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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein flammhemmendes Kabel, das eine
flammhemmende Ummantelung außerhalb eines isolierten Kernteils
aufweist.
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Stand der Technik
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Antiblockier-Bremssysteme
(ABS) sind in den letzten Jahren in Automobilen eingebaut worden,
um die Sicherheit zu erhöhen. Ein ABS umfasst einen Radgeschwindigkeitssensor
zum Detektieren der Umdrehungsgeschwindigkeit des Rades; eine Motorkontrolleinheit
(engine control unit, ECU) zum Durchführen von Berechnungen
des Signals, das vom Radgeschwindigkeitssensor produziert wird;
und eine Betriebseinheit/Auslöseeinheit, die durch ein
Ausgabesignal des ECU betrieben wird. Das vom Radgeschwindigkeitssensor
bereitgestellte Signal wird mittels eines ABS-Sensorkabels an die
ECU übertragen. Das Ausgabesignal der ECU verursacht den
Betrieb der Betriebseinheit/Auslöseeinheit, wodurch die
Bremse kontrolliert wird. Die
internationale
Offenbarung Nr. 05/013291 offenbart ein ABS-Sensorkabel
mit einer Struktur, worin der äußere Umfang eines
verdrehten Paars von isolierten Drähten mit einem isolierenden
Harz bedeckt ist.
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Für
Kabel, wie z. B. ABS-Sensorkabel, die in Kraftfahrzeugen verwendet
werden, ist eine außergewöhnliche Abriebbeständigkeit
erforderlich. Für die Ummantelung, die den äußeren
Umfang des Kabels bedeckt, werden Materialien verwendet, die eine
außergewöhnliche mechanische Festigkeit aufweisen,
z. B. thermoplastische Polyurethan-Elastomere. Andererseits ist
bei Kabeln, die in Kraftfahrzeugen verwendet werden, auch eine außergewöhnliche
flammhemmende Eigenschaft erforderlich. Jedoch kann sich die Abriebbeständigkeit
der Ummantelung verringern, wenn Magnesiumhydroxid oder andere Flammhemmer
zu Harzen zugegeben werden, die aus Elastomermischungen gebildet
sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kabel bereitzustellen,
das außergewöhnliche Abriebbeständigkeit
und Flammhemmung aufweist und das als Verdrahtung zum Verbinden
von verschiedenen Systemen in einem Fahrzeug hochgradig zuverlässig
ist.
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Um
die Aufgabe zu lösen, wird ein flammhemmendes Kabel bereitgestellt,
umfassend einen isolierten Kernteil; eine innere Ummantelung zum
Bedecken des äußeren Umfangs des isolierten Kernteils,
wobei die innere Ummantelung eine erste Harzzusammensetzung ist,
die als eine Primärkomponente 100 Gew.-Teile eines Ethylen-Vinylacetat-Copolymers
aufweist, wozu 1 bis 5 Gew.-Teile Ethylen-Acrylat-Maleinsäureanhydrid-Copolymer
zugegeben worden sind; und eine äußere Ummantelung
zum Bedecken des äußeren Umfangs der inneren Ummantelung,
wobei die äußere Ummantelung eine zweite Harzzusammensetzung
ist, die als eine Primärkomponente ein thermoplastisches
Polyurethan-Elastomer aufweist, wozu Melamincyanurat zugegeben worden
ist. In dem erfindungsgemäßen flammhemmenden Kabel
umfasst der isolierte Kernteil bevorzugt eine Vielzahl von verdrehten
isolierten Drähten.
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In
dem erfindungsgemäßen flammhemmenden Kabel ist
die Abriebbeständigkeit der inneren Ummantelung verbessert.
Als Ergebnis weist das gesamte Kabel außergewöhnliche
Abriebbeständigkeit auf. Die äußere Ummantelung
ist durch eine außergewöhnliche Flammhemmung gekennzeichnet.
Das erfindungsgemäße flammhemmende Kabel kann
daher als Verdrahtung zum Verbinden von verschiedenen Systemen in
einem Fahrzeug verwendet werden, wo eine gute Zuverlässigkeit
erforderlich ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die ein flammhemmendes Kabel gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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2 ist
ein schematisches Diagramm, das den Abriebbeständigkeitstest
von JASO D 608-92 veranschaulicht.
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Beste Art zur Durchführung
der Erfindung
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Nachstehend
werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Die Zeichnungen sind
nicht notwendigerweise in einem Maßstab gezeichnet, der
die verwendeten Komponenten akkurat wiederspiegelt.
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die ein flammhemmendes Kabel 10 gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das flammhemmende
Kabel 10 weist einen isolierten Kernteil 20 und
eine Ummantelung 30 auf, die außerhalb des isolierten
Kernteils 20 gebildet ist. Der isolierte Kernteil 20 enthält
ein verdrehtes Paar von isolierten Drähten 21, 22.
Die isolierten Drähte 21, 22 sind jeweils
aus Leitern 21a, 22a und Isolatoren 21b, 22b,
die den Umfang der jeweiligen Leiter bedecken, gebildet. Die Ummantelung 30 weist eine
innere Ummantelung 31, die den äußeren
Umfang des isolierten Kernteils 20 bedeckt, und eine äußere Ummantelung 32,
die den äußeren Umfang der inneren Ummantelung 31 bedeckt,
auf. Die innere Ummantelung 31 und die äußere
Ummantelung 32 werden sequenziell extrudiert, so dass sie
den Umfang des isolierten Kernteils 20 bedecken, wodurch
das flammhemmende Kabel 10 mit dieser Struktur hergestellt
wird.
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Die
innere Ummantelung 31 ist aus einer ersten Harzzusammensetzung
gebildet, worin ein Polyolefinharz die Primärkomponente
ist. Ein spezifisches Beispiel der ersten Harzzusammensetzung ist
eine Harzzusammensetzung, die ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymer,
welches eine hohe mechanische Festigkeit und außergewöhnliche
Abriebbeständigkeit besitzt, als Primärkomponente
bzw. aufweist und wobei 1 bis 5 Gew.-Teile eines Ethylen-Acrylat-Maleinsäureanhydrid-Coppolymers
zu 100 Gew.-Teilen des Ethylen-Vinylacetat-Copolymers zugegeben
sind. Der Einschluss des Ethylen-Acrylat-Maleinsäureanhydrid-Copolymers
in der ersten Harzzusammensetzung verbessert die Abriebbeständigkeit
der äußeren Ummantelung 32 und verleiht
dem gesamten flammhemmenden Kabel 10 eine außergewöhnliche
Abriebbeständigkeit. Ein Beispiel des Ethylen-Acrylat-Maleinsäureanhydrid-Copolymers
ist Bondine® von Arkema.
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Die äußere
Ummantelung 32 ist aus einer zweiten Harzzusammensetzung
gebildet, die als Primärkomponente ein thermoplastisches
Polyurethan-Elastomer aufweist. Das thermoplastische Polyurethan-Elastomer
in der zweiten Harzzusammensetzung kann vernetzt oder nicht vernetzt
sein.
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Beispiele
des thermoplastischen Polyurethan-Elastomers umfassen Block-Copolymere,
worin das harte Segment ein Polyurethanteil ist, der sich aus 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat
(MDI), Toluol-Diisocyanat (TDI) oder einem anderen Diisocyanat und
Ethylenglycol oder einem anderen Diol zusammensetzt, und worin das
weiche Segment ein Polyether, Polyester, Polycarbonat oder ein anderes
amorphes Polymer ist. Von diesen Copolymeren werden idealerweise
Polyether-thermoplastische Polyurethan-Elastomere wegen ihrer Eigenschaften
eingesetzt, wie z. B. Biegsamkeit/Geschmeidigkeit, Hydrolysebeständigkeit
und Krümmung bei niedrigen Temperaturen.
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Zu
der zweiten Harzzusammensetzung wird ein halogenfreier Flammhemmer
zugegeben. Bevorzugte halogenfreie Flammhemmer sind Metallhydroxid-Materialien
(z. B. Aluminiumhydroxid und Magnesiumhydroxid) oder stickstoffhaltige
Flammhemmer (z. B. Melamin, Melamincyanurat und Melaminphosphat).
Als Metallhydroxidmaterial ist Magnesiumhydroxid besonders bevorzugt,
und als stickstoffhaltiger Flammhemmer ist Melamincyanurat besonders
bevorzugt.
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Zu
der ersten Harzzusammensetzung und zu der zweiten Harzzusammensetzung
können auch Antioxidanzien, Abbauvermeidende Mittel, Färbemittel,
Vernetzungs-Hilfsstoffe, Klebemittel, Gleitmittel, Weichmacher,
Füllstoffe, Prozesshilfen, Kupplungsmittel und dergleichen
zugegeben werden.
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Beispiele
von Antioxidanzien umfassen phenolhaltige Antioxidanzien, aminhaltige
Antioxidanzien, schwefelhaltige Antioxidanzien und Phosphitester-haltige
Antioxidanzien. Beispiele von Abbau-vermeidenden Mitteln umfassen
HALS (hindered-amine light stabilizers, Lichtstabilisatoren mit
gehinderten Aminen), UV-Absorber, Metall-inaktivierende Mittel und
Hydrolyse-vermeidende Mittel. Um andere Farben zu erhalten oder
um ultraviolette Strahlung zu absorbieren, werden Färbemittel
zugegeben. Beispiele umfassen Ruß, Titanweiß und
andere organische und anorganische Pigmente.
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Vernetzungshilfsstoffe
sind nicht essenziell, jedoch werden bevorzugt 1 bis 10 Gew.-Teile
zugegeben, um die Effizienz der Vernetzung zu erhöhen.
Beispiele von Vernetzungshilfsstoffen umfassen Triallyl-Isocyanurat,
Triallyl-Cyanurat, Trimethylol-Propan-Trimethacrylat, N,N'-Methaphenylen-Bismaleimid,
Ethylenglycoldimethacrylat, Zinkacrylat und Zinkmethacrylat.
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Beispiele
von Klebemitteln umfassen Coumaron-Inden-Harz, Polyterpen-Harz,
Xylol-Formaldehyd-Harz und hydriertes Harz. Beispiele von anderen
Mitteln, die wie notwendig zugegeben werden können, umfassen
Gleitmittel, wie z. B. Fettsäuren, ungesättigte
Fettsäuren, Metallsalze hiervon, Fettsäureamide
und Fettsäureester; Weichmacher, wie z. B. Mineralöl,
Pflanzenöl und Plastifiziermittel; Füllestoffe,
wie z. B. Calciumcarbonat, Talk, Ton, Silika, Zinkoxid und Molybdänoxid;
und, außer Silankupplungsmitteln, Kupplungsmittel, wie
z. B. Isopropyl-Triisostearoyl-Titanat, Isopropyl(N-aminoethyl-aminoethyl)titanat
und andere titanathaltige Kupplungsmittel.
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Zu
dem Polyurethan, welches die Primärkomponente ist, wird
ein halogenfreier Flammhemmer zugegeben, wodurch der äußeren
Ummantelung 32 Flammhemmung verliehen wird. Obwohl die
Abriebbeständigkeit der äußeren Ummantelung
durch die Zugabe des Flammhemmers schlecht ist, weist die innere
Ummantelung 31 eine außergewöhnliche
Abriebbeständigkeit auf, und als Ergebnis besitzt das ganze
Kabel auch eine außergewöhnliche Abriebbeständigkeit.
Das Kabel kann hierdurch als Verdrahtung zum Verbinden von verschiedenen
Systemen in einem Fahrzeug (z. B. als ABS-Sensorkabel) verwendet
werden, sogar in Komponenten, bei denen eine höhere Zuverlässigkeit
erforderlich ist.
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Beispiele
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Herstellung
des Materials der inneren Ummantelung Es wurden ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymer und
ein Ethylen-Acrylat-Maleinsäureanhydrid-Copolymer in den
in Tabelle 1 gezeigten Mengen miteinander vermischt, und dann wurde
geschmolzen und vermischt, wobei ein Doppelschneckenmischer mit
einem Zylinderdurchmesser von 45 mm verwendet wurde, worin (effektive
Länge der Schnecke L)/(Schneckendurchmesser D) = 32. Die
Mischung wurde dann unter Verwendung eines Verfahrens zum Durchführen
von wassergekühltem Schneiden an ausgestoßenen
Strängen zu Pellets verarbeitet, und man erhielt das Material
der inneren Ummantelung.
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Herstellung des Materials
der äußeren Ummantelung
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Es
wurden ein thermoplastisches Polyurethan-Elastomer, Melamincyanurat
und ein Vernetzungs-Hilfsstoff in den in Tabelle 1 gezeigten Mengen
miteinander vermischt und dann unter Verwendung des vorstehend beschriebenen
Doppelschneckenmischers geschmolzen und vermischt. Die Mischung
wurde dann unter Verwendung eines Verfahrens zum Durchführen
von wassergekühltem Schneiden an den ausgestoßenen
Strängen zu Pellets verarbeitet, und man erhielt das Material
der äußeren Ummantelung.
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Herstellung des isolierten
Drahts
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Eine
gemischte Zusammensetzung von 100 Gew.-Teilen linearem Polyethylen
niedriger Dichte (LLDPE; Schmelzpunkt: 122°C, Schmelzflussrate:
1,0), 80 Gew.-Teilen Magnesiumhydroxid (mittlerer Partikeldurchmesser:
0,8 µm, spezifische BET-Oberfläche: 8 m2/g) als Flammhemmer, 0,5 Gew.-Teilen Irganox
1010 (Handelsname; Ciba Specialty Chemicals) als Antioxidant und
3 Gew.-Teile Trimethylol-Propan-Trimethacrylat wurde unter Verwendung
des vorstehend beschriebenen Doppelschneckenmischers geschmolzen
und vermischt. Die Mischung wurde dann unter Verwendung eines Verfahrens
zum Durchführen von wassergekühltem Schneiden
an den ausgestoßenen Strängen zu Pellets verarbeitet.
Es wurde ein Einzelschneckenextruder (Zylinderdurchmesser: 30 mm;
L/D = 24) verwendet, um diese Pellets zu einer Schicht zu extrudieren,
die eine mittlere Dicke von 0,30 mm aufwies und einen Drahtlitzenleiter
mit einem Querschnitt von 0,35 mm2 bedeckte. Es
wurde dann ein Elektronenstrahl mit einer Beschleunigungsspannung
von 1 MeV auf die Schicht bei 150 kGy gerichtet, und der isolierte
Draht wurde hergestellt.
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Herstellung des Kabels
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Zwei
wie vorstehend beschrieben erhaltene isolierte Drähte wurden
bei einem Verdrehungsabstand von 30 mm miteinander verdreht, und
es wurde ein verdrehtes Paar gebildet. Es wurde dann ein Einzelschneckenextruder
(Zylinderdurchmesser: 50 mm; L/D: 24) verwendet, um das Material
der inneren Ummantelung so zu extrudieren, dass es den äußeren
Umfang des verdrehten Paars mit einem externen Durchmesser von 3,4
mm bedeckt. Dann wurde ein Einzelschneckenextruder (Zylinderdurchmesser:
50 mm; L/D: 24) verwendet, um das Material der äußeren
Ummantelung so zu extrudieren, dass es den äußeren
Umfang der inneren Ummantelung mit einem externen Durchmesser von
4,0 mm bedeckt. Auf die äußere Ummantelung wurde
dann ein Elektronenstrahl mit einer Beschleunigungsspannung von
2 MeV bei 200 kGy gerichtet, wodurch ein Testkabel hergestellt wurde.
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Bewertung des Kabels
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Die
Abriebbeständigkeit des unter Verwendung des vorstehend
beschriebenen Verfahrens erhaltenen Kabels wurde gemäß ”12.
Abriebbeständigkeitstest, (1) Testverfahren mit Schleifpapier” für
wärmebeständige, elektrische Niederspannungsverdrahtungen
für Kraftfahrzeuge gemäß JASO D 680-92
untersucht. 2 ist ein schematisches Diagramm,
das den Abriebbeständigkeitstest von JASO D 608-92 zeigt.
In diesem Test wird eine Probe 41 mit einer Länge
von 900 mm von dem Kabel genommen und in einer Testumgebung von
23 ± 5°C immobilisiert, so dass die Probe 41 in
Kontakt mit dem Schleifpapier 43 mit einer Rauhigkeitszahl
von 150 kommt. In Abständen von 150 mm wurden elektrisch
leitfähige Bereiche 42 mit einer Breite von 10
mm an dem Papier 43 vorgesehen. Die Probe 41 und
das Papier 43 wurden von einer Walze 44 (Durchmesser:
7 mm) und einem Gewicht 45 (450 g; Kurvenradius des anpressenden
Bereichs: 114 mm) am Kontaktpunkt eingeklemmt.
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Das
Papier 43 wurde mit einer Geschwindigkeit von 1.500 mm/min
bewegt. Das Papier 43 näherte sich der Probe 41 in
einem Winkel von 30°. Die Richtung, in der das Papier sich
fortbewegte, wurde durch die Walze 44 umgelenkt, und das
Papier lief von der Probe 41 in einem Winkel von 30° zurück.
Es wurde die Länge des Schleifpapiers gemessen, die bewegt
worden war, bis der interne Leiter der Probe 41 und einer
der elektrisch leitfähigen Bereiche 42 in Kontakt
miteinander kamen.
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Die
bewegte Länge wurde für ein Kabel 8-mal gemessen,
und es wurde der Mittelwert bestimmt. Nur die Messwerte, die kleiner
als der Mittelwert waren, wurden wiederum gemittelt, und dieser
Wert wird als Abriebbeständigkeit bezeichnet. Die Ergebnisse
sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
| | Beispiel
1 | Beispiel
2 |
| Inneres
Ummantelungsmaterial | | |
| | Ethylen-Vinylacetat-Copolymer
(EVA) | 100 | 100 |
| Ethylen-Acrylat-Maleinsäureanhydrid-Copolymer
(Bondine) | 5 | 1 |
| Äußeres
Ummantelungsmaterial | | |
| | Thermoplastisches
Polyurethan-Elastomer | 100 | 100 |
| Vernetzungshilfsstoff | 5 | 5 |
| Melamincyanurat | 50 | 50 |
| Abriebbeständigkeit | m | 20 | 10 |
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Im
Vergleich war die Abriebbeständigkeit kleiner als 10 m
für ein Kabel, worin Bondine nicht zu dem Material der
inneren Ummantelung zugegeben worden war. Unter Berücksichtigung
des Umstands, dass eine zufriedenstellende Bewertung vergeben wurde,
wenn das Schleifpapier über eine Länge von 10
m oder mehr bewegt worden war, bevor der innere Leiter der isolierten
Drähte freigelegt war, wurde eine als zufriedenstellend
bewertete Abriebbeständigkeit unter Verwendung der ersten
Harzzusammensetzung für das Material der inneren Ummantelung
erhalten, worin die erste Harzzusammensetzung 1 bis 5 Gew.-Teile
eines Ethylen-Acrylat-Maleinsäureanhydrid-Copolymers relativ
zu 100 Gew.-Teilen Ethylen-Vinylacetat-Copolymer enthielt. Bei Kabeln,
worin 10 Gew.-Teile Bondine zu dem Material der inneren Ummantelung
zugegeben worden waren, bildete das Bondine Klumpen und war nicht
gleichmäßig dispergiert, die Abriebbeständigkeit
konnte nicht gemessen werden, und die Funktionalität als
Kabel war unzureichend.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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