SK9352000A3

SK9352000A3 - Electrical cable having a semiconductive water-blocking expanded layer

Info

Publication number: SK9352000A3
Application number: SK935-2000A
Authority: SK
Inventors: Sergio Belli; Alberto Bareggi; Luigi Caimi; Luca Balconi
Original assignee: Pirelli Cavi E Sistemi Spa
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1998-12-17
Publication date: 2001-06-11
Also published as: TR200001922T2; AR017949A1; BR9814391A; SK286682B6; RU2217826C2; AU743935B2; ITMI972839A1; AU2274199A; IT1297001B1; ZA9811632B

Abstract

Semiconductive, water blocking, expanded polymer layer is used in the electrical cable. An electrical cable comprises a conductor, insulating layer(s), an outer metal shield and a layer of an expanded polymer material placed under the metal shield. The expanded polymer material layer is semiconductive and includes a water swellable material.

Description

Oblasť techniky • JTECHNICAL FIELD • J

Predložený vynález sa týka elektrického kábla, predovšetkým pre stredno a • vysokonapäťové prenosy alebo rozvody, ktorý má polovodivú vodo-blokujúcu vrstvu. V ďalšom sa v predloženom vynáleze pod termínom „stredné napätie rozumie napätie medzi asi 1 kV až asi 30 kV, zatiaľ čo pod termínom “vysoké napätie“ sa rozumejú napätia vyššie ako 30 kV.The present invention relates to an electric cable, in particular for medium and high voltage transmissions or wiring, having a semiconducting water-blocking layer. In the present invention, the term "medium voltage" refers to a voltage between about 1 kV to about 30 kV, while the term "high voltage" refers to voltages above 30 kV.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Káble pre stredno- a vysokonapäťové prenosy alebo rozvody vo všeobecnosti pozostávajú z kovového vodiča, ktorý je pokrytý prvou vnútornou polovodivou vrstvou, izolačnou vrstvou a vonkajšou polovodivou vrstvou. Pre niektoré použitia, predovšetkým ak sa požaduje vodotesnosť vzhľadom k exteriéru, je kábel uzavretý vovnútri kovového tienenia, obyčajne z hliníka alebo medi, pozostávajúceho z kontinuálnej trubice alebo kovovej fólie usporiadanej v trubici a zvarenej alebo utesnenej tak, že je vodotesná.Cables for medium- and high-voltage transmission or distribution generally consist of a metallic conductor that is covered with a first inner semiconducting layer, an insulating layer and an outer semiconducting layer. For some applications, especially when waterproofing to the exterior is desired, the cable is enclosed within a metal shield, usually aluminum or copper, consisting of a continuous tube or metal foil disposed in the tube and welded or sealed to be waterproof.

V priebehu výroby, inštalácie alebo používania môže dôjsť v kovovom plášti k zlomom alebo prienikom, ktoré umožňujú prienik vlhkosti alebo dokonca aj vody dovnútra káblového jadra, so vznikom elektrochemických porúch v izolačnej vrstve, •During manufacture, installation, or use, breakages or leaks may occur in the metal sheath, allowing moisture or even water to penetrate into the core of the cable core, with electrochemical failure in the insulation layer.

ktoré môžu spôsobiť poruchy izolácie.which may cause insulation failure.

Jedno z možných riešení tohto problému je uvedené v US patente č.One possible solution to this problem is disclosed in U.S. Pat.

4,145,567. Tento spis opisuje vysokonapäťový kábel, ktorý má z vonkajšej strany okolo vonkajšej polovodivej vrstvy stlačiteľnú vrstvu zo speneného plastického materiálu, ktorá má zabrániť vonkajšej vlhkosti preniknúť do izolačnej vrstvy, a teda zabrániť vzniku elektrochemických porúch. Podľa uvedeného opisu kovové tienenie si s výhodou udržiava isté napätie proti stlačiteľnej vrstve, takže žiaden vzduch alebo iná tekutina nemôže po povrchu preniknúť medzi stlačiteľnú vrstvu a kovové tienenie.4,145,567. This document discloses a high voltage cable having an outer layer around the outer semiconducting layer having a compressible layer of foamed plastic material to prevent external moisture from penetrating the insulating layer and thereby preventing electrochemical failure. According to the above description, the metal shield preferably maintains a certain tension against the compressible layer so that no air or other fluid can penetrate the surface between the compressible layer and the metal shield.

472/B472 / B

Ako ďalšia poistka proti priechodu tekutiny po kábli môžu byť kovové tienenie so stlačiteľnou vrstvou spojené. Stlačiteľná vrstva je s výhodou polovodivá.As an additional safeguard against the passage of fluid through the cable, the metal shield can be connected to the compressible layer. The compressible layer is preferably semiconductive.

Trhliny v kovovom tienení môžu byť zapríčinené tepelnými cyklami, ktorým je kábel vystavený v dôsledku denných zmien intenzity prenášaného prúdu, ktorým zodpovedajú zmeny teploty kábla alebo medzi teplotou miestnosti a maximálnou pracovnou teplotu (napríklad medzi 20°C a 90°C) Tieto tepelné cykly zapríčiňujú dilatáciu a následnú kontrakciu povlakovej vrstvy kábla, spolu so súčasnými priečnymi silami vyvíjanými na kovovom tienení. V kovovom tienení teda môžu vznikať mechanické deformácie spolu so vznikom prázdnych priestorov medzi tienením a vonkajšou polovodivou vrstvou, ktoré spôsobujú nerovnomernosť elektrického poľa. Navyše tieto deformácie môžu viesť k trhlinám tienenia, predovšetkým pri jeho zváraní alebo pripájaní pomocou tesnenia, a teda tým spôsobujú zhoršenie funkčnosti tienenia.Cracks in metal shielding may be caused by thermal cycles to which the cable is subjected due to daily changes in the transmitted current intensity corresponding to changes in cable temperature or between room temperature and maximum operating temperature (for example between 20 ° C and 90 ° C). dilatation and subsequent contraction of the cable sheath, together with current transverse forces exerted on the metal shield. Thus, in the metallic shielding, mechanical deformations can occur together with the formation of voids between the shielding and the outer semiconducting layer, which cause the electric field to be uneven. In addition, these deformations can lead to screening cracks, especially when welding or bonding by means of a gasket, and thus cause a degradation of the screening functionality.

Možné riešenie tohto problému je je opísané v US patente č. 5,281,757, podľa ktorého kovové tienenie má možnosť voľne sa pohybovať vzhľadom k susedným vrstvám a má prekrývajúce okrajové časti spolu spojené lepidlom, ktoré umožňuje prekrytým okrajovým častiam relatívny vzájomný pohyb v priebehu teplotných cyklov kábla. Medzi kovovým tienením kábla a jadrom kábla môže byť aplikovaná výplňová vrstva, ako je opísaná v uvedenom US patente č. 1,145,567. Ak sa to požaduje, výplňová vrstva môže byť vodou napučiavajúci pásik alebo vodou napučiavajúci prášok namiesto speneného plastického materiálu.A possible solution to this problem is described in U.S. Pat. No. 5,281,757, wherein the metal shielding has the ability to move freely relative to adjacent layers and has overlapping edge portions joined together by an adhesive that allows the overlapped edge portions to move relative to each other during cable temperature cycles. A filler layer may be applied between the metallic cable shield and the cable core as described in said U.S. Pat. 1,145,567. If desired, the filler layer may be a water-swellable strip or a water-swellable powder instead of a foamed plastic material.

Ako sa ukázalo zo skúseností prihlasovateľa, konštrukcie káblov ako sú opísané v US-4,145,567 a US-5,281,757, nie sú úplne uspokojivé. Po prvé, prítomnosť stlačiteľnej vrstvy medzi kovovým tienením a jadrom kábla podľa US4,145,567 nie je dostatočná na efektívne vylúčenie prieniku a šírenia vlhkosti alebo vody po kábli. V skutočnosti na dosiahnutie vodoizolačného efektu sa v US5,281,757 namiesto stlačiteľnej vrstvy navrhuje použiť vodou napučiavajúci pásik alebo prášok. Avšak zavedenie vodou napučiavajúceho materiálu pod kovové tienenie môže zapríčiniť vážne elektrické problémy. V skutočnosti kovové tienenie okrem vytvárania bariéry proti prieniku vody a/alebo vlhkosti, plní dôležité elektrické funkcie a musí byť v elektrickom kontakte s vonkajšou polovodivou vrstvou. PrvouAs shown by the Applicant's experience, cable designs as described in US-4,145,567 and US-5,281,757 are not entirely satisfactory. First, the presence of a compressible layer between the metal shield and the cable core according to US4,145,567 is not sufficient to effectively exclude the penetration and propagation of moisture or water along the cable. In fact, in order to achieve the waterproofing effect, it is proposed in US5,281,757 instead of a compressible layer to use a water-swellable strip or powder. However, the introduction of a water-swellable material under metal shielding can cause serious electrical problems. In fact, metal shielding, in addition to providing a barrier to water and / or moisture penetration, fulfills important electrical functions and must be in electrical contact with the outer semiconductive layer. first

472/B funkciou kovového tienenia je skutočne vytvoriť homogénne radiálne elektrické pole v kábli a zároveň tieniť elektrické pole mimo kábla. Ďalšou funkciou je znášanie skratových prúdov.The 472 / B function of metal shielding is indeed to create a homogeneous radial electric field in the cable while shielding the electric field outside the cable. Another function is to tolerate short-circuit currents.

Prítomnosť izolačného materiálu ako aj vodou napučiavajúceho materiálu pod kovovým tienením nemôže zabezpečiť elektrickú kontinuitu medzi jadrom kábla a kovovým tienením. Avšak z hľadiska výroby a prevádzky používanie vodou napúčajúcich pásikov alebo voľných vodou napúčajúcich práškov má množstvo nedostatkov. Predovšetkým použitie vodou napúčajúcich pásikov predstavuje značné zvýšenie nákladov a zníženie produktivity, pretože tieto pásiky sú drahé a predstavujú potrebu prídavného kroku obaľovania v procese výroby kábla. Na druhej strane prítomnosť voľne prúdiacich vodou napúčajúcich práškov spôsobuje výrobu a inštaláciu takéhoto kábla dosť ťažkopádnou.The presence of the insulating material as well as the water-swellable material under the metal shield cannot ensure electrical continuity between the cable core and the metal shield. However, the use and the use of water-swellable tapes or free water-swellable powders have a number of drawbacks in terms of manufacture and operation. In particular, the use of water-swellable strips entails a considerable increase in costs and a reduction in productivity, since these strips are expensive and represent the need for an additional coating step in the cable manufacturing process. On the other hand, the presence of free-flowing water-swellable powders makes the production and installation of such a cable rather cumbersome.

Napokon sú podľa súčasného stavu techniky známe káble, ktoré sú vytvorené tak, že oslabujú efekt teplotných cyklov v kovovom plášti a zároveň zabraňujú šíreniu vlhkosti a/alebo vody po kábli. Kábel takéhoto typu je vybavený vonkajšou polovodivou vrstvou s pozdĺžnymi drážkami tvaru V, ktoré sú naplnené vodou napučiavajúcim materiálom vo forme prášku. Geometria V-tvaru umožňuje na jednej strane zaistiť elektrický kontakt medzi polovodivou vrstvou a kovovým tienením, a na druhej strane napomáha elastickému obnoveniu tepelných dilatácií materiálom vytvárajúcimi polovodivú vrstvu.Finally, cables are known according to the prior art which are designed to attenuate the effect of temperature cycles in the metal sheath while preventing the spread of moisture and / or water over the cable. A cable of this type is provided with an outer semiconducting layer with longitudinal V-shaped grooves, which are filled with a water-swellable powder material. The V-shape geometry makes it possible, on the one hand, to provide electrical contact between the semiconductive layer and the metal shield, and on the other hand, to assist in the elastic recovery of thermal dilatations by the semiconductive layer-forming material.

Avšak výroba takýchto pozdĺžnych drážok zahrňuje použitie polovodivej vrstvy veľkej hrúbky (okolo 2 mm alebo viac), čím stúpajú náklady a celková váha kábla. Navyše požadovaná geometria polovodivej vrstvy sa vo všeobecnosti dosahuje pomocou presných procesov extrúzie, v ktorých sa používajú vhodne usporiadané dýzy. Podľa skúseností prihlasovateľa je vytváranie drážok nepravidelnej geometrie, v praktických podmienkach, nutné počas takého extrúzneho procesu. Tieto geometrické nepravidelnosti môžu mať za následok vznik nerovnomerné rozdelenie tlaku vyvíjaného na kovové tienenie a teda zabraňujú polovodivej vrstve účinne vykonávať jej funkciu elastickej absorpcie radiálnych síl.However, the production of such longitudinal grooves involves the use of a semiconductive layer of large thickness (about 2 mm or more), thereby increasing the cost and overall weight of the cable. Moreover, the desired geometry of the semiconducting layer is generally achieved by means of precise extrusion processes in which appropriately arranged nozzles are used. According to the Applicant's experience, the formation of grooves of irregular geometry, under practical conditions, is necessary during such an extrusion process. These geometric irregularities may result in an uneven distribution of the pressure exerted on the metal shielding and thus prevent the semiconducting layer from effectively performing its elastic absorption function of the radial forces.

472/B472 / B

Preto káble podľa vyššie uvedeného stavu techniky nemôžu efektívne zabezpečiť oba problémy, a to problém zabraňovania penetrácie a šírenia vlhkosti a/alebo vody dovnútra káblového jadra, a problém možných deformácií alebo poškodenia kovového tienenia vplyvom tepelných cyklov kábla, pri zachovaní spoľahlivého elektrického kontaktu medzi kovovým tienením a jadrom kábla.Therefore, the cables of the prior art cannot effectively provide both problems, namely the problem of preventing penetration and the propagation of moisture and / or water inside the cable core, and the problem of possible deformation or damage to the metal shield due to cable thermal cycles, while maintaining reliable electrical contact between the metal shield. and the core of the cable.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Prihlasovateľ v súčasnosti zistil, že vyššie uvedený problém môže byť účinne vyriešený vložením vrstvy expandovaného plymérového materiálu majúceho polovodivé vlastnosti a obsahujúceho vodou napučiavajúci materiál, pod kovové tienenie. Táto vrstva je schopná elasticky a rovnomerne absorbovať radiálne sily expanzie a kontrakcie vznikajúce vplyvom tepelných cyklov, ktorým je kábel vystavený počas prevádzky, pričom je zabezpečená nevyhnutná elektrická kontinuita medzi káblom a kovovým tienením. Okrem toho prítomnosť vodou napučiavajúceho materiálu rozptýleného vovnútri expandovanej vrstvy je schopná účinne blokovať vlhkosť a/alebo vodu, a teda odpadá potreba použitia vodou napučiavajúcich pások alebo voľných vodou napučiavajúcich práškov.The Applicant has now found that the above problem can be effectively solved by placing a layer of expanded polymeric material having semiconductive properties and containing a water-swellable material under a metal shield. This layer is able to absorb elastically and evenly the radial forces of expansion and contraction due to the thermal cycles to which the cable is exposed during operation, while ensuring the necessary electrical continuity between the cable and the metal shield. In addition, the presence of a water-swellable material dispersed within the expanded layer is capable of effectively blocking moisture and / or water, and thus eliminates the need for the use of water-swellable tapes or free water-swellable powders.

Podľa prvého aspektu sa predložený vynález teda týka elektrického kábla obsahujúceho vodič, aspoň jednu izolačnú vrstvu, vonkajšie kovové tienenie, a vrstvu expandovaného plymérového materiálu umiestnenú pod týmto kovovým tienením, pričom podstatou vynálezu je, že vrstva expandovaného polymérového materiálu je polovodivá a obsahuje vodou napučiavajúci materiál.Accordingly, in a first aspect, the present invention relates to an electrical cable comprising a conductor, at least one insulating layer, an outer metal shield, and an expanded polymeric material layer disposed beneath the metal shielding, wherein the layer of expanded polymeric material is semiconducting and contains water-swellable material. .

V ďalšom bude termín „vrstva expandovaného polymérového materiálu nahradený stručným termínom „expandovaná vrstva“.In the following, the term "layer of expanded polymeric material" will be replaced by a brief term "expanded layer".

Pod pojmom „expandovaný polymérový materiál,,, tak ako sa používa v predloženom opise vynálezu a nárokoch, sa rozumie polymérový materiál s vopred určeným percentuálnym množstvom „voľných“ priestorov vovnútri materiálu, t.j. určitý priestor neobsadený polymérom, ale v polyméri uzatvoreným plynom alebo vzduchom.The term "expanded polymer material", as used in the present specification and claims, means a polymer material having a predetermined percentage of "void" spaces within the material, i. some space not occupied by a polymer, but in a polymer enclosed by gas or air.

472/B472 / B

Vo všeobecnosti je množstvo voľných priestorov v expandovanom polyméri vyjadrené termínom stupeň expanzie (G), ktorý je definovaný nasledujúcim vzťahom:In general, the amount of voids in the expanded polymer is expressed by the degree of expansion (G), which is defined by the following relation:

G = (d₀/d_e-1). 100 kde:G = (d ₀ / d _e -1). 100 where:

d₀ predstavuje hustotu expandovaním nespracovaného polymérového materiálu, a d_e predstavuje relatívnu hustotu polymérového materiálu, meranú v expandovanom stave.d ₀ represents the density of the untreated polymeric material; and _e represents the relative density of the polymeric material measured in the expanded state.

Stupeň expanzie expandovanej vrstvy podľa predloženého vynálezu sa môže meniť v širokom rozsahu, ktorý závisí jednak od vlastnosti použitého polymérového materiálu a jednak od hrúbky vrstvy, ktorá sa mieni dosiahnuť. Stupeň expanzie je vopred stanovený tak, aby bolo zaistené, že radiálne sily tepelnej expanzie a kontrakcie kábla budú elasticky absorbované a zároveň aby boli zachované polovodivé vlastnosti. Vo všeobecnosti stupeň expanzie môže byť v rozsahu od 5% do 500%, a s výhodou od 10% do 200%.The degree of expansion of the expanded layer of the present invention can vary over a wide range, depending on both the property of the polymeric material used and the thickness of the layer to be achieved. The degree of expansion is predetermined to ensure that the radial forces of thermal expansion and cable contraction are elastically absorbed while maintaining the semiconducting properties. Generally, the degree of expansion may range from 5% to 500%, and preferably from 10% to 200%.

Čo sa týka hrúbky expandovanej vrstvy podľa predloženého vynálezu, jej veľkosť je najmenej 0,1 mm; s výhodou medzi 0,2 až 2 mm a najvýhodnejšie medzi 0,3 až 1 mm. Hrúbky menšie ako 0,1 mm sú v praxi len obtiažne vyrobiteľné a, v každom prípade, iba umožňujú obmedzenú kompenzáciu deformácie, kým hrúbky nad 2 mm, hoci v princípe nemajú funkčné nedostatky, sú značne nákladné a teda sa používajú len za odôvodnených špecifických požiadaviek.As regards the thickness of the expanded layer according to the present invention, its size is at least 0.1 mm; preferably between 0.2 to 2 mm and most preferably between 0.3 to 1 mm. Thicknesses of less than 0.1 mm are difficult to produce in practice and, in any case, only allow limited deformation compensation, while thicknesses over 2 mm, although in principle do not have functional deficiencies, are very costly and therefore only used under justified specific requirements .

Podľa výhodného uskutočnenia elektrický kábel podľa predloženého vynálezu obsahuje kompaktnú polovodivú vrstvu umiestnenú medzi izolačným povlakom a expandovanou vrstvou.According to a preferred embodiment, the electrical cable of the present invention comprises a compact semiconducting layer disposed between the insulating coating and the expanded layer.

Pod termínom “kompaktná polovodivá vrstva“ sa rozumie vrstva vyrobená z neexpandovaného polovodivého materiálu, t.j. materiálu majúceho stupeň expanzie v podstate rovný nule.The term "compact semiconductive layer" refers to a layer made of unexpanded semiconductor material, i. a material having a degree of expansion substantially equal to zero.

Podľa zistenia prihlasovateľa táto kompaktná polovodivá vrstva môže s výhodou vykonávať funkciu zabraňovania čiastočných výbojov, a teda zabraňuje poškodeniu kábla zapríčinenému nerovnomernosťami povrchu alebo rozhraniaAccording to the Applicant ' s finding, this compact semiconductive layer can advantageously perform the function of preventing partial discharges and thus prevents damage to the cable caused by surface or interface irregularities

472/B medzi izolačným povlakom a expandovanou vrstvou. Táto funkcia môže byť splnená aj veľmi tenkými polovodivými vrstvami, a to okolo 0,1 mm alebo aj menej. Avšak z praktického hľadiska je vhodná hrúbka 0,2 až 1 mm, a ešte vhodnejšia v rozsahu 0,2 až 0,5 mm.472 / B between the insulating coating and the expanded layer. This function can also be accomplished with very thin semiconducting layers, about 0.1 mm or less. However, from a practical standpoint, a thickness of 0.2 to 1 mm, and more preferably in the range of 0.2 to 0.5 mm, is suitable.

Ako bolo vyššie spomenuté, expandovaná vrstva obsahuje vodou napučiavajúci materiál. Ako ukázali testy vykonané prihlasovateľom, expandovaná vrstva je schopná obsiahnuť veľké množstvo vodou napučiavajúceho materiálu a obsiahnutý vodou napučiavajúci materiál je schopný expandovať ak expandovaná vrstva je umiestnená v kontakte s vlhkosťou alebo vodou, a teda účinne vykonávať svoju vodo-tesniacu funkciu.As mentioned above, the expanded layer comprises a water-swellable material. As the tests performed by the Applicant have shown, the expanded layer is able to contain a large amount of water-swellable material and the contained water-swellable material is able to expand if the expanded layer is placed in contact with moisture or water and thus effectively perform its waterproofing function.

Vo všeobecnosti je vodou napučiavajúci materiál vo forme časticového materiálu, predovšetkým vo forme prášku. Častice tvoriace vodou napučiavajúci materiál majú s výhodu priemer nie väčší ako 250 pm a priemernú veľkosť priemeru častíc od 10 do 100 pm. Najvhodnejšie je, ak množstvo častíc, majúcich priemer od 10 do 50 pm, je aspoň 50 % hmotn. vzhľadom na celkovú hmotnosť prášku.In general, the water-swellable material is in the form of particulate material, in particular in the form of a powder. The water-swellable particles preferably have a diameter of not more than 250 µm and an average particle diameter of from 10 to 100 µm. Most preferably, the amount of particles having a diameter of from 10 to 50 µm is at least 50% by weight. based on the total weight of the powder.

Vodou napučiavajúci materiál vo všeobecnosti obsahuje homopolymér alebo kopolymér majúci hydrofilné skupiny pozdĺž polymérového reťazca, napríklad: sieťované a aspoň čiastočne soli tvoriace polyakrylátové kyseliny (napríklad produkty Cabloc® od C.F.Stockhausen GmbH alebo Waterlock® od Grain Processing Co.); škrob alebo jeho deriváty v zmesi s kopolymérmi medzi akrylamidmi a akrylátmi sodíka (napríklad produkty SGP Absorbent Polymér® od Henkel AG); sodná karboxymetylcelulóza (napríklad produkty Blanose® od Hercules Inc.).The water-swellable material generally comprises a homopolymer or copolymer having hydrophilic groups along the polymer chain, for example: crosslinked and at least partially salt-forming polyacrylate acids (e.g. Cabloc® products from C.F.Stockhausen GmbH or Waterlock® from Grain Processing Co.); starch or derivatives thereof in admixture with copolymers between acrylamides and sodium acrylates (for example, SGP Absorbent Polymer® products from Henkel AG); sodium carboxymethylcellulose (e.g. Blanose® products from Hercules Inc.).

Na získanie efektívnej vodo-blokujúcej funkcie je množstvo vodou napučiavajúceho materiálu obsiahnuté v expandovanej vrstve vo všeobecnosti od 5 do 120 phr, a s výhodou od 15 do 80 phr (phr = počet hmotnostných dielov vzhľadom ku 100 hmotnostných dielov základného polyméru).To obtain an effective water-blocking function, the amount of water-swellable material contained in the expanded layer is generally from 5 to 120 phr, and preferably from 15 to 80 phr (phr = number of parts by weight relative to 100 parts by weight of the base polymer).

472/B472 / B

Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Obr.1 predstavuje priečny rez jedným vyhotovením kábla podľa predloženého vynálezu, unipolárneho typu, pre prenos stredno-voltových výkonov.Fig. 1 is a cross-sectional view of one embodiment of a cable of the present invention, of the unipolar type, for transmitting medium-voltage power.

Príklad uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Tento kábel podľa vynálezu obsahuje vodič 1, vnútornú polovodivú vrstvu 2, izolačnú vrstvu 3, kompaktnú polovodivú vrstvu 4, expandovanú vrstvu 5, kovové tienenie 6 a vonkajší plášť 7.The cable according to the invention comprises a conductor 1, an inner semiconducting layer 2, an insulating layer 3, a compact semiconducting layer 4, an expanded layer 5, a metal shield 6 and an outer sheath 7.

Vodič 1 vo všeobecnosti pozostáva z kovových drôtov, s výhodu medených alebo hliníkových, ktoré sú spolu spletené použitím bežných techník. Kovové tienenie 6, obyčajne z hliníka alebo medi, alebo tiež aj olova, je tvorené kontinuálnou kovovou rúrkou alebo fóliou vytvarovanou do tvaru rúrky a zvarenou alebo utesnenou použitím adhezívneho materiálu, tak, že sa dosiahne vodotesnosť. Kovové tienenie 6 je obvykle potiahnuté vonkajším plášťom 7 obsahujúcim sieťovaný alebo nesieťovaný polymérový materiál, napríklad polyvinylchlorid (PVC) alebo polyetylén (PE).The conductor 1 generally consists of metal wires, preferably copper or aluminum wires, which are intertwined using conventional techniques. The metal shield 6, usually of aluminum or copper, or also of lead, is formed by a continuous metal tube or tube shaped into a tube and welded or sealed using an adhesive material so as to achieve a watertightness. The metal shielding 6 is usually coated with an outer sheath 7 containing a crosslinked or non-crosslinked polymer material, for example polyvinyl chloride (PVC) or polyethylene (PE).

Polymérový materiál, ktorý vytvára expandovanú vrstvu môže byť ľubovoľným typom expandovateľného polyméru, ako napríklad: polyolefíny, kopolyméry rôznych olefínov, kopolyméry olefínov s etylénovo nenasýtenými estermi, polyestery, polykarbonáty, polysulfonáty, fenolové živice, močovinové živice, a ich zmesi. Príkladmi vhodných polymérov sú: polyetylén (PE), predovšetkým polyetylén s nízkou hustotou (LDPE), polyetylén so strednou hustotou (MDPE), polyetylén s vysokou hustotou (HDPE), lineárny polyetylén s nízkou hustotou (LLDPE); polyetylén s ultranízkou hustotou (ULDPE); polypropylén (PP), elastomerické etylénpropylénové kopolyméry (EPR), alebo etylén-propylén-diénový terpolymér (EPDM), prírodný kaučuk, butylkaučuk, etylén-vinylesterové kopolyméry, napríklad etylénvinylacetát (EVA), etylén-akrylátové kopolyméry, etylén-metylakrylátový (EMA) kopolymér, etylén-etylakrylátový (EEA) kopolymér, etylén-butylakrylátový (EBA) kopolymér, etylén/alfa-olefínové termoplastické kopolyméry, polystyrén;The polymeric material that forms the expanded layer can be any type of expandable polymer, such as: polyolefins, copolymers of various olefins, copolymers of olefins with ethylenically unsaturated esters, polyesters, polycarbonates, polysulfonates, phenolic resins, urea resins, and mixtures thereof. Examples of suitable polymers are: polyethylene (PE), in particular low density polyethylene (LDPE), medium density polyethylene (MDPE), high density polyethylene (HDPE), linear low density polyethylene (LLDPE); ultra low density polyethylene (ULDPE); polypropylene (PP), elastomeric ethylene-propylene copolymers (EPR), or ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), natural rubber, butyl rubber, ethylene-vinyl ester copolymers such as ethylene vinyl acetate (EVA), ethylene acrylate copolymer (EMA), ethylene acrylate copolymer copolymer, ethylene-ethyl acrylate (EEA) copolymer, ethylene-butyl acrylate (EBA) copolymer, ethylene / alpha-olefin thermoplastic copolymers, polystyrene;

472/B akrylonitrilbutadién-styrénové (ABS) živice, halogenované polyméry, predovšetkým polyvinylchlorid (PVC); polyuretán (PUR); polyamidy; aromatické polyestery ako polyetyléntereftalát (PET) alebo polybutyléntereftalát (PBT); ich kopolyméry alebo mechanické zmesi.472 / B acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) resins, halogenated polymers, especially polyvinyl chloride (PVC); polyurethane (PUR); polyamides; aromatic polyesters such as polyethylene terephthalate (PET) or polybutylene terephthalate (PBT); their copolymers or mechanical mixtures.

S výhodou polymérovým materiálom je polyolefínový polymér alebo kopolymér na báze etylénu a/alebo propylénu, a je zvolený predovšetkým zo skupiny:Preferably, the polymeric material is a polyolefin polymer or a copolymer based on ethylene and / or propylene, and is preferably selected from:

(a) etylénové kopolyméry s etylenicky nenasýteným esterom, napríklad vinylacetát alebo butylacetát, v ktorom množstvo nenasýteného esteru je vo všeobecnosti medzi 5 až 80 % hmotn., a s výhodou medzi 10 až 50 % hmotn.;(a) ethylene copolymers with an ethylenically unsaturated ester, for example vinyl acetate or butyl acetate, in which the amount of unsaturated ester is generally between 5 and 80% by weight, and preferably between 10 and 50% by weight;

(b) elastomerické kopolyméry etylénu s aspoň jedným C3-C₁₂ alfa olefínom, a voliteľne diénom, s výhodou kopolyméry etylén/propylénové (EPR) alebo etylén/propylén/diénové (EPDM), ktoré majú vo všeobecnosti nasledovné zloženie: 35 až 90 % molárnych etylénu, 10 až 65 % molárnych alfa-olefínu, 0 až 10 % molárnych diénu (napríklad 1,4-hexadién alebo 5-etyldién-2-norbornén);(b) elastomeric copolymers of ethylene with at least one C 3 -C ₁₂ alpha olefin, and optionally a diene, preferably ethylene / propylene (EPR) or ethylene / propylene / diene (EPDM) copolymers, generally having the following composition: 35 to 90% molar ethylene, 10 to 65 mol% alpha-olefin, 0 to 10 mol% diene (for example 1,4-hexadiene or 5-ethyldiene-2-norbornene);

(c) kopolyméry etylénu s aspoň jedným C₄-Ci₂ alfa olefínom, výhodne 1-hexén, 1oktén a podobné, a voliteľne diénom, vo všeobecnosti majúce hustotu medzi 0,86 až 0,90 g/cm³ a nasledovné zloženie: 75 až 97 % molárnych etylénu, 3 až 25 % molárnych alfa-olefínu, 0 až 5 % molárnych diénu;(c) copolymers of ethylene with at least one C ₄ -C ₁₂ alpha olefin, preferably 1-hexene, 1-octene and the like, and optionally a diene, generally having a density between 0.86 to 0.90 g / cm ³ and the following composition: 75 up to 97 mol% ethylene, 3 to 25 mol% alpha-olefin, 0 to 5 mol% diene;

(d) polypropylén modifikované etylén/C3-Ci₂ alfa-olefínovým kopolymérom, pričom hmotnostný pomer medzi polypropylénom a etylén/C₃-Ci₂ alfa-olefínovým kopolymérom je medzi 90/10 až 10/90, s výhodou medzi 80/20 až 20/80.(d) polypropylene modified with ethylene / C3-C ₂ alpha-olefin copolymers, wherein the weight ratio between polypropylene and ethylene / C ₃ -C ₂ a-olefin copolymer is between 90/10 and 10/90, preferably between 80/20 and 20/80.

Napríklad, do triedy (a) patria komerčné produkty Elvax® (Du Pont), Levapren® (Bayer) a Lotryl® (Elf-Atochem), výrobky Dutral® (Enichem) alebo Nordel® (Dow-Du Pont) patria do triedy (b), výrobkymi patriacimi do triedy (c) sú Engage® (Dow-Du Pont) alebo Exact® (Exxon), kým polypropylény modifikované etylén/alfa-olelfínovými kopolymérmi sú komerčne dostupné pod obchodnými názvami Moplen® alebo Hifax® (Montell), alebo aj Fina-Pro® (Fína), a podobne.For example, class (a) includes the commercial products Elvax® (Du Pont), Levapren® (Bayer) and Lotryl® (Elf-Atochem), Dutral® (Enichem) or Nordel® (Dow-Du Pont) belong to class (a). (b) products in class (c) are Engage® (Dow-Du Pont) or Exact® (Exxon), while polypropylenes modified with ethylene / alpha-olefinic copolymers are commercially available under the trade names Moplen® or Hifax® (Montell), or Fina-Pro (R), and the like.

Z triedy (d) sú predovšetkým výhodné termoplastické elastoméry obsahujúce kontinuálnu matricu termoplastického polyméru, napr. polypropylén, a jemné častice (vo všeobecnosti majúce priemer rádovo 1 až 10 pm) vulkanizovaného ₄72/B elastomerického polyméru, napr. sieťovaného EPR alebo EPDM, rozptýlené v termoplastickej matrici. Elastomerický polymér môže byť obsiahnutý v termoplastickej matrici v nevulkanizovanom stave a potom dynamicky zosieťovaný v pracovnom procese pridaním vhodného množstva zosieťovacieho činidla. Alternatívne, elastomérový polymér môže byť vulkanizovaný oddelene a potom rozptýlený do termoplastickej matrice vo forme jemných častíc. Termoplastické elastoméry tohto typu sú opísané napr. v US-4,104,210 alebo EP-324,430. Tieto termoplastické elastoméry sú výhodné a ukázali sa zvlášť účinné pri elastickej absorpcii radiálnych síl počas tepelných cyklov kábla v celom rozsahu pracovných teplôt.Of class (d), thermoplastic elastomers comprising a continuous matrix of a thermoplastic polymer, e.g. polypropylene, and fine particles (generally having a diameter of the order of 1 to 10 µm) of vulcanized ₄ 72 / B elastomeric polymer, e.g. crosslinked EPR or EPDM dispersed in a thermoplastic matrix. The elastomeric polymer may be contained in the thermoplastic matrix in an unvulcanized state and then dynamically crosslinked in the process by adding a suitable amount of crosslinking agent. Alternatively, the elastomeric polymer may be cured separately and then dispersed into the thermoplastic matrix in the form of fine particles. Thermoplastic elastomers of this type are described e.g. in US-4,104,210 or EP-324,430. These thermoplastic elastomers are preferred and have proven particularly effective in elastically absorbing radial forces during cable thermal cycles over a range of operating temperatures.

Produkty známe zo stavu techniky na prípravu polovodivej polymérovej kompozície sa môžu použiť nato, aby polymérovému materiálu dodali polovodivé vlastnosti. Predovšetkým sa môžu použiť elektrovodivé sadze, napríklad elektrovodivé retortové sadze alebo acetylénové sadze, a pod. Plocha povrchu sadzí je vo všeobecnosti väčšia ako 20 m²/g, obyčajne medzi 40 až 500 m²/g. S výhodou sa môžu použiť vysokovodivé sadze, ktoré majú plochu povrchu najmenej 900 m²/g, ako aj napríklad retortové sadze komerčne známe pod obchodným názvom Ketjenblack® EC (Akzo Chemie NV).The prior art products for preparing the semiconducting polymer composition can be used to impart semiconducting properties to the polymer material. In particular, electrically conductive carbon black, for example, electrically conductive carbon black or acetylene carbon black, and the like, may be used. The surface area of the carbon black is generally greater than 20 m ² / g, usually between 40 and 500 m ² / g. Highly conductive carbon blacks having a surface area of at least 900 m ² / g, as well as retort carbon blacks commercially known under the trade name Ketjenblack® EC (Akzo Chemie NV) can be advantageously used.

Množstvo sadzí, ktoré sa má pridať do polymérovej matrice, sa môže meniť v závislosti na type polyméru a použitých sadzí, stupňa expanzie ktorý sa má získať, expandovacieho činidla a podobne. Množstvo sadzí teda musí byť také, aby dodalo expandovanému materiálu dostatočné polovodivé vlastnosti, predovšetkým aby expandovaný materiál získal hodnotu objemového odporu, pri izbovej teplote, menej ako 500 Q.m, výhodne menej ako 20 Q.m. Typicky množstvo sadzí môže byť v rozsahu medzi 1 až 50 % hmotn., s výhodou medzi 3 až 30 % hmotn., vzhľadom k hmotnosti polyméru.The amount of carbon black to be added to the polymer matrix may vary depending on the type of polymer and the carbon black used, the degree of expansion to be obtained, the expanding agent, and the like. Thus, the amount of carbon black must be such as to impart sufficient semiconducting properties to the expanded material, in particular to give the expanded material a volumetric resistance at room temperature of less than 500 Q.m, preferably less than 20 Q.m. Typically, the amount of carbon black may range between 1 to 50 wt%, preferably between 3 to 30 wt%, based on the weight of the polymer.

Kompaktná polovodivá vrstva, ktorá môže byť prítomná medzi izolačným plášťom a expandovanou vrstvou, ako aj vnútorná polovodivá vrstva, pričom obidve sú kompaktného typu, sú pripravené známymi technikami, predovšetkým extrúziou, polymérový materiál a sadze sú zvolené z vyššie uvedených pre expandovanú vrstvu.The compact semiconductive layer that may be present between the insulating sheath and the expanded layer, as well as the inner semiconductive layer, both of the compact type, are prepared by known techniques, in particular extrusion, polymeric material and carbon black are selected from the above mentioned for the expanded layer.

472/B472 / B

Izolačná vrstva je s výhodou pripravená extrúziou polyolefínu vybraného z vyššie uvedených pre expandovanú vrstvu, predovšetkým polyetylénu, polypropylénu, etylén/propylénových kopolymérov a podobne. Po extrúzii je materiál s výhodou zosieťovaný známymi technikami, napríklad použitím peroxidov alebo prostredníctvom silanov.The insulating layer is preferably prepared by extruding a polyolefin selected from the above for the expanded layer, in particular polyethylene, polypropylene, ethylene / propylene copolymers and the like. After extrusion, the material is preferably crosslinked by known techniques, for example using peroxides or via silanes.

Expandovaná vrstva môže byť pripravená extrúziou polymérového materiálu obsahujúceho polovodivé plnivo a vodo-odolný materiál na jadre kábla, t.j. zostave vodiča I., vnútornej polovodivej vrstvy 2, izolačnej vrstvy 3 a podľa voľby kompaktnej polovodivej vrstvy 6. Samotné jadro kábla môže byť vyrobené extrúziou, predovšetkým koextrúziou troch vrstiev podľa známych techník.The expanded layer can be prepared by extruding a polymeric material comprising a semiconductive filler and a water-resistant material at the core of the cable, i. the conductor assembly 1, the inner semiconducting layer 2, the insulating layer 3 and, optionally, the compact semiconducting layer 6. The cable core itself can be produced by extrusion, in particular by coextrusion of three layers according to known techniques.

Polymérový materiál môže byť zmiešaný s polovodivým plnivom, vodou napučiavajúcim materiálom a ďalšími voliteľnými bežnými aditívami podľa spôsobov známych v tejto oblasti. Miešanie sa môže uskutočniť, napríklad, použitím vnútorného mixéra typu s tangenciálnymi rotormi (Banbury) alebo penetračnými rotormi, alebo alternatívne v kontinuálnych mixéroch ako sú typy Ko-Kneader (Buss), alebo typu súhlasne rotujúcich alebo proti sebe rotujúcich dvojitých skrutiekThe polymeric material may be mixed with a semiconducting filler, a water-swellable material, and other optional conventional additives according to methods known in the art. Mixing can be carried out, for example, using an internal mixer of tangential rotor type (Banbury) or penetration rotors, or alternatively in continuous mixers such as Ko-Kneader (Buss) types or co-rotating or counter-rotating double screws

Expanzia polyméru sa normálne vykonáva počas fázy extrúzie. Táto expanzia môže uskutočniť buď chemicky, pridaním vhodného množstva expandovacieho činidla, t.j. činidla schopného uvoľňovať plyn za špecifických tepelných a tlakových podmienok, alebo alternatívne, fyzikálne, vstrekovaním vysokotlakového plynu priamo do extrúdneho valca. Expandovacie činidlo sa s výhodou pridáva do polymérového materiálu len po pridaní plniva a ďalších aditív, ako je opísané v predchádzajúcom, a následným ochladením zmesi pod rozkladnú teplotu expandovacieho činidla, aby sa predišlo predčasnej expanzii polyméru. Predovšetkým, expandovacie činidlo môže sa s výhodou pridať k polymérovej kompozícii počas extrúzie, napr. cez násypku extrudéra.The polymer expansion is normally performed during the extrusion phase. This expansion can be carried out either chemically by adding a suitable amount of the expanding agent, i. agents capable of releasing gas under specific thermal and pressure conditions, or alternatively, physically, by injecting high pressure gas directly into the extruder cylinder. The expanding agent is preferably added to the polymeric material only after the addition of filler and other additives as described in the foregoing, followed by cooling the mixture below the decomposition temperature of the expanding agent to prevent premature expansion of the polymer. In particular, the expanding agent may advantageously be added to the polymer composition during extrusion, e.g. through the hopper of the extruder.

472/B472 / B

Príkladmi vhodných expandujúcich činidiel sú: azodikarbamid, paratoluénsulfonyl hydrazid, zmesi organických kyselín (napríklad kyseliny citrónovej) s uhličitanmi a/alebo diuhličitanmi (napríklad diuhličitan sodný),a pod.Examples of suitable expanding agents are: azodicarbamide, paratoluenesulfonyl hydrazide, mixtures of organic acids (e.g. citric acid) with carbonates and / or di-carbonates (e.g. sodium bicarbonate), and the like.

Príkladmi plynov, ktoré môžu byť vstrekované za vysokého tlaku do extruzneho valca, sú: dusík, oxid uhličitý, vzduch, uhľovodíky s nízkym bodom varu, napríklad propán alebo bután, halogénové uhľovodíky, napríklad metylén chlorid, trichlorfluormetán, 1-chloro-1,1-difluóroetán, a podobne, alebo ich zmesi.Examples of gases that can be injected at high pressure into the extrusion cylinder are: nitrogen, carbon dioxide, air, low boiling hydrocarbons such as propane or butane, halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, trichlorofluoromethane, 1-chloro-1,1 difluoroethane, and the like, or mixtures thereof.

S výhodou má tryská vo vytláčacej hlave priemer mierne menší ako je konečný priemer kábla s expandovaným plášťom, ktorý sa má získať, takže expanzia polyméru mimo extrudér dovoľuje dosiahnuť požadovaný priemer kábla.Preferably, the die in the extruder has a diameter slightly smaller than the final diameter of the expanded sheath cable to be obtained, so that the expansion of the polymer outside the extruder allows to achieve the desired cable diameter.

Zvolené teploty extrúzie hlavne závisia od povahy polymérovej matrice, expandovacieho činidla, a požadovaného stupňa expanzie. Obyčajne sa uprednostňuje teplota extrúzie nie je nižšia ako 140°C na dosiahnutie dostatočného stupňa expanzie.The extrusion temperatures selected mainly depend on the nature of the polymer matrix, the expanding agent, and the degree of expansion desired. Usually, the extrusion temperature is not lower than 140 ° C to achieve a sufficient degree of expansion.

Expandovaný polymérový materiál môže alebo nemusí byť zosiefovaný. Zosieťovanie sa môže uskutočniť, po extrúzii a fáze expanzie, známymi technikami, predovšetkým zohrievaním v prítomnosti radikálového iniciátora, napríklad organického peroxidu ako je dicumyl peroxid. Zosieťovanie sa môže vykonať aj prostredníctvom silanov, ktoré dovoľujú použiť polyméry zo spomínaných, predovšetkým polyolefín, ku ktorým sú kovalentne naviazané silanové jednotky obsahujúce aspoň jednu hydrolyzovateľnú skupinu, napríklad trialkoxysilanovú skupinu, a predovšetkým trimetoxysilanovú skkupinu. Štepenie silanových jednotiek sa môže vykonať radikálovou reakciou so silanovými zložkami, napríklad metyl trietoxysilanom, dimetyldietoxysilanom, vinyldimetoxysilanom, a podobne. Zosieťovanie sa vykonáva za prítomnosti vody a sieťujúcich katalyzátorov, napríklad organických titanátov alebo kovových karboxylátov. Zvlášť výhodným je dibutyltin dilaurát (DBTL).The expanded polymer material may or may not be crosslinked. Crosslinking may be carried out, after extrusion and expansion, by known techniques, in particular by heating in the presence of a radical initiator, for example an organic peroxide such as dicumyl peroxide. Crosslinking may also be carried out by means of silanes which allow the use of the polymers of the aforementioned, in particular polyolefin, to which silane units containing at least one hydrolyzable group, for example a trialkoxysilane group, and in particular a trimethoxysilane group, are covalently bonded. The cleavage of the silane units can be carried out by radical reaction with silane components, for example methyl triethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, vinyldimethoxysilane, and the like. Crosslinking is carried out in the presence of water and crosslinking catalysts, for example organic titanates or metal carboxylates. Particularly preferred is dibutyltin dilaurate (DBTL).

Keď už bola expandovaná vrstva vyrobená, kábel sa uzavrie do kovového tienenia. Podľa výhodného vyhotovenia, v neprítomnosti aplikovaných síl, priemerOnce the expanded layer has been made, the cable is enclosed in a metal shield. According to a preferred embodiment, in the absence of applied forces, diameter

472/B expandovanej vrstvy je väčší ako vnútorný priemer kovového tienenia, aby sa dosiahlo, potom čo bolo aplikované kovové tienenie, vopred určený stupeň predkompresie expandovanej vrstvy, Táto predkompresia umožňuje dosiahnuť optimálny kontakt medzi expandovanou vrstvou a kovovým tienením a dovoľuje vyrovnať všetkých zvyškových deformácii expandovanej vrstvy, alebo aj istý stupeň plastickej deformácie kovového tienenia, počas fázy tepelnej kontrakcie izolačnej vrstvy.472 / B of the expanded layer is larger than the inner diameter of the metal shield to achieve, after the metal shield has been applied, a predetermined degree of precompression of the expanded layer. This precompression allows for optimal contact between the expanded layer and the metal shield. layer, or a certain degree of plastic deformation of the metal shielding, during the thermal contraction phase of the insulating layer.

Ak sa to požaduje, kovové tienenie môže byť pokryté ochranným plášťom ktorý sa môže získať napríklad extrúziou polymérového materiálu, obyčajne polyvinyl chloridu alebo polyetylénu.If desired, the metal shield may be covered with a protective sheath, which may be obtained, for example, by extrusion of a polymer material, usually polyvinyl chloride or polyethylene.

Predložený vynález bude v ďalšom opísaný na niekoľkých ilustratívnych príkladoch uskutočneniaThe present invention will now be described with reference to several illustrative examples

Príklady 1-2Examples 1-2

Pripravili sa niektoré zmesi vhodné na vytvorenie expandovanej vrstvy podľa predloženého vynálezu. Kompozície sú uvedené v Tabuľke 1 (v phr). Zložky zmesí sa spolu zmixovali v Banburyho uzavretom mixéri (pracovný objem 1,2 I), pričom sa vložil najskôr základný polymér, potom, po krátkom čase, sadze, vodou napučiavajúci prášok a ostatné aditíva (okrem expandujúceho činidla).Some compositions suitable for forming the expanded layer of the present invention have been prepared. The compositions are shown in Table 1 (in phr). The components of the blends were mixed together in a Banbury closed mixer (working volume of 1.2 L), initially introducing the base polymer, then, after a short time, carbon black, a water-swellable powder and other additives (except expanding agent).

Mixovanie sa vykonávalo asi 6 minút s konečnou teplotou extrakčného materiálu okolo 150°C. Na konci mixovacieho procesu sa do zmesi pridalo expandujúce činidlo, materiál bol ochladený na asi 100°C, aby nedošlo k predčasnému rozkladu expandujúceho činidla, ktorý by mohol viesť k nekontrolovanej expanzii polyméru. Následne bola zmes kompresné vyformovaná pri asi 160 °C s použitím rámu veľkosti 200 x 200 mm a hrúbky 3 mm. Zmes sa pridávala po množstvách, tak aby sa získala počiatočná vrstva hrubá 1 mm, tak aby sa zanechal dostatočný priestor polyméru na expanziu. Na testovacej vzorke sa merali nasledovné charakteristiky:Mixing was performed for about 6 minutes with a final extraction material temperature of about 150 ° C. At the end of the mixing process, an expanding agent was added to the mixture, the material was cooled to about 100 ° C to avoid premature decomposition of the expanding agent, which could lead to uncontrolled polymer expansion. Subsequently, the compression mixture was formed at about 160 ° C using a 200 x 200 mm frame and a 3 mm thickness. The mixture was added in amounts to obtain an initial 1 mm thick layer, leaving sufficient polymer space to expand. The following characteristics were measured on the test sample:

relatívna hustota, a potom, poznajúc hustotu neexpandovaného materiálu, bol vypočítaný stupeň expanzie podľa vyššie uvedeného vzorca;the relative density, and then knowing the density of the unexpanded material, the degree of expansion was calculated according to the above formula;

472/B merný objemový odpor pri izbovej teplote.472 / B resistivity at room temperature.

Údaje sú uvedené v Tabuľke 1.Data are shown in Table 1.

Niektoré vzorky boli umiestnené do vody, pričom bola pozorovaná stredná expanzia vodou napučiavajúceho prášku až po približne trojnásobok počiatočného objemu.Some samples were placed in water, with a moderate expansion of the water swellable powder up to approximately three times the initial volume observed.

Príklad 3Example 3

Bol vyrobený stredno-napätový kábel s použitím kompozície podľa príkladu 1, podľa štruktúrnej schémy znázornenej na obr. 1. Polymérová kompozícia bola pripravená podľa príkladu 1, avšak bez pridania expandujúceho činidla na zabránenie predčasnej expanzie kompozície. Expandujúce činidlo bolo zavedené až počas extrúzie ako je opísané v ďalšom.A medium-voltage cable was made using the composition of Example 1, according to the structural diagram shown in FIG. A polymer composition was prepared according to Example 1, but without the addition of an expanding agent to prevent premature expansion of the composition. The expanding agent was introduced only during extrusion as described below.

Jadro kábla, na ktoré bola umiestnená expandovaná vrstva, bolo tvorené vodičom z hliníka s prierezom 70 mm², a pokryté nasledovnými vrstvami zosieťovaným peroxidom na reťazci:The core of the cable on which the expanded layer was placed consisted of a 70 mm ² aluminum conductor and covered with the following peroxide crosslinked layers on the chain:

vnútorná polovodivá vrstva vyrobená z EPR obsahujúca sadze (hrubá 0,5 mm);inner semiconducting layer made of EPR containing carbon black (0.5 mm thick);

izolačná vrstva vyrobená z EPR plnená kaolínom (hrubá 5,5 mm);insulating layer made of EPR filled with kaolin (5.5 mm thick);

vonkajšia polovodivá vrstva (kompaktná) vyrobená z EVA obsahujúca 35 % hmotn. N472 sadzí (hrúbka 0,5 mm).% outer semiconducting layer (compact) made of EVA containing 35 wt. N472 carbon black (0.5 mm thick).

Na uloženie expandovanej vrstvy na toto jadro kábla (majúce vonkajší priemer okolo 23 mm) sa použil 80 mm jednoskrutkový extruder v konfigurácii 25 D. Extrudér bol vybavený počiatočnou sekciou valcového tvaru s pozdĺžnymi ryhami, plniacim hrdlom zásobníkového typu a závitovkovou vytláčacou skrutkou dĺžky 25 D. Hĺbka drážky skrutky bola 9,6 mm v dodávacej zóne a 7,2 mm v konečnom úseku, pri celkovom kompresnom pomere skutky okolo 1:1,33.An 80 mm single screw extruder in a 25 D configuration was used to place the expanded layer on this cable core (having an outside diameter of about 23 mm). The screw groove depth was 9.6 mm in the feed zone and 7.2 mm in the final section, at a total compression ratio of the screw of about 1: 1.33.

V smere extrúdera bola usporiadaná elektricky zohrievaná ortogonálna extrúzna hlava vybavená dopravníkovým pásom s dvojitým švíkom. Použila sa nasledovná zostava trysiek: vrcholová tryská priemeru 24 mm, kruhovo kompresnáAn electrically heated orthogonal extrusion head equipped with a double seam conveyor belt was arranged downstream of the extruder. The following nozzle assembly was used: 24 mm top nozzle, circular compression

472/B tryská priemer 24 mm. Vrcholová tryská bolo vybraná so zámerom umožnenia ľahkého priechodu povliekaného jadra, s priemerom o približne 1 mm väčším ako priemer jadra, ktoré sa má povliekať. Kruhová tryská bola, na druhej strane, zvolená z priemerom o málo menším ako konečný priemer, ktorý sa má dosiahnuť, aby sa zabránilo expandovaniu materiálu v extrúznej hlave.472 / B nozzle diameter 24 mm. The top nozzle was selected to allow easy passage of the coated core, with a diameter about 1 mm larger than the diameter of the core to be coated. The ring nozzle, on the other hand, was chosen with a diameter slightly less than the final diameter to be achieved in order to prevent the material from expanding in the extrusion head.

Bol použitý nasledovný tepelný profil (°C) pre extrúder a extrúznu hlavu:The following temperature profile (° C) was used for the extruder and extrusion head:

Plniace hrdlo Filling throat Skrutka screw Zóna 1 Zone 1 Zóna 2 Zone 2 Zóna 3 Zone 3 Zóna 4 Zone 4 Zóna 5 Zone 5 Zóna 6 Zone 6 Ústie- Ústie- Hlava Head 20 20 neutrál neutral 160 160 170 170 180 180 185 185 190 190 195 195 200 200 200 200

Prietoková rýchlosť jadra, ktoré sa malo povliekať, bola daná ako funkcia požadovanej hrúbky expandovaného materiálu. V našom prípade bola použitá prenosová rýchlosť 1.2 m/min. Za týchto podmienok boli zistené nasledovné parametre:The flow rate of the core to be coated was given as a function of the desired thickness of the expanded material. In our case, a transfer rate of 1.2 m / min was used. Under these conditions, the following parameters were found:

rýchlosť rotácie extrúdera: extruder rotation speed: 1.2 ot/min; 1.2 rpm; priemer polotovaru horúci: diameter of hot product: 25,0 mm; 25.0 mm; priemer polotovaru studený: cold blank diameter: 24,8 mm. 24.8 mm.

Polotovar bol chladený vzduchom. Priamy kontakt s chladiacou vodou sa nepoužil, aby nenastali problémy vedľajšieho znovunapučiavania vodu blokujúceho prášku. Získaný polotovar bol následne namotaný na cievku.The blank was air cooled. Direct contact with the cooling water was not used in order to avoid problems of secondary re-swelling of the water blocking powder. The obtained blank was then wrapped on a reel.

Materiál bol nanesený na jadro v hrúbke okolo 1 mm. Tento materiál sa nechal chemicky expandovať, pridaním približne 2 % expandujúceho činidla Hydrocerol® CF 70 (karboxylová kyselina + bikarbonát sodný) do násypky extrudera.The material was applied to the core at a thickness of about 1 mm. This material was chemically expanded by adding approximately 2% of the expansion agent Hydrocerol® CF 70 (carboxylic acid + sodium bicarbonate) to the hopper of the extruder.

Elektrická vodivosť a stupeň expanzie sa merali na vzorkách expandovanej vrstvy takto získanej. Bol nameraný stupeň expanzie približne 20 %.The electrical conductivity and the degree of expansion were measured on the expanded layer samples thus obtained. An expansion rate of about 20% was measured.

Rovnako boli vykonané texty expanzie materiálu v prítomnosti vody (vodoblokujúci účinok): materiál bol napučiavaný, vplyvom prítomnosti vodou napučiavajúceho prášku, až do objemu okolo trojnásobku počiatočného objemu.Texts of the expansion of the material in the presence of water (water blocking effect) were also made: the material was swelled, due to the presence of a water-swellable powder, up to a volume of about three times the initial volume.

472/B472 / B

Príklad 4Example 4

Ako základný materiál bol použitý termoplastický elastomér na získanie expandovanej vrstvy podľa predloženého vynálezu. Kompozícia je uvedená v Tabuľke 1 (vrátane expandujúceho činidla ktoré bolo pridané len počas extrúzie). Mixovanie sa vykonalo v rovnakom Banburyho mixéri ako je opísané v príkladoch 12, pričom čas mixovania bol asi 10 minút a konečná teplota extrahovaného materiálu bola okolo 195°C. Po miešaní bol materiál granulovaný a zatavený do plastických vreciek, aby sa zabránilo absorpcie vlhkosti.As the base material, a thermoplastic elastomer was used to obtain the expanded layer of the present invention. The composition is shown in Table 1 (including an expanding agent that was added only during extrusion). Mixing was carried out in the same Banbury mixer as described in Examples 12, with the mixing time being about 10 minutes and the final temperature of the extracted material was about 195 ° C. After mixing, the material was granulated and sealed into plastic bags to prevent moisture absorption.

Príklad 5Example 5

Bol vyrobený stredno-napäťový kábel s použitím polymérovej zmesi podľa príkladu 4, podľa schémy uvedenej na obr.1.A medium-voltage cable was made using the polymer blend of Example 4, according to the scheme shown in Figure 1.

Jadro kábla bolo tvorené hliníkovým vodičom majúcim priečny prierez 150 mm² a priemer 14,0 mm, a bolo pokryté nasledovnými vrstvami, zosieťovanými prostredníctvom peroxidu na priamkový reťazec:The core of the cable consisted of an aluminum conductor having a cross-section of 150 mm ² and a diameter of 14.0 mm, and was covered with the following layers, cross-linked by peroxide to a straight chain:

vnútorná polovodivá vrstva: výrobok LE 0595 od Borealis (hrúbka 0,6 mm);inner semiconducting layer: product LE 0595 from Borealis (0.6 mm thick);

izolačná vrstva vyrobená z XLPE (hrúbka 4,65 mm);an insulating layer made of XLPE (4.65 mm thick);

vonkajšia polovodivá vrstva (kompaktná): výrobok LE 0595 od Borealis (hrúbka 0,4 mm);outer semiconducting layer (compact): product LE 0595 from Borealis (thickness 0.4 mm);

Expandovaná vrstva bola uložená na toto jadro (vonkajší priemer približne 25,3 mm) extrúziou technikou opísanou v príklade 3, s použitím 30 mm jednoskrutkového extrudéra v konfigurácii 24 D, vrcholová tryská priemeru 25,7 mm, kruhovo kompresná tryská priemeru 26,1 mm, a s nasledovným tepelným profilom.The expanded layer was deposited onto this core (approximately 25.3 mm outside diameter) by extrusion as described in Example 3, using a 30 mm single screw extruder in a 24 D configuration, a 25.7 mm top nozzle, a 26.1 mm circular compression nozzle , and with the following thermal profile.

Plniace hrdlo Skrutka Zóna 1 Zóna 2 Zóna 3 Ústie Hlava premenlivá 190 2ÔÔ 2Í0 200 200Filling port Screw Zone 1 Zone 2 Zone 3 Mouth Variable head 190 2ÔÔ2Í0 200 200

472/B472 / B

Expandujúce činidlo bolo pridané počas extrúzie cez násypku extrudéru. Prietoková rýchlosť bola 2,9 m/min., s rýchlosťou skrutky 56 ot/min. Hrúbka expandovanej vrstvy po extrúzii a ochladení bola 0,65 mm.The expanding agent was added during extrusion through the hopper of the extruder. The flow rate was 2.9 m / min, with a screw speed of 56 rpm. The thickness of the expanded layer after extrusion and cooling was 0.65 mm.

Takto získaný kábel bol potom obalený lakovaným hliníkovým povlakom (hrúbka: 0,2 mm) s použitím lepidla na spojenie prekrývajúcich sa okrajov. Prípadne sa extrúziou aplikuje vonkajší plášť z PVC.The cable was then coated with a lacquered aluminum coating (thickness: 0.2 mm) using an adhesive to join the overlapping edges. Alternatively, the outer sheath of PVC is applied by extrusion.

Dve trojmetrové časti finálneho kábla bolo podrobené testovaniu prieniku vody pôsobením tepelných cyklov podľa Špecifikácie NF C 33-233 (Marec 1998). Po odstránení centrálnej časti (dĺžka: 50 mm) vonkajšieho plášťa na dosiahnutie vonkajšej polovodivej vrstvy 4, vzorky kábla boli ponorené do vody a udržiavané pri izbovej teplote po dobu 24 hodín, a potom podrobené 10 tepelným cyklom, každý v trvaní 8 hodín (4 hodiny zohrievanie na 100°C prietokom elektrického prúdu vodičom, a potom 4 hodiny ochladzovanie). Na konci testu sa nechala prenikať voda cez výrezy 20 cm na jednej strane a 25 cm na druhej strane, teda široko v rozsahu požiadaviek normy (na koncoch vzorky sa nemá objaviť žiadna voda).Two three-meter sections of the final cable were subjected to water penetration testing by thermal cycles according to NF Specification C 33-233 (March 1998). After removing the central portion (length: 50 mm) of the outer sheath to reach the outer semiconductive layer 4, the cable samples were immersed in water and kept at room temperature for 24 hours, and then subjected to 10 thermal cycles, each 8 hours (4 hours) heating to 100 ° C by conducting an electric current, followed by cooling for 4 hours). At the end of the test, water was allowed to pass through the cut-outs of 20 cm on one side and 25 cm on the other side, thus broadly within the requirements of the standard (no water should appear at the ends of the sample).

472/B472 / B

Tabuľka 1Table 1

PRÍKLAD EXAMPLE 1 1 2 2 4 4 Elvax® 470 Elvax® 470 100 100 — - Elvax®265 Elvax®265 — - 100 100 — - Profax®PF 814 Profax®PF 814 — - — - 20 20 Santoprene® RC8001 Santoprene® RC8001 — - — - 80 80 Ketjenblack® EC 300 Ketjenblack® EC 300 20 20 20 20 10 10 Irganox® 1010 Irganox® 1010 0,5 0.5 0,5 0.5 0,2 0.2 Irganox® PS802 Irganox® PS802 — - -- - 0,4 0.4 Waterlock® J550 Waterlock® J550 40 40 40 40 25 25 Hydrocerol® CF70 Hydrocerol® CF70 2 2 2 2 2 2 d₀ (g/cm³)d ₀ (g / cm ³ ) 1,15 1.15 1,15 1.15 1,012 1,012 d_e (g/cm³)d _e (g / cm ³ ) 0,95 0.95 0,95 0.95 0,86 0.86 Stupeň expanzie (%) Degree of expansion (%) Objemový odpor (Q.m) Volume resistance (Q.m) <15 <15 <15 <15 2 2

Elvax®470 (Du Pont): etylén/vinyl acetátový (EVA) kopolymér (18% VA, index topenia 0,7);Elvax®470 (Du Pont): ethylene / vinyl acetate (EVA) copolymer (18% VA, mp 0.7);

Elvax® 265 (Du Pont): EVA kopolymér (28% VA, index topenia 3,0);Elvax® 265 (Du Pont): EVA copolymer (28% VA, mp 3.0);

Profax® PF 814 (Montell): izotaktický propylénový homoplymér (MFI = 3g/10’- ASTM D 1238);Profax® PF 814 (Montell): isotactic propylene homopolymer (MFI = 3g / 10 ' ASTM D 1238);

Santoprene® RC8001 (Monsanto): termoplastický elastomér (89 % hmotn.Santoprene® RC8001 (Monsanto): thermoplastic elastomer (89 wt.

vulkanizovaný EPR, 11 % hmotn. polypropylén);% vulcanized EPR, 11 wt. polypropylene);

472/B472 / B

Ketjenblack® EC (Akzo Chemie): vysokovodivé retortové sadze;Ketjenblack® EC (Akzo Chemie): high conducting carbon black retort;

Waterlock® J550 (Grain Processing CO): spoločne zosieťovaná polyakrylítová kyselina (čiastočne tvoriaca soľ) (viac ako 50 % hmotn. častíc s priemerom medzi 10 až 45pm);Waterlock® J550 (Grain Processing CO): co-crosslinked polyacrylic acid (partially salt-forming) (more than 50% by weight of particles with a diameter between 10 to 45 µm);

Hydrocerol® CF70 (Boeheringer Ingelheim): Karboxylová kyselina s diuhličitanom sodným expandujúce činidlo;Hydrocerol® CF70 (Boeheringer Ingelheim): Carboxylic acid with sodium bicarbonate expanding agent;

Irganox® 1010: pentaerytryl-tetrakis (3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyfenyl) propionát (Ciba-Geigy);Irganox® 1010: pentaerythryl-tetrakis (3- (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate (Ciba-Geigy);

Irganox® PS802 FL: distearyl tiodiprodionát (DSTDP) (Ciba-Geigy).Irganox® PS802 FL: distearyl thiodiprodionate (DSTDP) (Ciba-Geigy).

Claims

PATENT CLAIMS

An electrical cable comprising a conductor, at least one insulating layer, an outer metallic shield, and an expanded polymer material layer disposed beneath the metallic shield, characterized in that the expanded polymer material layer is semiconducting and comprises a water-swellable material.

A cable according to claim 1, characterized in that the expanded layer has a predetermined degree of expansion to provide elastic absorption of the radial forces of thermal expansion and contraction of the cable and to maintain the semiconducting properties.

Cable according to claim 2, characterized in that the degree of expansion of the expanded layer is between 5% and 500%.

Cable according to claim 3, characterized in that the degree of expansion of the expanded layer is between 10% and 200%.

Cable according to any one of the preceding claims, characterized in that the thickness of the expanded layer is at least 0.1 mm.

Cable according to claim 5, characterized in that the thickness of the expanded layer is between 0.2 to 2 mm.

A cable according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a compact semiconducting layer disposed between the insulating coating and the expanded layer.

Cable according to claim 7, characterized in that the compact semiconductor layer has a thickness of 0.1 to 1 mm.

Cable according to claim 8, characterized in that the compact semiconductor layer has a thickness of 0.2 to 0.5 mm.

31,472 / B

Cable according to any one of the preceding claims, characterized in that the water-swellable material is in the form of a powder.

The cable of claim 10, wherein the water-swellable material is in the form of a powder having a particle diameter of not more than 250 µm and an average particle diameter of from 10 to 100 µm.

Cable according to claim 11, characterized in that the amount of particles having a diameter of 10 to 50 µm in the water-swellable material is at least 50% by weight. based on the total weight of the powder.

The cable according to any one of the preceding claims, characterized in that the water-swellable material is a homopolymer or copolymer having hydrophilic groups along the polymer chain.

Cable according to any one of the preceding claims, characterized in that the water-swellable material is present in an amount of from 5 to 120 phr.

The cable of claim 14, wherein the water-swellable material is present in an amount of from 15 to 80 phr.

Cable according to any one of the preceding claims, characterized in that the polymeric material forming the expanded layer is an expanded polymer selected from the group consisting of: polyolefins, copolymers of various olefins, copolymers of olefins with ethylenically unsaturated ester, polyesters, polycarbonates, polysulfonates, phenol resins, urea resins, and mixtures thereof.

Cable according to claim 16, characterized in that the polymer material is an olefin polymer or a copolymer based on ethylene and / or propylene (PP).

The cable of claim 17, wherein the polymeric material is selected from the group consisting of:

31,472 / B (a) ethylene-unsaturated ester copolymers wherein the amount of unsaturated ester is between 5 and 80% by weight;

(b) elastomeric copolymers of ethylene with at least one C ₃ to C ₁₂ alpha-olefin, and optionally a diene, having the following composition: 30 to 90 mole% ethylene, 10 to 65 mole% alpha-olefin, and optionally up to 10 mole% diene ;

(c) copolymers of ethylene with at least one C ₄ to C ₁₂ alpha olefin, and optionally a diene, having a density between 0.86 to 0.90 g / cm ³ ;

(d) ethylene-modified C ₃ -C ₁₂ alpha-olefin copolymer copolymers wherein the weight ratio of polypropylene and ethylene / C ₃ -C ₁₂ alpha-olefin copolymer is between 90/10 to 10/90.

19. The cable of claim 18 wherein the polymer material is a thermoplastic elastomer comprising a continuous matrix of thermoplastic polymer and fine particles of cured elastomeric polymer dispersed in the thermoplastic polymer.

A cable according to any preceding claim, wherein the expanded layer has a volume resistivity value for the expanded material at room temperature of less than 500 µm.

Cable according to any one of the preceding claims, characterized in that the expanded layer comprises a predetermined amount of electroconductive carbon black.

Cable according to claim 21, characterized in that the electrically conductive carbon black has a surface area of at least 20 m / g.

Cable according to claim 22, characterized in that the carbon black has a surface area of at least 900 m ² / g.

Cable according to one of Claims 21 to 23, characterized in that the carbon black is present in an amount of between 5 and 80% by weight.

31,472 / B

Cable according to claim 24, characterized in that the carbon black is present in an amount of between 10 to 70% by weight.

Cable according to any one of the preceding claims, characterized in that the expanded layer is obtained by extrusion.

Cable according to claim 26, characterized in that the expansion of the layer is obtained during extrusion by the addition of an expansion agent.

Cable according to claim 26, characterized in that the expansion of the layer is obtained during the extrusion by injection of high pressure gas.

Cable according to any one of the preceding claims, characterized in that the diameter of the expanded layer, in the absence of applied forces, is greater than the inner diameter of the metal shield, so that a predetermined degree of preforming of the expanded layer is obtained after the metal shield is applied.