聚合物混合物作為傳感器混合物的用途
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適合用作傳感器聚合物混合物的聚合物混合物，涉及一種包含該聚合物混合物的纜線，在該聚合物混合物中優(yōu)選包括用于檢測(cè)變化的測(cè)量設(shè)備，和涉及用于確定纜線的機(jī)械和/或電學(xué)穩(wěn)定性或者纜線老化的方法。該方法使用所述聚合物混合物中變化的確定，特別是老化和/或穩(wěn)定性的確定，例如作為對(duì)包含所述聚合物混合物的纜線的磨損估計(jì)或剩余使用壽命的測(cè)量。
【專利說明】聚合物混合物作為傳感器混合物的用途
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適合用作傳感器混合物的聚合物混合物。這種聚合物混合物旨在用于確定纜線的機(jī)械和/或電學(xué)穩(wěn)定性或者老化。該對(duì)應(yīng)的傳感器混合物可以沿纜線延伸并且形成纜線擠出層的截面的構(gòu)件。
【背景技術(shù)】
[0002]US2012/0001128A1公開了旨在用于高壓纜線的半導(dǎo)體混合物，相對(duì)于100重量份的基礎(chǔ)聚烯烴，其包含0.5至2.15重量份的碳納米管和0.1至I重量份的過氧化交聯(lián)劑(peroxidic crosslinker)。該對(duì)應(yīng)的材料旨在用作包圍高壓纜線導(dǎo)體的內(nèi)部導(dǎo)電層和用作包圍其絕緣體的外部導(dǎo)電層。
[0003]EP1490672B1描述一種通過測(cè)量另一種包含25重量％的碳黑或金屬顆粒作為導(dǎo)電組分的聚合物混合物的電阻或電導(dǎo)率以確定纜線中聚合物混合物穩(wěn)定性的方法。電阻隨時(shí)間的變化用作老化的度量標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)槔匣ㄟ^收縮導(dǎo)致電導(dǎo)率組分的壓實(shí)。該包含電導(dǎo)率組分的聚合物混合物可以沿著纜線以細(xì)絲的方式設(shè)置，在該情形下沿著聚合物混合物測(cè)量電阻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的問題是提供用作傳感器混合物的備選聚合物混合物，并且優(yōu)選地，提供用于確定聚合物混合物變化的備選方法，優(yōu)選地，提供包含該聚合物混合物的備選纜線。
[0005]本發(fā)明根據(jù)權(quán)利要求1的特征，通過使用包含或由至少一種聚合物、無機(jī)填料、力口工助劑、0.2?6重量％的碳納米管、任選的增塑劑、任選的交聯(lián)系統(tǒng)和任選的染料組成的聚合物混合物，解決了該問題。
[0006]對(duì)于傳感器混合物，除非另外指明，以重量％的組分的比例是相對(duì)于全部混合物表示的。
[0007]該聚合物為，例如，聚亞燒基(polyalkylene)、聚丙烯、聚乙烯(PE),優(yōu)選低密度PE (LDPE)，聚乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、聚氨酯及其混合物，并且其含量為，例如最高達(dá)60重
量％,優(yōu)選20?50重量％。
[0008]無機(jī)填料為，例如白堊和/或高嶺土，其含量為，例如5?60重量％ ；以及阻燃劑，特別選自氫氧化鋁(ATH)，例如具有1.7?2.1 μ m的粒徑d5(l和3?5m2/g的BET表面積，其含量為，例如10?60重量％，優(yōu)選40?50重量％。
[0009]可以以例如0.3重量％的程度存在的老化穩(wěn)定劑的實(shí)例為四(亞甲基(3，5-二叔丁基-4-氫-肉桂酸酯))甲燒(也稱作IrganoxlOlO)。
[0010]交聯(lián)系統(tǒng)可以包含，例如過氧化物和/或ZnO，在該情形下，該傳感器混合物在設(shè)置于纜線之前或之后交聯(lián)，例如通過擠出后的加熱和/或輻射的方式。該傳感器混合物能夠作為纜線聚合物層的組分通過擠出的方式設(shè)置，例如作為護(hù)套和/或內(nèi)部護(hù)套層的部分截面，在該情形下，該傳感器混合物特別地在纜線的全長(zhǎng)度上延伸，并且形成沿纜線延伸的細(xì)絲作為護(hù)套和/或內(nèi)部護(hù)套層的一部分。任選地，該傳感器混合物可以作為護(hù)套內(nèi)沿纜線延伸的細(xì)絲來設(shè)置。
[0011]該碳納米管具有，例如平均直徑為8~10nm，優(yōu)選9.5nm，特別地具有的平均長(zhǎng)度為I~5μL?，優(yōu)選L4~L6ym，特別地1.5 μ m，優(yōu)選具有的碳含量為至少90%，余量為金屬氧化物。碳納米管具有，例如BET表面積為200~400g/m2，優(yōu)選250~300g/m2。
[0012]已經(jīng)證實(shí)，該傳感器混合物能夠通過擠出形成細(xì)絲，并且然后任選地，進(jìn)行交聯(lián)，并且具有足以檢測(cè)依賴于老化的變化的電學(xué)性質(zhì)，特別是充足的電導(dǎo)率。有利地，傳感器混合物中0.2~6重量％,優(yōu)選0.4~4重量％或0.4~2重量％的碳納米管含量足以給予該混合物以可測(cè)量方式變化的電學(xué)性質(zhì)作為老化函數(shù)。
[0013]相比于例如EP1490672B1的碳黑含量，電導(dǎo)率組分的這種低含量具有以下優(yōu)點(diǎn):與除碳納米管外相同的聚合物混合物相比，該成分僅輕微至不顯著程度地改變其性質(zhì)，特別是與老化特性相關(guān)的性質(zhì)。因此，優(yōu)選的是，該傳感器混合物與纜線組分的聚合物混合物相同，特別地與額外包含碳納米管的護(hù)套或內(nèi)部護(hù)套的聚合物混合物相同。在該實(shí)施方式中，該傳感器混合物的老化特性特別地對(duì)應(yīng)于纜線的護(hù)套或內(nèi)部護(hù)套的聚合物混合物的老化特性，且構(gòu)成具有護(hù)套或內(nèi)部護(hù)套的聚合物混合物組分的傳感器混合物的一定含量的碳納米管賦予傳感器混合物或傳感器混合物細(xì)絲以電學(xué)性質(zhì)，其變化是可以使用設(shè)備測(cè)量的或者在本方法中測(cè)量作為老化量度。[0014]與除碳納米管外完全相同的聚合物混合物相比，該傳感器混合物具有基本上相同的機(jī)械性質(zhì)或稍微變化的機(jī)械性質(zhì)。因此，該傳感器混合物或者具有至少一根該傳感器混合物細(xì)絲的纜線的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是:機(jī)械性質(zhì)不會(huì)顯著變壞，如果不是完全沒有變化的話。特別是對(duì)于其中傳感器混合物的細(xì)絲是在護(hù)套的外表面上形成或者作為護(hù)套或內(nèi)部護(hù)套的截面構(gòu)件而形成的實(shí)施方式中，這點(diǎn)是重要的。
[0015]用于確定包含傳感器混合物的纜線、特別是以沿著纜線延伸的傳感器混合物細(xì)絲的形式的穩(wěn)定性的方法，包括至少一種傳感器混合物電學(xué)性質(zhì)變化的確定，該電學(xué)性質(zhì)為例如電導(dǎo)率、電阻、電容和/或耗散因數(shù)。
[0016]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，該傳感器混合物在與依賴于造成老化的影響的電學(xué)性質(zhì)、方面表現(xiàn)出顯著的變化。優(yōu)選地，傳感器混合物在電學(xué)性質(zhì)方面的變化大于這樣的聚合物混合物，其包含25%的碳黑而不是0.2~6重量％的例如根據(jù)本發(fā)明的碳納米管，而在其它方面具有完全相同的組成。
[0017]在纜線的第一實(shí)施方式中，該傳感器混合物沿著纜線以至少一根沿著纜線延伸的細(xì)絲形式設(shè)置，該細(xì)絲末端電連接測(cè)量單元。該傳感器混合物優(yōu)選沿著纜線以兩根或更多根沿纜線的細(xì)絲的形式設(shè)置，每根細(xì)絲的一端電連接纜線第一縱截面中的測(cè)量單元，并且其末端設(shè)置于纜線與第一縱截面間隔開的第二縱截面，其與第一縱截面彼此電連接。優(yōu)選地，該第一縱截面為纜線的第一末端，第二縱截面為纜線的第二間隙開的末端。該細(xì)絲可以設(shè)置于護(hù)套或內(nèi)部護(hù)套中，并且可以構(gòu)成護(hù)套或內(nèi)部護(hù)套截面的構(gòu)件。
[0018]對(duì)于該實(shí)施方式，其傳感器混合物可以例如通過使用向傳感器混合物加料的帶分配器(strip distributor)的模具(die),例如與護(hù)套或者內(nèi)部護(hù)套的聚合物混合物共擠出，使得該傳感器混合物形成護(hù)套或內(nèi)部護(hù)套的聚合物混合物中的帶。[0019]備選地，該傳感器混合物能夠通過例如引導(dǎo)該細(xì)絲與將要設(shè)置于護(hù)套內(nèi)的纜線元件一起穿過擠出機(jī)模具擠出成設(shè)置于護(hù)套內(nèi)的細(xì)絲，通過該方式護(hù)套的聚合物混合物圍繞著這些纜線元件被擠出。例如，至少一根細(xì)絲可以與纜線的芯線絞合和/或置于這些芯線的間隙之間和/或用內(nèi)護(hù)套和/或護(hù)套的聚合物材進(jìn)行夾物模壓(insert-molded)。
[0020]在第二個(gè)實(shí)施方式中，包括至少兩個(gè)導(dǎo)體的傳感器混合物形成傳感器元件。優(yōu)選地，該傳感器元件具有至少兩個(gè)在傳感器混合物內(nèi)以一定距離設(shè)置的導(dǎo)體，并且與傳感器混合物建立接觸，特別是在其全長(zhǎng)范圍上。優(yōu)選地，該導(dǎo)體在傳感器混合物內(nèi)彼此平行設(shè)置，在該情形下，至少兩根導(dǎo)體是以細(xì)絲的形式，其中至少兩個(gè)導(dǎo)體以彼此間隔開的方式設(shè)置并且平行于該細(xì)絲的縱軸。在該實(shí)施方式中，其中具有至少兩個(gè)間隔開的導(dǎo)體的傳感器混合物形成傳感器元件，該傳感器混合物優(yōu)選沿著纜線設(shè)置于例如纜線護(hù)套的外表面上和/或纜線護(hù)套內(nèi)。在傳感器元件設(shè)置于纜線護(hù)套內(nèi)的情形下，該傳感器元件可以與由護(hù)套包圍的纜線的其它元件一起設(shè)置，并且與護(hù)套的聚合物混合物進(jìn)行夾物模壓。正如參考第一實(shí)施方式所描述的，該傳感器元件可以與芯線絞合和/或置于其空隙中。
[0021]在第二實(shí)施方式中，出于測(cè)量的目的，設(shè)置于傳感器混合物內(nèi)的傳感器元件的每個(gè)導(dǎo)體連接至測(cè)量單元。在該實(shí)施方式中，所設(shè)置的測(cè)量單元優(yōu)選是用于纜線的電容和/或其耗散因數(shù)的測(cè)量或確定。
[0022]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，傳感器混合物的電學(xué)性質(zhì)受溫度的升高影響極大。例如，溫度升高比老化所引起的傳感器混合物的電導(dǎo)性的增大更快或更顯著，而老化導(dǎo)致例如收縮和/或脆變。
[0023]相應(yīng)地，纜線優(yōu)選具有除傳感器混合物外的溫度傳感器和進(jìn)一步優(yōu)選具有用于儲(chǔ)存溫度測(cè)量而設(shè)置的評(píng)估單元(evaluation unit)，并且將溫度測(cè)量與傳感器混合物電學(xué)性質(zhì)測(cè)量相關(guān)聯(lián)。更加優(yōu)選地，該評(píng)估單元具有關(guān)于相同傳感器混合物的事先確定的溫度測(cè)量和電學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，并且設(shè)置以包括在傳感器混合物電學(xué)性質(zhì)的測(cè)量評(píng)估中事先確定的關(guān)聯(lián)作為溫度量度的函數(shù)。在用于傳感器混合物的電學(xué)性質(zhì)的測(cè)量評(píng)估中，包含事先確定的溫度測(cè)量的關(guān)聯(lián)提高了不是由溫度升高造成的影響帶來的老化確定的精確度。
[0024]優(yōu)選的溫度傳感器為光學(xué)纖維，例如玻璃纖維或纜線內(nèi)縱向存在的光學(xué)纖維。給出的優(yōu)選例為鄰近傳感器混合物設(shè)置的光學(xué)纖維。例如，在傳感器混合物的第二實(shí)施方式中的光學(xué)纖維可以作為傳感器混合物內(nèi)的傳感器元件設(shè)置，例如平行傳感器元件中的導(dǎo)體。該光學(xué)纖維連接例如光學(xué)檢測(cè)器，其設(shè)置用來通過將激光輻射照入該光學(xué)纖維進(jìn)行光學(xué)性質(zhì)的測(cè)量，特別是進(jìn)行所產(chǎn)生的拉曼散射的測(cè)量。相應(yīng)地，該光學(xué)纖維可能具有用于將激光輻射照入纖維的激光器，和具有特別地安裝于將激光輻射照入的光學(xué)纖維的末端的光學(xué)檢測(cè)器。給出的優(yōu)選例是其光學(xué)性質(zhì)只依賴于溫度的光學(xué)纖維。例如，可能使用對(duì)放射性輻射具有高度穩(wěn)定性的光學(xué)纖維，例如具有高OH含量，伴隨著氟和/或溴的摻雜。本發(fā)明的纜線具有除傳感器混合物外的光學(xué)纖維的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在放射性輻射下，該光學(xué)纖維經(jīng)歷其光學(xué)性質(zhì)方面的變化，例如它的霧度(haze)和/或衰減度。因此，在該過程中，光學(xué)測(cè)量能夠用于確定由放射性輻射在纜線上造成的老化比例。相應(yīng)地，可以設(shè)置該評(píng)估單元以使用指示纜線的放射性輻射的光學(xué)測(cè)量來確定纜線的老化。該光學(xué)纖維優(yōu)選具有玻璃組成，其光學(xué)性質(zhì)能夠隨放射性輻射例如Y輻射而變化，特別地獨(dú)立于溫度。該光學(xué)纖維為，例如，那些具有低含量的氟和/或溴的光學(xué)纖維、那些由純二氧化硅構(gòu)成的光學(xué)纖維和/或那些具有低OH含量的光學(xué)纖維。相應(yīng)地，纜線可以包含其光學(xué)性質(zhì)依賴于溫度的光學(xué)纖維和/或其光學(xué)性質(zhì)能夠隨放射性輻射而變化的光學(xué)纖維。這些性質(zhì)，例如霧度，能夠作為以dB/km的衰減來確定。
[0025]優(yōu)選地，每個(gè)光學(xué)纖維的檢測(cè)器連接于已經(jīng)存儲(chǔ)預(yù)設(shè)測(cè)量數(shù)據(jù)的評(píng)估單元，該預(yù)設(shè)測(cè)量數(shù)據(jù)包含溫度和/或放射性輻射的測(cè)量與纜線或至少纜線的聚合物混合物、特別是護(hù)套混合物和/或傳感器混合物的老化的關(guān)聯(lián)性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]現(xiàn)在使用示例性傳感器混合物并且參照示意性附圖來更具體地描述本發(fā)明:
[0027]圖1顯示了示例性的傳感器元件；
[0028]圖2顯示了纜線護(hù)套的實(shí)例；
[0029]圖3顯示了通過具有傳感器元件的纜線護(hù)套的一個(gè)實(shí)施方式的截面；和
[0030]圖4顯示了通過具有傳感器元件的纜線護(hù)套的另一個(gè)實(shí)施方式的截面。
【具體實(shí)施方式】
[0031]作為傳感器混合物的簡(jiǎn)單實(shí)施方式，在混合物I)中將碳納米管(大約9.5nm的平均直徑，大約1.5 μ m的平均長(zhǎng)度，90%的碳，10%的金屬氧化物，250~300g/m2的BET表面積)混合至2.1重量％的碳納米管在97.9重量％的LDPE中的程度，以及在混合物2)中混合至6.5重量％的碳納米管在93.5重量％中的LDPE的程度，并且通過擠出來成形。
[0032]對(duì)混合物I)電阻的測(cè)量給出了以下100°C的老化值:
[0033]
【權(quán)利要求】
1.聚合物混合物作為用于確定纜線老化的傳感器混合物(I)的用途，所述聚合物混合物包含或由以下組成:至少一種聚合物、無機(jī)填料、加工助劑、0.2?6重量％的碳納米管、任選的增塑劑、任選的交聯(lián)系統(tǒng)和任選的染料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的用途，其特征在于，所述碳納米管具有8?IOnm的平均直徑，I?5μ m的平均長(zhǎng)度，至少90%的碳含量，余量為金屬氧化物，和200?400g/m2的BET表面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的用途，其特征在于，所述聚合物混合物包含高達(dá)60重量％的阻燃劑。
4.一種包含根據(jù)權(quán)利要求1的聚合物混合物的纜線，其特征在于，所述傳感器混合物(I)形成傳感器元件出)，該傳感器元件出)圍繞至少兩個(gè)彼此間隔開的導(dǎo)體(2，3)設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的纜線，其特征在于，至少一根沿著所述纜線設(shè)置的光學(xué)纖維連接至光學(xué)檢測(cè)器，從該光學(xué)檢測(cè)器將測(cè)量結(jié)果發(fā)送至連接測(cè)量單元的評(píng)估單元，所述評(píng)估單元設(shè)置用來將來自所述測(cè)量單元的測(cè)量結(jié)果與來自所述光學(xué)檢測(cè)器的測(cè)量結(jié)果關(guān)聯(lián)起來，至少一根光學(xué)纖維具有其光學(xué)性質(zhì)依賴于溫度的玻璃組成和/或至少一根光學(xué)纖維具有其光學(xué)性質(zhì)能由放射性輻射改變的玻璃組成。
6.一種用于確定根據(jù)權(quán)利要求4或5的纜線的老化的方法，其特征在于，確定所述傳感器混合物⑴的電導(dǎo)率、電阻、電容和/或耗散因數(shù)的測(cè)量結(jié)果。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，沿著所述纜線設(shè)置的光學(xué)纖維具有依賴于溫度的光學(xué)性質(zhì)，并且獲取了該依賴于溫度的光學(xué)性質(zhì)的測(cè)量結(jié)果；和/或所述纜線包含沿所述纜線設(shè)置的光學(xué)纖維并且具有依賴于放射性輻射的光學(xué)性質(zhì)，并且獲取了該纜線依賴于放射性輻射的光學(xué)性質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的方法，其特征在于，所述傳感器混合物(I)的電導(dǎo)率、電阻、電容和/或耗散因數(shù)的測(cè)量結(jié)果，依賴于溫度的光學(xué)性質(zhì)的測(cè)量結(jié)果和/或依賴于放射性輻射的光學(xué)性質(zhì)的測(cè)量結(jié)果在評(píng)估單元中與以下數(shù)據(jù)相比較:所述數(shù)據(jù)包含所述纜線中至少一種聚合物混合物的老化與該測(cè)量的預(yù)設(shè)關(guān)聯(lián)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6?8中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，將所述傳感器混合物(I)成形為包含至少兩個(gè)彼此間隔開的導(dǎo)體(2，3)的傳感器元件(6)，并且所述傳感器元件(6)與纜線的其它元件一起以用于纜線護(hù)套的聚合物混合物進(jìn)行夾物模壓。
【文檔編號(hào)】G01N27/04GK103940855SQ201410017310
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月17日
【發(fā)明者】M.梅耶, J-M.岡內(nèi)特, A.康姆貝西斯 申請(qǐng)人:尼克桑斯公司