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Ummantelung fiir elektrische Kabel und Leitungl'n.
Die Aufgaben, die an eine Umhüllung für elektrische Kabel und Leitungen gestellt werden, sind mannigfaltiger Art. Die Umhüllung soll einen Berührungsschutz darstellen, sie soll die blanken Leiter gegen Korrosion schützen und selbst korrosionsfest sein, und sie soll schliesslich die zwischen dem Leiter und seiner Umgebung vorhandene elektrische Spannung aufnehmen und aushalten. Die Stoffe, die als gute Isolatoren bekannt und für die Herstellung biegsamer Kabel und Leitungen geeignet sind, erfüllen indessen nicht auch die übrigen, an eine Umhüllung von Kabeln zu stellenden Anforderungen.
Es ist daher üblich, Kabel und Leitungen, die mit einer hochwertigen Isolation versehen sind, mit einer Hülle aus Metall und insbesondere mit einem Bleimantel zu umgeben, um die Kabelseele sowohl vor mechanischen Beschädigungen als auch vor den Einflüssen der Atmosphäre zu schützen. Man hat zwar schon vorgeschlagen, statt des Metallmantels einen Mantel beispielsweise aus Gummi zu verwenden.
Die Erfahrungen haben aber gelehrt, dass derartige gummiartige Stoffe für eine dauerhafte und allen Anforderungen gewachsen Umhüllung von Kabeln nicht geeignet sind. Es wird nämlich von der Kabelhülle nicht nur verlangt, dass sie die Kabelseele völlig wasser-und luftdicht abschliesst, sondern auch dass sie leicht auf das Kabel aufgebracht werden kann, dass sie bei allen in der Praxis nur möglichen Temperaturen biegsam bzw. hart genug ist, um die Herstellung und die Verlegung des Kabels nicht zu erschweren.
Ferner wird verlangt, dass das Material, das zur Herstellung der Hülle verwendet wird, alterungsbeständig ist und unangreifbar für alle diejenigen Stoffe, die von innerhalb und ausserhalb des Kabels mit der Hülle in Berührung kommen, also besonders für Öl, Wasser, Ozon, Säuren u. dgl. Zugleich muss man selbstverständlich verlangen, dass die zum Aufbau verwendeten Stoffe nicht so teuer sind, dass ihre Verwendung aus wirtschaftlichen Gründen nicht in Frage kommt.
Allen diesen Anforderungen genügten aber die Umhüllungen für Kabel und Leitungen, die man aus gummiähnlichen Stoffen herstellte, nicht, und man hat daher in der Praxis in den meisten Fällen den Bleimantel beibehalten, obwohl dieser z. B. wegen der hohen Temperaturen, bei der er hergestellt werden muss, ferner wegen seines hohen Gewichtes häufig von erheblichem Nachteil ist. Einer der wichtigsten Gründe, weshalb man von dem Bleimantel bis auf den heutigen Tag nicht abgegangen ist, besteht darin, dass alle gummiähnlichen Stoffe, wie Guttapereha, Balata, und auch die entsprechenden synthetischen Stoffe in mehr oder weniger starkem Mass wasserdurchlässig sind.
Diese Erfahrung
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als man versuchte, Kabel, die eine hygroskopiselhe Isolation haben, mit einem Mantel aus Guttapercha od. dgl. zu umgeben ; in neuerer Zeit hat man vorgeschlagen. Celluloseester, Polystyrol, Poly-
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chemische Einflüsse nicht den hohen Anforderungen dauernd entsprechen können.
Bei Versuchen mit einer grossen Reihe von organischen Kunststoffen hat sich ergeben, dass die
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der Aerylsäure verwendet sind, wenn diesen Massen gewisse Füllstoffe zugesetzt sind.
Demgemäss bezieht sich die Erfindung auf eine Ummantelung für elektrische Kabel und Leitungen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie aus polymerisierten Derivaten der Aerylsäure und/oder deren Homologen und Füllstoffen besteht, wobei die Mischungen Weichmacher oder andere die Eigenschaften des Grundstoffes verändernde Zusätze enthalten können. Der Zusatz an Füllstoffen kann so hoch sein, dass die zur Ummantelung dienende Masse weniger als 50%, insbesondere etwa 30% Acrylsäurederivate enthält.
Die erfindungsgemässe Masse kann beispielsweise hergestellt werden aus 500 Teilen polymerisiertem Äthylester der Aerylsäure, dem ein geeigneter Weichmacher in geringer Menge beigesetzt sein kann, die auf der Misehwalze bei ungefähr 80-90 C mit einem Gemisch aus 200 Teilen Magnesium-
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Einige Mischungen haben sich als mechanisch besonders fest und widerstandsfähig erwiesen, so z. B. eine Mischung folgender Zusammensetzung :
318 Teile polymerisierter Äthylester der Aerylsäure werden auf der Mischwalze bei etwa 80-900 C mit einem Gemisch aus 195 Teilen Kohle, 2 Teilen Schwefel, 18 Teilen ss-Naphthol und 467 Teilen Talkum in üblicher Weise verknetet.
Eine gemäss der Erfindung hergestellte Masse lässt sieh in einfacher Weise, z. B. durch Spritzen bei etwa 100-120 C, auf den isolierten elektrischen Leiter aufbringen. Die so geschützte isolierte Leitung besitzt nicht nur die erforderliche Biegsamkeit und Festigkeit, sondern sie ist auch beständig gegen Wasser, Öl und Ozon. Schädliche Alterungserscheinungen treten auch bei langem Aufbewahren bei Temperaturen von 700 C und mehr nicht auf. Der neue Werkstoff ist Überraschenderweise trotz seines hohen Gehaltes an Füllstoffen nicht mikroporös. Eine Probe von 2 mm.
Schichtdicke, die 120 Stunden bei 1000 C unter Mineralöl aufbewahrt wurde, gestattete trotz häufig wiederholter mochanischer Beanspruchung durch Biegen dem Öl den Durchtritt nicht. Die neue Masse hat weiter den
Vorzug, dass sie ohne Zusatz von flammentötenden btoffen nur mit ganz kleiner flamme brennt, ohne dass dabei brennende, geschmolzene Massen abtropfen, wie es z. B. bei einem gleich hoch gefüllten Gummi der Fall ist. Die unverbrennbaren Bestandteile der erfindungsgemässen Masse bleiben auf dem Leiter als feste, erst unter dem Fingerdruck zerbröckelnde Substanz zurück, die bewirkt, dass die Leitung auch bei einem Brande, wenn auch beschränkt, betriebsfähig bleibt. Durch eine einfache Bewehrung, z.
B. eine Drahtumklöpplung, kann erreicht werden, dass die Leitung, die an einer Stelle zur Entzündung gebracht worden ist, nicht nach den Seiten weiterbrennt, sondern nach Entfernung der Zündflamme von selbst erlischt. Es ist noch besonders darauf hinzuweisen, dass die angegebenen Mischungen nur etwa ein Sechstel des Bleigewichtes haben. Ausserdem ist die Leitung mit einem Mantel gemäss der Erfindung wesentlich biegsamer als die mit einem Bleimantel, so dass bei der Verlegung ein kleinerer Krümmungsradius eingehalten werden kann. Bei wiederholtem Biegen treten bleibende Veränderungen unvergleichlich viel später auf als bei einer gleichen Leitung mit Bleimantel.
Im allgemeinen wird man die erfindungsgemässen Masses ähnlich wie die Bleihülle auf die Isolation des Kabels aufbringen. Da aber die Massen selbst Isolierstoffe darstellen, kann man sie bei geringeren elektrischen Anforderungen selbst als Isolierschicht um den Leiter verwenden, und braucht
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aus der neuen Masse mit einer darüber oder darunter befindliehen metallischen Umhüllung, wie z. B. einer Drahtumklöpplung od. dgl., kombiniert werden.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt, u. zw. ist in Fig. 1 der prinzipielle Aufbau bezüglich der Isolierung und Panzerung eines Einleiterkabels gezeigt und in Fig. 2 der eines Mehrleiterkabels. In Fig. 1 sind die einzelnen Bezugszeichen
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Temperaturen ihre Elastizität und Nachgiebigkeit nicht verlieren.
So muss man beispielsweise bei Leitungen und Kabeln, die in der Luft hängend verlegt werden, unter den klimatischen Verhältnissen, wie sie beispielsweise in Deutschland herrschen, damit rechnen, dass sie noch bei Temperaturen von
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- 30 bis -400 C Schwingungen durch Wind ausgesetzt sind, und es muss daher verlangt werden, dass der Kabelmantel auch noch bei diesen Temperaturen elastisch genug ist, um diese Schwingungen ohne Schaden aufzunehmen. Anderseits kann eine Temperaturbeanspruchung bis zu etwa +60 C auftreten. Die bisher vorgeschlagenen Mischungen halten nun zwar eine Temperaturbeanspruchung von +60 C und darüber ohne weiteres aus.
Bei tiefen Temperaturen nimmt aber ihre Bruchdehnung-wenn auch unter gleichzeitiger starker Zunahme der Zugfestigkeit-so stark ab, dass ein Kabelmantel aus diesem Material einer gewissen Bruehgefahr ausgesetzt ist.
Um diese Nachteile zu vermeiden, wäre es nun naheliegend, entweder zur Herstellung der in der Kabeltechnik Verwendung findenden Massen Polymerisate zu verwenden, die einen sehr niedrigen Polymerisationsgrad haben, also an sich noch bei gewöhnlicher Temperatur sehr weich sind ; oder man könnte durch Zusätze von geeigneten Weichmachern zu den Massen Mischungen erzielen, die auch bei grösserer Kälte noch eine genügende Elastizität aufweisen. Versuche haben gezeigt, dass dieser Weg in der Tat zum Ziele führt. Die so hergestellten Mischungen haben aber den Nachteil, dass sie bei Temperaturerhöhungen sehr rasch weich werden und zu fliessen beginnen.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass man Massen erhalten kann, bei denen die geforderten mechanischen Eigenschaften in einem weiten Temperaturbereich und insbesondere in dem Temperaturbereich, wie er für Kabel in Frage kommt, erhalten bleiben, wenn man zur Herstellung der Masse Derivate der Acrylsäure oder deren Abkömmlinge benutzt, die so weit polymerisiert sind, dass sie in den üblichen Lösungsmitteln, wie beispielsweise Aceton, Benzol, nicht mehr löslich sind, sondern nur noch darin quellen. Derartige Polymerisate werden mit geeigneten Weichmachungsmitteln oder Quellungsmitteln vermischt, wobei es sich empfiehlt, hochsiedende Quellungs- oder Weichmachungs- mittel, wie etwa Diamylphthalat, zu verwenden.
Es kann aber auch selbstverständlich jeder andere bekannte Weichmacher angewendet werden, sofern er nur vom Polymerisat aufgenommen wird.
Zur Herstellung kältebeständiger Schutzhüllen für Kabel beliebiger Art empfiehlt es sich, die Mischung gemäss der Erfindung folgendermassen zusammenzusetzen :
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<tb>
<tb> 25-33 <SEP> % <SEP> Aerylsäureäthylester <SEP> (polymerisiert <SEP> bis <SEP> zur <SEP> Unlöslichkeit <SEP> in <SEP> Aceton)
<tb> 3-8 <SEP> % <SEP> Diamylphthalat
<tb> 15-25 <SEP> % <SEP> aktiver <SEP> Gasruss
<tb> 40-60 <SEP> % <SEP> Talkum, <SEP> Graphit <SEP> oder <SEP> ähnliche <SEP> Füllstoffe
<tb> 0-5-1-5% <SEP> ss-Naphthol
<tb> 0-3-1-5% <SEP> Schwefel.
<tb>
Die Prozentzahlen verstehen sich hier als Gewichtsprozente. Insbesondere empfiehlt es sich, folgende Zusammensetzung zu wählen :
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<tb>
<tb> 27 <SEP> % <SEP> Acrylsäureäthylester <SEP> (polymerisiertbis <SEP> zur <SEP> Unlöslichkeit <SEP> in <SEP> Aceton)
<tb> 5 <SEP> % <SEP> Diamylphthalat
<tb> 19 <SEP> % <SEP> aktiver <SEP> Gasruss
<tb> 47-5% <SEP> Talkum
<tb> 1 <SEP> %, <SEP> 8-Naphthol
<tb> 0'5% <SEP> Schwefel.
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teilweise durch Zelluloseester ersetzt. Von diesen Zelluloseestern können die üblichen Hydroazetate Verwendung finden, wenn auch die Triester und davon insbesondere das Zellulosetripropionat wegen der hohen Wasserbeständigkeit unter diesen Körpern den Vorzug haben.
Die Massen gemäss der Erfindung haben ausser ihren guten elektrischen Eigenschaften den Vorzug der hohen Temperaturbeständigkeit, der sieh dadurch ergibt, dass durch den Zusatz der Zelluloseester der Fliesspunkt der polymeren Acrylsäurederivate heraufgesetzt wird.
Die Herstellung der Masse kann durch Vermischen des oder der polymeren Acrylsäurederivate mit dem oder den Zelluloseestern auf der Misehwalze oder in Knetmaschinen erfolgen unter Zuhilfenahme erhöhter Temperaturen und/oder nötigenfalls auch geringerer Mengen von Lösungsmitteln. Das Lösungsmittel, z. B. Dioxan oder Aceton, bewirkt eine erhöhte Plastizität zu Beginn des Miscl- vorganges und verflüchtigt sich bei der weiteren Verarbeitung. Selbstverständlich kann die Mischung der Komponenten auch in Lösung erfolgen, indem man beispielsweise eine 10%ige Lösung von polymerem Aerylsäureäthylester mischt mit einem gleichen Volumen einer ebenfalls 10% eigen Lösung von Zellulosetripropionat in Aceton. Das Gemisch kann dann in beliebiger Weise, z.
B. durch Herstellung eines Films, von dem Lösungsmittel befreit werden. Man erhält in diesem Falle einen klaren Film, der in seinen mechanischen Eigenschaften an einen Zelluloseesterfilm erinnert, mit einem hohen Gehalt an Weichmachern.
Die so erhaltenen Gemische können dann in beliebiger Weise durch Zusatz von Weichmachern und/oder Füllstoffen weiterverarbeitet werden. An Füllmitteln können Magnesiumsilikat, Talkum und andere Verwendung finden. Die fertigen Massen sind thermoplastisch und können wie die bisher behandelten Massen beispielsweise durch Verspritzen bei erhöhter Temperatur auf elektrische Leitungen und Kabel aufgebracht werden.
Eine Umhüllung für elektrische Leitungen, die gute dielektrische Eigenschaften hat und die zugleich die für eine äussere Schutzschicht unbedingt notwendigen Anforderungen in mechanischer und chemischer Beziehung erfüllt, erhält man, wenn man den polymerisierten Acrylsäurederivaten Polystyrol oder Polymerisationsprodukte anderer Aryl-Olefine zugibt. Es wurde nämlich gefunden, dass man in einfacher Weise, beispielsweise durch Verkneten auf Mischwalzen bei hoher Temperatur, die Polymerisate des Styrols mit denen der Acrylsäureverbindungen vermischen kann.
Durch die Änderung des prozentualen Anteiles der einen oder andern Komponente können die Eigenschaften des Produktes dem jeweils bestimmten Zweck angepasst werden, wozu auch die Zugabe von festen Füllstoffen, wie Talkum, Glimmer, Kaolin, Graphit od. dgl., sowie Weichmachern beiträgt.
Beispiel 1 : 75 Gewichtsteile Polystyrol werden mit 25 Gewichtsteilen polymerisiertem Acrylsäureäthylester bei etwa 70-80 C auf der Mischwalze innig miteinander verknetet und dann bei 80 C um Kabel und Leiter gespritzt.
Beispiel 2 : 50 Gewiehtsteile Polystyrol werden mit 50 Gewichtsteilen polymerisiertem Acrylsäureäthylester unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 verknetet und dann zu einem Fell
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sehr gute 01-und Wasserbeständigkeit aus.
Beispiel 3 : 30 Gewichtsteile Polystyrol und 70 Gewichtsteile polymerisierter Acrylsäure- äthylester werden mit 100 Teilen Talkum auf der Mischwalze bei etwa 70-80 . C verarbeitet ; man erhält eine Masse von weichgummiähnlichen Eigenschaften.
Besondere Bedeutung kommt derartigen Massen für die Isolierung von Seekabeln, vorzugsweise von Fernmeldeseekabeln, zu, da bei diesen namentlich in grossen Wassertiefen die Papierluftraumisolierung mit darüber befindlichem Bleimantel nicht mehr anwendbar ist, die Guttaperehaisolierung aber sehr teuer und ausserdem hinsichtlich ihrer dielektrischen Eigenschaften nachteilig ist.
Eine weitere Verbesserung und Verbilligung der bisher angegebenen Massen kann dadurch erzielt werden, dass man ihnen Polymerisate der aliphatischen Vinylverbindungen, beispielsweise Polyvinylacetat, zumischt. Derartige Mischungen zeigen über die schon beschriebenen mechanischen und chemischen Eigenschaften der Polymerisate von Acrylsäureverbindungen od. dgl. hinaus eine geringe Entflammbarkeit und Brennbarkeit, die auch besonders zweckmässig durch Zugabe chlorierter aliphatischer Vinylverbindungen erreicht werden kann.
Zur Herstellung der erfindungsgemässen Schutzhüllen bzw. Isolierhüllen mischt man hiebei das Polymerisat der Acrylsäure od. dgl. mit dem Polymerisationsprodukt aliphatischer Vinylverbindungen dadurch, dass man beide Stoffe durch Mischwalzen hindurehschiekt, die sich auf erhöhter Temperatur befinden. Man kann aber auch die monomeren Verbindungen miteinander mischen und dann gemeinsam polymerisieren. Die so entstehenden Produkte können dann mit Zusatzstoffen wie Kohle, Schwefel, p-Naphthol, Talkum u. a. m. gemischt werden. Eine solche Masse kann beispielsweise folgendermassen hergestellt sein : 250 Teile polymerisierten Äthylesters der Acrylsäure werden mit 250 Teilen von chloriertem Polyvinylacetat gemischt.
Diese Masse wird auf der Mischwalze bei ungefähr 80 bis 900 e mit einem Gemisch von 200 Teilen aktivem Magnesiumsilikat, 5 Teilen Schwefel, 15 Teilen ss-Naphthol und 280 Teilen Talkum verknetet. Eine weitere gut verwendbare Masse entsteht dadurch, dass man 200 Teile polymerisierten Äthylesters der Acrylsäure und 118 Teile Polyvinylacetat auf der
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Misehwalze bei etwa 80 bis 90 C mit einem Gemisch von 195 Teilen Kohle, 2 Teilen Schwefel, 18 Teilen -Naphthol und 467 Teilen Talkum miteinander mischt.
Wie schon mehrfach zum Ausdruck gebracht worden ist, stellt man die Ummantelung für Kabel und Leitungen gemäss der Erfindung dadurch her, dass man die angegebenen Massen um die Kabelseele spritzt oder dass man die Massen zu Bändern formt, die auf die Kabelseele aufgewickelt werden.
Da es nicht möglich ist, die mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäss hergestellten Ummantelungen durch eine Nachbehandlung so weitgehend zu verändern, wie dies bei Gegenständen aus Kautschuk der Fall ist, müssen die Massen schon beim Mischen und bei der Formgebung fest und zähe sein. Es ist aus diesem Grunde viel schwieriger als bei Kautschukmischungen, bei der Formgebung beispielsweise ein dichtes Gefüge und glatte Oberfläche zu erzielen. Es ist daher schon vorgeschlagen worden, derartige Massen unter Zusatz grösserer Mengen Weichmacher zu verarbeiten, wie sie z. B. aus der Industrie der Zelluloseester her bekannt sind. Für viele Zwecke ist dieses Vorgehen aber unzulässig, da durch den Weichmacherzusatz die Massen zwar weich und leicht verformbar werden, aber diese Eigenschaft auch nach der Formgebung in unerwünschter Weise beibehalten.
Es wurde nun gefunden, dass die Verarbeitbarkeit derartiger Kunststoffmassen in überraschend hohem Mass verbessert wird, wenn man ihnen höhermolekulare Fettsäuren, wie z. B. Stearinsäure oder deren Anhydride, in geringen Mengen von weniger als 1% (bezogen auf die fertige Mischung) zusetzt. Durch einen derart geringen Zusatz an Fettsäure wird z. B. erreicht, dass sich die angegebenen thermoplastischen Massen leichter verspritzen oder zu dünnen Fellen ausziehen lassen. Die mechanischen Eigenschaften der hergestellten Formkörper werden anderseits durch den geringen Zusatz praktisch nicht verändert. Fernerhin wird durch den erfindungsgemässen Zusatz auch eine Verbesserung der Oberfläche des aus diesen Stoffen bestehenden Körpers erzielt, die bei der Verarbeitung glatt und glänzend wird.
Diese Verbesserung ist aber bei den angegebenen Prozentsätzen des Zusatzes unwesentlich gegenüber dem Vorteil der besseren Verarbeitbarkeit.
Den gleichen Effekt, nämlich eine bessere Verarbeitbarkeit, erzielt man auch, wenn man Wachse, wie z. B. Bienenwachs, das neben hochmolekularen Fettsäureestern ungebundene Fettsäure enthält, derartigen Kunststoffen zusetzt.
Die Fettsäure bzw. das Fettsäureanhydrid wird dem Kunststoff zu einem beliebigen Zeitpunkt während des Prozesses zugesetzt.
Eine Mischung, die sich beispielsweise zur Herstellung von Ummantelungen für elektrische Kabel und Leitungen mit Hilfe der üblichen Spritzmaschinen eignet, ist etwa folgendermassen zusammengesetzt :
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<tb>
<tb> 200 <SEP> Teile <SEP> polymerisierter <SEP> Äthylester <SEP> der <SEP> Acrylsäure
<tb> 118 <SEP> " <SEP> Polyvinylacetat
<tb> 195"Kohle
<tb> 5"Bienenwachs
<tb> 467"Talkum.
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Es wurde gefunden, dass Schutzhülle gemäss der Erfindung unter Umständen im Laufe der Zeit an ihrer Oberfläche geringe Wassermengen adsorbieren. Gemäss einer weiteren Erfindung wird daher die Oberfläche von wasserdichten Kabelhüllen, die mit Hilfe von Polymerisationsprodukten der Acrylsäureverbindungen od. dgl. hergestellt sind, dadurch mit einer gegen Wasser besonders widerstandsfähigen Schicht umgeben, dass man sie mit einer dünnen Schicht aus einem Stoff umgibt, der eine Quellung bzw. Ablösung einer dünnen Oberflächenschicht des Mantels hervorruft. Ein solcher Stoff ist beispielsweise Teer, wie er seit langem als Korrosionsschutz in der Kabelindustrie zur Einhüllung von Kabelmänteln aus Blei Verwendung findet.
Um ein mit einem Mantel aus Kunststoff versehenes Kabel mit der erfindungsgemässen Schutzschicht zu umgeben, kann man das Kabel während des Herstellungsvorganges mit flüssigem Teer übergiessen ; es ist aber auch möglich, den Teer flüssig oder halbflüssig in irgendeiner andern Weise auf die Manteloberfläche aufzubringen. Die im Teer enthaltenen Stoffe bewirken eine Quellung des Mantels in einer dünnen Oberfläehensehicht ; Versuche haben ergeben, dass die auf diese Weise entstehende
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in den Kabelmantel hineindiffundiert.
Der Teer, der erfindungsgemäss zur Verwendung kommt, muss selbstverständlich frei sein von wasserlöslichen Stoffen, wie etwa wasserlöslichen Phenolen, und darf ferner keinerlei hygroskopisch Stoffe enthalten. Ausser Teer kann man auch jedes beliebige andere Quellungsmittel, wie beispielsweise Dekalin oder Dibutyl oder Diamylphthalat, verwenden, sofern es kein Wasser aufnimmt, sich nicht zu leicht verflüchtigt und in einfacher Weise auf den Mantel aufgebracht werden kann. Verwendet man als Quellungsmittel Teer oder ähnliche Stoffe, so erreicht man noch den weiteren Vorteil, dass das Kabel gegen Angriffe von Insekten und die Beschädigung durch Pilze geschützt ist.
Hat man den aus Polymerisaten der Acrylsäureverbindungen bestehenden Mantel mit einer Teerschicht übergossen, so kann man das Kabel mit einer Bandage und darauf mit einer Armierung in der üblichen Weise versehen.