专利名称：聚烯烃基高介电强度(hds)纳米复合材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力电缆绝缘层。具体地，该绝缘层适用于低至高电 压电线和电缆的应用。
背景技术：
对于低至高电压电线和电缆应用，电介质应具有低介电损耗和非 常低的电导率。此外，当用作绝缘材料时，电介质必需具有非常高的 耐电击穿能力。绝缘材料还必须满足一定的物理、化学和机械性能要 求。
因此，长期以来存在对电力电缆和辅助设备的聚合物基绝缘层具 有极佳的介电、物理、化学和机械性能的需求。
发明内容
本发明涉及一种电缆，其包括一种或多种电导体或一种或多种电 导体的线芯，每种导体或线芯被绝缘层所包围。所述绝缘层由包含聚 烯烃和3维笼状结构纳米粒子的组合物制得。优选的聚烯烃为聚乙烯 聚合物，优选的纳米粒子为多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)、多面体 低聚硅酸酯(POS)或多面体低聚硅氧烷。
具体实施例方式
如本文所用，"3维笼状结构"是指具有多面体结构的分子。 如本文所用，"介电损耗"是指根据ASTMD150并用在60赫兹下 的平行板固体室测试器所测得的耗散因数。例如，如本文所用并在室 温下进行测量，当纳米复合材料的耗散因数对于交联聚乙烯复合材料 体系不大于0.001，对于树抑制剂(treeretardant)交联聚乙烯复合材料 体系不大于0.005，和对于乙烯/丙烯橡胶复合材料体系不大于0.02时， 纳米复合材料将表现出低介电损耗。
如本文所用，"耐电击穿"是指复合材料的交流电(AC)电压击
穿强度，根据ASTM D149并用带有平行板电极的AC击穿测试器测得。 如本文所用，当纳米复合材料在室温下达到至少0.9千伏/密耳时，纳 米复合材料将表现出非常高的电击穿能力。
如本文所用，"电导率"是指根据ICEA S68-516所测得的绝缘电 阻。如本文所用，当1000英尺纳米复合材料在15.6摄氏度下达到不小 于20,000兆欧姆时，纳米复合材料将表现出非常低的电导率。
如本文所用，"纳米粒子"是指平均直径小于大约1000纳米的粒 子。虽然本文中使用术语"直径"描述适合的粒子尺寸，但应该理解 的是，本发明中使用的纳米粒子形状并不需要基本上为球形。因此， 可将"直径"的定义用于纳米粒子，使得在理论上能被绘制用来对分 粒子的最长线的平均长度小于大约1000纳米。
本发明的电缆包括一种或多种电导体或一种或多种电导体的线 芯，每种导体或线芯被绝缘层所包围，该绝缘层由包含聚烯烃和3维 笼状结构纳米粒子的组合物制得。
适用于本发明的聚烯烃具有的熔体指数范围为大约0.1克每10分 钟至大约50克每10分钟。根据ASTMD-1238， ConditionE确定熔体 指数，并在190摄氏度和2160克下进行测定。
适合的聚烯烃包括聚乙烯均聚物，聚乙烯共聚物，乙烯/丙烯橡胶， 乙烯/丙烯/二烯单体(EPDM)，聚丙烯均聚物，聚丙烯共聚物，聚丁烯， 聚丁烯共聚物，和多短链支化a-烯烃/乙烯共聚物。
如本文所用，术语聚乙烯聚合物包括乙烯和少部分一种或多种(X-烯烃以及任选二烯的均聚物和共聚物，或这些共聚物的混合物或共混 物，该a-烯烃具有3至12个碳原子，优选具有3至8个碳原子。由除 了乙烯之外的共聚单体贡献的聚乙烯共聚物部分，以共聚物重量计， 可以为大约1至大约49重量％，且优选为大约15至大约40重量％。 a-烯烃的示例为丙烯，l-丁烯，l-己烯，4-甲基-l-戊烯，和l-辛烯。二烯 的适宜示例包括亚乙基降冰片烯，丁二烯，1，4-己二烯或双环戊二烯。
聚乙烯聚合物的密度范围可以为大约0.850至大约0.950克每立方 厘米。聚乙烯聚合物的熔解温度也可以为至少大约115摄氏度。熔解 温度优选大于大约115摄氏度。熔解温度更优选大于大约120摄氏度。 用于制备聚乙烯聚合物的典型催化剂体系包括镁/钛基催化剂体 系，钒基催化剂体系，铬基催化剂体系以及其他的过渡金属催化剂体 系。这些催化剂体系中的很多经常被称为齐格勒-纳塔催化剂体系或菲 利普催化剂体系。适用的催化剂体系包括在二氧化硅-氧化铝载体上使 用氧化铬或氧化钼的催化剂。
适用的催化剂体系可以包括多种催化剂体系的结合(例如，齐格 勒-纳塔催化剂体系和茂金属催化剂体系)。在多级反应法中最适用这些 结合的催化剂体系。
优选地，聚烯烃为在高压反应器中通过自由基聚合反应制备的聚 乙烯。
3维笼状结构纳米粒子优选以占总组合物大约0.1重量％至大约40 重量％的量存在于组合物中用于制备绝缘层。适用的3维笼状结构纳米 粒子的示例为多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)，多面体低聚硅酸酯 (POS)，多面体低聚硅氧烷以及其它适用于构建有机/无机纳米复合材 料的纳米粒子。其它适用的3维笼状结构纳米粒子包括那些在聚烯烃 和纳米粒子间提供高界面相互作用的纳米粒子。
所述3维笼状结构纳米粒子可具有活性官能团、非活性官能团， 或同时具有活性和非活性官能团。当纳米粒子为POSS、 POS或多面体 低聚硅氧垸纳米粒子时，官能团可以为羟基、羧基、胺、环氧化物、 硅烷或乙烯基。官能团可用于在绝缘组合物中增容纳米粒子，或者与 组合物中某些组分，包括聚烯烃的相容。其它的官能团可适用于在组 合物中进行接枝或发生其它化学反应。
绝缘组合物可以进一步包括其它纳米粒子、抗氧化剂、固化剂、 操作助剂、防结块剂、抗粘滑剂、催化剂、稳定剂、防焦剂、水-树缓 聚剂、电-树缓聚剂、着色剂、缓蚀剂、润滑剂、阻燃剂和成核剂。这 些附加的组分优选的存在量为0.1重量％至大约10重量％。附加纳米 粒子的示例包括二氧化硅粒子或金属氧化物。适合的金属氧化物包括 氧化锌、氧化钛、氧化镁和氧化铝。
用于制备绝缘层的组合物可以为交联性或热塑性的。
权利要求
1、一种绝缘组合物，其包括(a)聚烯烃，和(b)3维笼状结构纳米粒子。
2、 根据权利要求1所述的绝缘组合物，其中所述聚烯烃选自聚乙烯均 聚物、聚乙烯共聚物、乙烯/丙烯橡胶、乙烯/丙烯/二烯单体(EPDM)、 聚丙烯均聚物、聚丙烯共聚物、聚丁烯、聚丁烯共聚物或多短链支化a-烯烃/乙烯共聚物。
3、 根据权利要求1所述的绝缘组合物，其中所述3维笼状结构纳米粒 子选自多面体低聚倍半硅氧垸(POSS)、多面体低聚硅酸酯(POS)或 多面体低聚硅氧垸。
4、 根据权利要求3所述的绝缘组合物，其中所述3维笼状结构纳米粒 子的存在量为总组合物的大约0.1重量％至大约40重量％。
5、 包括一种或多种电导体或者一种或多种电导体线芯的电缆，其中每 种导体或线芯被绝缘层所包围，所述绝缘层由包含如下两项的组合物 制得(a) 聚烯烃，和(b) 3维笼状结构纳米粒子。
6、 根据权利要求5所述的电缆，其中所述聚烯烃选自聚乙烯均聚物、 聚乙烯共聚物、乙烯/丙烯橡胶、乙烯/丙烯/二烯单体(EPDM)、聚丙 烯均聚物、聚丙烯共聚物、聚丁烯、聚丁烯共聚物或多短链支化a-烯 烃/乙烯共聚物。
7、 根据权利要求5所述的电缆，其中所述3维笼状结构纳米粒子选自 多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)、多面体低聚硅酸酯(POS)或多面体 低聚硅氧烷。
全文摘要
本发明涉及一种电缆，该电缆具有(a)一种或多种电导体或一种或多种电导体的线芯，和(b)每种导体或线芯被绝缘层所包围。所述绝缘层由包含聚烯烃和3维笼状结构纳米粒子的组合物制得。优选的聚烯烃为聚乙烯聚合物，优选的纳米粒子为多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)、多面体低聚硅酸酯(POS)或多面体低聚硅氧烷。
文档编号C08K3/34GK101389701SQ200780006918
公开日2009年3月18日 申请日期2007年2月26日 优先权日2006年2月27日
发明者L·M·格罗斯, S·H·沃瑟曼, S·J·汉 申请人:联合碳化化学及塑料技术有限责任公司