[发明专利]耐受树枝化的绝缘组合物

说明书

本申请是中国专利申请No.200880110843.X的分案申请，该母案的申请日是2008年8月6日，发明名称为“耐受树枝化的绝缘组合物”。

要求优先权

本申请要求2007年8月6日提交的美国临时专利申请60/953309和2008年1月2日提交的美国临时专利申请60/018625的优先权，这两篇临时申请的公开内容在此以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及用于具有聚烯烃基聚合物和添加剂的电力电缆的绝缘组合物，所述添加剂含有低分子量蜡或者聚乙二醇(PEG)并且任选地还含有一种或多种受阻胺光稳定剂、胺类抗氧化剂和其他抗氧化剂共混物。本发明还涉及一种绝缘组合物，其含有C₂-C₈α-烯烃与聚乙烯均聚物以及任选的一种或多种受阻胺光稳定剂和液体甲酚抗氧化剂。

背景技术

典型的电力电缆通常在被数个层环绕的芯里具有一种或多种导体，所述数个层可以包括：第一聚合物半导体屏蔽层、聚合物绝缘层、第二聚合物半导体屏蔽层、金属带屏蔽层和聚合物套层。

聚合物材料过去就已经用作电力电缆的电绝缘材料和半导体屏蔽材料。在要求电力电缆长期性能的应用或者产品中，这类聚合物材料除了具有合适的介电性质外，还必须耐用。例如，在建筑物用导线、电机或者机械动力导线，或者地下电力传输电缆中使用的聚合物绝缘材料必须耐用，以满足安全和经济性的需要以及实用性。

聚合物电力电缆绝缘材料可能遭遇的一种主要类型的故障是称为树枝化(treeing)的现象。树枝化通常在电应力下通过介电部分发展起来，使得其路径(如果可见的话)看起来有点像树。树枝化可以通过周期性局部放电缓慢出现和发展。它也可以在湿气存在下没有发生任何局部放电即缓慢出现，或者可以因脉冲电压而迅速出现。树枝可以形成在高电应力的部位，如绝缘-半导电显示屏界面体上的污染物或者空隙。在固体有机电介质中，树枝化是发生电力故障的最可能原因，这种故障不会突发出现，而似乎是一种更长过程的结果。过去，已经通过将硅烷基分子或者其他添加剂共混、接枝或者共聚来改性聚合物材料，使得树枝化仅在比通常更高的电压下才开始发生或者即使开始生长也更慢，从而延长聚合物绝缘材料的使用寿命。

存在两种树枝化，称为电树枝化和水树枝化。电树枝化由使电介质分解的内部放电引起。高的电压脉冲可以产生电树枝化。因将高的交流电压施加到可能包括瑕疵的电极/绝缘体界面造成的损害在商业上意义重大。这种情况下，可以存在非常高的局部应力梯度，并且足够长时间后可以导致树枝开始出现并生长。这种实例有在导体或者导体屏蔽和主绝缘体之间存在粗糙界面的高压电力电缆或者连接器。这种故障的机理包括可能由于电子轰击导致介电材料模块结构实际分解。过去以来本领域大部分都已经涉足对电树枝化的抑制。

电树枝化由使电介质分解的内部放电引起，与其形成对比，水树枝化是固体电介质材料同时暴露在液体或蒸汽和电场中造成的劣化。埋入式电力电缆尤其易发生水树枝化。水树枝化从高电应力部位如粗糙界面、突出的导电点、空隙或者嵌入的污染物处开始发生，但是在比电树枝化所需电压低的电压下开始发生。相比较电树枝化，水树枝化具有如下区别特征：(a)水的存在是它们生长所必须的；(b)在它们生长过程中通常检测不到局部放电；(c)在达到可以造成损害的尺寸之前它们可以生长数年；(d)尽管生长缓慢，但是它们在比电树枝化发展所需电场低得多的电场中开始出现和生长。

电绝缘应用通常分为低压绝缘(小于1K伏特)、中压绝缘(1K伏特～69K伏特)和高压绝缘(高于69K伏特)。在低压应用例如电缆和汽车工业应用中，树枝化通常不是一个普遍问题。对于中压应用，电树枝化通常不是一个普遍问题，远不及水树枝化那么普遍，水树枝化是频繁出现的问题。最常见的聚合物绝缘体或者由聚乙烯均聚物或者乙烯-丙烯弹性体制成，或者称为乙烯-丙烯-橡胶(EPR)或者乙烯-丙烯-二烯烃三元共聚物(EPDM)。

通常使用纯聚乙烯(不含填料)作为电绝缘材料。聚乙烯具有非常好的介电性能，特别是介电常数和功率因数方面。聚乙烯的介电常数为约2.2～2.3。功率因数是消耗和损耗的电能函数，它应当尽可能低，在室温下大约为0.0002，这是非常理想的值。尽管聚乙烯聚合物在高温下容易变形，但是它们的机械性能仍适合在许多应用中作为中压绝缘材料。然而，聚乙烯均聚物非常容易水树枝化，特别在中压范围的上限值时。