DE102005023765A1

DE102005023765A1 - Verfahren zur Herstellung einer flammwidrigen Zusammensetzung für die Ausbildung von flammwidrigen Isolierungen für elektrische Leiter

Info

Publication number: DE102005023765A1
Application number: DE102005023765A
Authority: DE
Inventors: Volker Krings; Walter Baldia
Original assignee: Facab Lynen & Co KG GmbH
Current assignee: Prysmian Kabel und Systeme GmbH
Priority date: 2004-05-19
Filing date: 2005-05-19
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2025-05-20
Also published as: DE102005023765B4

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer keramisierbaren flammwidrigen Zusammensetzung, enthaltend, jeweils auf die Summe aller Bestandteile der Zusammensetzung bezogen, einen Anteil zwischen 10 und 20% eines auf organischer Basis bestehenden Synthesekautschuks und einen Anteil von bis zu 60% an Silikonkautschuk, wobei der Rest der Zusammensetzung aus einem Anteil eines Metallhydroxids sowie einem Anteil an Hilfs- und Zusatzstoffen besteht, bei welchem in einer ersten Verfahrensstufe eine Teilmischung aus dem Synthesekautschuk, dem Metallhydroxid, den Hilfs- und Zusatzstoffen und einem geringen Anteil von bis 5% des eingesetzten Silikonkautschuks in einem Mischer hergestellt wird und in einer anschließenden, zweiten Verfahrensstufe die Mischung der in der ersten Verfahrensstufe erzeugten Teilmischung mit dem restlichen Silikonkautschuk in einem Verhältnis von 0,8 bis 1,2 zu 1 erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer keramisierbaren flammwidrigen Zusammensetzung, die zur Herstellung von flammwidrigen Isolierungen für elektrische Leiter einsetzbar ist.

In der DE 44 37 596 A1 ist zunächst der technische Hintergrund wie auch die Verwendung einer keramisierbaren flammwidrigen Zusammensetzung für die Herstellung von Sicherheitskabeln mit Funktionserhalt im Brandfall beschrieben, so daß insoweit auf die Offenbarung der DE 44 37 596 A1 bezug genommen wird. Danach werden zur Erreichung eines Isolationserhaltes bzw. Funktionserhaltes der elektrischen Kabel hochtemperaturfeste Materialien eingesetzt. Hierbei sind u.a. Isolierschichten auf der Basis eines Silikonkautschuks bekannt, der mit einem Metalloxid, einer Metalloxidverbindung oder einer Vorläuferverbindung eines Metalloxids gemischt ist. Dabei wird bevorzugt Aluminiumoxid (Al₂O₃) in seinen verschiedenen Modifikationen verwendet. Das Metalloxid kann auch als Mischoxid vorliegen. Bevorzugt werden insbesondere Mischoxide von Al₂O₃ und SiO₂; statt der Oxide können auch Vorläuferverbindungen dieser Oxide eingesetzt werden, d.h. Verbindungen, die beispielsweise unter Hitzeeinwirkung in das jeweilige Oxid übergehen, beispielsweise Aluminiumhydroxide. Im Brandfall kommt es unter Einwirkung entsprechender Temperaturen zu einer Art Sinterung des beispielsweise unter Wärmeeinwirkung oder beim Verbrennen der Silikonkomponente entstandenen oder bereits frei vorliegenden SiO₂ mit dem Metalloxid.

Um den Einsatz des nur zu hohen Einstandspreisen erhältlichen Silikonkautschuks in einer derartigen flammwidrigen Zusammensetzung zu reduzieren, ist es bekannt, den Anteil des Silikonkautschuks auf bis zu 50% bezogen auf die Summe aller Bestandteile der Zusammensetzung zu reduzieren und den Silikonkautschuk mit einem Anteil zwischen 10 bis 20% eines auf organischer Basis beruhenden Synthesekautschuks bezogen auf die Summe aller Bestandteile der Zusammensetzung gemeinsam mit den verbleibenden Anteilen des Metallhydroxids sowie an Hilfs- und Zusatzstoffen zu mischen. Bei derartigen Zusammensetzungen besteht das Problem, dass beim Vermischen des organischen Synthesekautschuks mit dem ein im wesentlichen anorganisches Gerüst aufweisenden Silikonkautschuk und Entmischungen in der Zusammensetzung auftreten können.

Soweit eine derartige, auf einer Mischung von Silikonkautschuk und organischem Synthesekautschuk basierende Zusammensetzung beispielsweise in der EP 1 396 865 A1 beschrieben ist, ist als Verfahren zur Herstellung dieser Zusammensetzung angegeben, alle Bestandteile gemeinsam in einer Knetvorrichtung bei einer Temperatur von 140° Celsius in einer einzigen Verfahrensstufe zu vermischen. Ein derartiges, gemäß der EP 1 396 865 A1 ohnehin ersichtlich nur für einen Labormaßstab vorgeschlagenes Verfahren hat sich als nicht ausreichend erwiesen, Zusammensetzungen in der gewünschten Qualität herzustellen.

In der EP 1 164 164 A1 ist bezüglich der Herstellung einer entsprechenden Zusammensetzung lediglich ausgesagt, dass die Bestandteile nacheinander zusammengemischt werden.

Auch in der WO 2004/035711 A1 ist zur Herstellung einer Zusammensetzung mit entsprechendem Aufbau lediglich angegeben, dass die Bestandteile in einem Zwei-Rollen-Mischer miteinander zu vermischen sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur großtechnischen Herstellung einer auf Anteilen von Silikonkautschuk und organischem Synthesekautschuk basierenden Zusammensetzung anzugeben, welches Zusammensetzungen mit einer bezüglich Entmischungen ausreichenden Qualität liefert.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Anspruch 1; vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken ein Verfahren zur Herstellung einer keramisierbaren flammwidrigen Zusammensetzsetzung enthaltend jeweils auf die Summe aller Bestandteile der Zusammensetzung bezogen einen Anteil zwischen 10 und 20% eines auf organischer Basis bestehenden Synthesekautschuks und einen Anteil von bis zu 60% an Silikonkautschuk wobei der Rest der Zusammensetzung aus einem Anteil eines Metallhydroxids sowie einem Anteil an Hilfs- und Zusatzstoffen besteht vor, bei welchem in einer ersten Verfahrensstufe eine Teilmischung aus dem Synthesekautschuk, dem Metallhydroxid, den Hilfs- und Zusatzstoffen und einem geringen Anteil von bis 5% des eingesetzten Silikonkautschuks in einem Mischer hergestellt wird und in einer anschließenden, zweiten Verfahrensstufe die Mischung der in der ersten Verfahrensstufe erzeugten Teilmischung mit dem restlichen Silikonkautschuk in einem Verhältnis von 0,8 bis 1,2 zu 1 erfolgt.

Der beigemischte Synthesekautschuk kann seinerseits aus einer Mischung von Ethylenvinylacetat mit einem EPDM-Kautschuk bestehen. Für den Einsatz des EPDM-Kautschuks sind maßgeblich dessen gute Isoliereigenschaften, während sich Ethylenvinylacetat durch seine gute Flammwidrigkeit auszeichnet. Soweit beispielsweise das eingesetzte Ethylenvinylacetat ein 40% Vinylacetat enthaltendes Ethylenvinylacetat sein kann, ist bei diesem speziellen Polymer die Flammwidrigkeit noch besser ausgeprägt. Insofern ist der mit dem Silikonkautschuk zu mischende Synthesekautschuk bereits auf die konkreten Brandschutzeigenschaften des späteren Kabels abgestellt.

In an sich bekannter Weise kann der Anteil an Synthesekautschuk bezogen auf die Summe aller Bestandteile der fertigen Zusammensetzung 10 bis 20% betragen, verglichen mit einem in der Größenordnung von etwa 60% liegenden Anteil an Silikonkautschuk. Gleichwohl wird hierdurch bereits eine kostengünstigere und in ihren Brandeigenschaften verbesserte Mischung zur Verfügung gestellt. Insgesamt hat sich die Einstellung des Anteils an Synthesekautschuk bezogen auf die Summe aller Bestandteile der fertigen Zusammensetzung auf etwa 13 bis 15% als geeignet für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben.

Als einzusetzendes Metallhydroxid kommt vorzugsweise das auch im Stand der Technik eingesetzte Aluminiumhydroxid zum Einsatz, so dass im Brandfall ein entsprechender Keramikmantel zum Schutz der in dem Kabel liegenden elektrischen Leiter entsteht.

Der Anteil an Hilfs- und Zusatzstoffen kann in an sich bekannter Weise beispielsweise Mineralölweichmacher, Benetzungsmittel, ein Vernetzungssystem und/oder ein Gemisch von Fettsäuren, Fettalkoholen, Estern enthalten; da es sich bei dem EPDM-Kautschuk wie auch dem Ethylenvenylacetat um gleichermaßen zu vernetzende Polyolefine handelt, ist der Einsatz eines Vernetzungssystems als Bestandteil der Zusammensetzung zweckmäßig.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann vorgesehen sein, daß die Erzeugung der Teilmischung der ersten Verfahrensstufe in einem Mischer erfolgt, wobei das Ende der Mischung bei variabler Mischzeit durch das Erreichen einer Endtemperatur von 100°C bis 110°C vorgegeben ist und die aus dem Mischer abgelassene Mischung in einem nachgeschalteten Extruder zu einem Granulat verarbeitet wird.

In einer Ausführungsform sieht die Erfindung für die Ausführung der zweiten Verfahrensstufe vor, daß die in Granulatform vorliegende Teilmischung der ersten Verfahrensstufe mit dem Silikonkautschuk in einem Mischer gemischt wird, wobei das Ende der Mischung bei variabler Mischzeit durch das Erreichen einer Endtemperatur von 90°C bis 100°C vorgegeben ist und die aus dem Mischer abgelassene Mischung durch Abkühlen, Zerkleinern und Sichten in ein zur Weiterverarbeitung in einem Extruder geeignetes Granulat überführt wird.

Das gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Granulat eignet sich bei der Herstellung von Brandsicherheitskabeln in besonderer Weise zur Ausbildung von flammwidrigen Isolierungen für die elektrischen Leiter.

In den nachfolgend aufgeführten Tabellen sind als ein Ausführungsbeispiel zur Ausführung der Erfindung die in den beiden Verfahrensschritten verarbeiteten Zusammensetzungen angegeben, wobei die Zusammensetzungen sowohl als phr-Rezept bezogen auf das Basispolymer (in diesem Fall den Verschnitt an EPDM-Kautschuk mit Ethylenvinylacetat) als auch in Prozentangaben bezogen auf die Summe aller Bestandteile angegeben ist:
Zur Herstellung eines bei der Kabelherstellung einsetzbaren geeigneten Granulats wird in beiden Verfahrensstufen jeweils ein Innenmischer, ausgestattet mit einem pneumatischen Stempel und tangierend angeordneten Rotoren mit Z-Geometrie eingesetzt; auch andere Innenmischer sind einsetzbar. Bei einer variablen Mischzeit für die Mischung der Komponenten wird das Ende des Mischvorganges in der ersten Verfahrensstufe durch das Erreichen einer sogenannten Ablasstemperatur gesteuert, bei der die in der ersten Verfahrensstufe erzeugte Teilmischung aus dem Mischer entnommen wird; im vorliegenden Fall beträgt die Ablasstemperatur 107°C. Die in der ersten Verfahrensstufe erzeugte Teilmischung wird anschließend auf einem 2-Rollen-Walzwerk mit Stockblender homogenisiert, gekühlt, kontinuierlich einem Strainer zugeführt und dort bei 500 bis 2000 μ gesiebt; im Anschluß daran wird die Teilmischung unmittelbar am Extruderkopf granuliert, wobei das fertige Granulat gesichtet und gekühlt wird.
In der zweiten Verfahrensstufe werden dem Innenmischer nun die Teilmischung der ersten Verfahrensstufe sowie eine Menge an handelsüblichem Silikonkautschuk etwa im Verhältnis von 1:1 zusammengefügt, und es wird in dem Innenmischer ein homogenes Gemenge hergestellt. Sobald eine Ablasstemperatur von 95°C erreicht ist, wird die in der zweiten Verfahrensstufe erzeugte Mischung zur Homogenisierung und Kühlung auf das 2-Rollen-Walzwerk mit Stockblender gegeben, von dort kontinuierlich über den Strainer abgezogen, bei 100 bis 300 μ gesiebt und anschließend granuliert, so daß nach entsprechender Sichtung und Kühlung ein gebrauchsfertiges Granulat vorliegt, welches in einem Extruder zur Herstellung eines Brandschutzkabels eingesetzt werden kann.
Die Verwendung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Granulats wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Kabelaufbaus beispielhaft erläutert. Das dargestellte Kabel umfaßt vier einzelne Adern 10, die ihrerseits in eine die Adern 10 umschließende Isolationsumhüllung 11 eingebettet sind. Über der Isolationsumhüllung 12 befindet sich ein äußerer Kabelmantel 13. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung in Form des letztlich am Ende der zweiten Verfahrensstufe vorliegenden Granulats eignet sich zur Herstellung der Isolationsumhüllung 12, wobei diese Isolationsumhüllung aufgrund der verwendeten Komponenten halogenfrei und schwer brennbar ist, eine geringe Rauchgasdichte aufweist und insbesondere im Brandfall durch Ausbildung einer Keramikschicht den Funktionserhalt des Kabels bewirkt, indem die elektrischen Leiter 10 gegeneinander isoliert bleiben. Somit kann auf die Verwendung von Glimmerbändern beispielsweise bei E30-Produkten verzichtet werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Patentansprüchen, der Zusammenfassung und der Zeichnung offenbarten Merkmale des Gegenstandes dieser Unterlagen können einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer keramisierbaren flammwidrigen Zusammensetzsetzung enthaltend jeweils auf die Summe aller Bestandteile der Zusammensetzung bezogen einen Anteil zwischen 10 und 20% eines auf organischer Basis bestehenden Synthesekautschuks, und einen Anteil von bis zu 60% an Silikonkautschuk, wobei der Rest der Zusammensetzung aus einem Anteil eines Metallhydroxids sowie einem Anteil an Hilfs- und Zusatzstoffen besteht, bei welchem in einer ersten Verfahrensstufe eine Teilmischung aus dem Synthesekautschuk, dem Metallhydroxid, den Hilfs- und Zusatzstoffen und einem geringen Anteil von bis 5% des eingesetzten Silikonkautschuks in einem Mischer hergestellt wird und in einer anschließenden, zweiten Verfahrensstufe die Mischung der in der ersten Verfahrensstufe erzeugten Teilmischung mit dem restlichen Silikonkautschuk in einem Verhältnis von 0,8 bis 1,2 zu 1 erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung der Teilmischung der ersten Verfahrensstufe in einem Mischer erfolgt, wobei das Ende der Mischung bei variabler Mischzeit durch das Erreichen einer Endtemperatur von 100°C bis 110°C vorgegeben ist und die aus dem Mischer abgelassene Mischung in einem nachgeschalteten Extruder zu einem Granulat verarbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Granulatform vorliegende Teilmischung der ersten Verfahrensstufe in der zweiten Verfahrensstufe mit dem Silikonkautschuk in einem Mischer gemischt wird, wobei das Ende der Mischung bei variabler Mischzeit durch das Erreichen einer Endtemperatur von 90°C bis 100° C vorgegeben ist und die aus dem Mischer abgelassene Mischung durch Abkühlen, Zerkleinern und Sichten in ein zur Weiterverarbeitung in einem Extruder geeignetes Granulat überführt wird
Verwendung eines nach einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellten Granulats zur Herstellung von flammwidrigen Isolierungen für elektrische Leiter.