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DE2555018A1 - Feuchtigkeitsvernetzbare umhuellung fuer langgestrecktes gut - Google Patents

Feuchtigkeitsvernetzbare umhuellung fuer langgestrecktes gut

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DE2555018A1
DE2555018A1 DE19752555018 DE2555018A DE2555018A1 DE 2555018 A1 DE2555018 A1 DE 2555018A1 DE 19752555018 DE19752555018 DE 19752555018 DE 2555018 A DE2555018 A DE 2555018A DE 2555018 A1 DE2555018 A1 DE 2555018A1
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Fritz Dr Rer Nat Glander
Martin Dr Ing Voelker
Hermann-Uwe Dr Rer Nat Voigt
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Kabelmetal Electro GmbH
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KM Kabelmetal AG
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Description

  • Feuchtigkeitsvernetzbare Umhüllung fiir langgestrecktes Gut
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Umhüllung für langgestrecktes Gut, insbesondere für elektrische Kabel, Leitungen, Rohre und dgl. auf der Basis von Thermoplasten, wie Olefinpolymerisaten oder Olefinmischpolymerisaten, Elastomeren oder auch thermoplastischen Kautschuken.
  • Äußere Umhüllungen, z.B. die Mäntel elektrischer Kabel, haben im wesentlichen die Aufgabe, das umhüllte Gut vor äußeren mechanischen Einwirkungen zu schützen. Diese Einwirkungen können mechanische Kräfte sein, die z.B. bei der Verlegung des Kabels auftreten und eine Beschädigung oder Zerstörung des Kabelmantels hervorrufen. Insbesondere dann, wenn das zu schützende Gut, etwa eine Antennenleitung, jeden Witterungseinflüssen ausgesetzt ist, wird zusätzlich an die äußere Umhüllung oft die Forderung einer erhöhten Wetterbeständigkeit gestellt. Auch die Anforderungen an verringerte Spannungsrißkorrosion, an erhöhte Abriebfestigkeit, Weiterreißfestigkeit und thermische Stabilität können bei den bisherigen Mischungen nur teilweise oder durch großen technischen Aufwand erzielt werden. Desgleichen ergeben sich bei den bisherigen Mischungen Schwierigkeiten bei der Farbwahl der Mischung zur Kennzeichnung, da sich beliebige Farbzusammensetzungen wegen mangelnder Wetterbeständigkeit der Mischungen in der Praxis nicht erreichen lassen. Erwähnt sei auch die bei beweglichen Gummileitungen erforderliche leichte Biegbarkeit der Leitung, die durch den zu starken Festsitz des Gummimantels auf der Kabelseele, hervorgerufen durch die Vulkanization des Mantels unter hohem Dampfdruck, meist erheblich verschlechtert wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Umhüllung für langgestrecktes Gut zu schaffen, die gegen äußere Einflüsse weitgehend unempfindlich ist, eine hohe mechanische Stabilität aufweist und ein Optimum der o.g. Kabeleigenschaften ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wid gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Basismaterial der Umhüllung unter Einwirkung von Feuchtigkeit vernetzt ist. Die Wahl eines feuchtigkeitsvernetzten Materials für die äußere Umhüllung beliebigen Gutes bringt es mit sich, daß die sog. Spannungsrißkorrosion erheblich vermindert, die Abriebfestigkeit, die Weiterreißfestigkeit, die technische Stabilität sowie die Gleitfähigkeit z.B. beim Durchziehen des Gutes durch Unterführungen sowie bei Gummileitungen die Beweglichkeit wesentlich erhöht wird. Die für die äußere Umhüllung, z.B. bei Kabelmänteln, zur Zeit verwendeten Mischungen, die Ruß enthalten, um die Umhüllung lichtbeständig zu machen, könnten weitgehend entfallen,da man auch andere Farbkombinationen wählen kann, ohne eine wesentlich verringerte Wetterbeständigkeit erwarten zu müssen. Auch bisher nicht einsetzbare helle Farben sind möglich, da durch die Feuchtigkeitsvernetzung die Wetterbeständigkeit bis zu einem Faktor 10 gesteigert werden kann. War es z.B. für Mittelspannungskabel bisher nicht möglich, den Außenmantel aus rotgefärbte Polyäthylen herzustellen und mußte zu diesem Zweck zu Polyvinylchlorid übergegangen werden, das gegenüber Polyäthylen eine verringerte Gleitfestigkeit und bei hohen und tiefen Temperaturen ungünstige mechanische Eigenschaften aufweist, können in Durchführung der Erfindung alle durch Feuchtigkeit vernetzbare thermoplastischen Materialien und Elastomere vorteilhaft eingesetzt werden.
  • Da die Feuchtigkeitsvernetzung ohne äußere Druckanwendung vor sich geht, wird der t'Festsitztt des z.B. auf die Kabelseele aufextrudierten Mantels durch die Feuchtigkeitsvernetzung, im Gegensatz zu der sonst üblichen Vulkanisation unter hohem Dampfdruck, nicht verstärkt, d.h., der vernetzte AVntel sitzt lockerer auf der Kabelseele als bei der üblichen Dampfvulkanisation auf, die Flexibilitätund Haltbarkeit des Kabels gegenüber häufiger Biegebeanspruchungen steigt.
  • Ein weiterer Vorteil der Feuchtigkeitsvernetzung von Kabelmänteln aus Thermoplast- oder Elastomermischungen ergibt sich dadurch, daß der Vernetzungsvorgang bei Raumtemperatur oder erhöhten Temperaturen bis ca. 1000C durchgeführt werden kann. Es können somit auch thermisch sehr empfindliche Kabelseelen, z.B.
  • aus Polyäthylen isolierten Adern (Schmelzpunkt ii20C) ohne Gefahr eines Zusammenklebens der Adern mit einem vernetzten Mantel versehen werden, was bei der bisher üblichen Vulkanisation unter hohem Dampfdruck nur mit großem zeitlichen und wirtschaftlichem Aufwand möglich war.
  • Auch für solche Anwendungsgebiete, wo benzin- und ölbeständige Umhüllungen oder auch solche erhöhter Temperaturbeständigkeit gefordert werden, lassen sich Materialien, die feuchtigkeitsvernetzt sind, mit erheblichem Vorteil einsetzen.
  • Als Basismaterial für feuchtigkeitsvernetzbare Umhüllungen können, wie in der Siloxan-Technik (DAS 1 794 028, DOS 2 411 141) bekannt, Verbindungen verwendet werden, bei denen Siloxan oder Siloxanverbindungen auf die Basismoleküle der Thermoplaste, Elastomere oder der thermoplastischen Kautschuke aufgepfropft werden. Die Herstellung solcher Mischungen kann dann in der Weise erfolgen, daß in einem vorgelagerten Mischprozeß die Lösung der Siloxan-Vernetzungs-Chemikalien auf dem Wege der Diffusion in das Basismaterial eingebracht wird, oder auch dadurch, daß die die Vernetzungsmittel enthaltende Lösung unmittelbar in der Verarbeitungs- und Ausformungsvorrichtung zudosiert werden kann0 Abweichend von solchen Verfahren kann auch auf das Aufpfropfen von geeigneten Verbindungen verzichtet werden, wenn man in Weiterführung der Erfindung Materialien verwendet, die durch Anlagerung von Verbindungen, die die Silicium-Hydrid-Gruppe' Si-H ein- oder mehrmals im Nolekül enthalten, vernetzbar sind.
  • Hierfür geeignet wären z.B. das Polyäthylen, Copolymere des Äthylens, das Äthylen-Propylen, thermoplastische Kautschuke und andere Elastomere.
  • Zur Erhöhung der Wetterbeständigkeit hat es sich in Weiterführung der Erfindung auch als vorteilhaft erwiesen, zusätzlich dem Baismaterial Zinn- oder Zinkoxide beizumischen, Diese Materialien haben dann noch den zusätzlichen Effekt, daß sie neben der Erhöhung der Wetterbeständigkeit durch chemische Reaktionen innerhalb des Materials Wasser bilden, das bereits z.B. unmittelbar nach dem Extrudieren die Vernetzung einleiten kann.
  • Vorteilhaft kann es mitunter auch sein, dem Basismaterial je nach Verwendungszweck schwer brennbar machende Zusätze beizumischen, z.B. kann das Polyäthylen einer Mischung bis zu 100 % durch chloriertes Polyäthylen ersetzt werden.
  • Desgleichen ist es auch für die besondere Verwendung feuchtigkeitsvernetzbarer Mischungen möglich und vorteilhaft, wenn die Vernetzung des Materials durch die Beimischung wasserenthaltender Zusätze erfolgt, wobei das sowohl chemisch als auch physikalisch gebundene Wasser bei erhöhten Temperaturen wieder abgegeben wird.
  • Die Abgabe von Wasser aus den Zusätzen darf jedoch nicht zu früh erfolgen oder zu hoch sein. Die zum Füllen von Thermoplast- oder Elastomermischungen üblichen Füllstoffe auf Mineral- oder Rußbais führen durch ihren mehr oder weniger hohen Feuchtigkeitsgehalt zu frühzeitiger Vernetzung und "Anbrennen im Extruder".
  • Es müssen daher geeignete Füllstoffe ausgewählt oder evtl. auch zusätzliche Trockenmittel beigegeben werden, wie sie z.B. bei der drucklosen Vulkanisation von Gummiprofilen im Salzbad oder bei der UliF-Vulkanisation in den Mischungen üblich sind. Geeignete Füllstoffe sind z.B. Mikroglaskugeln ("microspheres") oder hochschmelzende Bitumina bzw. Naturasphalte, z.B. Gilsonit-Asphalt, oder andere hochschmelzende, nur geringe Mengen Feuchtigkeit enthaltende Kunst- oder Naturharze.
  • Als vorteilhaft hat es sich ferner erwiesen, dem Basismaterial pfropfbare Antioxidantien, z.B. auf der Basis des 2,2,4-Trimethyldihydrochinolins in einer Menge von 0,05 bis 0,5 V0 zuzugeben, um ein Auswandern des Antioxidants nach der Formgebung zu verhindern.
  • Bei der Herstellung von Umhüllungen, die die äußeren Mäntel, aber auch untere Schichten sein könnten und für Mäntel elektrischer Kabel und Leitungen, z.B. auch Antennenleitungen, für sog.
  • CA?V, HF-Energie-Kabel und dgl. oder für den Rohrleitungsbau in Frage kommen, kann es oft vorteilhaft sein, eine Entgasung unmittelbar vor der Ausformung z.B. in einem Extruder vorzunehmen.
  • Überschüssiges Silan oder leicht flüchtige Peroxid-Spaltprodukte oder auch eingeschlossene Luft können hiermit leicht aus dem Massestrom entfernt werden, so daß Blasenbildungen vermieden und damit Produkte hoher Oberflächengüte erreicht werden können.
  • Die Erfindung sei anhand der als Ausführungsbeispiele in den Figuren 1, 2 und 3 dargestellten Kabel näher erläutert.
  • Der Innenleiter 1 des in der Figur i dargestellten Hochspannungskabels besteht aus einer Vielzahl von miteinander verseilten Einzeldrähten, er ist überdeckt von der inneren Leitschicht (Leiterglättung) 2. Darüber befindet sich die hochspannungsfeste Isolierung 3, die aus vernetztem oder unvernetztem Polyäthylen bestehen kann. Über dieser Isolierung ist als Abschirmung die äußere Leitschicht 4 (Strahlungsschutz) aufgebracht, die von der Polsterschicht 5 und der Schirmlage 6 überdeckt ist.
  • Als äußere, den mechanischen Schutz bewirkende Umhüllung dient der Mantel 7, der im vorliegenden Fall aus einem durch Feuchtigkeit vernetzten Polyäthylen besteht. Statt eines Polyäthylens kann selbstverständlich auch ein anderes. feuchtigkeitsvernetztes Material verwendet werden, socz.B. ein Elastomer puder ein thermoplastischer Kautschuk.
  • Abweichend von dem Ausführungsbeispiel nach der Figur 1 zeigt die Figur 2 ein mehradriges Gummikabel, wie es z.B. im Bergbau oder im Hochbau bei Turmkränen Anwendung findet. Die Innenleiter 8 des Kabels bestehen aus einer Vielzahl von sehr feinen, miteinander verseilten Einzeldrähten. Darüber befindet sich eine Isolierung 9, z.B. auf der Basis von Äthylen-Propylen-Itautschuk.
  • Die isolierten Adern sind miteinander verseilt und von einem Innenmantel 10 und einem Außenmantel 11 umgeben. Zwischen den beiden Mänteln 10 und 11 ist zur Verstärkung zweckmäßig ein Textilgeflechtl2 eingelagert. Innen- und / oder Außenmantel bestehen aus durch Feuchtigkeit verntzbaren Elastomermischungen.
  • Die Figur 3 stellt einen durch die Feuchtigkeitsvernetzung des Außenmantels vorteilhaften Aufbau eines sog. Automationskabels dar, wie es z.B. in der Schiffselektronik verwendet wird. Der Aufbau wird durch die Erfindung wesentlich raumsparender als der bisher verwendeter Konstuktinnen.
  • Die Innenleiter 13 dieses Kabels bestehen je nach Anforderung hinsichtlich Biegbarkeit aus massiven Metalldrähten oder Metallitzen von ca. 0,5 mm . Die Drähte oder Litzen sind mit thermoplastischem Polyähtylen niedriger oder hoher Dichte oder mit vernetztem Polyäthylen isoliert. Die mit dieser Isolierung versehenen Drähte oder Litzen sind zu einer Kabelseele mit einander verseilt, wobei über der Seele als mechanischer Schutz eine Textil- oder Kunststoffbebänderung 15 aufgebracht ist. Der Außenmantel 16 besteht aus einer durch Feuchtigkeit vernetzbaren Elastomermischung. Hierdurch ist ein Verkleben sowohl der thermoplastisch als auch mit VPE isolierten Adern der Kabelseele untereinander vermieden, denn die bei den herkömmlichen Verfahren notwendigen Temperaturen bei hohem Dampfdruck treten hierbei nicht auf.
  • Möglichkeiten von Mischungen für die in der Figur 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen die folgenden Beispiele I bis III.
  • Beispiel I (Basismaterial Polyäthylen) PE (z.B. Lupolen H der BASF) 100 Teile Silan VTMO 1,5-3,0 t Peroxid (z.B. Luperox 270) 0,1-0,3 " Antioxidant (Anox, Agerite) 0,3-0,6 1 Katalysator (Naftovin) 0,01-1,0 t Farbstoff (z.B. Euthylenrot d. BASF) 0,4-0,6 " Statt Polyäthylen sind auch chloriertes Polyäthylen sowie Mischpolymerisate von Äthylen und anderen Comonomeren sowie Polyäthylen hoher Dichte einsetzbar.
  • Beispiel II (Basismaterial TR Cthermoplastic rubber2 ) TR (z.B. Shell-TR;Uniroyal TPR) 100 Teile Silan VTMO 1s0-3,0 tw Peroxid (z.B. Luperox 270) 0,1-0,3 tt Antioxidant (Anox, Agerite 0,3-0,6 " Katalysator (Naftovin) 0,01-1,0 " Farbstoff (z.B. Ruß) 0,3-0,6 " Anstelle von TPR läßt sich mit Vorteil auch die ölbeständige, schwer brennbare Type 3700 von Uniroyal einsetzen.
  • Beispiel III (Basismaterial EPDM oder Nitrilkautschuk) EPDM Nitrilkautschuk Kautschuk( 100 Teile ( --- 100 Teile Silan VTMO 1,5-3,0 " 1,5-3,0 " Peroxid 0,1-0,3 " 0,1-0,3 " Antioxidant 0,3-0,6 " 0,3-0,6 " Katalysator 0,01-1,0 " 0,01-1,0 " Farbstoff 0,4-0,6 " 0,4-0,6 " Mikroglaskugeln 5 - 50 " 5 - 50 " Diesen Mischungen können auch schwer brennbar machende Zusätze, wie Chlorparaffin oder chloriertes Polyäthylen bis zu 100 Teilen zugesetzt werden.

Claims (8)

  1. Patentansprüche 1. Umhüllung für langgestrecktes Gut, insbesondere für elektrische Kabel, Leitungen, Rohre und dgl. auf der Basis von Thermoplasten, wie Olefinpolymerisaten oder Olefinmischpolymerisaten, Elastomeren oder thermoplastischen Kautschuken, dadurch gekennzeichnet, daß das Basismaterial der Umhüllung durch Einwirkung von Feuchtigkeit vernetzt ist.
  2. 2. Umhüllung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Basismaterial durch aufgepfroates Silan oder entsprechende Verbindungen vernetzbar ist.
  3. 3. Umhüllung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Basismaterial durch Anlagerung von Verbindungen, die die Silicium-Hydrid-Gruppe3Si-H ein- oder mehrmals im Molekül enthaltn,vernetzbar ist.
  4. 4. Umhüllung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Basismaterial Zinn- oder Zinkoxide beigegeben sind.
  5. 5. Umhüllung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Basismaterial schwer brennbar machende Zusätze, wie Chlorparaffin oder chloriertes Polyäthylen in einer Menge bis zu 100 Teilen beigegeben sind.
  6. 6. Umhüllung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Basismaterial Mikroglaskugeln bzw.
    Glasfasern kurzer Länge in einer Menge bis zu 100 Teilen zugegeben sind.
  7. 7. Umhüllung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Basismaterial hochschmelzende harte Bitumina, wie Vakuumbitumina, oder Naturasphalte, wie Gilsonite-Asphalt, mit hohem Schmelzpunkt bis zu 150 Teilen als Fijllstoff zugegeben sind.
  8. 8. Umhüllung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß detn Basismaterial hochschmelzende Kunstharze bis zu 100 Teilen als Füllstoff beigegeben sind.
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