绝缘组合物及其绝缘制品、制备方法和电缆附件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及绝缘组合物、制备绝缘组合物的方法、由绝缘组合物制成的绝缘制品 以及电缆附件。具体地，绝缘组合物适于制备电缆附件，例如预制或冷缩电缆端子，并且电 缆附件能够被用于拼接或终止中电压（MV)电力电缆。
【背景技术】
[0002] 电力电缆被广泛用于跨越大电网或网络分配电力，将来自发电厂的电力传送至电 力用户。电缆可被构造成承载高电压（大于约50, 000伏特）、中电压（在约1，000伏特和 约50, 000伏特之间）或低电压（小于约1，000伏特）。
[0003] 由于电缆穿过电网传输到电力用户，因此周期性地对电缆端接以实现至电气设备 的连接通常是必要的或期望的。通常，端子用于实现绝缘电缆与非屏蔽的非绝缘的导体之 间的电连接。端子装配在绝缘电缆的端部上。
[0004] 电缆的电缆端子导致电缆的电气特性的突然间断。该间断改变了所得的电场的形 状和电应力，因此增加绝缘击穿的风险。因此，电缆端子等等的一种功能是补偿当电缆存在 间断时生成的电场和电应力的改变。电缆端子也用于保护端接的末端部分免受环境条件影 响。
[0005] 相对于中电压（MV)端子，控制在接头和端子的位置处建立的电场应力是必要的。 通常，有两种方式实现这种控制。第一种方式是施用应力锥，如在US7251881B2中公开的， 其中端子较大并且需要两个模塑步骤。第二种方式是施用应力消除材料的应力控制管。然 而，由于传统的应力消除材料具有高的介电常数但具有差的介电强度，因此电缆端子需要 两层。一层由具有高介电常数的材料制成，该层提供电应力消除功能，并且另一层由覆盖在 高介电常数的层的外侧上的用于绝缘的绝缘材料制成。因此，所述两层需要单独地制备和 安装，这导致复杂的过程和较高的成本。
[0006] 当端接室内和室外的中电压电缆时，冷缩技术提供容易的安装和可靠的性能。对 于用于电缆端子的冷缩管，机械性能尤其是断裂伸长率是应用的关键。另外，为了用作端子 的一层管，用于管的材料应具有高体积电阻率。
[0007]因此，需要开发具有令人满意的介电常数的适于制备电缆附件（例如至少MV电缆 的电缆端子）的绝缘组合物。
【发明内容】
[0008] 在一个方面，本申请提供绝缘组合物，该绝缘组合物在固化后具有高介电常数和 高介电强度，并且适用于制造电缆附件；例如，中电压端子的冷缩管，以实现应力消除和绝 缘的功能，其具有一层结构。所述绝缘组合物可以大大简化制造过程并且降低成本。另外， 组合物的介电损耗也比惯例的应力控制材料低得多，这样可以显著地降低在使用过程中的 温度升高，从而导致更长的使用寿命和更高的可靠性。
[0009] 在另一方面，本申请提供制备绝缘组合物的方法。
[0010] 在另一方面，本申请提供绝缘组合物用于制备绝缘制品诸如电缆端子或其它电缆 附件的用途。
[0011] 在另一方面，本申请提供由绝缘组合物制成的绝缘制品，诸如电缆端子附件。
[0012] 本发明的上述和其它特征和优点从以下实施例的详细说明和所附权利要求中将 变得明显。
【附图说明】
[0013] 结合附图进一步描述本发明，其中：
[0014] 图1为示出ZnO晶须的形态的SEM图像；
[0015] 图2为示出填料在组合物中的分布的示意图；
[0016] 图3(a)和（b)分别是在实施例中的室内和室外电缆端子的剖视图；并且
[0017] 图4为示出使用不同硅烷偶联剂的处理对断裂伸长率的影响的曲线图。
【具体实施方式】
[0018] 在以下优选实施例的详细说明中，参考了形成本发明一部分的附图。附图以举例 说明的方式示出了其中可以实践本发明的具体实施例。应当理解，在不脱离本发明范围的 前提下，可以采用其它实施例，并且可以进行结构性或逻辑性的改变。因此，不应以限制的 意义理解以下【具体实施方式】，并且本发明的范围由所附权利要求限定。
[0019] 在一个方面，本申请的一个实施例提供绝缘组合物，该绝缘组合物包含：
[0020] 约70-100体积份的聚合物材料；
[0021] 约5-30体积份的陶瓷填料，该陶瓷填料通过用量为所述陶瓷填料的约0. 1-4重 量％的双官能偶联剂进行了表面处理；
[0022] 约0? 1-5体积份的交联剂；
[0023] 约0-6体积份的导电碳粉末；和
[0024] 约0-6体积份的ZnO晶须。
[0025] 在固化上述组合物后得到的弹性体材料具有大于约500%的断裂伸长率、大于约 3. 6的介电常数、低于约1的介电损耗（tan8 )、大于约10kV/mm的介电强度、以及大于约 1013D?cm的体积电阻率。
[0026] 聚合物材料可选自大范围的聚合物和聚合物前体。在一些情况下，两种或更多种 聚合物和聚合物前体的共混物可为所需的。具体地讲，能够在拉伸后恢复的聚合物材料适 于用于组合物。合适的单独或共混的聚合物和聚合物前体的示例包括弹性体材料，例如橡 胶和弹性体，诸如硅氧烷（固体和液体）和烃类橡胶，例如EPDM(乙烯-丙烯-二烯单体）、 EPM(乙烯丙烯单体），以及丁基橡胶。如本文所用，术语"硅氧烷"是指具有Si-0主链的聚 合物。
[0027] 所选择的聚合物和聚合物前体将至少在一定程度上取决于将要使用材料的目的。 例如，对于作为电缆端子的应用，聚合物材料可选自常常用于此种目的那些。根据良好的耐 候性和高绝缘性能，优选的示例是弹性体材料诸如硅氧烷（固体和液体），和烃类橡胶，例 如EPDM或EPM。
[0028]可用作本文中的聚合物材料的可商购获得的材料的示例包括但不限于以商品名 DC10000得自美国道康宁公司（DowCorningCorporation，USA)的那些流体硅氧烷等 等，和以商品名YT6141-30得自中国浙江新安化工集团公司（ZhejiangWyncaChemical IndustryGroupCo.，China)的凝胶硅氧烷、以商品名ElastosilR300/30得自德国瓦克 有机娃公司（WackerSiliconesCorporation，Germany)的凝胶硅氧烷等等。
[0029] 组合物还包含分散在聚合物材料中的陶瓷填料。在组合物中使用的陶瓷填料通过 表面改性剂进行处理。
[0030] 具体地，同时具有良好绝缘性能和高介电常数的陶瓷材料在本文中适于用作陶瓷 填料。通过将填料添加到聚合物材料，组合物的介电常数可显著地增大，同时保持良好的绝 缘性能。在一些实施例中，填料为选自下列的一种或多种：钛酸盐、氧化物、硼化物、碳化物、 硅酸盐、氢氧化物、氮化物、钙钛矿、磷化物、硫化物、硅化物、以及它们的组合。陶瓷填料的 非限制性示例包括钛酸钡（BaTi03)、钛酸锁、钛酸锁钡、钛酸铜妈、二氧化钛、氧化锌、氧化 错、氧化镁、氧化铯、氮化硼、氧化铝、氧化娃（例如二氧化娃）、二氧化铺、氧化铜、氧化隹?、 五氧化二铌、五氧化二钽、铅锆氧化物、铅锆钛氧化物、以及它们的组合。
[0031]在一些实施例中，陶瓷填料为选自下列中的一种或多种：钛酸钡（BaTi03)、钛酸 锶、钛酸锶钡、钛酸铜钙、二氧化钛、氧化锌、以及它们的组合。
[0032]在一些实施例中，陶瓷填料为选自铁电材料粉末的至少一种。在一些实施例中，钛 酸钡、钛酸锶钡以及它们的组合用作陶瓷填料。
[0033] 陶瓷填料可以多种形状或形式使用。示例包括但不限于微粒诸如基本上球形的粒 子，纤维，片晶，薄片，晶须或棒。陶瓷填料的尺寸可为变化的，并且没有特别的限制。在一 些具体的实施例中，陶瓷填料可具有纳米、亚微米或微米尺度的粒度，诸如在约50nm至约 200ym、约100nm至约100ym、约200nm至约50ym、或约500nm至约10ym范围内的粒度， 例如直径。在一些实施例中，陶瓷填料为基本上球形粒子的形式并且可具有在约l〇〇nm至 约100ym范围内的直径。
[0034]通常，组合物的介电常数（e)随陶瓷填料的量而增大。然而，被添加到聚合物材 料中的大量填料将大大降低断裂伸长率。在一些实施例中，基于约70-100体积份的聚合物 材料，陶瓷填料以约5-30体积份的量使用。在一些实施例中，基于约70-100体积份的聚合 物材料，陶瓷填料的量为约5体积份或更高、约8体积份或更高、约10体积份或更高、或者 约12体积份或更高，以及约30体积份或更低、约27体积份或更低、约24体积份或更低、或 者约21体积份或更低。在一些实施例中，基于约70-100体积份的聚合物材料，陶瓷填料以 约8-27体积份、约10-