CH674277A5

CH674277A5 -

Info

Publication number: CH674277A5
Application number: CH322187A
Authority: CH
Inventors: Ferdinand Dr Rer Nat Hanisch; Richard Winter
Original assignee: Kabelmetal Electro Gmbh
Priority date: 1986-09-20
Filing date: 1987-08-21
Publication date: 1990-05-15
Also published as: GB8722003D0; DE3632091C2; GB2195348B; FR2604179A1; FR2604179B1; GB2195348A; DE3632091A1

Description

BESCHREIBUNG Die vorliegende Erfindung betrifft eine halogenfreie und durch Füllstoffe schwer entflammbare Umhüllung für langgestrecktes Gut, wie elektrische Kabel, Rohrbündelkabel oder Rohrleitungen, auf der Grundlage eines extrudierbaren und vernetzbaren Kunststoffes. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemässen Umhüllung.

Schwer entflammbare Mischungen zur Herstellung der unterschiedlichsten Produkte werden auf vielen technischen Gebieten gefordert. So soll beispielsweise die Isolierung elektrischer Kabel und Leitungen aus Polyvinylchlorid unbrennbar sein, wenn solche Kabel oder Leitungen in Bergwerken, auf Schiffen oder in anderen feuergefährlichen oder feuergefährdeten Anlagen Verwendung finden. Weichmacherfreies Polyvinylchlorid ist zwar unbrennbar, für die Herstellung elektrischer Kabel und Leitungen jedoch nicht geeignet. Zu diesem Zweck ist es daher üblich, weichmacher-haltiges Polyvinylchlorid zu verwenden, das noch als flammwidrig bezeichnet werden kann.

Diese Eigenschaft erhält es durch das bei der Hitze der Verbrennung freiwerdende Chlorwassergas, das bei der Zersetzung der Isolierung aus dem Polyvinylchlorid entsteht und die entstehende Flamme zum Erlöschen bringt. Nachteilig hierbei sind die bekannten Folgeschäden, die sich dadurch ergeben, dass der bei Erwärmung abgespaltene, gasförmige Chlorwasserstoff sich mit Wasser oder Wasserdampf zu Salzsäure verbindet, die Metalle, Beton oder sonstige Gegenstände anätzt oder zerstört. Im Bemühen, solche Nachfolgeschäden zu unterbinden, hat man bereits vorgesehen (DE-OS 1769 343), den polymeren Werkstoffen zur Bindung der unter Wärmeeinwirkung abgespaltenen flüchtigen Säuren sehr feinteiligen säurebindenden Füllstoff mit einer mittleren Korngrösse unter 150 Jim zuzugeben. Dieses bekannte Verfahren hat sich in der Praxis nicht durchsetzen können.

Man ist deshalb inzwischen zu halogenfreien Basismaterialien übergegangen, die man durch flammwidrige halogenfreie Zusätze schwer entflammbar einstellt. Bekannt ist in diesem Zusammenhang eine flammwidrige halogenfreie Polymermischung (DE-OS 2 809 294), die eine definierte Menge an Aluminiumoxihydrat enthält. Als Basismaterialien werden hierbei Kautschuke oder kautschukartige Werkstoffe verwendet, die nach der Verarbeitung zum Endprodukt durch Wärmeeinwirkung chemisch vernetzt werden. Eine solche chemische Vernetzung wird in den sog. kontinuierlichen Vulkanisationsanlagen (CV-Anlagen) seit Jahren praktiziert. Hierbei wird das zu vernetzende Gut, z. B. in Form einer Kettenlinie, in einem entsprechenden mit Dampf oder Schutzgas gefüllten Rohr geführt. Mit zunehmenden Querschnitten, z. B. eines elektrischen Kabels, und damit wachsender Steifigkeit eines solchen Produktes wird diese Art der Vernetzung jedoch immer problematischer. Schäden an der Umhüllung, etwa der Isolierung oder des Mantels eines Kabels durch Berührung des durch die CV-Anlage hindurchgeführten Produktes mit der Wandung der Rohrführung sind nicht immer auszuschliessen.

Bekannt ist ferner, dass sich eine Reihe von Polymeren, die grundsätzlich geeignet sind, daraus Mischungen für Umhüllungen von Kabeln und Leitungen herzustellen, mit organischen Silanen vernetzen lassen. Dabei kommen die unterschiedlichsten Verfahrensvarianten in Betracht, die alle tatsächlich auch in der Praxis angewendet werden. Bei der Anwendung dieser Techniken auf Mischungszusammensetzung mit den üblichen Füllstoffen treten jedoch kaum überwindbare Probleme dadurch auf, dass die mit den Füllstoffen eingebrachten Feuchtigkeitsmengen die Vernetzungsreaktionen zu früh und unkontrolliert einleiten.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zugrunde, eine halogenfreie und schwer entflammbare Umhüllung zu schaffen, die auch für grössere Ummantelungs-Querschnitte problemlos hergestellt werden kann, die aber auch den mechanischen und, falls erforderlich, gleichzeitig den elektrischen Forderungen auf dem jeweiligen Einsatzgebiet genügt, und deren Herstel-lungs- und Verarbeitungstechnologie die o.g. Nachteile aus-schliesst.

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Die erfindungsgemässe Umhüllung entspricht den kennzeichnenden Merkmalen in Anspruch 1 und das erfindungs- , gemässe Verfahren zur Herstellung der Umhüllung ent- j spricht den kennzeichnenden Merkmalen in Anspruch 7.

Durch die so drucklose Silanverbindung sind auch Pro- j dukte grösserer Querschnitte problemlos zu isolieren oder zu ; ummanteln, ohne aufwendige CV-Anlagen verwenden zu müssen. Die vorgesehene Verschnittkombination erlaubt einen ausreichenden, flammwidrigen Füllstoffanteil ohne sonstige, insbesondere nicht elektrische oder mechanische, Qualitätseinbussen.

Als für die Zwecke der Erfindung besonders geeignete Ver-j Schnittkomponenten des Ethylen-Propylen-Kautschuks j haben sich Copolymere des Polyethylens erwiesen, mit extrem niedriger Dichte, beispielsweise von weniger als 0,915 g/cm3. Das Copolymere des Ethylens weist zweckmässig einen Comonomeranteil bis zu 35 Gewichts-% auf. j

Das Verschnittverhältnis der Basiskomponenten, d. h. von ì Ethylen-Propylen-Kautschuk zu Ethylen-Copolymeren bzw. ; VLDPE, wird vorzugsweise zwischen 40 :60 und 60 :40 | betragen. Zur Erzielung der geforderten Flammwidrigkeit ; werden die entsprechenden Füllstoffe dem Basis verschnitt in; einer Menge von 80 bis 180 Teilen, vorzugsweise 90 bis 120 Teilen, bezogen auf 100 Teile Basisverschnitt, zugegeben.

Die Forderung nach einer halogenfreien und schwer entflammbaren Isolierung eines Kabels läuft der gleichzeitigen j Forderung nach guten elektrischen Eigenschaften entgegen. Dieses Problem löst Anspruch 6 durch den gleichzeitigen Einsatz weiterer Polymere. Kombiniert werden die besonders guten elektrischen Eigenschaften der Ethylen-Propylen-Kautschuk-Komponente (EPR) mit den hohen mechanischen Werten der Copolymere bzw. des VLDPE, sowie der guten Füllbarkeit aller Komponenten.

Zweckmässig kann es ferner sein, dem Material weitere Polymere, Additive, wie Stabilisatoren gegen thermische Alterung, gegen den Einfluss energiereicher Strahlen usw. sowie Verarbeitungshilfen, wie Gleitmittel, Dispergatoren und Weichmacher und/oder Farbzusätze beizumischen.

Die Herstellung einer solchen geeigneten Mischung kann so vor sich gehen, dass das Verschneiden der Komponenten, die Einbringung der Füllstoffe und der sonstigen Zusätze, der Verarbeitungshilfen, des Kondensationskatalysators und die ; Pfropfung der Silane auf die Verschnittkomponenten in geeigneter Weise verfahrensmässig getrennt werden. In einem weiteren Verfahrensschnitt nach entsprechender Lagerung eines hergestellten Granulates erfolgt die Ausformung zum Endprodukt, das schliesslich zum Zwecke der Vernetzung einer Wasserlagerung oder lediglich der Lagerung an feuchter Luft ausgesetzt wird.

Vorteilhaft ist es, wenn die zu pfropfenden Verschnittkomponenten zunächst jede für sich allein oder auch zusammen, aber ohne die Gegenwart der Füllstoffe, mit den Organosi-lanen gepfropft werden und anschliessend das gepfropfte Material mit dem flamm widrig machenden Füll Stoff sowie den weiteren Zusätzen und üblichen Verarbeitungshilfen gemischt, aufgeschmolzen sowie im gleichen oder nachgeschalteten Arbeitsgang ausgeformt wird.

Ein solches Verfahren hat den Vorteil, dass auch flamm-widrig machende Füllstoffe verwendet werden können, die bei erhöhten Temperaturen, etwa den Pfropftemperaturen von über 180°C, zerfallen oder Spaltprodukte bilden, die ihrerseits wiederum den Pfropf- oder anschliessenden Vernetzungsvorgang unkontrolliert stören.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dienen die nachfolgenden Mischungsbeispiele.

Beispiel I stellt eine besonders geeignete Mischungszusammensetzung dar.

Beispiel I

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Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPR) Ethylen-Vinylacetat-Copolymer

(Monomeranteil 20 Gew.-%) Füllstoffe als Flammschutz (Aluminiumoxidhydrat)

Silan (Vinyltrimethoxisilan)

Peroxid

Kondensationskatalysator

(Dibutylzinndilaurat)

Weichmacher (Naphten Öl) Gleitmittel, Verarbeitungshilfen

(Wachs)

Stabilisator (TMQ-Tetramethyldhydrochinolin)

50 Gewichtsteile

100 Gewichtsteile 2 Gewichtsteile 0,05 Gewichtsteile

0,05 Gewichtsteile 10 Gewichtsteile

5 Gewichtsteile

0,4 Gewichtsteile

Einen möglichen Verfahrensweg veranschaulicht das Aus-führungsbeispiel:

Beispiel II

A: Ethylen-Propylen-Kautschuk

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(EPR)

45

Gewichtsteile

Silan

2

Gewichtsteile

Peroxid

0,05

Gewichtsteile

30

Pfropfen des EPR

B: Ethylen-Vinilacetat-Copolymer

(EVA)

(Monomeranteil 20 Gew.-%)

100

Gewichtsteile

Silan

2

Gewichtsteile

35

Peroxid

0,04 Gewichtsteile

Pfropfen des Copolymeren

C: Füllstoffbatch

5 Teile EPR, 5 Teile EVA

10

Gewichtsteile

40

Aluminiumoxidhydrat

120

Gewichtsteile

Weichmacher

10

Gewichtsteile

Verarbeitungshilfen

5

Gewichtsteile

Stabilisator

0,8

Gewichtsteile

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Compoundieren des Batch

D: A

60

Gewichtsteile

B

40

Gewichtsteile

C

150

Gewichtsteile

50

Katalysator (ggf. als Batch)

0,05 Gewichtsteile

Mischer

55

60

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Dieses Ausführungsbeispiel ist insbesondere in all den Fällen vorzuziehen, bei denen flammwidrig machende Füllstoffe verwendet werden, die, wie beispielsweise das Aluminiumoxidhydrat, bei erhöhten Temperaturen Wasser abspalten.

Hier wird man so vorgehen, dass man die Verschnittkom-ponenten zunächst jede für sich mit dem Silan pfropft und dann die gepfropften Komponenten zusammen mit dem Füllstoffbatch (C) mischt, etwa in einem Kaltmischprozess, oder bereits dosiert dem Trichter eines Verarbeitungsextruders zuführt. Das Aufschmelzen, Homogenisieren und Ausformen kann in diesem einen Arbeitsschritt erfolgen, die

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Vernetzung des ausgeformten Mantels, der Isolierung oder nommen oder einfach dadurch, dass das Produkt der Luft-dergl. wird durch anschliessende Wasserlagerung vorge- feuchtigkeit über längere Zeit ausgesetzt wird.

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Claims

674 277 PATENTANSPRÜCHE

1. Halogenfreie und durch Füllstoffe schwer entflammbare Umhüllung für langgestrecktes Gut, auf der Grundlage eines extrudierbaren und vernetzbaren Kunststoffes, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis des Kunststoffes ein Verschnitt ist aus Ethylen-Propylen-Kautschuk und Polyethylen oder einem seiner Copolymere, wobei der Polymerverschnitt mit einem flammwidrig machenden Füllstoff gefüllt und durch aufgepfropfte ungesättigte Organosilane durch Feuchtigkeitseinwirkung vernetzbar ist.

2. Umhüllung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Copolymere des Ethylens einen Comonomeranteil bis zu 35 Gew.-% aufweist.

3. Umhüllung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyethylen eine Dichte von weniger als 0,915 g/cm3 aufweist.

4. Umhüllung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschnittverhältnis von Ethylen-Propylen-Kautschuk zu Ethylen-Copolymeren bzw. Polyethylen niederer Dichte (VLDPE) 40 :60 bis 60 :40 Gewichtsteile beträgt.

5. Umhüllung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff den flammwidrig machenden Füllstoff in einer Menge von 80 bis 180 Gewichtsteilen, vorzugsweise 90 bis 120 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile Basisverschnitt, enthält.

6. Umhüllung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschnitt weitere Polymere, Additive, Verarbeitungshilfen und/oder Farbzusätze enthält.

7. Verfahren zur Herstellung der Umhüllung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Verschnittkomponenten zunächst für sich mit den Orga-nosilanen gepfropft wird und anschliessend die Komponenten mit dem flammwidrig machenden Füllstoff sowie weiteren Zusätzen und Verarbeitungshilfen gemischt werden, wobei in einem nachgeschalteten Arbeitsgang ausgeformt und schliesslich durch Feuchtigkeitseinwirkung vernetzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der flammwidrig machende Füllstoff in Form einer hochkonzentrierten Mischung (Füllstoffbatch) den Verschnittkomponenten zugemischt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischen der Verschnittkomponenten mit dem Füllstoffbatch und weiteren Zusätzen, das Aufschmelzen sowie das Ausformen zur Umhüllung in einem Arbeitsgang erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der für die Feuchtigkeitsvernetzung notwendige Kondensationskatalysator als Batch unmittelbar vor dem Arbeitsgang Ausformen zugegeben wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, dass als flammwidrig machende Füllstoffe Aluminiumoxidhydrate verwendet werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, dass als flammwidrig machender Füllstoff Magnesiumhydroxid allein oder im Verschnitt mit Aluminiumoxidhydrat verwendet wird.