Verfahren, um Isolierungen aus thermoplastischem Kunststoff auf elektrischen Leitern eine schaumartige Struktur zu verleihen. 'Thermoplastische Kunststoffe, insbeson dere Polymerisate von reinem Kohlenwasser stoffcharakter, eignen sich auf Grund ihrer hervorragenden dielektrischen Eigenschaften sehr gut als Isoliermaterial in der Elektro technik, zum Beispiel als Drahtumhüllungs- massen, zum Bebändern von Leitungen und zur Herstellung von Kabeln und dergleichen.
So gelingt es zum Beispiel durch Umwickeln von Drähten mit Bändern aus Polyisobutylen, Polystyrol oder Polyäthylen eine sehr gute Isolierung zu erzielen, insbesondere wenn die Bänder in mehreren Lagen verwendet oder wenn besondere Anordnungen vorgesehen werden, die die Bildung von Lufträumen innerhalb .der Isolierung ermöglichen.
Wenn auch die dielektrisehen Eigenschaf ten der mit thermoplastischen Kunststoffen umwickelten elektrischen Leitungen für viele Anwendungsgebiete befriedigen, so ist doch eine Verbesserung der Isoliereigenschaften, zum Beispiel durch Herabsetzung der Dielek- trizitätskonstante der Kunststoffumhüllung, erwünscht, insbesondere bei der Isolierung von Leitungen für die Hochfrequenztechnik.
Es wurde nun gefunden, dass man Isolie rungen aus thermoplastischem Kunststoff auf elektrischen Leitern dadurch eine schaum artige Struktur verleihen kann, dass man die mit thermoplastischem Kunststoff umhüllten Leiter der Einwirkung von Gemischen aus- setzt, die aus Lösungsmitteln für den Kunst stoff und aus Nichtlösungsmitteln für den Kunststoff bestehen, wobei die Nichtlösungs mittel Siedepunkte haben, die niedriger als der Erweichungspunkt des Kunststoffes lie gen, und anschliessend auf Temperaturen oberhalb des Erweichungspunktes des Kunst stoffes erwärmt.
Hierbei tritt Ausbildung von in sich geschlossenen Zellen innerhalb der Kunststoffmasse auf, so dass eine Isolie rung von schaumartiger Struktur entsteht.
Als Nichtlösungsmittel können solche be nutzt werden, die den Kunststoff anquellen. Die genannten Gemische können sowohl in flüssiger als auch in Dampfform angewendet werden.
Das Verfahren findet besonderes Interesse bei seiner Anwendung auf Leitungsdraht isolationen aus Polystyrolfolien oder -bän dern, die durch diese Behandlung direkt auf dem Leiter in einem verhältnismässig ein fachen und kurzen Arbeitsgang in schaum- förmiges Polystyrol übergeführt werden kön nen, wodurch eine Verbesserung der dielektri- sehen Eigenschaften und gleichzeitig eine Er höhung der Flexibilität und des Zusammen haltens der Isolierung erreicht wird.
Das Ver fahren kann aber auch bei Leitern mit Isolie rungen aus andern thermoplastischen Kunst stoffen, zum Beispiel plastischen Massen auf Basis von Polyisohutylen, Polyäthylen, Polyvinylchlorid, Polymethacrylverbindungen, Polyvinyläthern, Polyvinylestern organischer Säuren, Polyamiden -Lind Polyurethanen,
Poly- vinylidenchlorid und Polyvinylcarbazol sowie deren Mischpolymerisaten oder Gemischen verschiedener der genannten Polymerisate oder Mischpolymerisate angewendet werden, wobei ähnliche Verbesserungen wie bei Poly styrol Üreicht werden. Auch hei mit thermo plastischem Kunststoff tunspritzten oder lackierten Drähten ist das Verfahren anwend bar.
Zur Ausführung des Verfahrens wird zum Beispiel ein mit Polystyrolbändern beliebiger Breite oder Stärke umwickelter Leiter in einer Mischung, bestehend<B>.</B> aus einem oder mehreren Lösungsmitteln für Polystyrol und einer oder mehreren das Polystyrol nicht lö senden Flüssigkeiten, wobei die letzteren Flüs sigkeiten Siedepunkte haben, die niedriger als der Erweichungspunkt des Polystyrols liegen, gelagert oder durch einen das Flüssig keitsgemisch enthaltenden Behälter durchge zogen und hierauf auf 'Temperaturen oberhalb des Erweichungspunktes des Polystyrols er wärmt,
zum Beispiel durch Infrarotstrahlen, heisse Luft oder Hindurchleiten durch vor zugsweise auf etwa 95 bis 100 C erwärmtes Wasser.
Die Auswahl der erfindungsgemäss zu ver wendenden Gemische hängt von den Löslich keitseigenschaften und dem Erweichungs- punkt der betreffenden Kunststoffe ab. Es eignen sich zum Beispiel als Lösungsmittel für Polystyrol mit einem Erweichungspumkt nach Martens von etwa<B>7</B>0, bis 8<B>2,</B> ,C Benzol, Toluol, Xylol und Methylenchlorid und als Nichtlösungsmittel aliphatische Kohlenwasser stoffe,
beispielsweise Pentan, Hexan, Petrol- äther und dergleichen. Es hat sich als vor- teilhaft erwiesen, Gemische mit mehr als 30 % des Nichtlösungsmittels zu verwenden, doch kann auch mit andern Mischungsverhältnis sen gearbeitet werden.
Die Dauer der Behandlung mit dem Ge misch richtet sich nach der Stärke der Iso lierung und beträgt zweckmässig etwa 15 Se kunden bis mehrere Minuten, Der Schäu- mumgsvorgang vollzieht sich meist in kurzer Zeit, zum Beispiel innerhalb von 10 bis 16 Se kunden.
Es hat sich als besonders zweckmässig er wiesen, flüssige Gemische in feinverteilter Form auf die kunststoffumhüllten Leiter einwirken zu lassen. Es ist auch vorteilhaft, dampfförmige Gemische anzuwenden. Diese Ausführungsform des Verfahrens hat den Vorteil, dass sie in kontinuierlicher Folge an kunststoffisolierten Leitern ausgeführt wer den kann, ohne dass die Leiter durch Berüh rung mit Rollen und dergleichen mechanisch beansprucht werden. Dadurch entsteht eine sehr gleichmässige Isolierschicht auf den Lei tern.
Man kann zum Beispiel so verfahren, dass ein Kupferleiter, der mit Polystyrolfädert oder einem Polystyrolband umhüllt ist, zuerst in kontinuierlicher Anordnung horizontal durch ein Rohr geleitet wird, in welchem an einer oder mehreren Stellen eine Berieselung oder Besprühung des Leiters mit dem Flüssig keitsgemisch erfolgt. Dann führt man an schliessend den Leiter durch ein ebenfalls horizontal liegendes Rohr, durch welches Was serdampf von 100 bis 300 C geleitet wird.
Man kann auch den mit Kunststoffolien oder -bändern umhüllten Leiter durch ein Rohr führen, in welchem er der Einwirkung von Dämpfen des erwähnten Gemisches, die in den Kunststoffüberzug des Leiters eindrin gen, ausgesetzt wird, und anschliessend durch ein zweites Rohr führen, in welchem das Auf schäumen durch Infrarotheizung oder durch Besprühen oder Berieseln mit heissem Wasser oder einer andern heissen, den Kunststoff nicht lösenden Flüssigkeit oder durch Behei- zung mit heisser Luft erfolgt.
Man kann zum Beispiel auch den Leiter nach Aufschäumen seiner Isolierschicht in Wasserdampf noch anschliessend durch einen infrarotgeheizten oder mit Heissluft durch strömten Kanal führen. Diese Arbeitsweise hat den Vorteil, dass hierbei eine Durchtrock- nung bzw. eine Befreiung der schaumartigen Schicht von oberflächlich anhaftendem Was ser gewährleistet ist. Bei Ausführung des Verfahrens kann man auch von kunststoffumhüllten Leitern aus.. gehen, die eine dichte Hülle eines thermopla stischen Kunststoffes besitzen, welche durch Umspritzen der Leiter, zum Beispiel in einer Schneckenspritzmaschine, erzeugt wurde.
Es können ausserdem auch Leiter Verwendung finden, die unter der thermoplastischen Kunststoffhülle eine Isolierung aus Papier, Batunwollfäden und dergleichen haben. Es ist vorteilhaft, bei diesen dicht mit Kunststoff umhüllten Leitern die Kunststoffhülle -durch Perforieren, Durchstechen, Durchbohren oder durch Anbringung wendelartiger Einschnitte und dgl.
an einzelnen Stellen mit Löchern oder Unterbrechungen zu versehen, wodurch die Einwirkung des Gemisches, dem die Kunststoffisolierung bei der Durchführung des Verfahrens ausgesetzt wird, auch von der dem Leiter zugekehrten Seite der Kunststoff hülle her erfolgen kann.
Das Verfahren ist besonders für das Auf schäumen von Polystyrolisolierungen bedeu tungsvoll. Kompaktes Polystyrol liefert in Schichtdicken von etwa 0,5 bis 1;5. mm eine Isolierung, die bei Biegebeanspruchung in folge der Sprödigkeit des Materials bricht und aus diesem Grunde in der Praxis nicht ver wendet werden kann. Eine Polystyrolhülle von grösserer Schichtdicke, zum Beispiel von 2 mm, ist bereits so starr und unbeweglich, dass der damit isolierte Leiter nicht aufge wickelt werden kann.
Durch Aufschäumung dieser, zweckmässig durch :Spritzen herge stellten Polystyrolisolierungen wird nun aber die Isoliermasse elastisch, so dass sie einer Biegebeanspruchung bis zu 180 gewachsen ist. Gleichzeitig tritt eine bedeutende Ver besserung der dielektrischen Eigenschaften ein.
Die mit dem :Schaumkunststoff umhüllten Leiter können gegebenenfalls auch noch eine Aussenschicht aus einem andern Material, zum Beispiel eine Umbänderung mit leinölgetränlL- ter Baumwolle, eine Umklöppelung mit Zell wolle, eine Metallbewehrung oder eine Um hüllung mit beliebigen Folien, zum Beispiel aus Kunststoffen, Metallen, @Cellulosehydrat und dergleichen, erhalten.
Die schaumartige Isolierung kann auch so ausgebildet werden, dass sie als sogenannter Abstandshalter wirkt. In diesem Fall kann der Leiter dann nachträglich mit einer unge- schäLUnten Kunststoffolie zunhüllt werden und so zum Aufbau von Kabeln Verwendung finden.
In den nachfolgenden Beispielen ist der Ausdruck Nichtlöser im Sinne von den Kunststoff nicht lösende Flüssigkeit verwen det; bei den mit Lösungsmittel bezeich neten Flüssigkeiten handelt es sich um Lö- sungsmittel für den Kunststoff. In allen Bei spielen erreicht der Leiter bei der auf die Behandlung mit dem Gemisch folgenden Wärmebehandlung eine Temperatur, die über dem Erweichungspunkt des Kunststoffes liegt.
<I>Beispiel 2:</I> Man legt einen Kupferleiter, der mit 3 mm breiten und 0;5 mm dicken Bändern aus Poly styrol vom Erw eichungspunkt nach Martens von 70 C in zweifacher Schicht umflochten ist, in eine Lösung, bestehend aus 10 'feilen Benzol (Lösulngsmittel) und 90 Teilen Petrol- äther (Nichtlöser) von den 'Siedegrenzen 40 bis 50 C, und leitet ihn nach 1'2 0 .Sekunden durch ein Wasserbad von 95 'C.
Man erhält eine schaumartige Isolierung auf dem Kupferleiter von hoher (Flexibilität und hervorragenden dielektrischen Eigen schaften.
In gleicher Weise kann im Anschluss an die Lagerung in dem Flüssigkeitsgemisch .das Aufschäumen auch durch Infrarotstrahlung oder kurzzeitiges Erhitzen in Luft bei 120 bis 140 C durchgeführt werden.
<I>Beispiel 2:</I> Ein mit Folien aus Polyvinylchlorid vom Erweichungspunkt nach Martens. von 6<B>6</B> C umbänderter Kupferleiter wird in ein Ge misch aus 10 Teilen Aceton (Lösungsmittel) und 90 Teilen Methylacetat (Nichtlöser) ge leitet und hierauf durch einen auf 140 C geheizten Wärmekanal geführt. Man erhält eine schaumartige Isolierung von verbesserten dielektrischen Eigenschaften im Vergleich zur ursprünglich angebrachten Isolierung aus den Polyvinylchloridbändern.
<I>Beispiel 3:</I> Ein Kupferdraht mit einem Durchmesser von 2 min, der mit einem Polystyrolfaden vom Erweichungspunkt nach Martens von 62 C von einem Durchmesser von 1 mm in loser Wicklung umhüllt ist, wird 3,Sekunden durch ein Bad aus 40 Teilen Methylenchlorid (Lö- siLngsmittel und 60 Teilen Petroläther von den ;
Siedegrenzen 52. bis '57 C (Nichtloser) geleitet, hierauf sofort durch einen Kanal weitergeführt, der durch Infrarotstrahlung auf etwa 9511C geheizt ist und dann abge kühlt. Es entsteht unter erheblicher Volumen vergrösserung eine schaumförmige Isolierung mit bedeutend besseren dielektrischen Eigen schaften, grösserer Flexibilität, Weichheit und Elastizität, als der ungeschäumte Faden sie liefert.
<I>Beispiel 4:</I> Ein Kupferleiter mit einem Durchmesser von 2; mm, der in gekreuzter Ausführiui.g mit zwei Polystyrolfäden vom Erweichungspunkt nach Martens von -f4 C von 0,8 mm Durch messer in enger Knüpfung umflochten ist, wird durch ein Bad, bestehend aus 60 Teilen Tetraehluxkohlenstoff (Lösungsmittel) und 0- Teilen: Petroläther von den Siedegrenzen 55 bis 60 C (Nichtloser) geleitet.
Der so be handelte Draht wird hierauf 5 Sekunden in einem Wasserbad von<B>950C</B> erwärmt, an schliessend durch einen Kanal, der durch In frarotstrahlung auf 915 C geheizt ist, und sodann durch einen Heissluftkanal von 1.00 C hindurchgeführt.
Es entsteht eine dichte, schaumförmige Isolierung von hoher Flexibilität und. Weich heit, wobei gegenüber dein ungeschäumten Leiter eine Volumenvergrösserung von etwa 300 1/a erzielt wird.
Der Leiter eignet sich vor nehmlich zur Herstellung von Hochfrequenz- und 'Telephonkabeln. <I>Beispiel 5:</I> Ein Kupferleiter mit einem Durchmesser von 1,2 mm, der mit 0;
4 mm dicken Bändern aus Polystyrol vom Erweichungspunkt nach Martens von 70 C in enger Wicklung um flochten ist, wird in eine 50",C warme Lösung, bestehend aus 30 Teilen Trichloräthylen (Lö sungsmittel) und 70 Teilen Petroläther von den Siedegrenzen 52 bis 57 C (Nichtlöser@ getaucht und sodann<B>15</B> Sekunden in Wasser von 95 C gelagert. Es entsteht auf dein Kupferleiter eine schaumartige Isolierung von guter Biegefestigkeit und hervorragenden dielektrischen Eigenschaften.
<I>Beispiel 6:</I> Ein Kupferleiter wird im Spritzverfahren mit einer 0,5 mm dicken Umhülhm.g von Poly styrol vom Erweichungspunkt nach Martens von<B>82</B> 11 C versehen.
Der die Spritzmaschine verlassende, noch heisse Draht, dessen Poly- styrolisolierung eine 'Temperatur von etwa 60 bis 120 C hat, wird in ein Flüssigkeits gemisch, bestehend aus 20 Teilen Benzol und 10 Teilen Trichloräthylen (Lösungsmittel) und 70 Teilen Petroläther von den Siedegren zen 60 bis 650C (Nichtloser) unter gleichzeiti ger Einwirkung eines äussern überdruckes von 2 Atmosphären für<B>-5</B> Sekunden einge bracht.
Der Draht verlässt das Flüssigkeits gemisch mit einer Temperatur von 30 bis 60 C und wird sodann durch ein Rohr, durch welches Wasserdampf von 120 C strömt, ge leitet. Es entsteht eine homogene schaumartige Isolierung von guter Biegefestigkeit und her vorragenden dielektrischen Eigenschaften.
<I>Beispiel 7:</I> Ein Kupferdraht mit einem Durchmesser von 2 mm, der mit einem Polystyrolfaden vom Erweiehungspunkt nach Martens von <B>700-C</B> von 1,5 mm Durchmesser in einem Ab stand von 3 mm umwickelt ist, wird konti nuierlich in horizontaler Richtung durch ein Rohr geleitet, in welchem auf den Leiter an zehn ;
Stellen gleichzeitig ein Flüssigkeitsge misch aus 40 Teilen Methylenchlorid (Lö sungsmittel) und 6<B>0</B> 'Teilen Petroläther von den Siedegrenzen 52 bis 5'7 C (Nichtloser) gerieselt wird. Nach dem Verlassen des Rohres wird der Leiter dreh ein zweites Rohr ge- führt, in welchem aus zwanzig Öffnungen auf ihn Wasser von 90,"',C niederrieselt. Dann wird er durch ein drittes Rohr geführt, durch das Heisshut von 70 C ihm mit schwachem Druck entgegengeblasen wird.
Nach dem Ver lassen dieses dritten Rohres wird der Leiter aufgewickelt. Man erhält auf dem Leiter eine schaumartige Isolierschicht von hochwertigen dielektrischen Eigenschaften, wobei eine Volu menvergrösserung gegenüber dem ursprüng lichen Polystyrolfaden um das Dreifache er zielt und gleichzeitig die Weichheit und Ela stizität der Kunststoffmasse erhöht wird.
Beispiel <I>8:</I> Ein Kupferleiter mit einem Durchmesser von 3 mm, der in gekreuzter Ausführung mit zwei Polystyrolfäden (Durchmesser 1 mm) vom Erweichungspunkt nach Martens von & 2 C in sehr enger Knüpfung (Abstand zwi schen parallel liegenden Fäden etwa 2 mm) umflochten ist, wird in vertikaler Richtung durch ein Rohr geleitet, in welchem er an etwa zwanzig Stellen allseitig mit einem Flüs sigkeitsgemisch aus 515 Teilen 'Tetrachlorkoh- lenstoff (Lösungsmittel)
und 45- Teilen Pe- troläther von den 'Siedegrenzen 5'5 bis 60 -C (Niehtlöser) bespritzt wird. Nach Verlassen dieses Rohres wird er durch ein zweites Rohr geführt, in welchem an etwa zwanzig Stellen allseitig Wasserdampf von<B>1100C</B> eingeblasen wird. Anschliessend wird beim Durchgang durch ein drittes Rohr, das durch Infrarot strahlen auf 95 C aufgeheizt ist, das anhaf tende Wasser entfernt und der Leiter aufge wickelt. Der Durchgang des Leiters erfolgt mit einer Geschwindigkeit von etwa 5: m pro Minute.
Man erhält schliesslich eine geschlos sene, schaumartige Kunststoffumhüllung von hochwertigen dielektrischen Eigenschaften auf dem Leiter, die durch gute Weichheit und Flexibilität ausgezeichnet ist. <I>Beispiel 9:</I> Ein Kupferleiter von 2 mm Durchmesser, der mit einem Polystyrolband vom Erwei- ehungspunkt nach Martens von 74 C von 0,6 mm Dicke umhüllt ist, wird 5 Sekunden der Einwirkung eines feinzerstäubten Ge misches aus 25 Teilen Methylenchlorid, 20 Tei len Tetrachlorkohlenstoff,
5 Teilen Benzol (Lösungsmittel) und 50 Teilen Petroläther von den Siedegrenzen 45 bis 50 C (Nicht- löser) ausgesetzt und hierauf durch ein :Rohr geleitet, in welchem aus Düsen Wasserdampf von 120 C auf ihn geblasen wird. Man führt ihn dann durch einen Heisslufttrockenkanal von 110 C und lässt hierauf abkühlen. Die Arbeitsweise wird kontinuierlich durchge führt. Man erhält eine schaumförmige Isolie rung von guten dielektrischen und mechani schen Eigenschaften.