DE1769343B2 - Brandsichere Umhüllung für elektrische Kabel und Leitungen - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung einer Masse aus gefüllten, mit unbrennbaren Weichmachern versehenen, im Brandfalle Chlorwasserstoff abspaltenden Polymeren, wie Polyvinylchlorid, Polychloropren, chlorsulfoniertes Polyäthylen u.a. als Umhüllung für elektrische Kabel und Leitungen.

An die in neuerer Zeit in wachsendem Maße verwendeten Kunststoffe werden je nach dem Verwendungszweck immer höhere Anforderungen gestellt So soll beispielsweise die Isolierung elektrischer Kabel und Leitungen aus Polyvinylchlorid unbrennbar sein, wenn solche Kabel oder Lesungen in Bergwerken, auf Schiffen oder anderen feuergefährlichen oder feuergefährdeten Anlagen Verwendung Π den. Weichmacherfreies Polyvinylchlorid ist zwar unbrennbar, für die Herstellung elektrischer Kabel und Leitungen jedoch nicht geeignet. Zu diesem Zweck wird daher weichmacherhaltiges Polyvinylchlorid verwendet, das als flammwidrig bzw. selbstlöschend bezeichnet werden kann. Das bei Erwärmung freiwerdende Chlorwasserstoffgas, das bei der Zersetzung der Isolierung aus Polyvinylchlorid auftritt, löscht nämlich die entstehende Flamme. Dabei ist zu berücksichtigen, daß brennbare Weichmacher die Unbrennbarkeit des Polyvinylchlorids herabsetzen, während unbrennbare Weichmacher dessen Unbrennbarkeit erhalten. Mit unbrennbaren Weichmachern versehene Polyvinylchloridmischungen sind demnach unbrennbar, sie sind aber nicht als brandsicher zu bezeichnen. Es hat sich nämlich immer wieder gezeigt, daß die Verwendung von weichmacherhaltigem Polyvinylchlorid zu größeren und unerwarteten Nachfolgeschäden Führt, da bei der Erwärmung vom Polyvinylchlorid abgespaltener, gasförmiger Chlorwasserstoff, der sich mit Wasser oder Wasserdampf zu Salzsäure verbindet, Metalle, Betern oder sonstige Gegenstände anätzt oder zerstört. Solche Nachfolgeschäden sind dann besonders groß, wenn sich in der Nähe der Schadenstelle zahlreiche hochempfindliche Kontakte befinden, wie es in elektrischen Schalt- oder Steueranlagen die Regel ist. so

Derartige Schäden sind bei Polyvinylchlorid in der letzten Zeit mehrfach bekanntgeworden, sie sind jedoch auch bei anderen Polymeren denkbar, sofern diese Polymere unter Hitzeeinwirkung flüchtige Säuren abspalten. Dies ist der Fall, z. B. bei Polyvinylidenchlorid, Polyvinylfluorid, Polyvinylacetat und anderen.

Ebenso gehören dazu die perhalogonierten Polymere, die Polytetrafluoräthylen u. a., welche bei großer Hitze Fluor abspalten können, das zusammen mit Wasserdampf des brennenden (zündenden) Materials ebenfalls flüchtige ätzende Säuren bildet

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Umhüllung elektrischer Kabel und Leitungen eine Masse auf der Basis chlorwasserstoffabgespaltender Polymere zu finden, die auch bei hohen Temperaturen, wie sie im Brandfalle zu erwarten sind, nicht zu Nachfolgeschäden Anlaß geben können und zudem schwer brennbar sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch angegebenen Maßnahmen gelöst

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß man in der Hitze flüchtige Säuren abspaltende Polymere durch geeignete Mischungszusätze so verändern kann, daß die abgespaltene Säure gleich in der Mischung gebunden wird, so daß sie nicht die Möglichkeit hat, als Gas zu entweichen und Nachfolgeschäden zu verursachen. Durch die Verwendung von unbrennbarem Weichmacher und Füllmitteln sehr geringer Körnigkeit werden Polymere so verbessert, daß sie keine flüchtige Säure abspalten und doch ihre gute Eigenschaft der Unbrennbarkeit nicht verlieren. Solche Mischungen können als brandsicher bezeichnet werden, da sie weder brennen, noch Nachfolgeschäden verursachen. Im Beispiel des Polyvinylchlorid vereint sich die guie Eigenschaft, nicht zu brennen, mit der guten Eigenschaft von beispielsweise Polyäthylen und anderen brennbaren Isolierstoffen, keinen Chlorwasserstoff abzuspalten und damit keine oder nur unwesentliche Nachfolgeschäden hervorzurufen. Eine mit feinteiligea Füllstoffen, vorzugsweise unter 250 mu, und unbrennbarem aromatischen Weichmacher aufgebaute brandsichere Polyvinylchloridmischung zersetzt sich wie alle organischen Stoffe in der Hitze und verkohlt dabei, ist also nicht brandfest wie Stein. Wesentlich für den nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Werkstoff ist, daß ein von außen herangetragener Brand nicht unterhalten oder weitergeleitet wird und daß keine flüchtige Säure entwickelt wird, dieser Werkstoff also brandsicher ist

Soll die bei Erwärmung des verwendeten Polymers abgespaltene flüchtige Säure gleich in der Mischung selbst gebunden werden, muß der verwendete Füllstoff zur Bindung der flüchtigen Säure allgegenwärtig sein, d. h. eine sehr geringe Korngröße aufweisen. In Weiterführung des Erfindungsgedankens hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Korngröße des die abgespaltene flüchtige Säure bindenden Füllstoffes bis zu 100 Γημ zu wählen. Die Körnigkeit in dieser Größenordnung verhindert mit Sicherheit, daß flüchtige Säuren entstehen.

Wird z. B. ein solcher Werkstoff als Mantelmischung für elektrische Kabel oder Leitungen eingesetzt und wird hierbei als Füllstoff Kreide in solcher feinteiligen Form zugegeben, dann ist hierbei zu berücksichtigen, daß der Füllstoffanteil groß genug ist, daß die gesamte theoretisch zu verwertende Menge an flüchtigen Säuren gebunden werden kann.

Bekannt ist es zwar bereits (»Winnofil« S in Plasticised PVC, der Fa. JCJ), für Polyvinylchlorid-Mischungen, die in der Kabeltechnik Anwendung finden, feinteilige Kreide einzusetzen. Die Kreide hat aber hier die Aufgabe, eine Verbesserung der Oberflächengüte von Kabelumhüllungen herbeizuführen. Dem gleichen Zweck, nämlich der Oberflächenglättung, der Durchscheinbarkeit und der Vermeidung eines sogenannten »whitening«-Effektes, dienen andere bekannte sehr feinteilige Kreiden mit einer Teilchengröße von 0,03 bis

0,08 μ. Die Kreideteilchen sind hierbei nicht behandelt (Hakuenka) oder mit einer OberflächenumhüHung versehen (Hakuenka CCR) [»Filiers for Vinylchlorid — Hakuenka CCR« von Shiraishi Industry Co, Ltd„ Dez. 18, 1964; Seite 1 bis 11} Dasselbe gilt für eine andere bekannte Technik (Rubber & Plastic Age, Vol. XXXVI, No. 6, Juni 1955)ι bei der dem Polyvinylchlorid oberflächenbehandelte Füllmaterialien mit einer Teilchengröße νοίι 0,1 bis 3 μ zugegeben werden. Sehr ansprechbare glatte Oberflächen mit guten mechanischen Eigenschaften sowie Erzielung eines gewissen Stabnisierungseffektes durch die Ummantelung der Kreideteilchen sind das Ergebnis.

Die mechanischen Eigenschaften sind auch Ziel der Untersuchungen in der Zeitschrift »The Electrical Manufacturer« Mai—Juni 1952, Seite 87/88. Ausgehend von einem Anteil Null werden bei PVC die Zugfestigkeit, der Elastizitätsmodul und andere physikalische Eigenschaften in Abhängigkeit vom steigenden Füllstoffanteil untersucht Gleichzeitig wird hier in bezug auf Polyvinylchlorid noch darauf verwiesen, daß wegen des selbstlöschenden Charakters von PVC-fwischungen sich diese besonders für Kabelummantelungen eignen. Ein Hinweis auf die Behandlung des den Löschvorgang bewirkenden Chlorwasserstoffes, der seinerseits zu Nachfolgeschäden in der Umgebung führt, ist weder durch diese noch die vorgenannten bekannten Maßnahmen gegeben.

Der Einfluß auf die Zugfestigkeit, die Bruchdehnung und den Modul bei Gummimischungen wird untersucht in »Rubber Chemicals For Cables«, JCJ, 1958, wobei unterschiedliche Füllstoffe, leitfähige und nichtleitende, in bestimmten Mengenverhältnissen eingegeben werden.

Zur Verringerung der Kosten werden bei einer anderen Untersuchung (British Plastics, Nov. 1955, S. 463—467) für Polyvinylchlorid als Füllstoffe Kreider, vorgeschlagen, deren Anteil bezogen auf 100 Teile PVC nicht höher als 30 betragen soll. Abgesehen davon, daß es sich auch hier lediglich um Untersuchungen bezüglich des mechanischen Verhaltens für Dach- und Fußbodenabdeckungen handelt, sind die beabsichtigien Mengen nicht in der Lage, bei einer Zerstörung durch Brand Nachfolgeschäden zu vermeiden. Das gilt auch für die bei der Aufbereitung von PVC-Mischungen notwendige Stabilisierung durch geringe Mengen alkalisch oder aminisch reagierender Stoffe (F. K aiη er, »PVC und

d)

In der Tabelle sind in der Zusammensetzung sich unterscheidende Polyvinylchloridmischungen 1 bis 5 angeführt, von denen in bekannter Weise Proben hergestellt wurden. Diese Proben wurden zur Feslstellung, ob es sich um eine brandsichere Polyvinylchloridmischung handelt, einmal auf ihre Entflammbarkeit, gemessen an der Nachbrennzeit, und zum anderen auf die abgespaltene Chlorwasserstoffmenge, bezogen auf den Chlorgehalt der Mischung, hin untersucht.

Beispiele

Mischung Nr.
I 2 3

Bekannntlich sind PVC-Mischungen von Hause aus flammenhemmend wegen des bei erhöhten Temperaturen freiwerdenden Chlorwasserstoffes. Je nach dem, ob der durch die vorhandene Mischung gegebene Chlorgehall als ausreichend oder nicht angesehen wird, kann man durch Wahl des als Verarbeitungshilfe verwendeten Weichmachers den Chlorgehalt in der Mischung heraufsetzen (Chlorparaffin) oder konstant halten (Phosphatweichmacher). Die Anwendung dieser Weichmacher ist bekannt (Polyvinyl Chloride-Chemistry and Industry II, Asakura Shoten Co. 5.2.1966, S. 176). Nachfolgeschäden werden aber weder durch die eine noch durch die andere Maßnahme vermieden.

Die Erfindung sei an Hand der in der nachfolgenden Tabelle angeführten Mischungsbeispiele sowie des in der Figur dargestellten Kabels näher erläutert.

Zusammensetzung:

PVC 100 100 100 100 100

Phthalatweich- 50 63 63 35 35

macher

Arom. Phosphat- - 30 30

weichmacher

Kreide, gemahlen - 60 - - - Kreide, gefällt 60 60 100 Stabilisation Il 5 5 5 11 Nachbrennzeit 5 13 über 60 0 0

(see):

Prozentsatz 100 60 21 20 0

flüchtigen
Chlorwasserstoffes:

Die Gegenüberstellung der bei den einzelnen Mischungen 1 bis 5 erzielten Ergebnisse läßt eindeutig

j5 erkennen, daß bei Verwendung von einem hinreichend feinteiligen Füllstoff, im angegebenen Atisführungsbeispiel Kreide mit einer Körnigkeit unter 250 mu, insbesondere bis zu 100 πιμ, die abgespaltene ChVjrwasserstoffmenge, bezogen auf den Chlorgehalt der Mischung, bis auf 0% absinkt. Die Nachbrennzeit steigt mi-, zunehmender Bindung des Chlorwasserstoffes an und fällt erst dann auf 0 ab, wenn ein aromatischer Phosphatweichmacher zu etwa 50% des Gesamtweichmachers zugegeben wird.

Eine solche brandsichere Mischung, aeren Unbrennbarkeit, wie das angegebene Beispiel 5 zeigt, durch einen geeigneten Weichmacher erreicht werden kann, und deren Chlorwasserstoff durch hinreichend feinteilige Füllstoffe, beispielsweise Kreide, in genügenden

Mengen vollständig gebunden werden kann, ist besonders geeignet als Isoliermaterial für elektrische Kabel und Leitungen in feuergefährdeten oder feuergefähr'xhen Anlagen. Dabei ist es gleichgültig, ob die Entzündungsbedingungen außerhalb oder innerhalb des

Kabels oder der Lf itung entstehen.

Ein mit einer brandsicheren Mantelmischung isoliertes Kabel ist in der Figur schematisch dargestellt. Der aus Kupfer oder Aluminium bestehende Leiter 1 ist mi; einer geeigneten isolierhülle 2, beispielsweise aus einer

vulkanisierten Gummimischung versehein, über die in bekannter Weise die äußere Umhüllung 3 ums einem thermoplastischen Kunststoff auf Polyvinylchloridbasis in der gemäß der Erfindung vorgeschlagenen brandsicheren Form aufgebracht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verwendung einer Masse aus gefüllten im Brandfalle Chlorwasserstoff abspaltenden Polymeren, wie Polyvinylchlorid, Polychloropren, chlorsulfoniertes Polyäthylen u. a^ und einer hinreichenden Menge, im Falle von Polyvinylchlorid mindestens 60 Teile bezogen auf 100 Teile Polymeres, eines fein teiligen Füllstoffes von Magnesium- oder Blei- ι ο Oxid, Kalzium-, Blei- oder Kalzium-Magnesium-Karbonat oder basischen Blei-Karbonat mit einer mittleren Korngröße unter 250 ΐημ in Kombination mit unbrennbaren aromatischen Weichmachern als brandsichere Umhüllung — Isolierung oder Mantel — für elektrische Kabel und Leitungen.