DE102017117295B4

DE102017117295B4 - Flachleiterschiene

Info

Publication number: DE102017117295B4
Application number: DE102017117295.5A
Authority: DE
Inventors: Werner Posch; Harald Sommavilla; Natalie Rib-Borgardt; Ludwig Stephan
Original assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Current assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Priority date: 2017-07-31
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2022-09-22
Anticipated expiration: 2037-08-01
Also published as: DE102017117295A1

Abstract

Flachleiterschiene (1), umfassend einen oder mehrere elektrische Metallkerne und eine recycelbare, flammgeschützte Isolierung (2), die aus einer Polymermischung hergestellt ist, wobei die Polymermischung auf der Basis von Propylen mit mindestens einem weiteren Comonomer, sowie mindestens einem heterophasigen schlagzähmodifizierten Polypropylen-Copolymer, und einem flammwidrig wirkenden Füllstoff gebildet ist, wobei das heterophasige schlagzähmodifizierte Polypropylen-Copolymer in einer Menge von 30,0 Ma-% enthalten ist, wobei die Isolierung (2) ein Schrumpfverhalten von ≤ 3 mm / 1 m Schienenlänge aufweist, und wobei das heterophasige schlagzähmodifizierte Polypropylen-Copolymer eine unimodale Gummiverteilung mit einer Fließfähigkeit von 7,5 g/10min (230°C/2,16kg) und einen mittleren IV und einen heterophasischen Anteil von 30% aufweist, wobei die mechanischen Materialeigenschaften bezüglich Schlagzähigkeit bei 880 MPa und bei - 20°C bei 8 kJ/m2liegen, und die Polymermischung eine thermoplastische Mischung ist, die heterophasiges, schlagfestes Polypropylen-Copolymer und mindestens ein Propylen-1-Octen-Copolymer umfasst.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flachleiterschiene gemäß Hauptanspruch 1 mit einer recycelbaren, flammgeschützten Isolierung, die zumindest teilweise aus der Polymermischung hergestellt ist.
In Automobilen stellt der Kabelbaum oder eine Flachleiterschiene eine gezielte Vernetzung von einzelnen Kabeln zu einem elektronischen Gesamtsystem dar. Aus Gründen der Nachhaltigkeit wird zunehmend eine Verwendung von PVC als Isolationsmaterial für beispielsweise Flachleiterschienen vermieden. An die alternativen Polymermischungen für das Isolationsmaterial werden hohe Anforderungen hinsichtlich ihrer thermischen und mechanischen Belastbarkeit gestellt. So müssen diese Mischungen beispielsweise Langzeit-Temperaturbelastungen bei hohen und tiefen Temperaturen schadensfrei überstehen. Während halogenhaltige Polymermischungen, wie PVC, durch Mischungen auf der Basis von Polyethylen noch relativ problemlos substituiert werden können, ist dies für die hohen thermischen und mechanischen Anforderungen für Kabel oder Flachleiterschienen in Automobilen nicht mehr gegeben.
Stand der Technik
PP-Copolymere sind kostengünstig, chemisch beständig und weisen eine gute elektrische Isolationsfähigkeit auf, mit und ohne stofflicher Anhaftung an beispielsweise eine Aluminiumoberfläche eines Leiters.
Um den Aufwand der Abisolation der Isolationsschicht für Kontaktierungsbereiche in Grenzen zu halten, ist weiterhin ein nicht anhaftendes PP-Copolymer wünschenswert.
Jedoch zeigen Extrusionsversuche mit unterschiedlichen Varianten eines herkömmlichen PP-Copolymers ein starkes Nachschrumpfen der Isolation, so dass bei Flachleiterschienen nach einem Längenzuschnitt eine nachteilige Reduzierung der Isolation von über 6 mm / 1 m Länge beobachtbar ist.
Zudem zeigen Temperatur-Schocktests ein Zerreißen der PP-Copolymer-Isolation, so dass eine Modifikation des Materials zu einer höheren Flexibilität wünschenswert ist.
EP 1 367 094 A1 beschreibt eine Zusammensetzung für die Isolierung von elektrischen oder optischen Kabeln auf der Basis von Polypropylen und/oder dessen Copolymeren (A), welche einen flammwidrig wirkenden Füllstoff (C) und zusätzlich eine mindestens auf einem Olefin-Copolymer basierende thermoelastische Komponente (B) enthält, wobei die thermoelastische Komponente (B) ein oder mehrere Ethylen-Copolymere umfasst, bei denen der Alkylrest eines Alkylacrylats des/der Comonomer(e) des Ethylens eine Ethyl-, Methyl- oder Butylgruppe ist.
US 2015/0232651 A1 beschreibt eine thermoplastische Kunststoffmischung für Dachmembranen und wasserabweisende Membranen.
CN 1506398 A1 beschreibt eine halogenfreie Kunststoffmischung für Kabel.
DE 10 2016 117 835 A1 beschreibt eine elektrische Verbindungsanordnung umfassend eine Flachleiterschiene.
Es besteht daher ein großes Interesse an der Entwicklung hochwertiger Kunststoff-Compounds auf Basis von PP-Copolymeren, um die Einstellung der gewünschten Materialeigenschaften für die Isolation insbesondere von Flachleitern zu optimieren.
Beschreibung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine recycelbare, flammgeschützte Polymermischung zur elektrischen Isolation von Flachleitern bereitzustellen, die sich durch eine hohe Temperaturstabilität, Kälteflexibilität und insbesondere ein geringes Schrumpfverhalten auszeichnet, sowie einen entsprechend isolierten Flachleiter oder Flachleiterschiene.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Flachleiterschiene gemäß Anspruch 1 gelöst, wobei die Flachleiterschiene einen oder mehrere elektrische Metallkerne und eine recycelbare, flammgeschützte Isolierung umfasst, die aus einer Polymermischung hergestellt ist, wobei die Polymermischung auf der Basis von Propylen oder Ethylen mit mindestens einem weiteren Comonomer, sowie mindestens einem heterophasigen schlagzähmodifizierten Polypropylen-Copolymer, und einem flammwidrig wirkenden Füllstoff gebildet ist, wobei das heterophasige schlagzähmodifizierte Polypropylen-Copolymer in einer Menge von 30,0 Ma-% enthalten ist, wobei die Isolierung ein Schrumpfverhalten von ≤ 3 mm / 1 m Schienenlänge aufweist, und wobei der heterophasige schlagzähmodifizierte Polypropylen-Copolymer eine unimodale Gummiverteilung mit einer Fließfähigkeit von 7,5 g/10min (230°C/2,16kg) und einen mittleren IV und einen heterophasischen Anteil von 30% aufweist, wobei die mechanischen Materialeigenschaften bezüglich Schlagzähigkeit bei 880 MPa und bei - 20°C bei 8 kJ/m² liegen, und die Polymermischung eine thermoplastische Mischung ist, die heterophasiges, schlagfestes Polypropylen-Copolymer und mindestens ein Propylen-1-Octen-Copolymer umfasst.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die Polymermischung auf Propylen mit mindestens einem weiteren Comonomer basiert, und zusätzlich mindestens ein heterophasisches, schlagzähmodifiziertes Polypropylen-Copolymer aufweist, sowie einen flammwidrig wirkenden Füllstoff.
Bei dem schlagzähmodifizierten Polypropylen-Copolymer handelt es sich um ein heterophasisches Polypropylen-Copolymer. Dieses wird beispielsweise in einem oder mehreren Polymerreaktoren hergestellt. Durch den Einbau eines heterophasischen Anteils mit schlagzähmodifiziertem Polypropylen-Copolymer kann das Eigenschaftsprofil des resultierenden Polymers bzw. Flachleiters besonders vorteilhaft verändert werden. Insbesondere wird die Schlagzähigkeit erhöht, aber auch das Nachschrumpfen des Materials kann durch die genannte Polymermischung vorteilhaft beeinflusst werden. Die Zusammensetzung der Mischung kann durch den C₂ und/oder C₃ Anteil des heterophasischen Anteils beschrieben werden. Die Größe der heterophasischen Partikel wird durch die Intrinsische Viskosität (IV) ermittelt, der Mengenanteil durch die Löslichkeit.
Das heterophasische Polypropylen-Copolymer wird beispielsweise in einem oder mehreren Polymerreaktoren hergestellt. Heterophasische Polypropylene können auch mittels Compoundtechnologie hergestellt werden. Als Nachteil dieser Herstellmethode sind jedoch erhöhte Kosten aber auch die erreichbaren Produkteigenschaften zu nennen. Je nach Anlagenkonfiguration kann eine unimodale oder bimodale Gummiverteilung realisiert werden.
In entsprechenden Versuchen wurde erfindungsgemäß ein Material mit einer unimodalen Gummiverteilung mit einer Fließfähigkeit von etwa 7,5 g/ 10 min (230 °C/2,16 kg) verwendet. Dieses weist einen mittleren IV und einem heterophasischen Anteil von etwa 30% auf.
Die mechanischen Materialeigenschaften bezüglich Schlagzähigkeit liegen bei ca. 880 MPa und bei -20°C bei etwa 8 kJ/m².
Der Anteil des Materials an der Polymermischung bzw. am Gesamtcompound liegt bei ca. 30%.
Ein weiterer besonderer Vorteil der Mischung besteht darin, dass sie im Isolationsmaterial ohne spürbare Anhaftung an den Leiter nahezu nicht schrumpft und gleichzeitig die geforderten Materialeigenschaften bzgl. Flammbeständigkeit, Temperaturstabilität und Kälteflexibilität erfüllt.
Das Comonomer ist Octen-(1).
Die thermoplastische Mischung umfasst erfindungsgemäß vorteilhaft mindestens ein heterophasiges, schlagfestes Polypropylen-Copolymer und mindestens ein Propylen-I-Octen-Copolymer wobei die Flexibilisierung des PP mit dem thermoplastischen Olefin erfolgt.
Erfindungsgemäß ist in der Polymermischung das heterophasige, schlagzähmodifizierte Polypropylen-Copolymer in einer Menge von 30,0 Ma.-% enthalten.
Die Polymermischung weist bevorzugt eine Extrudierbarkeit von mindestens 6 m/min. auf, um einen Flachleiter effizient beschichten zu können.
Ein erfindungsgemäßer Flachleiter bzw. Flachleiterschiene umfasst eine oder mehrere elektrische metallische Kerne, die vorzugsweise massiv bzw. formstabil ausgeführt sind, und eine recycelbare, flammgeschützte Isolierung, die zumindest teilweise aus der beschriebenen Polymermischung besteht oder hergestellt ist, wobei die Isolierung ein Schrumpfverhalten von ≤ 3 mm / 1 m Schienenlänge, bevorzugt < 1 mm / 1 m Schienenlänge, aufweist.
Der Vorteil der Isolierung besteht darin, dass sie als Ummantelung auf der Flachleiterschiene ohne spürbare Anhaftung an den Leiter nahezu nicht schrumpft und gleichzeitig weitere Materialeigenschaften bzgl. Flammbeständigkeit, Temperaturstabilität und Kälteflexibilität erfüllt.
Bevorzugt weist die Isolierung der Flachleiterschiene eine Spannungsfestigkeit von 30 min 5 KV auf.
Bevorzugt weist die Isolierung der Flachleiterschiene eine Dauergebrauchstemperatur von - 40 °C bis 105 °C gemäß Isolierstoffklasse B(105) auf.
Bevorzugt weist die Isolierung der Flachleiterschiene eine Flammwidrigkeit durch selbständiges Erlöschen nach max. 30 s auf.
Bevorzugt weist die Isolierung der Flachleiterschiene eine thermische Überlast von 6 h bei 155°C auf.
Beispiel 1
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der isolierten Flachleiterschiene anhand der Zeichnung näher erläutert, ohne die Erfindung damit einschränken zu wollen.
Dabei zeigt:

1 eine Flachleiterschiene mit erfindungsgemäßer Isolierung in perspektivischer Schrägansicht.

In 1 ist eine Flachleiterschiene 1 mit einer als Ummantelung ausgebildeten Isolierung 2 gezeigt. Die Isolierung 2 ist aus einer Polymermischung hergestellt, die auf Propylen mit mindestens einem weiteren Comonomer, insbesondere Octen-1, basiert, und zusätzlich mindestens ein schlagzähmodifiziertes Polypropylen-Copolymer aufweist, sowie einen flammwidrig wirkenden Füllstoff.
Bei dem schlagzähmodifizierten Polypropylen-Copolymer handelt es sich um ein heterophasisches Polypropylen-Copolymer, welches beispielsweise in einem oder mehreren Polymerreaktoren hergestellt wird.
In einem Versuch wurde ein Material mit einer unimodalen Gummiverteilung mit einer Fließfähigkeit von etwa 7,5 g/ 10 min (230 °C / 2,16 kg) verwendet. Dieses weist einen mittleren IV und einem heterophasischen Anteil von etwa 30% auf.
Die mechanischen Materialeigenschaften bezüglich Schlagzähigkeit liegen bei ca. 880 MPa und bei -20 °C bei etwa 8 kJ/m².
Der Anteil des Materials an der Polymermischung bzw. am Gesamtcompound liegt bei ca. 30%. Durch den Einbau eines heterophasischen Anteils mit schlagzähmodifiziertem Polypropylen-Copolymer kann das Eigenschaftsprofil des resultierenden Polymers bzw. Flachleiters besonders vorteilhaft verändert werden. Insbesondere wird die Schlagzähigkeit erhöht, aber auch das Nachschrumpfen des Materials verhindert.

Claims

Flachleiterschiene (1), umfassend einen oder mehrere elektrische Metallkerne und eine recycelbare, flammgeschützte Isolierung (2), die aus einer Polymermischung hergestellt ist, wobei die Polymermischung auf der Basis von Propylen mit mindestens einem weiteren Comonomer, sowie mindestens einem heterophasigen schlagzähmodifizierten Polypropylen-Copolymer, und einem flammwidrig wirkenden Füllstoff gebildet ist, wobei das heterophasige schlagzähmodifizierte Polypropylen-Copolymer in einer Menge von 30,0 Ma-% enthalten ist, wobei die Isolierung (2) ein Schrumpfverhalten von ≤ 3 mm / 1 m Schienenlänge aufweist, und wobei das heterophasige schlagzähmodifizierte Polypropylen-Copolymer eine unimodale Gummiverteilung mit einer Fließfähigkeit von 7,5 g/10min (230°C/2,16kg) und einen mittleren IV und einen heterophasischen Anteil von 30% aufweist, wobei die mechanischen Materialeigenschaften bezüglich Schlagzähigkeit bei 880 MPa und bei - 20°C bei 8 kJ/m² liegen, und die Polymermischung eine thermoplastische Mischung ist, die heterophasiges, schlagfestes Polypropylen-Copolymer und mindestens ein Propylen-1-Octen-Copolymer umfasst.
Flachleiterschiene (1) nach Anspruch 1, wobei die Isolierung (2) eine Spannungsfestigkeit von 30 min bei 5 KV aufweist.
Flachleiterschiene (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Isolierung (2) eine Temperaturschockbeständigkeit von 300 Zyklen bei - 40°C bis 105°C bei 15 min Haltezeit aufweist.
Flachleiterschiene (1) nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die Isolierung (2) eine Dauergebrauchstemperatur von - 40°C bis 105°C gemäß Isolierstoffklasse B(105) aufweist.
Flachleiterschiene (1) nach einem der Ansprüche 1-4, wobei die Isolierung (2) eine Flammwidrigkeit durch selbständiges Erlöschen nach max. 30 s aufweist.
Flachleiterschiene nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die Isolierung (2) eine thermische Überlast von 6 h bei 155 °C aufweist.