專利名稱：水不滲透的動力傳輸電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交流電(AC)動力傳輸電纜。更具體地說，本發(fā)明所提供的動力電纜不會象傳統(tǒng)的動力傳輸電纜那樣由于水的侵入而使絕緣性能受到破壞。
水滲透到動力傳輸電纜中而破壞其絕緣性能的(令人頭疼的)現(xiàn)象已有很多記載。簡單地說，這種現(xiàn)象是由于水蒸汽透過動力電纜的聚乙烯絕緣層進(jìn)入其內(nèi)部并凝結(jié)在聚乙烯絕緣屏蔽層內(nèi)部。這種積聚起來的凝結(jié)水促成了電化學(xué)反應(yīng)從而導(dǎo)致電纜的性能下降，這在美國專利5,010,209和對應(yīng)的歐洲專利申請EP 0416728A2中已有更完整的論述。該專利文獻(xiàn)介紹了有關(guān)解決美國專利4,703,132中舉出的眾所周知問題的一些嘗試。雖然上述美國專利和歐洲專利申請所提出的問題已眾所周知并企圖加以克服，但問題一直未獲得解決。本發(fā)明是針對同一問題的并對上一段所列專利文件中采用的方法加以改進(jìn)。具體地講，美國專利4,703,132敘述了一種填料化合物和包含有這種填料化合物的電纜，該填料化合物由一種低分子量并摻入少量微粒材料的橡膠組成，它在吸收水份后溶脹，且質(zhì)地足夠柔軟，勿須使用擠出設(shè)備便可涂到導(dǎo)體上。如該專利所表明的那樣，填料化合物被涂到導(dǎo)線上，纏繞在一起形成同心層，然后當(dāng)帶有填料化合物的導(dǎo)線被絞在一起時，導(dǎo)線束的外表面被一種傳統(tǒng)的半導(dǎo)體應(yīng)力控制層通過擠出覆蓋起來，該應(yīng)力控制層將導(dǎo)線外層中的空隙完全填滿。然后涂上一層填有半導(dǎo)體橡膠的膠帶，再下面是擠出的絕緣層，和在該專利的第二欄內(nèi)均作了詳細(xì)說明的其他層。
當(dāng)專利4,703,132所述的填料化合物被涂在導(dǎo)線的一層上時，可將在其上涂有這種填料化合物的導(dǎo)線層通過裝有可水溶脹的材料微粒的容器，并以將微粒粘附在暴露的填料化合物上的方式把它們吹散，這樣來把該填料化合物暴露于可水溶脹材料的微粒中。該專利的第三欄還建議可將可水溶脹的粉末與該填料化合物混合在一起并以同樣方式涂覆到導(dǎo)體上。然而，該專利并未介紹如何制造這種混合物以及填料化合物與粉末的混合物如何借助于填料化合物的高疏水性能而解決前述問題。實際上，填料化合物具有如此的疏水特性，使得它阻止了粉末狀水吸收劑與水之間的相互作用。
雖然在參考文獻(xiàn)中所述發(fā)明曾聲明其目的是要克服有上述特點的棘手問題，但是美國專利5,010,209的存在清楚表明事實并非如此，5,010,209頒布給與專利4,703,132相同的組織并也論及同樣的棘手問題。專利5,010,209公開了對相同的填料化合物和可水溶脹的材料的應(yīng)用，但采用的是所謂螺旋延伸金屬元件，它環(huán)繞著絕緣屏蔽層，而每一個金屬元件至少在其鄰近邊緣帶有可水溶脹材料的微粒。正如專利4,703,132沒有提供解決該棘手問題的辦法一樣，專利5,010,209也未能提供其解決辦法。
美國專利4,703,132所述的電纜在制造上也還存在問題。當(dāng)這種電纜的聚乙烯覆蓋層或外套被擠出到已涂有填料化合物的導(dǎo)體上時，溫度可高到足以熔化涂覆在導(dǎo)體外面的填料化合物(帶有或者不帶有該專利所述的可水溶脹材料)。因此有必要在制造過程中采取一些步驟保護(hù)填料化合物使其不暴露在這樣高的溫度下或者采用不熔化的填料化合物。
本發(fā)明涉及到一種動力傳輸電纜，其不受到尚未解決的因潮濕使動力傳輸電纜的絕緣性能下降等問題的侵?jǐn)n，且用一種組合物填充，該組合物在絕緣層被擠出到電纜上的溫度下不會熔化。本發(fā)明包括一種電纜，該電纜有一根或多根導(dǎo)體組成的芯、環(huán)繞著該導(dǎo)體的絕緣層、環(huán)繞著該絕緣層的一層金屬和/或塑料屏蔽、擠出到該金屬屏蔽層上的一層聚合物屏蔽層、以及一種或多種填料化合物。聚合物屏蔽層與金屬或塑料屏蔽的外表面之間的空間用第一種填料化合物充填，該填料化合物是由一種受熱不熔化的且不導(dǎo)電的凝膠基質(zhì)和一種吸水性聚合物組成，這種吸水性聚合物是一種超級吸收劑，由含有側(cè)離子基(pendant ionic groups)的聚合物主鏈組成。各導(dǎo)體之間的空間以及導(dǎo)體與最里層的金屬或塑料屏蔽之間的空間用第二種填料化合物充填，一般來說該填料化合物與第一種填料化合物由相同的材料組成，具體來講，是將一種吸水性聚合物分散到一種受熱不熔化的凝膠基質(zhì)材料內(nèi)而制成，該填料化合物也包含一種半導(dǎo)體材料。
本發(fā)明還提供了一種制造動力傳輸電纜的方法，它包括以下步驟制備第一種填料化合物和第二種填料化合物，第一種填料化合物是將一種吸水性聚合物分散到一種受熱不熔化的凝膠基質(zhì)材料中而制成，而第二種填料化合物則是將一種吸水性聚合物和一種半導(dǎo)體材料分散到一種受熱不熔化的凝膠基質(zhì)材料中制成；將第二種填料化合物在壓力下強(qiáng)制壓入一容器內(nèi)，并將一根或多根導(dǎo)體穿過容器中的加壓填料化合物，即讓導(dǎo)體通過容器的進(jìn)口和出口，結(jié)果填料化合物便被擠出到導(dǎo)體上和/或各導(dǎo)線之間的空間內(nèi)；再涂上有上述特性的絕緣層、金屬和/或塑料屏蔽層以及外部聚合物覆蓋層，并用第一種填料化合物充填屏蔽層外側(cè)和聚合物覆蓋層內(nèi)側(cè)的空間。
現(xiàn)在來參看附圖，

圖1是表示制造本發(fā)明的含有凝膠組合物的動力傳輸電纜的方法和設(shè)備的示意圖。
圖2是用圖1所示的設(shè)備來制造的一種動力電纜的剖開透視圖。
本發(fā)明電纜的第一種和第二種填料化合物兩者中的凝膠基質(zhì)，如象前面提到的用于這類電纜填料化合物中的凝膠基質(zhì)，其特點是疏水性，因此它在電纜中形成了對水的擴(kuò)散和/或遷移的最初屏蔽。然而，當(dāng)有水存在時，本發(fā)明的電纜凝膠中的細(xì)微粉狀聚合物顆粒便向與凝膠基質(zhì)相鄰近的水中遷移。這種效應(yīng)可通過將親水性物質(zhì)加到該凝膠中而得到促進(jìn)，它使得吸水性聚合物釋放出來去吸附水，這是由于水分子和吸水性聚合物的離子基之間的電化學(xué)吸引之故。當(dāng)水一旦與從凝膠中釋放出來的聚合物相接觸，由于水與聚合物的結(jié)合而形成一種高粘度的物質(zhì)，從而使得在動力傳輸電纜內(nèi)通常所處的流體靜壓下的流體運(yùn)動成為不可能。聚合物對透過絕緣層而凝結(jié)和聚集在某處的水份的吸引將導(dǎo)致在該處產(chǎn)生高粘度物質(zhì)的堆積，這通過在內(nèi)部產(chǎn)生的反壓力有效地阻止水蒸汽進(jìn)一步穿透聚乙烯絕緣層(繼而再凝結(jié))，從而防止了前述令人頭疼現(xiàn)象的發(fā)生，否則這種現(xiàn)象就會由于額外水份的堆積而出現(xiàn)。
因此，本發(fā)明利用在聚乙烯內(nèi)存在聚集和凝結(jié)的水來解決前述棘手問題。它確實在克服該問題的方式上作了根本的改變，例如它提供了一種含有填料化合物的電纜，不是采用以前在現(xiàn)有技術(shù)電纜中所常用的辦法將水份排除在電纜以外或?qū)⑺菸?，而是認(rèn)識到水份以水蒸汽的形式滲入到電纜內(nèi)是不可避免的，當(dāng)這種現(xiàn)象果真出現(xiàn)時，利用存在的水來產(chǎn)生一種反向壓力壁壘，由此來阻止凝結(jié)水在該處進(jìn)一步聚集，從而避免了麻煩問題的出現(xiàn)。
適合于用作本發(fā)明電纜填料化合物的吸水性聚合物是那些具有側(cè)離子基的主鏈，該側(cè)離子基附著在聚合鏈上，優(yōu)選是非天然存在的單體的聚合物，使得它對細(xì)菌降解不太敏感。該離子基可以是羧酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、磺酸鹽、膦酸鹽、氨，或者任何暴露在水中時能成為帶電體的其他基團(tuán)。其中優(yōu)選聚羧酸鹽。優(yōu)選的羧酸鹽聚合物是由下列物質(zhì)制成的非飽和的α，β-乙烯單和雙羧酸及/或酸酐，如丙烯酸、α-甲基丙烯酸、β-甲基丙烯酸、馬來酸、福馬酸以及各自的馬來酸酐和福馬酸酐。特別成功的是采用二丙烯酸酯聚合物，通常稱之為聚丙烯酸或丙烯酸，以及它們的衍生物，它們的陰離子羧酸根當(dāng)暴露在含水條件下時，沿著聚合物鏈產(chǎn)生很強(qiáng)的負(fù)電荷。可以采用這些聚合物鹽類的多種離子形式，它們當(dāng)中包括、但不限于堿金屬，如鋰、鈉、鉀；或者堿土金屬，如鎂、鈣、鍶、鋇、鋅或鋁。所用的鹽取決于附著在聚合物主鏈上的陰離子基的化學(xué)價。這類聚丙烯酸衍生物的聚合物可以從多個廠家獲得，其中包括DOW化學(xué)公司，Stockhausen股份有限公司以及Hoechst纖烷絲化學(xué)公司等。
雖然優(yōu)選的吸水性聚合物為聚羧酸鹽，但是其他一些具有連在聚合物主鏈上的離子基的超吸收性聚合物使用起來效果也不錯，它們包括丙烯酸酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酰胺、丙烯腈、甲基丙烯腈、三乙基和/或四乙基乙二醇、丙烯酸酯，以及這些聚合物的淀粉接枝聚合物如淀粉聚丙烯腈接枝聚合物、纖維素及纖維素的衍生物如羧酸甲基纖維素等。除了上面已列出的廠家外，這類聚合物也可以從Proctor & Gamble公司和谷物加工公司獲得。這類聚合物在許多專利中都曾經(jīng)作過介紹，在下列專利文獻(xiàn)(但不限于這些文獻(xiàn))中對吸水性聚合物曾有闡述美國專利號3,589,364 4,442,173 歐洲專利申請?zhí)?58,9593,661,815 4,443,3123,669,103 4,446,261 日本專利申請?zhí)?,880,751 4,497,9305,125,8714,105,033 4,626,06359 32994,129,544 4,690,9714,295,987 4,849,484雖然將纖維素及纖維素衍生物的聚合物分散到凝膠基質(zhì)中形成用于本發(fā)明的組合物時以上述方式起作用，但在經(jīng)過一段時間以后這類聚合物有可生物降解。因此，非天然存在的單體的聚合物由于它們的生物降解作用很弱而被統(tǒng)稱為“無生物降解的”聚合物，在本說明書中它們比纖維素及纖維素衍生物的聚合物優(yōu)選加以使用。例如，前述的聚丙烯酸聚合物及其衍生物經(jīng)過若干年后仍然具有抗降解能力；試驗表明這類聚合物經(jīng)過一年沒有出現(xiàn)任何降解現(xiàn)象。
吸水性聚合物按填料化合物重量的大約5％至大約33.3％的濃度摻入到本發(fā)明電纜的填料化合物中，具體的濃度取決于所選用的特定聚合物。雖然組合物中所含聚合物的濃度處在上述比例范圍的兩端時均能獲得滿意的結(jié)果(因此使用“大約”這個詞來描述該范圍)，但濃度優(yōu)選為約以10％至15％。作為一般準(zhǔn)則，如果是使用纖維素聚合物或纖維素衍生物的聚合物，則優(yōu)選采用更高濃度的聚合物濃度。
有多種組合物被用作凝膠基質(zhì)。該基質(zhì)應(yīng)該使聚合物完全均勻地分布在凝膠中。下面將要對凝膠的粘度變化作一說明，它取決于多種因素，包括將填料化合物引入電纜所使用的方法。
用于填料化合物中的凝膠基質(zhì)包括硅樹脂、石油/碳?xì)浠衔餄櫥?、高粘度的酯類、乙二醇、聚乙二醇、烯族烴及碳氟化合物。聚烯烴乙二醇、聚α-烯烴和聚異丁烯的混合物也可以使用，這類混合物與各種分子量的碳?xì)浠衔餄櫥蛢?yōu)選用于本發(fā)明電纜填料化合物的凝膠基質(zhì)。油類凝膠基質(zhì)在使用中按重量計的濃度為大約40％至大約95是有利的，這部分取決于受熱不熔增稠劑的使用。優(yōu)選的濃度取決于特定的材料，按重量計為約40％至約85％。
疏水的凝膠基質(zhì)使它具有一種涂布聚合物并實際上將聚合物與水隔絕的傾向。將少量的親水性物質(zhì)加到這類疏水性凝膠基質(zhì)中來抵消這種傾向。親水性物質(zhì)好象提供了一條導(dǎo)管使水與水活性聚合物相接觸，從而使得聚合物遷移到水中。有很多種材料適合于用作本發(fā)明電纜填料化合物中的親水性物質(zhì)(特別是下面將要提到的第二種填料化合物)，在使用中按重量計的百分比大約是從1％到大約15％。采用各種直鏈和支鏈結(jié)構(gòu)的一元、二元和多元醇，包括各種聚烯烴乙二醇及其混合物和其衍生物、各種烷醇及其混合物和衍生物已取得了特別的成功。例如，用環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷無規(guī)取代的乙二醇、己二醇和聚烯烴乙二醇的共聚物如采用異丙基醇和2-乙基己醇一樣都用得不錯。其他適合于用作本發(fā)明電纜填料化合物中的親水性物質(zhì)包括下面將要更詳細(xì)說明的半導(dǎo)體材料、單烯和多烯的不飽和脂肪酸以及脂肪酸的混合物，如油酸、棕櫚油酸、亞麻油酸、亞油酸，妥爾油(其中含有油酸)以及各種市場上可以購到的洗滌劑和表面活化劑以及洗滌劑和/或表面活化劑的混合物，如山梨酸酯單-9-十八烯酸酯聚氧-1，2-乙二基和2，4，5，9-四甲基-5-癸炔-4，7-二醇的衍生物。
在本發(fā)明電纜填料化合物的凝膠基質(zhì)中使用增稠劑對于獲得所需的受熱不熔化性能和粘度是有好處的。合適的增稠劑包括那些在本行業(yè)內(nèi)眾所周知的將石油和氟代烴油增稠的材料、凝膠和潤滑脂如石蠟和凡士林、微球狀聚乙烯、苯乙烯-乙烯丁烯-苯乙烯(S-EB-S)嵌段聚合物(如那些按照KRATON(殼牌化學(xué)公司)的商標(biāo)購得的產(chǎn)品)、焦化硅石、親有機(jī)物質(zhì)的粘土如膨潤土和鋰蒙脫石、皂類如金屬硬脂酸鹽，以及尿素。
增稠劑所使用的量取決于所要求的粘度、增稠劑用在其中的特定液體以及被采用的某種增稠劑或幾種增稠劑。通常，所用增稠劑的濃度按重量計為凝膠組合物的大約0.4％至大約24％。例如，如果將自身激活的親有機(jī)物粘土如BARAGEL 3000(N.L.化學(xué)股份有限公司)作為增稠劑用于如油凝膠基質(zhì)中，增稠劑的優(yōu)選濃度按重量計為大約5％至大約10％之間。然而，將這類增稠劑的濃度定為從大約4％至大約15％已在使用中取得成功。如果石油烴，例如，脂肪族或環(huán)烷族的石蠟、或者兩種石蠟的混合物的液態(tài)用于凝膠基質(zhì)的增稠，則作為增稠劑加入的石蠟或凡士林的量優(yōu)選在大約0.4％至大約12％的范圍內(nèi)。優(yōu)選石蠟的平均分子量為200至1000，這類石蠟被用來制備填料化合物，其粘度取決于增稠劑所占的比例，一般在40℃時為5至200厘沲。
特別優(yōu)選的增稠劑包含了上面列出的各種物質(zhì)的混合物，這種混合式增稠劑可包括如占凝膠組合物總重量的大約4％到大約10％之間的親有機(jī)物的粘土如膨潤土、占總重量大約2.1到大約12％之間的石蠟或凡士林，占總重量大約0.5％到大約9.81％之間的焦化硅石、以及占總重量大約0.4％到大約18％的微球狀乙烯(或聚乙烯)或S-EB-S嵌段聚合物。
本發(fā)明電纜填料化合物根據(jù)制造需要可以有各種不同的粘度。一般優(yōu)選采用的凝膠粘度變化范圍是在100℃時的大約2厘沲到40℃時的大約90,000厘沲。組合物的粘度只是根據(jù)使用的需要來進(jìn)行選擇的問題，因而沒有必要局限在上述優(yōu)選的粘度規(guī)格范圍內(nèi)。
前面幾段敘述的用于本發(fā)明電纜中填充最外層聚乙烯外套或覆蓋層內(nèi)側(cè)與環(huán)繞導(dǎo)體的最外層金屬或塑料屏蔽層外側(cè)之間的空間的填料化合物，在這里把它們稱為第一種填料化合物。為了制備用于本發(fā)明電纜的第二種填料化合物，在第一種填料化合物中加入一種使第一種填料化合物具有導(dǎo)電性能的材料。第二種填料化合物是用于充填環(huán)繞導(dǎo)線、導(dǎo)線之上以及導(dǎo)線的外表面與最外金屬或塑料屏蔽層內(nèi)側(cè)之間的空間的，或者在一條電纜包含多股導(dǎo)線的情況下，該第二種填料化合物則既充填各股導(dǎo)線之間的空間又充填導(dǎo)線束外側(cè)與最外屏蔽層內(nèi)側(cè)之間的空間。
這類導(dǎo)電材料包括炭墨、石墨、硅石、滑石，二氧化鈦以及其他在本行業(yè)內(nèi)為人們所熟知的各種類型的粘土。在本發(fā)明的范圍內(nèi)還包括水溶性鹽溶液這樣一類材料，優(yōu)選鈉、鉀、鈣、鎂、錳、鐵和銅的鹵化物、氫氧化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽、亞硝酸鹽、硝酸鹽、亞硫酸鹽、硫酸鹽、亞磷酸鹽及磷酸鹽。特別優(yōu)選的是碳酸鎂、氯化鎂、硫酸鎂和磷酸鎂溶液，以及鈉鹽和鈣鹽，如氯化鈉和氯化鈣、碳酸鈉和碳酸鈣、碳酸氫鈉、醋酸鈉、硅酸鈉、檸檬酸鈉、氟化鈉和氟化鈣、氟硅酸鈉、磷酸鈉、以及氫氧化鈉和氫氧化鈣的溶液。導(dǎo)電材料摻入到本發(fā)明電纜第二種填料化合物中的量取決于所采用的特定材料、用作填料化合物的油組分的材料、以及電纜運(yùn)行參數(shù)所要求的導(dǎo)電特性。通常，導(dǎo)電材料的使用量是按重量對重量的比來計算，即如果凝膠基質(zhì)的油組分大約為100份，則該種材料大約為15至150份。
本發(fā)明電纜填料化合物除了具有吸水特性以外，還具有在200℃及更高的溫度下不流動的特性。這樣本發(fā)明的填料化合物就能經(jīng)受住電纜在日光暴曬下和/或在大負(fù)荷輸送電能時產(chǎn)生的高溫而不會出現(xiàn)軟化和粘度降低，而如果粘度一旦降低填料化合物就會沿著電纜流動(在電纜中有低點的部位)或者甚至從電纜中滴出。
下面是第一種和第二種填料化合物專用在本發(fā)明電纜中的應(yīng)用舉例。按照本發(fā)明制備的填料化合物的例子并非是對本發(fā)明應(yīng)用范圍的限制，而是對用來實施本發(fā)明的化合物的舉例說明。
實施例1對第一種填料化合物的制備是使用20重量份的聚異丁烯潤滑油(AmocoINDOPOLL-100)，41/2重量份的聚α-烯烴和一重量份的聚烯烴乙二醇(Olin化學(xué)公司的POLY-G9150)。聚烯烴乙二醇是一種無規(guī)共聚物，含有75％的環(huán)氧乙烷和25％的環(huán)氧丙烷，其平均分子量為12,000到15,000，其羥基數(shù)為每克有5到10毫克的KOH。聚異丁烯在38℃時的粘度為210-227(按美國材料試驗標(biāo)準(zhǔn)ASTM D-445)，粘度指數(shù)為95(ASTMD-567)。所采用的聚α-烯烴是一種由Mobil石油公司生產(chǎn)的長鏈聚α-烯烴SHF-61，在38℃時粘度為30.5(ASTM D-445)，粘度指數(shù)為132(ASTM D-2270)。舉例所用的Mobil公司產(chǎn)品聚α-烯烴SHF-61是分子量為200至800典型烴。該SHF-61產(chǎn)品是1-癸烯的一種低聚物。聚α-烯烴有令人滿意的粘度范圍，從100℃時的2厘沲到40℃時的100厘沲。
將十二份生成的混合物與一份作為增稠劑的焦化硅石相混合。該生成的凝膠基質(zhì)是由兩份重量的凝膠物質(zhì)和一份重量的吸水性聚合物攪拌而成，該聚合物為交聯(lián)聚丙烯酸的部分鈉鹽，這里選用的是DOW化學(xué)公司生產(chǎn)的2-聚丙烯酸鹽。實際上使用一種等同的填料化合物也能達(dá)到同樣的結(jié)果，該填料化合物包含了以商標(biāo)名FAVOR C96(由美國北卡羅林納州Greensboro市的Stockhausen股份有限公司制造)出售的聚丙烯酸。當(dāng)按照ASTM D150規(guī)定的程序試驗時，該組合物呈現(xiàn)的特征為具有小于2.3的介電常數(shù)和大約為0.01的功耗因子，而當(dāng)按照ASTM D357試驗時，體積電阻系數(shù)大約為4.99×1012。當(dāng)加熱到200℃時該組合物不熔化，并有小于12分鐘的水響應(yīng)時間。
實施例2按照實施例1所述的方法制備用于本發(fā)明電纜中的第一種填料化合物，其具有下列組分(重量份)DRAKEOL 34(Penreco公司) 610REOMET 39(Ciba-Geigy公司)2.5BENTONE(膨潤土)24(NL化學(xué)股份有限公司)50丙酮 10AEROSIL R74(Degussa公司) 20FAVOR C96(Stockhausen股份有限公司) 150MICROTHENE FA 640(量子化學(xué)公司) 157.5當(dāng)按照實施例3所述的程序試驗時，該組合物呈現(xiàn)的特征是介電常數(shù)為2.12，體積電阻系數(shù)為5.91×1012，以及功耗因子為0.01。當(dāng)該組合物加熱到200℃時不熔化，并有小于10分鐘的響應(yīng)時間。
實施例3聚酯也被用來制備本發(fā)明電纜的第一種填料化合物。聚酯的分子量為300至800，在40℃時粘度為25至100厘沲。聚酯與約10％至30％聚合物相混合。被采用的聚酯是三羥甲基丙烷、季戊四醇和三烯丙基苯六酸酯的酯，其試驗結(jié)果與實施例2中的組合物的結(jié)果相似。
實施例4用于本發(fā)明電纜中的第二種填料由下列成分(按總量百分比)混合而成70％油-橡膠共混物(見后)8％CABLO C800SF(Stockhausen)5％BARAGEL 3000(Rheox)15％665級滑石(蒙大拿滑石公司)2％PHINTEX XE 2超導(dǎo)炭黑(Degussa公司)其中油-橡膠共混物由下列成分(按重量百分比)組成94.77％ N1500(Pennzoil)3.3％ KRATON 1701(殼牌化學(xué)公司)1.58％ IRGANOX 1035(Ciba-Geigy公司)0.35％ IRGAMET 36(Ciba-Geigy公司)第二種填料化合物的吸水時間為11-12分鐘，介電常數(shù)大于3.65，體積電阻系數(shù)小于5×106，錐入度為152，在80℃時24小時后的油分離度為0.8％。
實施例5用于本發(fā)明電纜中的第二種填料化合物由下列成分(按重量百分比)混合而成82％ 油-橡膠共混物(見實施例4)5％ AEROSIL R74(Degussa公司)8％ FAVOR C96(Stockhausen股份有限公司)5％ 混合金屬鹽的水溶液該混合金屬鹽溶液由水和幾種鈣鹽、鈉鹽和鎂鹽制成，所有這些鹽類的總計濃度小于1％。當(dāng)進(jìn)行上述試驗時，測得該組合物的介電常數(shù)為3.22，功耗因子為0.0321，體積電阻系數(shù)為71.89×106。
實施例6用于本發(fā)明電纜中的第二種填料化合物由下列組分(按重量百分比)混合而成77.5％油-橡膠共混物(見實施例4)
4.5％ AEROSILR74(Degussa公司)8％FAVOR 900系列聚合物(Stockhausen公司)10％ 混合金屬鹽水溶液(見實施例5)當(dāng)進(jìn)行上述試驗時，測得該化合物的介電常數(shù)為3.78，功耗因子數(shù)為0.0356，體積電阻系數(shù)為28.7×105。
實施例7用于本發(fā)明電纜中的第二種填料化合物由下列組分(按重量百分比)混合而成71.03％ N1500(Pennzoil)2.47％ KRATON 1702(殼牌化學(xué)公司)1.8％ IRGANOX 1035(Ciba-Geigy公司)1.31％ IRGAMET 36(Ciba-Geigy公司)4％ AEROSIL 200(Degussa公司)8％ FAVOR 900系列聚合物(Stockhausen公司)2％ 聚乙二醇10％混合鹽的水溶液(見實施例5)當(dāng)進(jìn)行上述試驗時，測得該化合物的介電常數(shù)為6.95，功耗因子為0.2766，體積電阻系數(shù)為22.59×106，水吸收時間大約為12秒。
* * * * *現(xiàn)在來參看附圖1，它示意地表示了制造本發(fā)明的包含有第一種和第二種填料化合物的動力傳輸電纜的方法和設(shè)備。該電纜如圖2所示。這種由參考數(shù)字10標(biāo)明的電纜，如本領(lǐng)域所共知的，在外套14內(nèi)包含有多股纜線或?qū)w12。
為了制造電纜10，導(dǎo)線12從固定在填充頭支座18上的填充室16中拉過，在該室中，本發(fā)明電纜的第二種填料化合物20被擠壓到含有電纜芯的導(dǎo)體12上。圖1顯示五條導(dǎo)體12進(jìn)入到五個填充室16的每一個之中。填充室支座18上的填充室16又與該行業(yè)中一種常用型式的振動機(jī)24上的振動軸22相連接并被振動，填充室16中的五條導(dǎo)線通過一種本領(lǐng)域已知的精加工鑲口(sizing insert)(圖中未表示出)，于是，被擠出到每一條導(dǎo)線12上以及導(dǎo)線之間的空間內(nèi)的第二種填料化合物的量就被標(biāo)準(zhǔn)化了。導(dǎo)線12離開振動機(jī)24上時，就被匯集到一起.這時一個常規(guī)的半導(dǎo)電體層26(可是一種塑料材料)就在由參考數(shù)字28所示意的填充段內(nèi)(因為在本行業(yè)中是共知的)被繞到或擠出到填料化合物層上，半導(dǎo)電體層26構(gòu)成了導(dǎo)線的應(yīng)力控制層。隨后層26被聚合物(如聚乙烯)絕緣層30環(huán)繞，該層是在擠出段32處被擠出到層26上的。第二塑料應(yīng)力控制層34也可在另一個擠壓段34處被擠出到絕緣層30上，圖中也已示意地表示出來。
隨后用銅或鋁箔(帶)制成的金屬屏蔽層38和40段以本行業(yè)共知的方法螺旋纏繞到已被束集在一起的且被絕緣過的和被填充過的導(dǎo)線四周上。此后，把被屏蔽過的導(dǎo)線送入安裝在具有類似室16的填充室第二填充頭42內(nèi)，以便將第一種填料化合物44擠出到已被束集的、絕緣過的、填充過的和屏蔽過的電線12之上和四周。在離開填充頭42之后，該電纜接著在擠出段46處通過擠出聚合物材料而形成的外套14來被包住。
用于本發(fā)明電纜的第二種填料化合物20在近似于室溫的溫度下用泵打到填充頭16內(nèi)并保持一定的壓力以便將它擠出到導(dǎo)線12上。一種相似的排列和條件也用在第二填充頭42處，便于第一種填料化合物44的擠出。
權(quán)利要求
1.一種動力傳輸電纜，包括中心導(dǎo)線；一層環(huán)繞該導(dǎo)線的絕緣層；一在該絕緣層上的金屬屏蔽層；環(huán)繞在該金屬屏蔽層上的聚乙烯覆蓋層；第一種填料化合物，位于所述的聚乙烯覆蓋層與所說的金屬屏蔽層之間，并包含了一種在其中分散有水反應(yīng)性聚合物的介電凝膠；以及第二種填料化合物，位于所述的中心導(dǎo)線和所述的絕緣層之間，所述的第二種填料化合物含有分散在其中的水反應(yīng)性聚合物的凝膠和導(dǎo)電材料。
2.按照權(quán)利要求1所述的電纜，還包含多股導(dǎo)線，并具有位于所述的各股導(dǎo)線之間的空間內(nèi)的所述第二種填料化合物。
3按照權(quán)利要求1所述的電纜，其中所述的凝膠基質(zhì)含有油和增稠劑。
全文摘要
公開了一種動力傳輸電纜(10)以及制造這種電纜的方法,該電纜包括第一種(44)和第二種(20)填料化合物,該填料化合物的作用是防止因水分透過電纜(10)的聚乙烯覆蓋層(14)滲入到電纜內(nèi)部而使其性能降低,而且該填料化合物在高溫下不熔化。第一種填料化合物(44)包含在其中分散有水反應(yīng)性聚合物的凝膠基質(zhì),并充填到電纜外套(14)的內(nèi)側(cè)和環(huán)繞導(dǎo)線(12)的金屬屏蔽層(38)的外側(cè)的空間中。第二種填料化合物(20)包含凝膠基質(zhì)和水反應(yīng)性聚合物、以及使第二化合物導(dǎo)電的材料,并充填到導(dǎo)線(12)與環(huán)繞導(dǎo)線的絕緣層(30)之間的空間內(nèi),或者在電纜(10)為多股導(dǎo)線或?qū)Ь€束(12)的情況下,充填到各股導(dǎo)線之間以及導(dǎo)線束(12)與絕緣層(30)之間的空間內(nèi)。
文檔編號H01B7/17GK1187899SQ95197903
公開日1998年7月15日 申請日期1995年5月9日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月9日
發(fā)明者克拉倫斯·S·弗里曼 申請人:克拉倫斯·S·弗里曼