CH686076A5

CH686076A5 - Metallisierte Kunststoffolie und Verwendung in Ummantelungen von elektrischen Kabeln.

Info

Publication number: CH686076A5
Application number: CH50994A
Authority: CH
Inventors: Johannes Dr Weiss
Original assignee: Renker Gmbh & Co Kg
Priority date: 1993-02-27
Filing date: 1994-02-21
Publication date: 1995-12-29
Also published as: DE4306123C1

Description

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Beschreibung

Gegenstand der Erfindung ist eine beidseitig metallisierte Kunststoffolie, deren Wasserdampfdurchlässigkeit extrem niedrig ist, so dass sie als Wasserdampfsperre in Kabelummantelungen verwendbar ist.

Für die Korrosionsbeständigkeit von elektrischen Kabeln ist es wichtig, dass die Ummantelung nicht nur elektrisch isolierend wirkt, sondern auch eine möglichst geringe Wasserdampfdurchlässigkeit aufweist. Kabelummantelungen haben in der Regel einen mehrschichtigen Aufbau mit abwechselnd elektrisch isolierenden Schichten, elektrisch leitenden Schichten und Schichten zum Aufbau von Abschirm-wirkung. Es ist auch bekannt, in derartige Ummantelungen Schichten einzuschliessen, die als Wasserdampfsperre wirken.

DE-A 2 615 158 richtet sich auf eine in Längsrichtung wirkende Feuchtigkeitssperre für elektrische Stromleitungskabel, bei denen die Kabelseele von einer Isolierschicht umgeben ist. Auf jeder Seite der Isolierschicht ist eine halbleitende Schicht angeordnet. Dann schliessen sich in radialer Richtung nach aussen die in Längsrichtung wirkende Feuchtigkeitssperre und ggf. eine Schicht aus einem Korrosionsschutzlack an. Danach folgen die metallische Abschirmung und eine die Haftung der Aussenisolierung verbessernde Haftlackschicht. Die in Längsrichtung wirkende Feuchtigkeitssperre ist eine auf der Innenfläche des metallischen Schirmes aufgetragene Schicht aus einem wärmeschmelzenden Gemisch und eine Folge von Ringen im Abstand voneinander aus demselben Gemisch. In Drahtwelt 2/90, S. 73-77 sind Abschirmmaterialien für Kabel und Leitungen aus Kunststoff/Metallverbundmaterialien beschrieben. Es kann sich um kaschierte Verbundmaterialien handeln, beispielsweise eine 23 um Polyesterfolie mit beidseitig aufkaschierten 9 um dicken Aluminiumschichten und einer 25 um dicken Copolymerschicht auf einer Seite, die dazu dient, die Folie mit einem Dielektrikum zu versiegeln.

Aus DE-A 2 913 055 ist ein Kabel mit einem Kunststoffmantel bekannt, mit einer in radialer Richtung des Kabels diffusionshemmenden Schicht im Bereich des Mantels. Diese Schicht ist auf beiden Seiten in Längsrichtung nicht durchgehend ausgebildet, sondern nur abschnittsweise in Form von Metallschichten, so dass sich nur in geringen Überlappungsbereichen auf beiden Seiten der Kunststoffolie Metall befindet. Die Metallschicht ist so ausgebildet, dass sich verschiedene Metallfolienabschnitte im Kabel nicht berühren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Folie zu schaffen, die in Kabelummantelungen verwendet werden kann und die als Wasserdampfsperre und/oder Abschirmung gegen elektromagnetische Strahlung wirkt und gleichzeitig eine leitfähige Oberfläche aufweist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine metallisierte Kunststoffolie mit auf ihren beiden Hauptoberflächen angeordneten Metallschichten und einer Schutzschicht auf der Metallschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschichten eine Dicke von 30 nm bis 100 nm aufweisen und auf beiden Metallschichten pigmentierte Schutzschichten mit elektrisch ieitfähigen Pigmenten vorhanden sind, wobei der spezifische elektrische Oberflächenwiderstand der Verbundfolie < 104 Ohm/Flächeneinheit beträgt.

Vorzugsweise beträgt der spezifische elektrische Oberflächenwiderstand der Folie oder Verbundfolie von 0,5 bis 1000 Ohm/Flächeneinheit.

Diese hohe Oberflächenleitfähigkeit auf beiden Hauptoberflächen wird erreicht durch die Kombination von aufgedampften oder durch Kathodenzerstäubung aufgebrachten Metallschichten mit einer Deckschicht, die ein oder mehrere elektrisch leitfähige Pigmente in Mengen von 5-30 Vol.-% enthält.

Geeignete Metalle für die Metallschicht sind Aluminium, Kupfer, Nickel, Zink, Silber, Eisen und Legierungen dieser Metalle.

Als elektrisch leitende Pigmente können in der Deckschicht Metalle, Metallegierungen, Metalloxide, Metallnitride, Metallcarbide, Russ oder Graphit verwendet werden.

Die Grösse der Pigmentteilchen in der Deckschicht beträgt vorzugsweise 5-25 um. Als besonders günstig hat es sich im Falle von Metallpigmenten erwiesen, wenn das Metall der Metallschicht und das Pigment in der Deckschicht chemisch möglichst nahe verwandt oder identisch sind, weil dadurch das Risiko von Lokalelementbildung verringert ist. Der Pigmentanteil in der Deckschicht kann 5-30 Vol.-% betragen. Teilchengrösse des Pigmentes, Pigmenttyp und Pigmentgehalt werden auf das Bindemittel der Deckschicht so abgestimmt, dass gute Haftung des Decklackes auf der Metallschicht und der erforderliche niedrige Oberflächenwiderstand erreicht werden.

Geeignete Bindemittel für die Deckschicht sind übliche Bindersysteme, wie z.B. Harze auf Basis von Acrylat, Methacrylat, Polyester, Polyurethan, Polyvinylacetat, Polyamid, Nitrocellulose, Polyvinylalkohol, Celluloseacetat, Celluloseacetobutyrat, Celluloseacetopropionat sowie deren Copolymere. Darüber hinaus geeignet sind lösliche Copolymere mit Vinylchlorid, Styroi oder Maleinsäureanhydrid.

In der Deckschicht können neben dem Pigment auch noch übliche Hilfsstoffe wie UV-Stabilisatoren, Oxidationsschutzmittel vorhanden sein.

Die Deckschicht kann durch übliche Auftragsverfahren, die das Aufbringen relativ dünner Schichten erlauben, aufgebracht werden. Druckverfahren haben sich als bevorzugt geeignet erwiesen.

Geeignete Trägerfolien sind z.B. Folien aus Polyester, insbesondere Polyethylenterephthalat, Polypropylen, Polyethylen, Polyvinylchlorid (PVC), Polyamid, Polyimid, Polyetheretherketon (PEEK), Polystyrol (PS), Polycarbonat, Polyetherimid (PEI), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polysulfon (PSU). Es können Folien mit Dicken von 6 um bis 150 um, vorzugsweise von 12 um bis 100 um verwendet werden.

Die erfindungsgemässen Verbundfolien aus Trägerfolie mit beidseitiger Metallschicht und darüber an2

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geordneter pigmentierter Schutzschicht oder Deckschicht haben eine geringe Wasserdampfdurchlässigkeit. Diese beträgt bei 38°C und 85% relativer Feuchte < 4,5 g/m2 x bar x d, vorzugsweise 0,3-4 g/m2 x bar x d, wobei die Foliendicke 25 |im ist. Durch die ausserdem vorhandene hohe Korrosionsbeständigkeit sind die Verbundfolien zur Verwendung als Wasserdampfsperren in Ummantelungen elektrischer Kabel besonders geeignet. Die beidseitige hohe Oberflächenleitfähigkeit der Verbundfolie hat bei dieser Verwendung zur Folge, dass die Folie gleichzeitig auch elektromagnetische Strahlung abschirmt, wenn eine Verbindung der Folienschicht mit Potential 0 beim Verlegen des Kabels hergestellt wird.

Beispiel 1:

Eine handelsübliche Kunststoffolie aus Polyethylenterephthalat mit einer Dicke von 23 ßm wird in einer Anlage zur Vakuummetallisierung unter einem Druck von 2 x 10~7 bar mit einer Geschwindigkeit von 300 m/min bei einer Temperatur von -15°C durch den Metallisierungsbereich geführt.

Im Metallisierungsbereich wird aus der Dampfphase Aluminium (Reinheit 99,5%) in einer ca. 0,05 um dicken Schicht auf einer Hauptfläche der Kunststoffolie abgeschieden.

Die zweite Hauptoberfläche wird in einem zweiten Durchgang durch die Anlage unter im wesentlichen gleichen Bedingungen mit Aluminium bedampft. Die Schichtdicke beträgt ebenfalls ca. 0,05 um. Vorzugsweise wird die zweite Hauptoberfläche erst nach einer Zwischenlagerung der einseitig metallisierten Folie von 24 h metallisiert.

Nach ein- und beidseitiger Metallisierung der Polyethylenterephthalatfolie wurde der spezifische elektrische Oberflächenwiderstand bestimmt.

Einseitig metallisierte Folie:

Metallseite: 0,9 Ohm/Flächeneinheit Rückseitig metallisierte Folie:

Vorderseite: 0,9 Ohm/Flächeneinheit

Rückseite: 0,9 Ohm/Flächeneinheit

Die Haftung der Metallschicht wurde per Tesatest geprüft.

Der Tesatest wird wie folgt durchgeführt:

Ein Tesafilm Typ 104 (Beiersdorf) wird in ca. 15-20 cm Länge vollflächig gegen die beschichtete Seite gepresst. Um einen wirklich vollflächigen, Kontakt ohne Blasen zu erhalten, wird die verklebte Fläche mehrmals durch Aufpressen des Daumens abgefahren. Dann wird der Tesafilm unter etwa konstanter Abzugsgeschwindigkeit im Winkel von 90" abgezogen. Beurteilt wird der Prozentsatz der Fläche der Be-schichtung, der mit dem Tesastreifen vom Substrat entfernt wurde. 0% sind ein sehr gutes, < 10% ein gutes Ergebnis. Die Akzeptanz oder Zurückweisung richtet sich nach der Anwendung.

Im konkreten Fall der Kabelummantelung muss das Ergebnis < 10% sein. Ähnliche Testprozeduren sind in ASTM D-3359-90 bzw. der europäischen Raumfahrtspezifikation PSS-01-713 beschrieben.

Anschliessend wird die beidseitig metallisierte Folie durch Beschichten der Metallschichten mit einem Acrylharzlack der 25% teilchenförmiges Aluminiumpigment (Teilchengrösse 5 um) mit einem Auftragsgewicht von 1,5 g/m2 (trocken) auf jeder Hauptoberfläche mit einer Schutzschicht versehen. Die Viskosität des Lackes wird durch Verdünnen mit Methylethyiketon auf 18-20 sec (bei 20°C) gemessen mit Fordbecher Nr. 4 eingestellt. Als Auftragswerk wird eine Rasterwalze mit einem 60er Raster, wie sie für Tiefdruck dient, verwendet. Die Arbeitsgeschwindigkeit beträgt 100 m/min. Die Lackschichten werden bei 80-100°C in einem Schwebetrockner getrocknet.

Nach dem Aufbringen der Schutzschichten beträgt der spezifische elektrische Oberflächenwiderstand der Folie 80 Ohm/Flächeneinheit.

Die Haftung der Schichten auf der Folie und aufeinander wird per Tesatest in der zuvor beschriebenen Weise geprüft und als gut (< 10%) beurteilt.

Die beidseitig metallisierte und lackierte Kunststoffolie hat eine Dicke von 25 (im.

Die Sperrwirkung gegenüber der Gasdurchlässigkeit wurde wie folgend geprüft:

Sauerstoffdurchlässigkeit bei: 23°C, 75% r. F. = 0,83 cm3/m2 x bar x d x 25 (im

Wasserdampfdurchlässigkeit bei: 38°C, 85% r. F. = 0,87 g/m2 x bar x d x 2 (im

Verwendung der erfindungsgemäss hergestellten Folie in Kabelummantelung:

Die so hergestellte Folie wird als spiralenförmig aufgewickelte Folie als Gassperre und zur Abschirmung elektromagnetischer Felder sowie zur Ableitung von Kriechströmen zwischen verschiedenen isolierenden Lagen um das Kabel gewickelt. Die so aufgebaute Kabelisolation macht die Kabel flexibler und leichter und schützt besser vor mechanischen Beschädigungen.

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Beispiel 2:

Eine handelsübliche Polyethylenterephthalatfolie mit einer Dicke von 23 (im wird, wie in Beispiel 1 beschrieben, beidseitig mit Aluminium metallisiert.

Anschliessend wird die beidseitig metallisierte Kunststoffolie durch Beschichten der Metallschichten mit einem Acryiharzlack der 25 Vol.-% Russ als Pigment (Teilchengrösse < 5 um) mit einem Auftragsgewicht von 1,5 g/m2 (trocken) auf jeder Hauptoberfläche mit einer Schutzschicht versehen. Die Viskosität des Lackes wird durch Zugeben von Methylethyiketon auf 18-20 sec (20°C) Fordbecher Nr. 4 eingestellt. Als Auftragswerk dient eine Rasterwalze (60er Raster).

Nach dem Aufbringen der Schutzschichten beträgt der spezifische elektrische Oberflächenwiderstand der Folie 60 Ohm/Flächeneinheit.

Die Haftung der Schichten auf der Folie und aufeinander wird durch Aufbringen eines Haftklebestreifens und Abschälen, wie in Beispiel 1 beschrieben, geprüft.

Beurteilung:

Beispiel 3:

Eine handelsübliche, 23 um dicke Polyethylenterephthalatfolie wird beidseitig, wie in Beispiel 1 beschrieben, metallisiert, wobei in Beispiel 3 als Metall Kupfer (Reinheit > 99%) verwendet wird.

Nach der Metallisierung der Polyethylenterephthalatfolie wurde der spezifische elektrische Oberflächenwiderstand auf den beiden metallisierten Hauptoberflächen bestimmt zu 0,4 Ohm/Flächeneinheit.

Die Haftung der Metallschichten wurde mittels eines Haftklebebandes, wie in Beispiel 1 angegeben, ermittelt.

Sauerstoffdurchlässigkeit: 0,17 cm3/m2 x bar x d x 25 um

Wasserdampfdurchlässigkeit: 0,05 g/m2 x bar x d x 25 (im

Anschliessend wird die beidseitig metallisierte iolie durch Beschichten der Metallschichten mit einem Acryiharzlack, der 25 Vol. Kupferpigment (Teilchengrösse 5-30 (im) mit einem Auftragsgewicht von 1,5 g/m2 (trocken) auf jeder Hauptoberfläche mit einer Schutzschicht versehen. Das Pigment wird dem Lackbindemittel als Reste zugesetzt. Die Auftragsgeschwindigkeit beträgt 100 m/min mit einer 60er Rasterwalze. Die Trocknung erfolgt in einem Schwebetrockner bei Temperaturen von 80-100°C.

Nach den Anforderungen der Schutzschichten beträgt der spezifische elektrische Oberflächenwiderstand auf den Hauptoberflächen 3000 Ohm/Flächeneinheit.

Sauerstoffdurchlässigkeit: 0,23 cm3/m2 x bar x d x 25 um

Wasserdampfdurchlässigkeit: 0,02 g/m2 x bar x d x 25 um

Claims

Patentansprüche

1. Metallisierte Kunststoffolie mit auf ihren beiden Hauptoberflächen angeordneten Metallschichten und einer Schutzschicht auf der Metallschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschichten eine Dicke von 30-100 nm und auf beiden Metallschichten pigmentierte Schutzschichten mit elektrisch leitfähigen Pigmenten vorhanden sind, wobei der spezifische elektrische Oberflächenwiderstand der Verbundfolie < 104 Ohm/Flächeneinheit beträgt.

2. Metallisierte Kunststoffolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der spezifische elektrische Oberflächenwiderstand der Folie von 0,5 bis 104 Ohm/Flächeneinheit beträgt.

3. Metallisierte Kunststoffolie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserdampfdurchlässigkeit der Folie < 4,5 g/m2 x bar x d bei 38°C, 85% rei. Feuchte beträgt.

4. Metallisierte Kunststoffolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht eine Dicke von 0,5 um bis 5 (im aufweist.

5. Metallisierte Kunststoffolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenanteil des/ der elektrisch leitfähigen Pigmentes in der Schutzschicht 5-30% beträgt.

6. Metallisierte Kunststoffolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunstoffolie aus Polyester, Polypropylen, Polyethylen, Polyvinylchlorid, Polyamid oder Polycarbonat ist.

7. Metallisierte Kunststoffolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht aus Aluminium, Kupfer, Nickel, Silber, Eisen oder Legierungen dieser Metalle ist.

8. Verwendung der metallisierten Kunststoffolie nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als Wasserdampfsperre für Ummantelungen von elektrischen Kabeln.

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