CZ20032182A3

CZ20032182A3 - Izolace drátů nebo kabelů

Info

Publication number: CZ20032182A3
Application number: CZ20032182A
Authority: CZ
Inventors: Giles Henry Rodway; Stuart Charles Steadman
Original assignee: Tyco Electronics Uk Limited
Priority date: 2001-03-14
Filing date: 2002-02-22
Publication date: 2003-11-12
Also published as: NO20034006L; NO20034006D0; YU72703A; IL157379A0; JP2004528681A; PL363623A1; WO2002073631A1; EP1371068A1; US20040079547A1; CA2439978A1; RU2003127406A; BR0208048A; MXPA03008156A; KR20040030531A; CN1496570A; HUP0303476A2

Description

Izolace drátů nebo kabelů

Oblast techniky

Vynález se týká izolace drátů nebo kabelů v elektrotechnice, kde izolační materiál obsahuje částečně polymery, což je hlavně polypropylén nebo kopolymer obsahující propylén s přídavným i stabilizátory, plnivy a jinými přísadami, které vytvářejí jeho složení s neočekávaně výhodnými vyváženými vlastnostmi.

Stav techniky

Již dlouho je cílem průmyslu výroby drátů a kabelů vyrobit pro praxi výhodnou, výkonnou izolaci založenou na polypropylénu. Byla by velmi užitečná např. pro automobilový průmysl, kde jsou vysoce žádanými charakteristikami potřebná tuhost, nízké náklady a recyklovatelnost polypropylénu. Další silnou pohnutkou pro takovouto změnu je snaha eliminovat polyvinylchlorid (PVC) z důvodu poškozování životního prostředí. Přes stále se zvyšující používání polypropylénu pro různé účely, jako je vstřikovací tváření atd., nenabyl dosud širšího použití jakožto izolace automobilových kabelů, a to pro svá některá kritická omezení. Jsou to tyto zásadní důvody: (i) napadení polypropylénu degradací výrobků z PVC, (ii) napadení polypropylénu kapalinami používanými v oblasti automobilů, (iii) extrakce antioxidantů z polypropylénu jinými materiály v přímém styku s ním, zvláště s polymerickými materiály používanými při zhotovení kabeláže, a (iv) nedostatečná teplotní stabilita pro dlouhodobé použití při vysokých teplotách.

Schopnost překonat tyto nevýhody by umožnila široké použití polypropylénu pro automobilní kabeláže, zvláště v oblasti motorů, kde jsou kabely po dlouhou dobu vystaveny vysokým teplotám (např. široce používaná 3.třída kabelů má požadavek vydržet 3000 hodin při teplotě 125° C), přičemž na ně působí olej, kapalina pro mytí čelního skla a jiné agresivní kapaliny. Navíc je pro takováto použití nezbytné, aby kabel vydržel styk se všemi běžně • · • · · · • · · · • · • · · ···· ·· • · <·· ······ ·

-2 používanými typy pásek (adhezivních nebo bez adheziv), trubkami, konektory, těsnícími prostředky a jinými alternativními opláštěními, přičemž výroba kabeláží, které by nepřicházely do styku s těmito komponenty, by nebyla ekonomická.

Podstata vynálezu

Vynález přináší izolaci drátů nebo kabelů, kde podstata vynálezu spočívá v tom, že izolace obsahuje alespoň 30% hmot., s výhodou alespoň 40% hmot. homo- a/nebo kopolymeru polypropylénu, a s obsahem alespoň 2% hmot., s výhodou alespoň 4% hmot. sirníku zinečnatého a/nebo alespoň 5% hmot., s výhodou alespoň 10% hmot. kysličníku zinečnatého, kde uvedená hmotnostní procenta jsou založena na celkovém složení izolace.

Vynález je též možno provést tak, že izolace obsahuje malé nebo žádné množství plniv hydratovaných retardérů hoření a v podstatě žádný merkaptobenzimidazol a kde většina hmotnosti nebo v podstatě všechny přítomné jakékoliv kopolymery propylénu jsou kopolymery propylénu s komonomery bez halogenu.

Vynález je též možno provést tak, že izolace má takový obsah sirníku a/nebo kysličníku zinečnatého, který je dostatečný pro alespoň 25%-ní (výhodně alespoň 50%-ní, ještě výhodněji alespoň 75%-ní) zvýšení doby tepelného stárnutí izolace ve styku s páskou nebo opláštěním z PVC bez praskání na ohybu po ochlazeni na pokojovou teplotu.

Vynález je též možno provést tak, že izolace má nízký nebo žádný obsah halogenu a obsahuje polymer polypropylénu nebo směs v úrovni alespoň 30% hmot., výhodně 30 až 50% hmot. nebo která má významný obsah halogenu a obsahuje polymer polypropylenu nebo směs v úrovni alespoň 40% hmot., výhodně alespoň 50% hmot.

Vynález je též možno provést tak, že izolace obsahuje alespoň 2% hmot., výhodně alespoň

4% hmot., výhodněji alespoň 6% hmot. souboru antioxidantů.

• · • · · ·

- J Vynález je též možno provést tak, že izolace obsahuje kopolymer polypropylénu s 10 až 30% hmot. kysličníku zinečnatého.

Vynález je též možno provést tak, že izolace obsahuje směs kysličníku zinečnatého a sirníku zinečnatého.

Vynález je též možno provést tak, že izolace obsahuje směs kopolymeru polypropylénu a jednu nebo více polymerických složek, výhodně etylén-propylénovou gumu nebo vinylacetát-etylénový kopolymer.

Vynález je též možno provést tak, že úroveň antioxidantů je vyšší než 2% hmot.

Vynález je též možno provést tak, že antioxidant obsahuje primární a sekundární antioxidanty v poměru v rozmezí od 1:0 až 1:10, s výhodou 1:1 až 1:4.

Vynález je též možno provést tak, že izolace obsahuje sirník zinečnatý a úroveň antioxidantů je vyšší než 2% hmot., přičemž sekundární antioxidant je vypuštěn (0%).

Vynález je též možno provést tak, že izolace obsahuje sirník zinečnatý bez přídavku deaktivátoru mědi.

Vynález je též možno provést tak, že izolace obsahuje méně než 7% hmot. halogenu, v podstatě žádný halogen, a obsahuje bezhalogenový retardér hoření v úrovních mezi 20 a 60% hmot.

Vynález je též možno provést tak, že polypropylén je nebo obsahuje homopolymer a/nebo propylén/etylénový kopolymer, s výhodou blokový kopolymer.

Vynález je též možno provést tak, že izolace obsahuje alespoň 30% hmot., výhodně alespoň 40% hmot. celého složení izolace homo- a/nebo kopolymeru polypropylénu a obsahuje též dostatek sirníku a/nebo kysličníku kovu, s výhodou sirníku a/nebo kysličníku zinečnatého, pro alespoň 25%-ní (s výhodou alespoň 50%-ní, výhodněji alespoň 75%-ní) • · · · • ·

-4zvýšení doby tepelného stárnutí izolace ve styku s páskou nebo opláštěním z PVC bez praskání na ohybu po ochlazení na pokojovou teplotu.

Příklady provedení vynálezu

U předloženého vynálezu bylo s ohledem na uvedené požadavky zlepšeno dosavadní omezené použití polypropylénu a bylo dosaženo jeho vysoce vyvážených vlastností. Překvapivě to bylo docíleno přidáním poměrně vysokých množství určitých anorganických materiálů, dodatečně k běžným antioxidantům. Těmito přísadami jsou símíky a/nebo oxidy kovů, zvláště sirník a/nebo kysličník zinečnatý. Mohou být použity i jiné cenově náročné kovy, jejichž sirníky a/nebo kysličníky jsou podle vynálezu užitečné, a vynález přímo zde uvádí hořčík, vápník, železo, hliník a cín.

Přísady simíků a/nebo oxidů jsou přítomny v úrovních vyšších než 1%, výhodně alespoň 2%, ještě výhodněji alespoň 4% hmotnosti celkové formulace. Zvláště sirníky kovů, výhodně sirník zinečnatý je přítomen v úrovních alespoň 2%, výhodně alespoň 4% hmotnosti a/nebo jsou přítomny kysličníky kovů, výhodně kysličník zinečnatý v množství alespoň 5%, výhodně alespoň 10% hmotnosti. Všechna zde uváděná složení jsou myšlena v hmotnostních procentech z celkového složení izolace. Její zbytek by měl být tvořen homopolymerem polypropylénu nebo výhodně kopolymerem obsahujícím propylén jako jeden z komonomerů, společně s jinými polymery podle potřeby, běžnými antiooxidanty, stabilizátory a pomocnými přísadami, retardéry hořlavosti (buď halogenovanými nebo bez halogenů) a jinými plnivy za účelem dosáhnout požadovaných vyvážených vlastností.

Polypropylén sám (homo- a/nebo kopolymer) nebo jeho směs s jinými polymery, jsou-li přítomny, s výhodou tvoří alespoň 30%, výhodněji alespoň 40%, a často alespoň 50% hmotnosti celého složení izolace. Ve složeních s nízkým obsahem halogenů nebo vůbec bez halogenů, kde se používají poměrně vysoké úrovně hydratovaných plniv jako retardérů hořlavosti, takových jako je hydroxid hliníku nebo hořčíku, tvoří polypropylénový' polymer nebo směs s výhodou alespoň 30% hmotnosti, např. 30 až 50% hmotnosti, ačkoliv je možno dosáhnout i vyššího obsahu polymeru. U halogenovaných složení, kde se používají menší « · • · · ·

- 5 množství hydratovaných plniv nebo žádná tato plniva, uvedený polymer nebo polymery tvoří s výhodou alespoň 40%, výhodněji alespoň 50% hmotnosti celkového složení izolace a často ještě více.

Preferují se složení s málo hydratovanými nebo v podstatě vůbec nehydratovanými plnivy retardérů hořeni a v podstatě bez merkaptobenzimidazolu a s vyšším hmotnostním obsahem kopolymeru propylénu nebo zcela tvořeným jakýmkoliv kopolymerem propylénu s komonomery bez halogenu.

Další výhodou v oblasti rozsahu předloženého vynálezu je přídavek sirníku kovu, zvláště sirniku zinečnatého, což snižuje nebo eliminuje potřebu běžného deaktivátoru kovů (mědi). Bylo také pozorováno, že použití sirníku kovu snižuje nebo eliminuje potřebu přídavku antioxidantů. Výhodných vlastností bylo dosaženo přídavkem samotného sirníku nebo kysličníku kovu do všech typů složení izolací, přičemž lze docílit dalšího výhodného složení kombinací sirníku i kysličníku kovu v tomtéž složení izolace, vždy výhodně s použitím výše uvedených úrovní jejich množství.

Dále jsou popsány příklady složení izolací podle vynálezu, které však neomezují jeho rozsah.

Příklad A

Toto složení obsahuje běžně komerčně dosažitelný polypropylén (etylén-propylénový kopolymer) s 5% hmot. sirníku kovu, 6% hmot. souboru antioxidantů s obsahem primárního a sekundárního antioxidantů, jakož i soubor retardérů hoření s halogeny v množství 21% hmotnosti, kde obsah brómu ve složení je kolem (ale ne více než) 13% hmot. Směs je možno mísit běžným výrobním zařízením, jako je dvojité šroubovicové mísidlo nebo mísidlo s vnitřním směšováním jednotlivých složek. Hmota může být nanášena protlačováním na čistě měděné vodiče při poměrně nízké tloušťce stěny izolace, např. 0,2 až 0,3 mm.

Vzorky byly podrobeny urychlenému stárnutí po dobu 240 hodin při teplotě 150° C ve styku s množstvím PVC-pásek běžně používaných při provádění kabeláží. Nebyl-li přidán do • · · · • ·

- 6 složení sirník zinečnatý, vzorky při ochlazování po vyjmutí z prostředí urychleného tepelného stárnutí praskaly na při ohybu na jádru s průměrem přibližně rovným čtyřnásobku průměru izolovaného drátu. Přídavek sirníku zinečnatého v množství 5% hmot. nebo více zvýšil kompatibilitu s PVC a bylo docíleno přibližně 600-hodinového stárnutí při teplotě 150° C (v některých případech více než 720 hodin) předtím, než izolace na ohybu praskla.

Podobné testy byly prováděny ve styku se známým trubkovým opláštěním z PVC a ukázaly, že bez obsahu sirníku zinečnatého vzorky praskaly na rozhraní PVC-polypropylén po přibližně 1500 až 2000 hodinách tepelného stárnutí (i dříve, bylo-li množství antioxidantů sníženo pod 6% hmot ). Vzorky s obsahem sirníku zinečnatého ve směsi nevykazovaly praskání po více než 3500 hodinách stárnutí při teplotě 125° C, což znamená, že sirník zinečnatý dvojnásobně prodlužuje životnost kabelů vystavených styku s PVC.

Údaje též ukazují, že tento vzorec zdokonaleného tepelného stárnutí se opakuje při těsném styku kabelů z polypropylénu obsahujícího sirník zinečnatý s ostatními složkami kabeláže, např. polymerickými trubkami, adhezivy, polymerickými a kovovými konektory, kabelovými kleštinovými a vrubovými spojkami.

Příklad B

Toto složení obsahuje kopolymer polypropylénu s 20% hmot. oxidu zinečnatého a 6% hmot. souboru antioxidantů jako předtím, plus 21% hmot. souboru retardérů hoření obsahujících halogen.

Vzorky byly podrobeny urychlenému stárnutí po dobu 240 hodin při teplotě 150° C ve styku s páskami z PVC a ukázaly podobné zdokonalení kompatibility s PVC při teplotním stárnutí jako v příkladu A. Kysličník zinečnatý rovněž poskytuje zdokonalené vlastnosti pro styk s opláštěním z PVC při teplotě 125° C, ačkoliv zřejmě není tak účinný jako sirník zinečnatý, jelikož vzorky s obsahem oxidu zinku vykazovaly praskliny na rozhraní s PVC po 3000 hodinách.

• · « ·

-Ί Příklad C

Směsi polypropylénu s etylén-propylénovou gumou EPR (což je anglická zkratka pro Ethylene Propylene Rubber) byly testovány při úrovních polypropylénu mezi 40 až 70% hmot a 10 a 30% EPR. Podobné směsi polypropylénu s vinyl-acetát-etylénovým kopolymerem VAE (což je anglická zkratka pro kopolymer Vinyl Acetate/Ethylene) byly též zkoušeny. Výsledky ukázaly zdokonalené vlastnosti pro složení s obsahem sirníku a/nebo kysličníku zinečnatého při shora uvedených úrovních.

Příklad D

Byla testována složení s obsahem materiálů uvedených v příkladu A s různými úrovněmi antioxidantů a různými poměry primárních a sekundárních antioxidantů. Výsledky ukázaly, že úroveň primárního antioxidantů by měla být s výhodou rovna nebo vyšší než 2% hmot., ačkoliv je žádoucí úroveň 4% nebo více, v závislosti na přítomnosti množství sekundárního antioxidantů. V těchto případech lze snížit úroveň sekundárního antioxidantů na 2% bez ovlivnění výsledků složení s obsahem 5% hmot. sirníku zinečnatého. Vhodné primární a sekundární antioxidanty jsou běžně známy jako takové.

Průmyslová využitelnost

Vynález je využitelný v průmyslu výroby kabelů, zejména pro automobilový průmysl.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Izolace drátů nebo kabelů, vyznačující se t í m, že obsahuje alespoň 30% hmot., s výhodou alespoň 40% hmot. homo- a/nebo kopolymeru polypropylénu, a s obsahem alespoň 2% hmot., s výhodou alespoň 4% hmot. sirníku zinečnatého a/nebo alespoň 5% hmot., s výhodou alespoň 10% hmot. kysličníku zinečnatého, kde uvedená hmotnostní procenta jsou založena na celkovém složení izolace.
2. Izolace podle nároku 1, v y z n a č u j í c í se t í m, že obsahuje malé nebo žádné množství plniv hydratovaných retardérů hoření a v podstatě žádný merkaptobenzimidazol a kde většina hmotnosti nebo v podstatě všechny přítomné jakékoliv kopolymery propylénu jsou kopolymery propylénu s komonomery bez halogenu.
3. Izolace podle nároku 1 nebo 2, v y z n a č u j í c í se t í m, že obsah sirníku a/nebo kysličníku zinečnatého je dostatečný pro alespoň 25%-ní (výhodně alespoň 50%-ní, ještě výhodněji alespoň 75%-ní) zvýšení doby tepelného stárnutí izolace ve styku s páskou nebo opláštěním z PVC bez praskání na ohybu po ochlazení na pokojovou teplotu.
4. Izolace podle kteréhokoliv předchozího nároku, vyznačující se t í m, že má nízký nebo žádný obsah halogenu a obsahuje polymer polypropylénu nebo směs v úrovni alespoň 30% hmot., výhodně 30 až 50% hmot. nebo která má významný obsah halogenu a obsahuje polymer polypropylenu nebo směs v úrovni alespoň 40% hmot., výhodně alespoň 50% hmot.
5. Izolace podle kteréhokoliv předchozího nároku, vyznačující se t í m, že obsahuje alespoň 2% hmot., výhodně alespoň 4% hmot., výhodněji alespoň 6% hmot. souboru antioxidantů.
6. Izolace podle kteréhokoliv předchozího nároku, vyznačující se tím, že obsahuje kopolymer polypropylénu s 10 až 30% hmot. kysličníku zinečnatého.
7. Izolace podle kteréhokoliv předchozího nároku, vyznačující se t í m, že obsahuje směs kysličníku zinečnatého a sirníku zinečnatého.

• ·

-98. Izolace podle kteréhokoliv předchozího nároku, vyznačující se tím, že obsahuje směs kopolymeru polypropylénu a jednu nebo více polymerických složek, výhodně etylénpropylénovou gumu nebo vinyl-acetát-etylénový kopolymer.
9. Izolace podle kteréhokoliv předchozího nároku, vyznačující se t í m, že úroveň antioxidantů je vyšší než 2% hmot.
10. Izolace podle kteréhokoliv předchozího nároku, vyznačující se tím, že antioxidant obsahuje primární a sekundární antioxidanty v poměru v rozmezí od 1:0 až 1:10, s výhodou 1:1 až 1:4.
11. Izolace podle nároku 10, vyznačující se tím, že obsahuje sirník zinečnatý a úroveň antioxidantů je vyšší než 2% hmot., přičemž sekundární antioxidant je vypuštěn (0%).
12. Izolace podle kteréhokoliv předchozího nároku, vyznačující se t í m, že obsahuje sirník zinečnatý bez přídavku deaktivátoru mědi.
13. Izolace podle kteréhokoliv předchozího nároku, vyznačující se tím, že obsahuje méně než 7% hmot. halogenu, v podstatě žádný halogen, a obsahuje bezhalogenový retardér hoření v úrovních mezi 20 a 60% hmot.
14. Izolace podle kteréhokoli předchozího nároku, vyznačující se tím, že polypropylén je nebo obsahuje homopolymer a/nebo propylén/etylénový kopolymer, s výhodou blokový kopolymer.
15. Izolace drátů nebo kabelů, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň 30% hmot., výhodně alespoň 40% hmot. celého složení izolace homo- a/nebo kopolymeru polypropylénu a obsahuje též dostatek simíku a/nebo kysličníku kovu, s výhodou sirníku a/nebo kysličníku zinečnatého, pro alespoň 25%-ní (s výhodou alespoň 50%-ní, výhodněji alespoň 75%-ní) zvýšení doby tepelného stárnutí izolace ve styku s páskou nebo opláštěním z PVC bez praskání na ohybu po ochlazení na pokojovou teplotu.