ausblühungen erzeugt.
Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wird bestätigt, dass bei einem Gehalt des Fettsäureamids von 1,0 Masseteilen oder weniger die Bildung von Ausblühungen aufgrund der unterschiedlichen Kompatibilität zwischen dem Basisharz und dem Fettsäureamid unterdrückt werden kann.
Wie in Tabelle 1 dargestellt, betrug in den Proben A1 bis A14 das Verhältnis B/A zwischen dem Gesamtgehalt B des Styrols im Basisharz und dem Gehalt A des Fettsäureamids 1,5 oder mehr und 110 oder weniger. Es wird bestätigt, dass, da das Verhältnis B/A 1,5 oder mehr beträgt, die bemerkenswerte Wirkung der Unterdrückung von Wasserbäumchen sowohl durch das Fettsäureamid als auch durch das styrolhaltige Harz, wie zuvor erwähnt, stabil erhalten werden kann. Da das Inhaltsverhältnis B/A 110 oder weniger beträgt, können die Polystyrolblöcke gleichmäßig dispergiert werden. Infolgedessen wird bestätigt, dass die Zunahme des Verlustfaktors und die Abnahme der Zugdehnung stabil unterdrückt werden können. Darüber hinaus wird bestätigt, dass, da das Anteilsverhältnis B/A 110 oder weniger beträgt, die bemerkenswerte Wirkung der Unterdrückung von Wasserbäumchen sowohl durch das Fettsäureamid als auch durch das styrolhaltige Harz aufgrund des Unterdrückungseffekts auf die lokale Wasserkonzentration durch die polare Gruppe des Fettsäureamids ausreichend erzielt werden kann.
Wie oben beschrieben, kann bei den Proben A1 bis A14 ein bemerkenswerter Wasserbäumchen-Unterdrückungseffekt unter strengen Bedingungen bestätigt werden, bei denen die Isolierschicht in direkten Kontakt mit der wässrigen Lösung gebracht wird. Daher wird bestätigt, dass seit der Herstellung des Stromkabels, das die Isolierschicht mit der elektrischen Isolierzusammensetzung jeder der Proben A1 bis A14 enthält, die Bildung von Wasserbäumchen in der Isolierschicht stabil unterdrückt werden kann.
<Bevorzugter Aspekt der Erfindung>
Nachfolgend werden weitere Aspekte der bevorzugten Aspekte der vorliegenden Erfindung aufgelistet.
(Weiterer Aspekt 1)
Eine elektrische Isolierzusammensetzung, umfassend:

ein Basisharz, das 65 Masseteile oder mehr und 98 Masseteile oder weniger eines Polyethylens und 2 Masseteile oder mehr und 35 Masseteile oder weniger eines styrolhaltigen Harzes enthält,
wobei das Polyethylen und das styrolhaltige Harz insgesamt 100 Masseteile ausmachen, und
das 0,05 Masseteile oder mehr und 1,0 Masseteile oder weniger eines Fettsäureamids.

(Weiterer Aspekt 2)
Die elektrische Isolierzusammensetzung gemäß dem weiteren Aspekt 1, wobei die maximale Länge eines in der elektrischen Isolierzusammensetzung erzeugten Wasserbäumchens weniger als 200 µm beträgt, wenn ein elektrisches Wechselfeld von 4 kV/mm bei einer handelsüblichen Frequenz 1.000 Stunden lang an die elektrische Isolierzusammensetzung angelegt wird, wobei die elektrische Isolierzusammensetzung, die das Basisharz und das Fettsäureamid enthält, in eine wässrige 1 N NaCI-Lösung bei einer gewöhnlichen Temperatur eingetaucht wird.
(Weiterer Aspekt 3)
Die elektrische Isolierzusammensetzung gemäß dem weiteren Aspekt 1 oder 2, wobei die Zahlendichte von Wasserbäumchen mit einer Länge von 30 µm oder mehr, die in der elektrischen Isolierzusammensetzung erzeugt werden, weniger als 200 cm^-3 beträgt, wenn ein elektrisches Wechselfeld von 4 kV/mm bei einer handelsüblichen Frequenz 1.000 Stunden lang an die elektrische Isolierzusammensetzung angelegt wird, wobei die elektrische Isolierzusammensetzung, die das Basisharz und das Fettsäureamid einschließt, in eine wässrige 1 N NaCI-Lösung bei einer gewöhnlichen Temperatur eingetaucht wird.
(Weiterer Aspekt 4)
Die elektrische Isolierzusammensetzung gemäß einem der weiteren Aspekte 1 bis 3, wobei der prozentuale Styrolgehalt in dem styrolhaltigen Harz weniger als 45 Massenprozent beträgt.
(Weiterer Aspekt 5)
Die elektrische Isolierzusammensetzung gemäß einem der weiteren Aspekte 1 bis 4, wobei der Gesamtgehalt des Styrols in dem Basisharz 0,15 Masseteile oder mehr und 11 Masseteile oder weniger, bezogen auf 100 Masseteile des Basisharzes, beträgt.
(Weiterer Aspekt 6)
Die elektrische Isolierzusammensetzung gemäß einem der weiteren Aspekte 1 bis 5, wobei das Verhältnis zwischen dem Gesamtgehalt des Styrols im Basisharz und dem Gehalt des Fettsäureamids 1,5 oder mehr und 110 oder weniger beträgt.
(Weiterer Aspekt 7)
Die elektrische Isolierzusammensetzung gemäß einem der weiteren Aspekte 1 bis 6, die ferner 0,1 Masseteile oder mehr und 10 Masseteile oder weniger eines ungesättigten Dimers von α-aromatisch substituiertem α-Methylalken enthält.
(Weiterer Aspekt 8)
Die elektrische Isolierzusammensetzung gemäß einem der weiteren Aspekte 1 bis 7, wobei das Fettsäureamid ein Fettsäuremonoamid ist.
(Weiterer Aspekt 9)
Die elektrische Isolierzusammensetzung gemäß einem der weiteren Aspekte 1 bis 8, wobei das Fettsäureamid ein ungesättigtes Fettsäureamid ist.
(Weiterer Aspekt 10)
Die elektrische Isolierzusammensetzung gemäß einem der weiteren Aspekte 1 bis 9, ferner umfassend ein Vernetzungsmittel, das ein organisches Peroxid enthält.
(Weiterer Aspekt 11)
Die elektrische Isolierzusammensetzung gemäß einem der weiteren Aspekte 1 bis 9, wobei das Basisharz vernetzt ist.
(Weiterer Aspekt 12)
Ein Stromkabel, umfassend:

einen Leiter, und
eine Isolierschicht, die einen Außenumfang des Leiters bedeckt;
wobei die Isolierschicht eine elektrische Isolierzusammensetzung enthält, umfassend:
- ein Basisharz, das 65 Masseteile oder mehr und 98 Masseteile oder weniger eines Polyethylens und 2 Masseteile oder mehr und 35 Masseteile oder weniger eines styrolhaltigen Harzes enthält,
wobei das Polyethylen und das styrolhaltige Harz insgesamt 100 Masseteile ausmachen, und
0,05 Masseteile oder mehr und 1,0 Masseteile oder weniger eines Fettsäureamids.

(Weiterer Aspekt 13)
Ein Verfahren zur Herstellung eines Stromkabels, das Folgendes umfasst:

Herstellen einer elektrischen Isolierzusammensetzung, und
Ausbilden einer Isolierschicht mit der elektrischen Isolierzusammensetzung, um einen Außenumfang eines Leiters zu bedecken,

Bezugszeichenliste

10: Stromkabel
110: Leiter
120: Innere Halbleiterschicht
130: Isolierschicht
140: Äußere Halbleiterschicht
150: Abschirmschicht
160: Mantel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP S5769611 [0004]

Claims

Elektrische Isolierzusammensetzung, umfassend: ein Basisharz, das 65 Masseteile oder mehr und 98 Masseteile oder weniger eines Polyethylens und 2 Masseteile oder mehr und 35 Masseteile oder weniger eines styrolhaltigen Harzes enthält, wobei das Polyethylen und das styrolhaltige Harz insgesamt 100 Masseteile ausmachen, und das 0,05 Masseteile oder mehr und 1,0 Masseteile oder weniger eines Fettsäureamids.
Elektrische Isolierzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die maximale Länge eines in der elektrischen Isolierzusammensetzung erzeugten Wasserbäumchens weniger als 200 µm beträgt, wenn ein elektrisches Wechselfeld von 4 kV/mm bei einer handelsüblichen Frequenz 1.000 Stunden lang an die elektrische Isolierzusammensetzung angelegt wird, wobei die elektrische Isolierzusammensetzung, die das Basisharz und das Fettsäureamid umfasst, in eine wässrige 1 N NaCI-Lösung bei einer normalen Temperatur eingetaucht wird.
Elektrische Isolierzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zahlendichte von Wasserbäumchen mit einer Länge von 30 µm oder mehr, die in der elektrischen Isolierzusammensetzung erzeugt werden, weniger als 200 cm^-3 beträgt, wenn ein elektrisches Wechselfeld von 4 kV/mm bei einer handelsüblichen Frequenz 1.000 Stunden lang an die elektrische Isolierzusammensetzung angelegt wird, wobei die elektrische Isolierzusammensetzung, die das Basisharz und das Fettsäureamid umfasst, in eine wässrige 1 N NaCI-Lösung bei einer gewöhnlichen Temperatur eingetaucht wird.
Elektrische Isolierzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der prozentuale Styrolgehalt im styrolhaltigen Harz weniger als 45 Masseprozent beträgt.
Elektrische Isolierzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Gesamtgehalt des Styrols im Basisharz 0,15 Masseteile oder mehr und 11 Masseteile oder weniger, bezogen auf 100 Masseteile des Basisharzes, beträgt.
Elektrische Isolierzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verhältnis zwischen dem Gesamtgehalt des Styrols im Basisharz und dem Gehalt des Fettsäureamids 1,5 oder mehr und 110 oder weniger beträgt.
Elektrische Isolierzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die ferner 0,1 Masseteile oder mehr und 10 Masseteile oder weniger eines ungesättigten Dimers von α-aromatisch substituiertem α-Methylalken enthält.
Elektrische Isolierzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Fettsäureamid ein Fettsäuremonoamid ist.
Elektrische Isolierzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Fettsäureamid ein ungesättigtes Fettsäureamid ist.
Die elektrische Isolierzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die außerdem ein Vernetzungsmittel enthält, das ein organisches Peroxid enthält.
Elektrische Isolierzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Basisharz vernetzt ist.
Ein Stromkabel, umfassend: einen Leiter, und eine Isolierschicht, die einen Außenumfang des Leiters bedeckt; wobei die Isolierschicht eine elektrische Isolierzusammensetzung enthält, die Folgendes umfasst: ein Basisharz, das 65 Masseteile oder mehr und 98 Masseteile oder weniger eines Polyethylens und 2 Masseteile oder mehr und 35 Masseteile oder weniger eines styrolhaltigen Harzes enthält, wobei das Polyethylen und das styrolhaltige Harz insgesamt 100 Masseteile ausmachen, und das 0,05 Masseteile oder mehr und 1,0 Masseteile oder weniger eines Fettsäureamids.