背景技术：
1、电力电缆的载流部分可能需要保持干燥。湿气或水的侵入可能导致电力电缆绝缘系统的电击穿。因此，电力电缆的芯部分通常由围绕电缆芯径向布置的阻水层保护。迄今为止，用于电力电缆的阻水层中的主要材料是铅，因为铅已被证明是可靠且坚固的护套材料。
2、为海底电力电缆提供阻水层的绝缘系统的若干种解决方案是已知的，但是全部都具有各种应该克服的缺点。一个缺点是铅是高密度材料，这给电缆增加了很大的重量。从生产、运输、储存、部署、以及当电缆达到其使用寿命后被丢弃时，沉重的重量会在整个价值链中引起额外的成本。另一个缺点是铅具有相对较低的抗疲劳性，这使得铅制阻水层不太适用于动力电力电缆。此外，铅是越来越受到环境法规限制的相当有毒的材料。电力电缆中作为阻水层的铅的环境友好的替代物是必需的。
3、ep 2 312 591披露了一种海底电力电缆，其包括由绝缘层包围的电导体。绝缘层被金属防潮层包围。该电缆进一步包括包围所述金属防潮层的半导电粘合剂层，以及能够与包围所述半导电粘合剂层的海水电接触的半导电聚合物夹套。
4、wo 2019/223878披露了一种电力电缆，其包括绝缘导体；铜阻水层，其以具有焊接线的管的形式，包围每个绝缘导体；以及聚合物护套，其包围每个铜阻水层。铜阻水层的厚度与聚合物护套的厚度之间的比率是0.15或更小。
5、发明目的
6、本发明的主要目的是提供一种适用于动力海底电力电缆的轻质、无铅和机械增强的阻水层。
技术实现思路
1、本发明由所附权利要求和下文定义。
2、在第一方面，本发明涉及一种用于包围电缆芯的阻水层，其中该阻水层包括：
3、弹性模量低于210gpa的无铅金属箔的内层，
4、粘合剂材料的中间层，该粘合剂材料典型地且优选地为基于有机聚合物的粘合剂材料；以及
5、弹性模量高于0.5gpa的基于聚乙烯的半导电聚合物的外层。
6、对于金属，根据astm e111测量弹性模量，并且对于聚合物，根据iso 527-1,-2测量弹性模量。
7、本文使用的术语“金属箔的层”或“金属箔层”是指起阻水层作用的金属层。本发明不局限于使用任何特定的金属/金属合金或金属箔的厚度。可以使用技术人员已知的适用于电力电缆中的阻水层中的任何厚度的任何金属/金属合金。金属箔可以被焊接或以其他方式放置，使得金属箔形成防水层。
8、在另一个实施方案中，无铅金属箔的内层具有t1的厚度，基于聚乙烯的半导电聚合物的外层具有t2的厚度，并且比率t1:t2可以是至少0.15。
9、在另一个实施方案中，比率t1:t2可以是至少0.16、至少0.17、至少0.18、至少0.19、至少0.20、至少0.30、至少0.40、至少0.50或至少1.00。在另一个实施方案中，比率t1:t2可以在0.15与10之间。
10、这种厚度上的差异与不同层的各自的弹性模量(杨氏模量)结合将允许获得所需的机械增强以使阻水层抗疲劳，并容许电缆弯曲而金属箔层不会变得屈曲。
11、在另一个实施方案中，无铅金属箔的层的弹性模量低于200gpa、低于190gpa、低于180gpa、低于170gpa、低于160gpa或低于150gpa。在另一个实施方案中，无铅金属箔的层的弹性模量在50gpa与200gpa之间。
12、在一个示例性实施方案中，金属箔可以是al/al合金，例如像根据铝协会标准的纯al、aa1xxx系列、aa5xxx系列或aa6xxx系列合金，或者cu/cu合金，例如像纯cu、cuni合金或cunisi合金，或者fe/fe合金，例如像纯fe、不锈钢合金ss316或s32750。
13、在另一个实施方案中，金属箔可以是纯铜或铜合金。在优选实施例中，金属箔可以是纯铜、cuni合金或cunisi合金。本文使用的术语“纯”是指少于1重量％的杂质。
14、在一个实施方案中，金属箔是基于α-ti的材料、基于近α-ti的材料或基于α-β-ti的材料。
15、在一个实施方案中，基于α-ti的材料选自
16、-纯ti材料，基于纯ti材料的总重量，所述纯ti材料具有至少98.5重量％的ti含量、0至0.5重量％的fe含量、0至0.5重量％的o含量以及0至0.5重量％的附带元素和杂质含量，并且其中ti、fe、o以及附带元素和杂质的含量总计为100重量％；
17、-ti合金，基于ti合金的总重量，所述ti合金具有95重量％至98重量％的ti含量、2重量％至4重量％的cu含量以及0至1重量％的附带元素和杂质含量，并且其中ti、cu以及附带元素和杂质的含量总计为100重量％；
18、-ti合金，基于ti合金的总重量，所述ti合金具有89重量％至94重量％的ti含量、4重量％至6重量％的al含量、2重量％至4重量％的sn含量以及0至1重量％的附带元素和杂质含量，并且其中ti、al、sn以及附带元素和杂质的含量总计为100重量％。
19、在一个实施方案中，基于近α-ti的材料选自
20、-ti合金，基于ti合金的总重量，所述ti合金具有87重量％至91重量％的ti含量、7重量％至9重量％的al含量、0.5重量％至2重量％的mo含量、0.5重量％至2重量％的v含量以及0至1重量％的附带元素和杂质含量，并且其中ti、al、mo、v以及附带元素和杂质的含量总计为100重量％；
21、-ti合金，基于ti合金的总重量，所述ti合金具有86重量％至92.5重量％的ti含量、5重量％至7重量％的al含量、0.4重量％至2重量％的mo含量、1重量％至3重量％的nb含量、0.1重量％至2重量％的ta含量以及0至1重量％的附带元素和杂质含量，并且其中ti、al、mo、v以及附带元素和杂质的含量总计为100重量％；
22、-ti合金，基于ti合金的总重量，所述ti合金具有89重量％至91.9重量％的ti含量、5重量％至7重量％的al含量、3重量％至5重量％的mo含量、1重量％至3重量％的sn含量、0.1重量％至2重量％的si含量以及0至1重量％的附带元素和杂质含量，并且其中ti、al、mo、sn、si以及附带元素和杂质的含量总计为100重量％；
23、-ti合金，基于ti合金的总重量，所述ti合金具有82重量％至89重量％的ti含量、5重量％至7重量％的al含量、1重量％至3重量％的mo含量、1重量％至3重量％的sn含量、3重量％至5重量％的zr含量以及0至1重量％的附带元素和杂质含量，并且其中ti、al、mo、sn、zr以及附带元素和杂质的含量总计为100重量％；和
24、-ti合金，基于ti合金的总重量，所述ti合金具有83重量％至88.9重量％的ti含量、3重量％至5重量％的al含量、3重量％至5重量％的mo含量、4重量％至6重量％的zr含量、0.1重量％至1重量％的si含量以及0至1重量％的附带元素和杂质含量，并且其中ti、al、mo、zr、si以及附带元素和杂质的含量总计为100重量％；
25、-ti合金，基于ti合金的总重量，所述ti合金具有80.5重量％至87.5％重量的ti含量、5重量％至7％重量的al含量、0.1重量％至1％重量的mo含量、0.3重量％至1％重量的nb含量、3重量％至5％重量的sn含量、3重量％至5％重量的zr含量，0.1重量％至0.5重量％的si含量以及0至1重量％的附带元素和杂质含量，并且其中ti、al、mo、nb、sn、zr、si以及附带元素和杂质的含量总计为100重量％。
26、在一个实施方案中，基于α-βti的材料选自以下ti合金：基于ti合金的总重量，所述ti合金具有87重量％至92重量％的ti含量、5重量％至7重量％的al含量、3重量％至5重量％的v含量以及0至1重量％的附带元素和杂质含量，并且其中ti含量、al含量、v含量以及附带元素和杂质的含量总计为100重量％。
27、在一个实施方案中，金属箔选自商业化的纯sn、sn-cu和sn-sb。
28、在一个实施方案中，金属箔选自
29、-商业化的纯sn材料，基于纯sn材料的总重量，所述商业化的纯sn材料具有至少99.5重量％的sn含量和0至0.5重量％的附带元素和杂质含量，并且其中sn以及附带元素和杂质的含量总计为100重量％；
30、-sn合金，基于sn合金的总重量，所述sn合金具有97重量％至99.5重量％的sn含量、0.5重量％至2重量％的cu含量以及0至1重量％的附带元素和杂质含量，并且其中sn、cu以及附带元素和杂质的含量总计为100重量％；和
31、-sn合金，基于sn合金的总重量，所述sn合金具有93重量％至96重量％的sn含量、4重量％至6重量％的sb含量以及0至1重量％的附带元素和杂质含量，并且其中sn、cu以及附带元素和杂质的含量总计为100重量％。
32、在一个实施方案中，金属箔(或金属管)可以优选是非波纹状的，以便在粘合剂材料的中间层与所述金属箔层(或所述金属管)之间获得基本上100％无空隙的界面。
33、在示例性实施方案中，金属箔层的厚度t1可以在以下范围之一内：50μm至1000μm、优选100μm至700μm、更优选150μm至500μm。
34、本文使用的术语“粘合剂材料的层”或“粘合剂层”是指在金属箔层与基于聚乙烯的半导电聚合物的外层之间起粘合剂作用的中间层。
35、在另一个实施方案中，粘合剂材料的中间层是半导电粘合剂层。
36、在另一个实施方案中，粘合剂材料的中间层是热熔性粘合剂层。
37、在示例性实施方案中，粘合剂材料的中间层的厚度可以在以下范围之一内；100μm至300μm、优选100μm至250μm、更优选100μm至200μm、并且最优选100μm至150μm。
38、本文使用的术语“基于聚乙烯的半导电聚合物的层”是指置于粘合剂层和金属箔层上的聚合物层，并起到阻水金属箔层的机械增强作用。
39、在一个示例性实施方案中，基于聚乙烯的聚合物可以由以下制成：由乙烯与一种或多种极性单体的共聚物构成的低密度聚乙烯(ldpe)、线型低密度聚乙烯(lldpe)、中密度聚乙烯(mdpe)或高密度聚乙烯(hdpe)，这些极性单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯、马来酸或马来酸酐。
40、合适的基于聚乙烯的聚合物的实例包括但不限于：乙烯和丙烯酸乙酯或类似的丙烯酸酯的共聚物；乙烯和乙基丙烯酸、甲基丙烯酸或类似物的共聚物；乙烯和甲基丙烯酸缩水甘油酯或类似的环氧基单体如1,2-环氧-1-丁烯或类似物的共聚物；或乙烯和马来酸酐、或类似物的共聚物。
41、在一个示例性实施方案中，基于聚乙烯的半导电聚合物的外层可以具有至少0.5gpa的弹性模量。在另一个实施方案中，它可以具有至少0.7gpa的弹性模量。在另一个实施方案中，它可以具有至少0.8gpa的弹性模量。在另一个实施方案中，它可以具有至少0.9gpa的弹性模量。在另一个实施方案中，它可以具有至少1.0gpa的弹性模量。根据本发明的基于聚乙烯的半导电聚合物的外层可以具有在0.5gpa与20gpa之间、在0.5gpa与15gpa之间或在0.5gpa与10gpa之间的弹性模量。
42、在一个示例性实施方案中，基于聚乙烯的聚合物可以通过在聚合物本体中添加和均质化4重量％至40重量％的微粒碳、银或铝而制成半导电的，以能够带走电容性电荷。
43、合适的微粒碳的实例包括但不限于；粉碎的石油焦、粉碎的无烟煤、粉碎的木炭、炭黑、碳纳米管等。
44、在另一个实施方案中，微粒碳可以是炭黑。
45、本文使用的术语“半导电”是指中等水平的导电性，即导电性介于电导体与电绝缘体的导电性之间。
46、在另一个实施方案中，基于聚乙烯的半导电聚合物层的厚度t2可以为1.5mm至5mm、优选1.5mm至3mm、并且最优选1.5mm至2mm。
47、在第二方面，本发明涉及一种包括根据本发明的第一方面的阻水层的电力电缆。
48、在电力电缆的一个实施方案中，阻水层可以是电缆的最外层。
49、在电力电缆的另一个实施方案中，阻水层可以覆盖有铠装和/或外罩。
50、在另一方面，本发明涉及一种制造用于包围电缆芯的阻水层的方法，该方法包括以下步骤：
51、-提供无铅金属箔的层，
52、-围绕该电缆芯焊接所述层，
53、-通过挤出在该金属箔层的外表面上沉积粘合剂材料的层，
54、-通过挤出在粘合剂材料的中间层(5)的外表面上沉积具有高于0.5gpa的弹性模量的基于聚乙烯的聚合物的层。
55、在另一个实施方案中，无铅金属箔的内层具有t1的厚度，基于聚乙烯的半导电聚合物的外层具有t2的厚度，并且比率t1:t2可以是至少0.15。
56、在另一个实施方案中，在该过程之前，金属箔层被彻底清除油脂和污垢。