DD242121A1

DD242121A1 - Russhaltiger polyethylencompound mit erhoehter waermedruckbestaendigkeit fuer kabelummantelung

Info

Publication number: DD242121A1
Application number: DD28210985A
Authority: DD
Inventors: Christa Petzold; Wolfgang Haeussler; Ludwig Stephan; Karin Bichowski; Peter Fiedler; Guenter Weber
Original assignee: Leuna Werke Veb
Priority date: 1985-10-28
Filing date: 1985-10-28
Publication date: 1987-01-14

Abstract

Die Erfindung betrifft Mischungen aus Niederdruckpolyethylen (A) mit einer Dichte groesser 0,945 g/cm3 und Hochdruckpolyethylen (B), wobei das Polyethylen (B) aus 20 bis 40 Gew.-% linearem, mit wenigstens einem a-Olefin hergestellten Polyethylen mit einer Dichte von 0,925 bis 0,945 g/cm3, und 60 bis 80 Gew.-% radikalisch hergestelltem Polyethylen mit einer Dichte von 0,915 bis 0,935 g/cm3 besteht. Das Gewichtsverhaeltnis von Polyethylen (A) zu Polyethylen (B) betraegt 0,05 bis 0,25. Diese Mischung ist vertraeglich und laesst sich mit Russ leicht zu einem homogenen Polyethylencompound verarbeiten.

Description

Betrachtet man die beiden Hochdruckpolyethylensorten für sich, so bietet jede bestimmte Vor- und Nachteile hinsichtlich der Verarbeitbarkeit und Anwendbarkeit. Radikalisch hergestelltes Polyethylen ist relativ problemlos verarbeitbar, weist aber besonders hinsichtlich der Festigkeits- und Deformationseigenschaften sowie der Spannungsrißbeständigkeit deutliche Nachteile gegenüber katalytisch hergestelltem Polyethylen auf. Dieses ist dagegen schwer verarbeitbar und erfordert einen hohen Energieaufwand während des Verarbeitungsprozesses. Eine Kombination der vorteilhaften Eigenschaften dieser beiden Polyethylensorten durch Compoundierung erscheint zunächst erfolgversprechend, aber die unterschiedliche molekulare und übermolekulare Struktur bedingt nur teilweise Verträglichkeit, da zwei unterschiedliche kristalline Bereiche ausgebildet werden.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß die Einarbeitung eines Polyethylene (A) in den Compound eine Verbesserung der Verträglichkeit der unterschiedlichen kristallinen Bereiche zur Folge hat, wobei die Viskosität des Compounds durch Zugabe des Polyethylene (A) geringer und somit die Verarbeitbarkeit verbessert wird. Besonders günstig wird die mechanische Festigkeit (Zugfestigkeit, Biegespannung und Ε-Modul) der Mischung aus (A) und (B) beeinflußt, wenn die Komponente (A) vorgemischt mit Ruß in den erfindungsgemäßen Compound eingebracht wird, weil auf diese Weise offenbar ihre Verteilung durch die Rußpartikel verbessert wird. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird demnach die Komponente (A) als 10%iger Rußbatch eingesetzt.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

Einem Doppelschneckenextruder wurden 7kg/h eines durch radikalische Hochdruckpolymerisation hergestellten Polyethylene mit der Dichte 0,921 g/cm³ und dem Schmelzindex 0,3 g/10 Min., 2 kg/h eines unter Verwendung eines trägerfixierten Zieglerkatalysators unter Hochdruck hergestellten Polyethylene mit der Dichte 0,937 g/cm³ und dem Schmelzindex 0,9 g/10 Min., 0,75kg/h eines Niederdruckpolyethylens mit der Dichte 0,952g/cm³ und dem Schmelzindex 1,2g/10Min. und 0,25kg/h Ruß kontinuierlich eingespeist. Bei einer Massetemperatur von höchstens 503 K und einem Massedruck von 2OmPa wurde die Mischung bei gleichbleibendem Durchsatz von 10 kg/h homogenisiert und granuliert. Die Produktausprüfung erfolgte gemäß TGL 29979. Ergänzend dazu wurden zur Bestimmung der Wärmedruckbeständigkeit (TGL 200-1690/04) spezielle 3 mm starke, zylindriche Prüfkörper extrudiert, um ein Kabel zu simulieren. Diese Prüfkörper wurden mit 14,7 N belastet. Die Eindringtiefe einer Nadel in den Prüfkörper wurde im Verhältnis zur Eindringtiefe bei einem bekannten Polyethylen (Sorte AL21 EBW), die mit 100% festgesetzt wurde, ermittelt. In Tabelle 2 sind die Ergebnisse der Ausprüfungen dargestellt.

Beispiele 2 bis 4

. Die Verfahrensweise zur Herstellung der homogenisierten Compounds war analog zum Beispiel 1.

In derTabelle 1 sind die verwendeten Einzelkomponenten und die Mischungsverhältnisse aufgeführt. Die Beispiele 3 und 4 sind Vergleichsbeispiele. Bei Beispiel 3 mußte mit einem um 25% reduzierten Durchsatz gearbeitet werden, weil anderenfalls der Massedruck unzulässig hohe Werte erreicht. Außerdem zeigten die extrudierten Prüfkörper für die Bestimmung der Wärmedruckbeständigkeit mangelnde Homogenität, die in der sehr rauhen Oberfläche sichtbar wurde.

Tabelle 1

Angaben zu den Einzelkomponenten der Beispiele 2 bis 4

Polyethylen (A) Polyethylen (B)

radikalisch katalytisch

Beisp. Schmelz-Dichte Gehalt Schmelz-Dichte Gehalt Schmelz-Dichte Gehalt Rußgehalt Sonstige Komponenten Nr. index g/cm³ Gew.-% index index

g/10Min. g/10Min. g/cm³ Gew.-% g/10 Min. g/cm³ Gew.-% Gew.-%

⁺ Die Rußzugabe erfolgte in Form eines Batches auf Basis Polyethylen (A)

⁺⁺ Die Rußzugabe erfolgte in Form eines Batches auf Basis des EVA-Copolymeren

2	1,2	0,952	7,5	0,3	0,921	70
3	1,2	0,952	7,5	0,3	0,921	70
4				0,3	0,921	70

0,937	20	2,5⁺	—
		2,5⁺	20Gew.-%
			Gasphasen-LLDPE,
			Dichte 0,925 g/cm³
0,937	20	2,5⁺⁺	20Gew.-%
			EVA-Copolymeres
			mit12%VAC-Anteil

Tabelle 2	Dichte	Schmelz	Zugfestig	Biege	E-Modul	Spannungs-	Dielektrizi	Wärmedruck-	Energieauf-
		index	keit	spannung		rißbestän-	tätskonstante	beständig-	nahmeam
									Doppelschnek-
Ausführungsergebnisse									kenextruder
Beisp.	g/cm³	g/10Min.	N/mm²	N/mm²	N/mm²	h		%	kW/kg Ge
Nr.									misch
	0,939	0,41	27,4	8,8	338	>1000	2,32	10	0,92
	0,937	0,43	27,6	8,9	358	> 1 000	2,32	12	0,91
	0.931	0.44	25.2	6.2 .	199	>1000	2,33	27	1,41

1
2
3

Claims

Erfindungsanspruch:

1. RußhaltigerPolyethylencompound mit erhöhter Wärmedruckbeständigkeit für Kabelummantelung ohne weiteren Zusatz von Lösungsvermittlern und/oder Verarbeitungshilfen, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Mischung besteht von Niederdruckpolyethylen (A) mit einer Dichte größer 0,945 g/cm³ und Hochdruckpolyethylen (B), das 20 bis 40 Gew.-% lineares, unter Verwendung von trägerfixierten Zieglerkatalysatoren und wenigstens einem a-Olefin hergestellten Polyethylen mit einem Methylgruppengehalt von 5 bis 15 CH₃/1 000 C-Atome und einer Dichte von 0,925 bis 0,945 g/cm³ sowie 60 bis 80 Gew.-% radikalisch.hergestelltes Polyethylen mit einer Dichte von 0,915 bis 0,935 g/cm³ enthält, wobei das Gewichtsverhältnis von Polyethylen (A) zu Polyethylen (B) 0,05 bis 0,25 beträgt.
2. RußhaltigerPolyethylencompound nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyethylen (A) als 10%iger Rußbatch eingesetzt ist.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Polyethylencompound, der für die Ummantelung von Kabeln geeignet ist und der eine verbesserte Wärmedruckbeständigkeit aufweist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Gemische auf Basis von Polyethylen bzw. Ethylencopolymeren und gegebenenfalls anderen Polymeren, deren Einzelkomponenten sich unterscheiden in Dichte, Schmelzindex und Anzahl sowie Art der Verzweigungen, sind für verschiedene Kabelanwendungen bekannt.

Es ist bekannt, daß Compounds auf der Basis von Polyethylen niederer Dichte mit 7 bis 15Gew.-% Ethylen-Vinylacetat-Copolymeren, 1 bis 5Gew.-% synthetischem Paraffinwachs und Ruß sowie gegebenenfalls anderen Zusatzstoffen sich eignen als Kabelisolationsmaterial mit guten Verarbeitungs-, Sprödigkeits- und Spannungsrißeigenschaften (DE-OS 1 694812). Ein solcher Compound bietet jedoch den Nachteil, daß bei Wärmeeinwirkung mechanische äußere Belastungen zu Formveränderungen führen und damit die Betriebssicherheit eines Hochspannungskabels nicht gewährleistet ist. Weiterhin ist bekannt, daß zur Kabelummantelung Compounds aus Polyethylen niederer Dichte, 10 bis 30 Gew.-% Ruß, bezogen auf das Gewicht der Masse, und 5 bis 15Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Masse, eines Isobutylen-Isopren-Copölymeren eingesetzt werden können (DE-OS 1494098). Dieser Compound zeigt neben dem niedrigen spezifischen Widerstand auch schlechte Eigenschaften hinsichtlich der Deformationsstabilität bei Wärmebelastung. . Die Deformationsstabilität eines Polyethylene niederer Dichte, gegebenenfalls gemischt mit weiteren Zusatzstoffen, kann gemäß SU 712 824 durch den Zusatz von Polyethylen hoher Dichte erhöht werden. Ein Compound dieser Art ist jedoch nicht homogen, da niederdichtes und hochdichtes Polyethylen beträchtliche Kristallinitätsunterschiede aufweisen und somit eine Trennung der Phasen mit unterschiedlicher Kristallinität im Mikrobereich stattfindet. Daraus resultiert, daß der Compound hinsichtlich der Festigkeitseigenschaften und der Spannungsrißbeständigkeit schlechtere Kennwerte aufweist. Außerdem handelt es sich bei diesem Compound um peroxidisch vernetzte Produkte. Damit ist ihre Nutzung eingeschränkt auf spezielle Anwendungsfälle, z. B. als Isolationsschicht von Starkstomkabeln.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines Polyethylencompounds mit verbesserter Wärmedruckbeständigkeit, der für die Ummantelung von Kabeln geeignet ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, verträgliche, homogene und leicht verarbeitbare Mischungen aus Hoch- und Niederdruckpolyethylen bereitzustellen, die bei einer für die Kabelummantelung ausreichenden elektrischen und mechanischen Festigkeiten, sowie Spannungsrißbeständigkeit eine erhöhte Wärmedruckbeständigkeit aufweisen. Die Lösung der Aufgabe ist gegeben mit einem rußhaltigen Polyethylencompound mit erhöhter Wärmedruckbeständigkeit für Kabelummantelung ohne weiteren Zusatz von Lösungsvermittlern und/oder Verarbeitungshilfen, indem er erfindungsgemäß aus einer Mischung besteht von Niederdruckpolyethylen (A) mit einer Dichte größer 0,945g/cm³ und Hochdruckpolyethylen (B), das 20 bis 40Gew.-% lineares, unter Verwendung von trägerfixierten Zieglerkatalysatoren und wenigstens einem a-Olefinen hergestellten Polyethylen mit einem Methylgruppengehalt von 5 bis 15CH₃/1 000 C-Atome und einer Dichte von 0,925 bis 0,945h/cm³ sowie 60 bis 80Gew.-% radikalisch hergestelltes Polyethylen mit einer Dichte von 0,915 bis 0,935g/cm³ enthält, wobei das Gewichtsverhältnis von Polyethylen (A) zu Polyethylen (B) 0,05 bis 0,25 beträgt. Es ist allgemein bekannt, daß Polyethylene, welche nach verschiedenen Technologien hergestellt worden sind, sich hinsichtlich der molekularen Parameter und der physikalischen Kennwerte unterscheiden. Polyethylen, welches nach dem radikalischen Hochdruckverfahren bei Temperaturen von 423 bis 623K und etwa 150 bis 250MPa hergestellt wurde, besteht aus stark verzweigten Molekülen. Durch eine Vielzahl von möglichen Übertragungs- und Abbruchreaktionen entstehen kurzketten- und langkettenverzweigte Produkte mit einer breiten Molekulargewichtsverteilung. Infolgedessen handelt es sich bei derartigen Polyethylenen um teilkristalline Polymere, deren übermolekulare Struktur durch amorphe und kristalline Bereiche gekennzeichnet ist. Polyethylen, welches nach einem katalytischen Hochdruckverfahren bei Temperaturen von 473 bis 593 K und Drücken von etwa 80 bis 200MPa hergestellt wurde, besteht aus definiert kurzkettenverzweigten Molekülen. Die Kurzkettenverzweigungen entstehen hier durch gezielten Einsatz von a-Olefinen als Comonomere. Das Produkt weist eine enge Molekulargewichtsverteilung auf.