Verfahren zur Herstellung einer Imprägniermischung, nach dem Verfahren hergestellte Mischung und Verwendung einer nach dem Verfahren hergestellten Mischung zur Herstellung von imprägnierten elektrischen Kabeln Imprägniermittel für elektrische Kabel, die als Dielektrikum imprägniertes Fasermaterial, im allge meinen Papier, enthalten, und voll imprägnierte, nicht abtropfende Kabel sind bekannt.
Solche Imprägnier mittel enthalten als den oder einen ihrer Haupt bestandteile mikrokristallines Petroleumwachs und werden nachstehend als Imprägniermittel auf Basis von mikrokristallinem Petroleumwachs bezeichnet.
Die Angabe, dass das papierisolierte Kabel voll imprägniert sei, will besagen, dass dasselbe soviel des Imprägniermittels als möglich enthält, wobei das Pa pier imprägniert ist und die Zwischenräume zwischen den Windungen und den Schichten der Papierumwick lung mit dem Imprägniermittel ausgefüllt sind, da mit Hohlräume in der den Leiter umgebenden Hülle möglichst vermieden werden.
Als nicht abtropfend wird das Kabel dann betrachtet, wenn bei einem in vertikaler Lage gehaltenen, an beiden Enden offenen Stück des Kabels von 9 m Länge oder mehr bei 7tägigem Erhitzen auf die maximale Arbeitstempera tur des Kabels die Volumenmenge des abgetropften Imprägniermittels nicht mehr als 0,1% des von der Kabelhülle eingenommenen Volumens beträgt.
Im britischen Patent Nr. 581830 wird ein voll imprägniertes, nicht abtropfendes Kabel beschrieben und beansprucht, das als Imprägniermittel eine unter normalen Bedingungen plastische, feste Mischung enthält, die aus mikrokristallinem Petroleumwachs vom Schmelzpunkt von mindestens 80 C und einem Mineralöl für Kabelimprägnierung oder einem Plasti- fizierungsmittel aus der Gruppe der Polyisobutylene mit mittlerem Molekulargewicht von 20 000 bis 100 000 und des Kolophoniums oder einer Mischung eines solchen Öls mit einem oder beiden der Plasti- fiziermittel besteht,
wobei der Anteil des mikro- kristallinen Wachses in der Mischung mindestens 55 Gewichtsprozent beträgt. Ferner ist in der schweize rischen Patentschrift Nr. 311944 ein Kabel beschrie ben, bei dem ein mikrokristallines Petroleumwachs verwendet wird, das einen Schmelzpunkt von .etwa 88 C, eine Nadelpenetration von etwa 5 bei 25 C und etwa 35 bei 70 C aufweist, oder eine Mischung eines solchen Wachses mit mikrokristallinen Petro leumwachsen mit höheren Penetrationswerten bei hö heren Temperaturen, welche Mischung einen Schmelz punkt von 85-90 C und eine Nadelpenetration von etwa 5-6 bei 25 C und 35-50 bei 70 C besitzt,
wobei der Anteil an mikrokristallinem Wachs in der Imprägniermischung mindestens 48 Gewichtsprozent beträgt, wenn das Wachs bei 70 C eine Penetration von 35 besitzt, und nicht weniger als etwa 50 Ge wichtsprozent, wenn die angeführte Wachsmischung verwendet wird.
Mikrokristallines Petroleumwachs ist ein mikro kristallines Produkt von wachsartiger Beschaffen heit, das auch als Ceresin oder Erdwachs bezeichnet wird (vgl. Journal of the Institute of Petroleum, Bd. 29, No. 240, 1943, S. 361-63).
Diese Produkte haben im Vergleich zu den Wach sen der Paraffinwachsgruppe verhältnismässig kleine Kristalle und haben einen Erstarrungspunkt, der im allgemeinen nicht unter 71 C liegt. Die oben er wähnten Nadelpenetrationswerte sowie die im fol genden noch angegebenen werden nach der Methode 1. P. - 49,46 des Institute of Petroleum bestimmt.
Die in den genannten Patenten sowie im nach stehenden erwähnten Mineralöle zur Kabelimprägnie rung sind solche, die zur Zeit der Anmeldung des genannten Patentes Nr. 581830 den Kabelfabrikan- ten allgemein für die Imprägnierung von papier isolierten elektrischen Kabeln bekannt waren. Sie sind z.
B. in der Sammlung von Veröffentlichungen über Isolieröle im Journal of the Institution of Elec- trical Engineers, Teil 1I, S.3-64, Vol. <B>90,</B> 1943 kritisch beschrieben. Ihre Viskosität liegt zwischen etwa<B>11000</B> Centistokes oder mehr bei 0 C und der der sogenannten Hohlkern-Kabelöle mit .einer Visko sität von etwa 140 Centistokes bei 0 C.
Es wurde nun gefunden, dass man bessere Im prägniermischungen für nichtabtropfende Kabel er halten kann durch Kombination von mikrokristallinem Petroleumwachs mit einem synthetischen Kohlen wasserstoffwachs mit niedrigen dielektrischen Ver lusten und einem Schmelzpunkt im Bereich von 85 bis 120 C. Unter einem Wachs mit niedrigen dielek- trischen Verlusten wird ein solches verstanden, dessen Verlustfaktor bei 100 C und 50 Perioden/Sek. so wie einer Feldstärke von 8 kV/cm nicht mehr als 0,005 ist.
Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mikrokristallines Petroleumwachs enthaltenden Imprägniermischung, das dadurch ge kennzeichnet ist, dass man eine Mischung, die mikro kristallines Petroleumwachs und zwischen 85 und 120 C schmelzendes synthetisches Kohlenwasser stoffwachs mit niedrigem dielektrischem Verlust ent hält, unter Homogenisierung erhitzt.
Die Erfindung bezieht sich auch auf die Ver wendung einer so erhaltenen Mischung mit einem Gehalt an dem genannten synthetischen Kohlenwas serstoffwachs von 1-40 Gewichtsprozent zur Her stellung von vollimprägnierten, nicht abtropfenden, papierisolierten elektrischen Kabeln.
Ein bevorzugtes Beispiel eines synthetischen Koh lenwasserstoffwachses der oben definierten Art ist das Handelsprodukt Super Hard Wax Nr.105 . Dieses Wachs hat .einen Schmelzpunkt von 108 bis 110 C und ist ein Produkt des Fischer-Tropsch- Prozesses. Sein mittleres Molekulargewicht ist etwa 600.
Ein weiteres Beispiel eines solchen Wachses ist das Handelsprodukt Alcowax . Dieses ist ein Poly- äthylenwachs vom Molekulargewicht 2000-6000 und einem Schmelzpunkt von etwa 110 C und wird von der Allied Chemical and Dye Corporation in Buffalo, N. Y., USA hergestellt.
Die Anwendung eines solchen synthetischen Wachses ergibt eine Mischung, deren Schmelzpunkt wesentlich höher ist als erwartungsgemäss. Demzu folge kann man durch Mitverwendung des synthe tischen Wachses eine Mischung auf Grundlage von mikrokristallinem Petroleumwachs erhalten, die sich zur Herstellung von Kabeln eignet, die bei höheren Temperaturen arbeiten können, wobei man gewünsch- tenfalls ein mikrokristallines Petroleumwachs verwen den kann, das oder ein Teil desselben unter 80 C schmilzt.
Man kann das synthetische Wachs aber auch dazu benutzen, um Imprägniermischungen zu erhalten, die niedrigschmelzendes mikrokristallines Petroleumwachs enthalten und annähernd den glei chen Schmelzpunkt besitzen wie diejenigen, deren Wachsgehalt ganz aus mikrokristallinem Wachs vom Schmelzpunkt 80 C oder höher besteht.
Die Menge des erfindungsgemäss in der Imprä gniermischung vorhandenen synthetischen, verlust- armen Kohlenwasserstoffwachses kann etwa 1-40 % des Gewichtes der Gesamtmischung betragen. Sie hängt ab von der Menge und dem Schmelzpunkt des mikrokristallinen Petroleumwachses, der Art des Mineralöles für Kabelimprägnierung (falls ein sol ches verwendet wird) und natürlich von der Form des Kabels und den Bedingungen, unter denen dieses arbeiten soll. Im allgemeinen wird der Anteil des synthetischen Wachses mit abnehmendem Schmelz punkt des mikrokristallinen Wachses zunehmen.
Wie bereits gesagt, ist das bevorzugte Wachs das Marken produkt Super Hard Wax Nr.105 . Alcowax wird vorzugsweise nur in Kombination mit einem grösseren Anteil des vorgenannten synthetischen Wachses verwendet, wobei der Gehalt der Imprä gniermischung an Alcowax zweckmässig 15 Ge wichtsprozent nicht übersteigt.
Je nach der Natur, insbesondere dem Viskosi- tätsTemperatur-Verhalten des Öles und anderer Mi schungskomponenten (sofern vorhanden), kann der Gesamtgehalt an Wachs zwischen 20 und 100 Ge wichtsprozent der Gesamtmischung variieren; wenn der Gesamtwachsgehalt am unteren Ende des ange gebenen Bereiches liegt, das heisst zwischen 20 und 2519/o, soll das verwendete Öl eine Viskosität von weniger als 600 Redwood-Sekunden bei 60 C be sitzen.
Vorzugsweise liegt jedoch der Gesamtwachs gehalt zwischen 25 und 60'0/0., und die ViskositätjTem- peratur-Charakteristik des verwendeten Öles ist der art, dass die Mischung eine genügend niedrige Scher festigkeit hat, dass das damit imprägnierte Kabel auch bei tiefen Temperaturen ohne Gefahr eines Bruches des faserigen Dielektrikums verlegt werden kann.
Es wurde gefunden, dass die Schmelzpunktserhö- hung von Imprägniermischungen auf Basis von mikro kristallinem Petroleumwachs durch Mitverwendung eines synthetischen Kohlenwasserstoffwachses mit einem Schmelzpunktsbereich von 85-120 C als teilweiser Ersatz des mikrokristallinen Wachses grö sser ist, als unter Berücksichtigung des Ausmasses des Ersatzes und des höheren Schmelzpunktes des Ersatz materials zu erwarten wäre. Die Erhöhung pro er setzte Einheit ist im unteren Bereich am ausgespro- chensten und fällt mit zunehmendem Anteil an syn thetischem Wachs ab. Dies wird aus den in der Zeichnung dargestellten Kurven ersichtlich.
Im Koordinatensystem der beiliegenden Zeichnung be ziehen sich die auf der Ordinate aufgetragenen Zah len 0-10 auf die Kurve C und bedeuten Verhältnis zahlen, die erhalten werden, wenn man die Zunahme des Schmelzpunktes, die aus dem Zusatz von synthe tischem Wachs vom Smp. 108 C zu mikrokristalli nem Petroleumwachs vom Smp. 80 C resultiert (Kurve A), durch die Schmelzpunktszunahme, welche sich beim Zusatz von mikrokristallinem Petroleum wachs vom Smp. 90,5a C zu mikrokristallinem Petro leumwachs vom Smp. 80 C ergibt (Kurve B), dividiert. Die Zahlen auf der Abszisse (0-100) sind Prozente.
Im Falle der Kurve A die Prozente synthetisches Wachs vom Smp. 108 C und im Falle von Kurve B die Prozente von mikrokristallinem Petroleum wachs vom Smp. 90,5 C. Die Kurve A zeigt, wie der Schmelzpunkt einer Mischung, die ein mikro kristallines Petroleumwachs vom Schmelzpunkt 80 C und ein verlustarmes synthetisches Kohlenwasser stoffwachs vom Schmelzpunkt 108 C ( Super Hard Wax Nr. 105) enthält, mit dem Gehalt an diesem synthetischen Wachs variiert.
Zu Vergleichszwecken zeigt die Kurve B die Schmelzpunktsänderung einer ein mikrokristallines Petroleumwachs vom Schmelz punkt 80 C und ,ein mikrokristallines Petroleum wachs vom Schmelzpunkt 90,5 C in wechselnden Mengen enthaltenden Mischung. Aus Kurve B er sieht man, dass eine Mischung, die gleiche Mengen der mikrokristallinen Petroleumwachse vom Schmelz punkt 80 C und 90,5 C enthält, bei 86,7 C schmilzt, was ungefähr dem Durchschnittsschmelzpunkt von 85 C der beiden Komponenten entspricht.
Aus Kurve A ergibt sich, dass .eine Mischung, die gleiche Mengen von mikrokristallinem Petroleumwachs vom Schmelz punkt 80 C und verlustarmem synthetischem Kohlenwasserstoffwachs vom Schmelzpunkt 108 C enthält, einen Schmelzpunkt von 106 C besitzt, was gegenüber dem Durchschnittsschmelzpunkt der Komponenten von 94 C .eine Differenz von 12 C ausmacht. Man sieht auch, dass wenn der Anteil an synthetischem Wachs etwa 20% erreicht, die Kurven<I>A</I> und<I>B</I> zueinander annähernd parallel verlaufen.
Aus Kurve C, die erhalten wird, indem man die Verhältniszahlen der Schmelzpunktszunahme der Kurven<I>A</I> und<I>B</I> gegen den Prozentgehalt auf trägt, sieht man, dass die unerwartete Schmelzpunkts erhöhung infolge der Zugabe des synthetischen Wach ses bei Zusätzen von wenigen Prozenten am ausge- sprochensten ist und bis zu einer Zusatzmenge von etwa 20 % rasch abfällt,
wo dann die Kurve flach wird. Will man deshalb eine Erhöhung des Schmelz punktes vor allem mit geringen Kosten erreichen, so wird man die Menge des verlustarmen synthetischen Kohlenwasserstoffwachses in der Imprägniermischung vorzugsweise nicht höher als 20 Gewichtsprozent be messen.
Ausser diesen Hauptkomponenten, dem mikro kristallinen Petroleumwachs und dem erwähnten syn thetischen Wachs und dem Mineralöl für Kabel imprägnierung, kann die erfindungsgemässe Imprä gniermischung noch kleinere Anteile an einem oder mehreren Plastifizierungsmitteln wie z. B. Polyiso- butylen, Kolophonium, Polyäthylen und Butyl- kautschuk enthalten.
Die Menge des zugesetzten Pla- stifizierungsmittels hängt ab von den gewünschten Eigenschaften der Imprägniermischung und dem oder den speziellen Plastifizierungsmitteln und wird nach Bedarf experimentell bestimmt. Es sei beispielsweise erwähnt, dass man bis zu 1 Gewichtsprozent der Mischung Polyisobutylen vom Molekulargewicht etwa 80 000 zusetzen kann, um die Viskosität der Mi schung in flüssiger Phase heraufzusetzen, doch kann man bis zu 5 Gewichtsprozent Polyäthylen vom Molekulargewicht etwa 3000 oder bis zu 5 Gewichts prozent Butylkautschuk zusetzen.
Bei Verwendung von Kolophonium- als Plastifizierungsmittel kann dieses in Mengen von bis zu 30% der Mischung zugesetzt werden. Verwendet man gleichzeitig zwei oder mehr Plastifizierungsmittel, wird die Menge des einen von der Menge des anderen abhängen.
Kleine Mengen, nämlich 0,01-1,0%. anderer Zusätze, wie Antioxydationsmittel und metallbin dende Mittel (Desaktivatoren), können erforderlichen falls ebenfalls zugesetzt werden.
Ein Beispiel für das erstere ist ss-Naphthylamin, das in Mengen von bis zu 0,2 Gewichtsprozent der Mischung zugesetzt wer den kann, während N,N'-Disalicyliden-äthylendiamin in Mengen von bis 0,02% ein Beispiel für das letztere ist.
Die Imprägniermischungen können hergestellt wer den, indem man einfach die erforderlichen Mengen mikrokristallines Petroleumwachs und verlustarmes synthetisches Kohlenwasserstoffwachs und, was meist der Fall sein wird, Mineralöl für Kabelimprägnierung etwa 2-4. Stunden unter Rühren auf 120-130 C erhitzt. Dies kann unter inerter Atmosphäre, z. B. Stickstoff, erfolgen, jedoch nicht notwendigerweise, da die Bestandteile gegen Oxydation beständig sind. Gewünschtenfalls kann man als Plastifizierungsmittel Polyäthylen und;oder Kolophonium ohne Schwierig keit zusetzen.
Will man jedoch Polyisobutylen mit hohem Molekulargewicht und ,'oder Butylkautschuk zugeben, so sollte dies in Form einer Vormischung einer oder beider Komponenten im mikrokristallinen Petroleumwachs oder einem anderen geeigneten Wachs geschehen. Polyisobutylen enthaltendes mikro kristallines Wachs ist unter der Bezeichnung Mycro- ply 30 im Handel erhältlich.
Die nachfolgenden Beispiele beschreiben Mi schungen auf Grundlage von mikrokristallinem Petro leumwachs, wie sie zur Herstellung von nicht ab tropfenden, papierisolierten elektrischen Kabeln Ver wendung finden können.
EMI0003.0099
<I>Beispiel <SEP> 1</I>
<tb> Mikrokristallines <SEP> Petroleumwachs
<tb> (Schmelzpunkt <SEP> 80 <SEP> C, <SEP> Nadel penetration <SEP> 17 <SEP> bei <SEP> 25 <SEP> und
<tb> über <SEP> 200 <SEP> bei <SEP> <B>60 </B> <SEP> C) <SEP> 99 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> Nr. <SEP> 105 <SEP> 1 <SEP> Gewichtsteil Diese durch Erhitzen homogenisierte Mischung schmilzt bei 85 C und eignet sich für Kabel, deren Leiter eine Betriebstemperatur bis zu 70 C auf weisen, vorausgesetzt, dass man das Kabel vor star kem Biegen erwärmt.
Es ist zu bemerken, dass die Erhöhung des Schmelzpunktes zufolge der Anwesen- heit von 1 "/o des synthetischen Wachses etwa 6,25 /o beträgt.
EMI0004.0005
<I>Beispiel <SEP> 2</I>
<tb> Mikrokristallines <SEP> Petroleumwachs
<tb> (Schmelzpunkt <SEP> 88 <SEP> C, <SEP> Pene tration <SEP> 5 <SEP> bei <SEP> 25 <SEP> C
<tb> und <SEP> 35 <SEP> bei <SEP> 70 <SEP> C) <SEP> 45 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> Nr.
<SEP> 105 <SEP> 5 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Öl <SEP> für <SEP> ölgefüllte <SEP> Kabel <SEP> (Viskosität
<tb> 140 <SEP> Centistokes <SEP> bei <SEP> 0 <SEP> C
<tb> und <SEP> 7,3 <SEP> Centistokes <SEP> bei <SEP> 60 <SEP> C) <SEP> 50 <SEP> Gewichtsteile Die durch Erhitzen homogenisierte Mischung hat einen Schmelzpunkt von 89 C und eignet sich für Kabel, die bei Leitertemperatur bis zu etwa<B>750C</B> arbeiten. Hier ist die Schmelzpunktszunahme infolge des Ersatzes eines Teiles des mikrokristallinen Petro leumwachses durch synthetisches Wachs 911C (eine Mischung aus 50 Gewichtsteilen des Petroleum wachses und 50 Gewichtsteilen des genannten Öles schmilzt bei 80 C), das heisst der Schmelzpunkt wird um 11 % erhöht.
EMI0004.0010
<I>Beispiel <SEP> 3</I>
<tb> Mikrokristallines <SEP> Petroleumwachs
<tb> wie <SEP> im <SEP> Beispiel <SEP> 2 <SEP> 40 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> Nr. <SEP> 105 <SEP> 15 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Kabelöl <SEP> gemäss <SEP> Beispiel <SEP> 2 <SEP> 45 <SEP> Gewichtsteile Durch Erhitzen dieser Stoffe erhält man eine bei 96 C schmelzende Mischung, die sich für Kabel eignet, deren Leiter bei Temperaturen bis zu etwa 85 C arbeitet. Eine Mischung aus 55 Gewichtsteilen des gleichen Petroleumwachses und 45 Gewichtsteilen des Öles schmilzt bei 81 C, so dass die Schmelz punktserhöhung durch Ersatz von 15 Gewichtsteilen des Petroleumwachses durch das synthetische Wachs 15 C oder 18,5<B>Oh,</B> beträgt.
EMI0004.0012
<I>Beispiel <SEP> 4</I>
<tb> Mikrokristallines <SEP> Petroleumwachs
<tb> wie <SEP> im <SEP> Beispiel <SEP> 1 <SEP> 30 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> Nr. <SEP> 105 <SEP> 30 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Kabelöl <SEP> gemäss <SEP> Beispiel <SEP> 2 <SEP> 40 <SEP> Gewichtsteile Die durch Erhitzen homogenisierte Mischung schmilzt bei 98 C und eignet sich für Kabel mit Leitertemperaturen bis zu 87 C.
Eine Mischung aus 60 Gewichtsteilen des Petroleumwachses und 40 Ge wichtsteilen des Kabelöles schmilzt bei 75 C, so dass die Schmelzpunkterhöhung infolge des Ersatzes der Hälfte des Petroleumwachses durch das synthetische Wachs 23 C oder 31 % ausmacht.
EMI0004.0018
<I>Beispiel <SEP> 5</I>
<tb> Mikrokristallines <SEP> Petroleumwachs
<tb> gemäss <SEP> Beispiel <SEP> 1 <SEP> 23 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> Nr. <SEP> 105 <SEP> 23 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Alcowax <SEP> (Molekular gewicht <SEP> 2000) <SEP> 14 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Kabelöl <SEP> gemäss <SEP> Beispiel <SEP> 2 <SEP> 40 <SEP> Gewichtsteile Diese in der Wärme homogenisierte Mischung schmilzt bei 98 C und eignet sich für Kabel, die bei einer Leitertemperatur bis zu 87 C arbeiten. Sie bietet gegenüber einer Mischung aus 60 Gewichts teilen des Petroleumwachses und 40 Teilen des Kabel öles, die bei 73 C schmilzt, wesentliche Vorteile.
EMI0004.0021
<I>Beispiel <SEP> 6</I>
<tb> Mikrokristallines <SEP> Petroleumwachs
<tb> (Schmelzpunkt <SEP> 75 <SEP> C) <SEP> 80 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> Nr. <SEP> 105 <SEP> 20 <SEP> Gewichtsteile Die durch Erhitzen homogenisierte Mischung schmilzt bei 93 C, obschon der Schmelzpunkt des mikrokristallinen Petroleumwachses nur 75 C be trägt. Sie eignet sich für Kabel, deren Leitertempe ratur bis zu 80 C ist.
EMI0004.0023
<I>Beispiel <SEP> 7</I>
<tb> Mikrokristallines <SEP> Petroleumwachs
<tb> vom <SEP> Schmelzpunkt <SEP> 75 <SEP> C <SEP> 65 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> Nr. <SEP> 105 <SEP> 5 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Kabelfüllöl <SEP> gemäss <SEP> Beispiel <SEP> 2 <SEP> 30 <SEP> Gewichtsteile Die durch Erhitzen homogenisierte Mischung schmilzt bei 76 C und eignet sich für Kabel, die bei Leitertemperaturen bis zu 65 C arbeiten. Sie ist gleichwertig einer Mischung aus 30 Gewichtsteilen eines solchen Öles und 70 Gewichtsteilen des mikro kristallinen Petroleumwachses gemäss Beispiel 1, das heisst mit einem Schmelzpunkt von 80 C.
Process for producing an impregnation mixture, mixture produced by the process and use of a mixture produced by the process for producing impregnated electrical cables Impregnating agents for electrical cables which contain impregnated fiber material, generally paper, as a dielectric, and fully impregnated, non-dripping cables are known.
Such impregnating agents contain microcrystalline petroleum wax as the or one of their main components and are referred to below as impregnating agents based on microcrystalline petroleum wax.
The statement that the paper-insulated cable is fully impregnated means that it contains as much of the impregnating agent as possible, the paper being impregnated and the spaces between the turns and the layers of the paper wrapping being filled with the impregnating agent, since there are cavities in the sheath surrounding the conductor are avoided as far as possible.
The cable is considered non-dripping if the volume of the dripped impregnation agent does not exceed 0 when the cable is held in a vertical position and is 9 m long or more open at both ends and has been heated to the maximum working temperature of the cable for 7 days. 1% of the volume occupied by the cable jacket.
In British Patent No. 581830 a fully impregnated, non-dripping cable is described and claimed which contains, as an impregnating agent, a solid mixture, which is plastic under normal conditions, consisting of microcrystalline petroleum wax with a melting point of at least 80 C and a mineral oil for cable impregnation or a plastic fierierungsmittel from the group of polyisobutylenes with an average molecular weight of 20,000 to 100,000 and rosin or a mixture of such an oil with one or both of the plasticizers,
the proportion of the microcrystalline wax in the mixture being at least 55 percent by weight. Furthermore, in Swiss patent no. 311944 a cable is ben described in which a microcrystalline petroleum wax is used, which has a melting point of. About 88 C, a needle penetration of about 5 at 25 C and about 35 at 70 C, or a Mixture of such a wax with microcrystalline petroleum waxes with higher penetration values at higher temperatures, which mixture has a melting point of 85-90 C and a needle penetration of about 5-6 at 25 C and 35-50 at 70 C,
wherein the proportion of microcrystalline wax in the impregnation mixture is at least 48 percent by weight when the wax has a penetration of 35 at 70 ° C. and not less than about 50 percent by weight when the stated wax mixture is used.
Microcrystalline petroleum wax is a microcrystalline product of waxy nature, which is also referred to as ceresin or earth wax (see. Journal of the Institute of Petroleum, Vol. 29, No. 240, 1943, pp 361-63).
Compared to the waxes of the paraffin wax group, these products have relatively small crystals and have a solidification point which is generally not below 71.degree. The needle penetration values mentioned above and those given below are determined using the Institute of Petroleum's method 1. P. - 49.46.
The mineral oils for cable impregnation mentioned in the patents mentioned and in the following are those which were generally known to cable manufacturers for the impregnation of paper-insulated electrical cables at the time of the application of said patent no. 581830. You are e.g.
B. in the collection of publications on insulating oils in the Journal of the Institution of Electrical Engineers, Part 1I, pp.3-64, Vol. <B> 90, </B> 1943 described critically. Their viscosity is between about <B> 11000 </B> Centistokes or more at 0 C and that of the so-called hollow-core cable oils with a viscosity of about 140 Centistokes at 0 C.
It has now been found that better impregnation mixtures for non-dripping cables can be obtained by combining microcrystalline petroleum wax with a synthetic hydrocarbon wax with low dielectric losses and a melting point in the range from 85 to 120 C. Under a wax with low dielectric Losses are understood as those whose loss factor at 100 C and 50 periods / sec. such as a field strength of 8 kV / cm is not more than 0.005.
The present invention relates to a method for producing an impregnating mixture containing microcrystalline petroleum wax, which is characterized in that a mixture containing microcrystalline petroleum wax and synthetic hydrocarbon wax melting between 85 and 120 ° C. with low dielectric loss is heated with homogenization.
The invention also relates to the use of a mixture obtained in this way with a content of said synthetic hydrocarbon wax of 1-40 percent by weight for the manufacture of fully impregnated, non-dripping, paper-insulated electrical cables.
A preferred example of a synthetic hydrocarbon wax of the type defined above is the commercial product Super Hard Wax No. 105. This wax has a melting point of 108 to 110 C and is a product of the Fischer-Tropsch process. Its mean molecular weight is around 600.
Another example of such a wax is the commercial product Alcowax. This is a polyethylene wax with a molecular weight of 2000-6000 and a melting point of about 110 ° C. and is manufactured by Allied Chemical and Dye Corporation in Buffalo, N.Y., USA.
The use of such a synthetic wax results in a mixture whose melting point is significantly higher than expected. Accordingly, by using the synthetic wax, a mixture based on microcrystalline petroleum wax can be obtained, which is suitable for the production of cables which can work at higher temperatures, and if desired a microcrystalline petroleum wax can be used, that or a part it melts below 80 ° C.
The synthetic wax can also be used to obtain impregnation mixtures that contain low-melting microcrystalline petroleum wax and have approximately the same melting point as those whose wax content consists entirely of microcrystalline wax with a melting point of 80 ° C. or higher.
The amount of the synthetic, low-loss hydrocarbon wax present in the impregnation mixture according to the invention can be about 1-40% of the weight of the total mixture. It depends on the amount and the melting point of the microcrystalline petroleum wax, the type of mineral oil for cable impregnation (if such is used) and of course the shape of the cable and the conditions under which it is to work. In general, the proportion of synthetic wax will increase as the melting point of the microcrystalline wax decreases.
As already mentioned, the preferred wax is the brand name Super Hard Wax # 105. Alcowax is preferably only used in combination with a larger proportion of the aforementioned synthetic wax, the Alcowax content of the impregnation mixture suitably not exceeding 15 percent by weight.
Depending on the nature, in particular the viscosity-temperature behavior of the oil and other mixture components (if present), the total wax content can vary between 20 and 100 percent by weight of the total mixture; if the total wax content is at the lower end of the specified range, that is between 20 and 2519 / o, the oil used should have a viscosity of less than 600 Redwood seconds at 60 C.
However, the total wax content is preferably between 25 and 60%, and the viscosity / temperature characteristic of the oil used is such that the mixture has a sufficiently low shear strength that the cable impregnated with it even at low temperatures without Risk of breakage of the fibrous dielectric can be laid.
It has been found that the increase in the melting point of impregnation mixtures based on microcrystalline petroleum wax through the use of a synthetic hydrocarbon wax with a melting point range of 85-120 C as partial replacement of the microcrystalline wax is greater than taking into account the extent of the replacement and the higher Melting point of the replacement material would be expected. The increase per set unit is most pronounced in the lower range and falls off with an increasing proportion of synthetic wax. This can be seen from the curves shown in the drawing.
In the coordinate system of the accompanying drawing, the numbers 0-10 plotted on the ordinate relate to curve C and mean ratio numbers that are obtained when one considers the increase in the melting point resulting from the addition of synthetic wax of melting point 108 C to microcrystalline petroleum wax of m.p. 80 C results (curve A), through the increase in melting point, which results from the addition of microcrystalline petroleum wax of m.p. 90.5a C to microcrystalline petroleum wax of m.p. 80 C (curve B), divided. The numbers on the abscissa (0-100) are percentages.
In the case of curve A, the percentage synthetic wax of m.p. 108 C and in the case of curve B the percentage of microcrystalline petroleum wax of melting point 90.5 C. Curve A shows how the melting point of a mixture containing a microcrystalline petroleum wax with a melting point of 80 C and a low-loss synthetic hydrocarbon wax with a melting point of 108 C (Super Hard Wax No. 105) varies with the content of this synthetic wax.
For comparison purposes, curve B shows the change in melting point of a mixture containing a microcrystalline petroleum wax with a melting point of 80 ° C. and a microcrystalline petroleum wax with a melting point of 90.5 ° C. in varying amounts. From curve B it can be seen that a mixture containing the same amounts of the microcrystalline petroleum waxes with a melting point of 80 ° C. and 90.5 ° C. melts at 86.7 ° C., which corresponds approximately to the average melting point of 85 ° C. of the two components.
It can be seen from curve A that a mixture containing the same amounts of microcrystalline petroleum wax with a melting point of 80 ° C. and low-loss synthetic hydrocarbon wax with a melting point of 108 ° C. has a melting point of 106 ° C., which is compared to the average melting point of the components of 94 ° C. Difference of 12 C. It can also be seen that when the proportion of synthetic wax reaches about 20%, the curves <I> A </I> and <I> B </I> run approximately parallel to one another.
From curve C, which is obtained by plotting the ratios of the increase in melting point of curves <I> A </I> and <I> B </I> against the percentage, it can be seen that the unexpected increase in melting point as a result of the addition of synthetic wax is most pronounced with additions of a few percent and drops rapidly up to an additional amount of around 20%,
where then the curve becomes flat. Therefore, if you want to achieve an increase in the melting point, especially at low cost, the amount of the low-loss synthetic hydrocarbon wax in the impregnation mixture will preferably not be higher than 20 percent by weight.
In addition to these main components, the microcrystalline petroleum wax and the mentioned syn thetic wax and the mineral oil for cables impregnation, the inventive impregnation mixture can still smaller proportions of one or more plasticizers such. B. polyisobutylene, colophony, polyethylene and butyl rubber.
The amount of plasticizer added depends on the desired properties of the impregnation mixture and the specific plasticizer or agents and is determined experimentally as required. It should be mentioned, for example, that you can add up to 1 percent by weight of the mixture of polyisobutylene with a molecular weight of about 80,000 to increase the viscosity of the mixture in the liquid phase, but you can add up to 5 percent by weight of polyethylene with a molecular weight of about 3000 or up to 5 weight add percent butyl rubber.
When using rosin as a plasticizer, this can be added in amounts of up to 30% of the mixture. If two or more plasticizers are used at the same time, the amount of one will depend on the amount of the other.
Small amounts, namely 0.01-1.0%. other additives such as antioxidants and metal binding agents (deactivators) can also be added if necessary.
An example of the former is ss-naphthylamine, which can be added to the mixture in amounts of up to 0.2% by weight, while N, N'-disalicylidene-ethylenediamine in amounts of up to 0.02% is an example of the latter .
The impregnation mixes can be made by simply adding the required amounts of microcrystalline petroleum wax and low-loss synthetic hydrocarbon wax and, which will mostly be the case, mineral oil for cable impregnation about 2-4. Heated to 120-130 ° C. for hours while stirring. This can be done under an inert atmosphere, e.g. B. nitrogen, take place, but not necessarily because the components are resistant to oxidation. If desired, polyethylene and or colophony can be used as a plasticizer without difficulty.
However, if you want to add polyisobutylene with a high molecular weight and 'or butyl rubber, this should be done in the form of a premix of one or both components in the microcrystalline petroleum wax or another suitable wax. Microcrystalline wax containing polyisobutylene is commercially available under the name Mycroply 30.
The following examples describe mixtures based on microcrystalline petroleum wax, as can be found in the manufacture of paper-insulated electrical cables that do not drip off.
EMI0003.0099
<I> Example <SEP> 1 </I>
<tb> Microcrystalline <SEP> petroleum wax
<tb> (melting point <SEP> 80 <SEP> C, <SEP> needle penetration <SEP> 17 <SEP> at <SEP> 25 <SEP> and
<tb> over <SEP> 200 <SEP> at <SEP> <B> 60 </B> <SEP> C) <SEP> 99 <SEP> parts by weight
<tb> Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> No. <SEP> 105 <SEP> 1 <SEP> Part by weight This mixture, which is homogenized by heating, melts at 85 C and is suitable for cables whose conductors have an operating temperature of up to 70 C, provided that the cable is heated prior to excessive bending.
It should be noted that the increase in melting point due to the presence of 1 "/ o of the synthetic wax is about 6.25 / o.
EMI0004.0005
<I> Example <SEP> 2 </I>
<tb> Microcrystalline <SEP> petroleum wax
<tb> (Melting point <SEP> 88 <SEP> C, <SEP> Penetration <SEP> 5 <SEP> at <SEP> 25 <SEP> C
<tb> and <SEP> 35 <SEP> with <SEP> 70 <SEP> C) <SEP> 45 <SEP> parts by weight
<tb> Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> No.
<SEP> 105 <SEP> 5 <SEP> parts by weight
<tb> Oil <SEP> for <SEP> oil-filled <SEP> cables <SEP> (viscosity
<tb> 140 <SEP> Centistokes <SEP> at <SEP> 0 <SEP> C
<tb> and <SEP> 7.3 <SEP> Centistokes <SEP> at <SEP> 60 <SEP> C) <SEP> 50 <SEP> parts by weight The mixture homogenized by heating has a melting point of 89 C and is suitable for Cables that work at conductor temperatures of up to about <B> 750C </B>. Here is the increase in melting point due to the replacement of part of the microcrystalline petroleum wax with synthetic 911C wax (a mixture of 50 parts by weight of the petroleum wax and 50 parts by weight of the oil mentioned melts at 80 C), i.e. the melting point is increased by 11%.
EMI0004.0010
<I> Example <SEP> 3 </I>
<tb> Microcrystalline <SEP> petroleum wax
<tb> like <SEP> in the <SEP> example <SEP> 2 <SEP> 40 <SEP> parts by weight
<tb> Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> No. <SEP> 105 <SEP> 15 <SEP> parts by weight
<tb> Cable oil <SEP> according to <SEP> example <SEP> 2 <SEP> 45 <SEP> parts by weight By heating these substances, a mixture that melts at 96 C is obtained, which is suitable for cables whose conductors are at temperatures up to approx 85 C works. A mixture of 55 parts by weight of the same petroleum wax and 45 parts by weight of the oil melts at 81 ° C., so that the increase in melting point by replacing 15 parts by weight of the petroleum wax with the synthetic wax is 15 ° C. or 18.5 .
EMI0004.0012
<I> Example <SEP> 4 </I>
<tb> Microcrystalline <SEP> petroleum wax
<tb> like <SEP> in the <SEP> example <SEP> 1 <SEP> 30 <SEP> parts by weight
<tb> Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> No. <SEP> 105 <SEP> 30 <SEP> parts by weight
<tb> Cable oil <SEP> according to <SEP> example <SEP> 2 <SEP> 40 <SEP> parts by weight The mixture homogenized by heating melts at 98 C and is suitable for cables with conductor temperatures of up to 87 C.
A mixture of 60 parts by weight of the petroleum wax and 40 parts by weight of the cable oil melts at 75 C, so that the increase in melting point as a result of the replacement of half of the petroleum wax with the synthetic wax is 23 C or 31%.
EMI0004.0018
<I> Example <SEP> 5 </I>
<tb> Microcrystalline <SEP> petroleum wax
<tb> according to <SEP> example <SEP> 1 <SEP> 23 <SEP> parts by weight
<tb> Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> No. <SEP> 105 <SEP> 23 <SEP> parts by weight
<tb> Alcowax <SEP> (molecular weight <SEP> 2000) <SEP> 14 <SEP> parts by weight
<tb> Cable oil <SEP> according to <SEP> example <SEP> 2 <SEP> 40 <SEP> parts by weight This mixture, homogenized in the heat, melts at 98 C and is suitable for cables that work at a conductor temperature of up to 87 C. It offers significant advantages over a mixture of 60 parts by weight of the petroleum wax and 40 parts of the cable oil, which melts at 73 C.
EMI0004.0021
<I> Example <SEP> 6 </I>
<tb> Microcrystalline <SEP> petroleum wax
<tb> (melting point <SEP> 75 <SEP> C) <SEP> 80 <SEP> parts by weight
<tb> Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> No. <SEP> 105 <SEP> 20 <SEP> parts by weight The mixture, which is homogenized by heating, melts at 93 C, although the melting point of the microcrystalline petroleum wax is only 75 C. . It is suitable for cables with a conductor temperature of up to 80 C.
EMI0004.0023
<I> Example <SEP> 7 </I>
<tb> Microcrystalline <SEP> petroleum wax
<tb> from <SEP> melting point <SEP> 75 <SEP> C <SEP> 65 <SEP> parts by weight
<tb> Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> No. <SEP> 105 <SEP> 5 <SEP> parts by weight
<tb> Cable filling oil <SEP> according to <SEP> example <SEP> 2 <SEP> 30 <SEP> parts by weight The mixture homogenized by heating melts at 76 C and is suitable for cables that work at conductor temperatures of up to 65 C. It is equivalent to a mixture of 30 parts by weight of such an oil and 70 parts by weight of the microcrystalline petroleum wax according to Example 1, i.e. with a melting point of 80 C.