DE1778863B1

DE1778863B1 - Verfahren zur herstellung einer drahtleitung mit einer isolierung aus geschaeumtem kunststoff und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE1778863B1
Application number: DE19681778863
Authority: DE
Inventors: Katsunari Kodachi; Kisaku Nakagawa; Hiroshi Ohshima; Zenzo Yoshida
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1967-06-16
Filing date: 1968-06-12
Publication date: 1972-05-31
Also published as: SE336819B; GB1226409A; CA930911A; FR1570874A

Description

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3 067 147 werden Feinpulver aus Calciumsilicat, Me- Größe der Feinzellen von weniger als 30 μ im Durchtallen od. dgl. mit dem Kunststoff zur wirksamen messer isoliert sind. Durch die vorliegende Erfindung Nutzung der eingeführten Gase gemischt, um dadurch ist es ebenfalls möglich, den Expansionsgrad eines die Bildung von feinen Zellen zu erleichtern. Trotz- geschäumten Isolationsüberzuges zu steuern bzw. zu dem stellt sich unvermeidbar eine Herabsetzung der 5 regeln, indem die Menge der zuzuführenden Kohlenelektrischen Eigenschaften des erzielten geschäum- Wasserstoffe, die Extrudierungsbedingungen und erten Körpers ein, wie z. B. ein Anstieg in der Dielek- forderlichenfalls die Bedingungen für zusätzlich thertrizitätskonstanten und dem dielektrischen Verlust- mische Formung, wie z. B. Kühlen, Heizen oder eine tangens. In der USA.-Patentschrift 2 928 130 ist der Kombination davon, was nach dem Extrudieren Durchmesser in dem Teil der Extruderschnecke zu- io und Überziehen ausgeführt werden kann, geändert sammengezogen, der in der Nachbarschaft des Gas- werden.

einlasses liegt, um die Leistungsfähigkeit des einge- An Hand der Zeichnung wird eine beispielsweise führten Gases zu erhöhen. Die britische Patentschrift Ausführungsform der Erfindung erläutert.
742 760 sieht eine perforierte Platte unmittelbar So werden Tabletten bzw. Kügelchen oder Pulver stromauf des Gaseinlasses in den Extruderzylinder 15 von thermoplastischem Kunststoff und ein darin lösvor, so daß der auf den geschmolzenen Kunststoff licher hochkomprimierter Kohlenwasserstoff mit ausgeübte Druck leicht verringert wird. Jedoch ist es einem Siedepunkt unter der Schmelztemperatur des bei jedem dieser in den Patentschriften beschrie- Kunststoffes gleichzeitig einem Bereich niedriger benen Verfahren schwierig, eine sehr große Menge Temperatur des Extruders zugeführt für das Übervon Gasen in den geschmolzenen Kunststoff an der 20 ziehen elektrischer Leitungen, durch eine Beschik-Zwischenstelle des Extruderzylinders einzuführen, so kungsvorrichtung für den Rohstoff, die druckfest und daß es praktisch unmöglich ist, einen stark expan- gegenüber der Umgebungsluft abgeschlossen ist, bei dierten Körper herzustellen, der aus Feinzellen be- einer Temperatur, die nicht höher als die Schmelzsteht, temperatur des Kunststoffes ist, wobei der Kunststoff

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die 25 in dem Bereich niedriger Temperatur des Extruders

Nachteile dieser bekannten Verfahren zu vermeiden teilweise geschmolzen wird, um den Kohlenwasserstoff

und ein Verfahren zur Herstellung einer Isolierung darin zu absorbieren, der den Kohlenwasserstoff tra-

aus geschäumtem Kunststoff für elektrische Draht- gende Kunststoff in dem Bereich hoher Temperatur

leitungen zu liefern, bei dem eine große Menge von des Extruders für das Lösen des Kohlenwasserstoffes

Verschäumungsmittel in den Kunststoff gebracht 30 völlig geschmolzen wird und der geschmolzene, den

wird, so daß eine hohe Expansion der geschäumten gelösten Kohlenwasserstoff enthaltende Kunststoff

Kunststoffisolierung erreicht werden kann, wobei der auf die zu überziehende, elektrische Leitung extrudiert

geschäumte Kunststoff möglichst viele feine und wird, um einen geschäumten Überzug zu bilden,

gleichmäßig verteilte Zellen aufweisen soll, so daß Der verwendete thermoplastische Kunststoff be-

auch bei dünnen Isolierungsschichten nicht die Ge- 35 steht im allgemeinen aus Polyolefinen, ζ. Β. als PoIy-

fahr besteht, daß größere durchgehende Poren auf- äthylen, Polyisobutylen enthaltendem Polyäthylen,

treten. Polypropylen sowie aus Polystyrol. Es ist jedoch zu-

Erfindungsgemäß wird dies bei einem Verfahren lässig, andere geeignete thermoplastische Kunststoffe, der anfangs beschriebenen Art dadurch erreicht, daß wie z. B. Polyvinylchlorid, zu verwenden. Erforderais das Verschäumungsmittel ein Kohlenwasserstoff 4° lichenfalls können dem Kunststoff auch Färbemittel, vorgesehen ist und daß das Zuführen des Verschäu- Pigmente usw. zugesetzt werden,
mungsmittels und des Kunststoffes zusammen und ab- Die verwendeten Kohlenwasserstoffe schließen im geschlossen gegenüber der umgebenden Luft im Be- allgemeinen aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Mereich niedriger Temperatur des Extruders vorgenom- than, Äthan, Propan und Butan einzeln oder in men wird. 45 Mischungen von zwei oder mehrerer dieser Kohlen-

Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Ver- Wasserstoffe, ein. Es ist jedoch möglich, andere gefahrens mit einem Extruder mit Beschickungseinrich- eignete Kohlenwasserstoffe, wie halogenierte Olefine, tungen für Kunststoff und ein unter hohem Druck zu verwenden, z. B. Difluorchlormethan.
stehendes Verschäumungsmittel und mit Einrichtun- Wie in der Zeichnung gezeigt, sind ein Beschikgen zum Aufbringen einer Isolierung aus geschäum- 50 kungsfülltrichter 106 für Rohkunststoff und ein weitem Kunststoff auf elektrische Drahtleitungen ist er- terer druckfester Beschickungsfülltrichter 108 gleichfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Be- weise am Anfang auf Atmosphärendruck gehalten, schickungseinrichtungen für den Kunststoff und das wo die Ventile 105 geschlossen gehalten sind. Körner Verschäumungsmittel zusammengefaßt und druck- oder Pulver 112 aus Kunststoff, die in dem Beschikfest und gegenüber der Umgebung durch eine eine 55 kungsfülltrichter 106 gelagert sind, können unter dem kontinuierliche Beschickung zulassende Behälter- und Einfluß der Schwerkraft in den druckfesten Beschik-Ventilanordnung abgeschlossen sind. kungsfülltrichter 108 durch ein druckfestes Kugel-

Die Erfindung ermöglicht das Auflösen einer ventil 107 hindurch fallen. Der Beschickungsfüll-

großen Menge von Kohlenwasserstoff in einer trichter 108 wird evakuiert, wobei das druckfeste

Schmelzmasse von Kunststoff und die Herstellung 60 Kugelventil 107 geschlossen und ein weiteres druck-

von elektrischen Leitungen in einer Ausführungs- festes Kugelventil 109 geöffnet ist, das zu einer nicht

form, die mit einem Überzug aus einem geschäumten gezeigten Vakuumpumpe führt. Wenn das druckfeste

Körper isoliert ist, der feine, gleichmäßige, getrennte Kugelventil 109 geschlossen ist, wird der Druck des

Zellen enthält, worin Gasporen weniger wahrschein- Kohlenwasserstoffes auf den druckfesten Beschik-

lich auftreten. Durch die Erfindung können insbeson- 65 kungsfülltrichter 108 und einen weiteren druckfesten

dere elektrische Leitungen hergestellt werden, die Beschickungsfülltrichter 111 gegeben, so daß darin

mit einem Überzug aus einem hochexpandierten der gleiche Druck gewährleistet ist.

Körper von ungefähr 100 bis 300 μ Dicke und einer Das Aufbringen des Kohlenwasserstoffdruckes auf

die druckfesten Fülltrichter 108 und 111 wird aus- erzeugen, die mit einer geschäumten Masse isoliert

geführt, indem mit dem Druck des Kohlenwasser- ist. Die Anzahl und die Größe der in dem geschäum-

stoffes, der in einer Bombe 101 gelagert ist, in die ten Körper bzw. der geschäumten Masse erzeugten

Fülltrichter 108 und 111 über ein Mengenstrom- Zellen werden durch die zugeführte Kohlenwasserregelventil 102, einen Strömungsmesser 103, eine 5 stoffmenge, d. h. den Druck des Kohlenwasserstoffes,

Druckanzeige 104 und Ventile 105, 105 eingeleitet die Temperatur des Schneckenabschnittes 113 und

wird. Dann wird ein druckfestes Ventil 110 geöffnet, die Extrudierungsgeschwindigkeit gesteuert, sie kön-

um den Kunststoff 112, der in dem druckfesten Füll- nen jedoch weiterhin durch die Temperatur T₅ der

trichter 108 gelagert ist, dazu zu bringen, unter dem thermischen Hilfsformvorrichtung 120 sehr genau geEinfluß der Schwerkraft in den druckfesten Füll- io steuert werden, die erforderlichenfalls in der unmittel-

trichter 111 zu fallen. Auf diese Weise werden der baren Nähe des Kreuzkopfes 114 vorgesehen ist.

Kunststoff und der Kohlenwasserstoff kontinuierlich Die für den geschmolzenen Kunststoff für das

dem druckfesten Fülltrichter 111 zugeführt, der in Durchlaufen des vorher angeführten Verfahrens er-

dem mit einer Luftschleuse versehenen, fortlaufen- forderliche Zeit, d. h. das Expansions- und Überden Rohstoffzuführungsabschnitt 106 bis 111 ange- 15 zugsverfahren nach dem Extrudieren aus der Düse,

ordnet ist, damit sie in den Extruder eingeführt wer- hat nur die Größenordnung von einer hundertstel

den. Der Kohlenwasserstoff in dem druckfesten Füll- Sekunde im Falle der folgenden Beispiele, wo ein

trichter 111 ist immer einem erforderlichen Druck Polyäthylen-Propan-System niedriger Dichte verwen-

durch den Versorgungsabschnitt 101 bis 105 für det wird. Deshalb bildet der Schäumungsvorgang Hochdruck-Kohlenwasserstoffgas unterworfen. In 20 keine geschwindigkeitsbestimmende Stufe, selbst

diesem Falle bleibt der unter Druck stehende Koh- wenn eine überzogene Leitung bei einer Hochge-

lenwasserstoff in einem flüssigen oder gasförmigen schwindigkeit von mehr als 1000 Metern pro Minute

Zustand, gewöhnlich jedoch in einem flüssigen Zu- hergestellt wird,

stand. So werden der Kunststoff und der Kohlen- Beispiel I wasserstoff, die in den Extruder über die druckfeste 25

fortlaufende Rohstoffzuführungsvorrichtung 101 bis Der verwendete thermoplastische Kunststoff belli eingeführt werden, in dem Schneckenabschnitt steht aus Polyäthylen niedriger Dichte mit einem 113 des Extruders erhitzt und gemischt. Der Kunst- Schmelzindex von 1,2 und einer Dichte von 0,920, stoff beginnt in dem Bereich niedriger Temperatur der verwendete Kohlenwasserstoff ist Propan. Beide des Extraderbereiches der ersten Zylindertemperatur 30 Stoffe werden gleichzeitig in den druckfesten Füllzu schmelzen, die auf einer Temperatur T₁ gehalten trichter 111 auf die vorher angeführte Weise eingewird, die etwas höher ist als seine Schmelztemperatur. leitet bei einem Propandruck von 15 kg/cm² bei Zim-In diesem Zeitpunkt sind die Oberflächen der Kunst- mertemperatur. Die verschiedenen Teile eines Extrustoffteilchen zusammengeschmolzen, wodurch der in ders sind wie folgt aufgeheizt: den Zwischenräumen zwischen den Kunststoffteil- 35

chen vorhandene Kohlenwasserstoff wirksam absor- Erste Zylindertemperatur T₁ 195° C

biert wird. Der teilweise geschmolzene Kunststoff, Zweite Zylindertemperatur T₀ 235 ^z C

der den Kohlenwasserstoff absorbiert, wird zu zwei Dritte Zylindertemperatur Γ." 260^: C

aufeinanderfolgenden Bereichen hoher Temperatur, Temperatur von Kreuzkopf und Düse T₄ 270⁰C die jeweils auf Temperaturen T₂ und T₃ gehalten wer- 40

den, die höher als T₁ des Bereiches der niedrigen Der Leiter (Kupfer) mit einem Durchmesser von Temperatur sind, d. h. zu einem Bereich der zweiten 0,4 mm ist auf ungefähr 100° C vorgeheizt. Die Lei-Zylindertemperatur und einem Bereich der dritten tung wird aufgespult bei einer Geschwindigkeit von Zylindertemperatur, durch die Schnecke gefördert, 600 Metern pro Minute. Nach Durchlaufen der Düse die von einer Antriebsquelle 115 angetrieben wird. 45 wird die umhüllte Leitung mit Wasser auf 18° C ge-Bei dem Fördervorgang wird die Masse gleichmäßig kühlt. Die Schicht aus einer geschäumten Masse als geschmolzen und gemischt, damit sich der Kohlen- Überzug auf der Leitung ist ungefähr 150 μ dick, die wasserstoffgehalt löst, und durch die Düse bzw. darin eingeschlossenen Zellen haben einen Durch-Spritzgußform 116 des Kreuzkopfes 114 extrudiert, messer von 20 bis 30 μ und liegen in einer zufriedender auf einer Temperatur T₄ gehalten wird. 50 stellenden Verteilung vor. Die geschäumte Umhül-Die elektrische Leitung 117 wird durch die Spritz- lung hat einen Expansionsgrad von ungefähr 6O°/o, gußform 116 von einer Leitungszuführung 118 aus- d. h. ein prozentuales Gesamtvolumen von Zellen, gehend geführt, so daß das geschmolzene Kunststoff- bezogen auf das Volumen des gesamten geschäumten material, das durch die Düse 116 extrudiert wird, un- Körpers bzw. der gesamten geschäumten Masse, eine mittelbar auf der Oberfläche der Leitung als Umhül- 55 scheinbare Dichte von 0,368 und eine Dielektrizitätslung aufgebracht wird. In diesem Zeitpunkt verdampft konstante von 1,4.

der in dem geschmolzenen Kunststoff gelöste Kohlen- Wenn der Kohlenwasserstoffdruck auf 12 und

wasserstoff schnell auf Grund eines scharfen Abfalles 18 kg/cm² geändert wird, betragen die Expansions-

des äußeren Druckes, der eintritt, wenn der Kunst- grade der geschäumten Umhüllung ungefähr 50 bzw.

stoff aus der Düse 116 heraus extrudiert wird, um 60 80%. In diesem Falle ist die Dielektrizitätskonstante

dadurch eine große Anzahl von feinen Zellen in dem der geschäumten Masse 1,5 bis 1,2.

Kunststoff zu bilden. In diesem Falle verursacht die „ . . .

Kühlwirkung, die sich durch die Verdampfung des Beispiel 11

gelösten Kohlenwasserstoffes ergibt, unmittelbar einen Extrudierung und Schäumung werden unter den

Anstieg der Viskosität des geschmolzenen Kunst- 65 gleichen Bedingungen wie im Beispiel I ausgeführt,

stoffes nahe um die Zellen, so daß die geschaffenen mit der Ausnahme, daß der verwendete Kunststoff

Zellen in dem Harz genau sowie fein unterteilt fixiert aus einem Polyäthylen niedriger Dichte mit einem

werden, um dadurch eine elektrische Leitung 119 zu Schmelzindex von 0,3 und einer Dichte von 0,920

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besteht und daß die verschiedenen Teile des Extru- Die Schicht einer geschäumten Masse, die als Um-

ders wie folgt aufgeheizt sind: hüllung auf die Leitung aufgebracht ist, hat eine

Erste Zylindertemperatur T₁ 200° C Dicke von ungefähr 150 μ, und die darin enthaltenen

Zweite Zylindertemperatur T₂ 245° C Zellen haben einen Durchmesser von 20 bis 30 μ

Dritte Zylindertemperatur T₃ 270° C 5 und sind gut verteilt. Die geschäumte Umhüllung hat

Temperatur von Kreuzkopf und Düse T₄ 275° C einen Expansionsgrad von ungefähr 60%.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

und Verschäumungsmitteln und/oder Verschäu- Patentansprüche: mungszusätzen, die durch mechanische Einrichtun gen, z. B. durch Verwendung einer Heizwalze, herge-

1. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen stellt werden, oder Körner oder Pulver von Kunst-Drahtleitung mit einer Isolierung aus geschäum- 5 stoffen zugeführt werden, die durch eine geeignete tem Kunststoff, bei dem der Kunststoff und ein Einrichtung mit Verschäumungsmitteln getränkt oder darin lösbares, unter hohem Druck stehendes gemischt sind, daß diese Stoffe in eine geschäumte Verschäumungsmittel einem Extruder zugeführt Masse in dem beheizten Extruderzvlinder umgeformt und in ihm erhitzt, geschmolzen und gemischt werden auf Grund der Ausdehnung darin erzeugter werden und die Isolierung am Austritt des Ex- io Zersetzungsgase und daß die geschäumte Masse truders auf die Leitung aufgeschäumt wird, da- extrudiert wird, um auf der elektrischen Leitung einen durch gekennzeichnet, daß als das Ver- Überzug zu bilden. Ein derartiges Verfahren enthält schäumungsmittel ein Kohlenwasserstoff vorge- z. B. die USA.-Patentschrift 3 068 532, welches das sehen ist und daß das Zuführen des Verschäu- Zuführen von Körnern oder Pulvern von Kunstmungsmittels und des Kunststoffes zusammen und 15 stoffen und Verschäumungsmitteln zu einem Füllabgeschlossen gegenüber der umgebenden Luft trichter, das Mischen und Schmelzen der Mischung im Bereich niedriger Temperatur des Extruders durch die Extruderschnecke und das Extrudieren der vorgenommen wird. geschmolzenen Masse auf die elektrische Leitung

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- umfaßt.

rens nach Anspruch 1 mit einem Extruder mit 20 Diese erstere Verfahrensart, welche die Verwen-Beschickungsemrichtungen für Kunststoff und dung von Verschäumungsmitteln einschließt, hat jeein unter hohem Druck stehendes Verschäu- doch die Nachteile, daß für die minimale Zellgröße mungsmittel und mit Einrichtungen zum Auf- der erzielten geschäumten Masse eine Grenze gebringen einer Isolierung aus geschäumtem Kunst- geben ist und daß leicht Gasporen auftreten, wenn stoff auf elektrische Drahtleitungen, dadurch ge- 25 eine bestimmte Dicke des geschäumten Isolationskennzeichnet, daß die Beschickungseinrichtungen Überzuges weiter verringert wird. Bei diesem Verfür den Kunststoff und das Verschäumungsmittel fahren ist der Grad der Expansion ebenfalls bezusammengefaßt und druckfest und gegenüber schränkt, selbst wenn der Zi'satz von Verschäuder Umgebung durch eine eine kontinuierliche mungsmitteln erhöht wird. Vielmehr führen erhöhte Beschickung zulassende Behälter- und Ventil- 30 Mengen dieser Mittel zu der Anwesenheit einer anordnung (107, 108, 110, 111) abgeschlossen großen Menge von Rückständen davon in dem ersind, zeugten geschäumten Körper, was das Verfahren bei

der Herstellung eines stark expandierten Körpers un-

erwünscht werden läßt, der für Anwendungen vor-

35 gesehen ist, wo großer Wert auf die elektrischen

Eigenschaften gelegt wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- Die letztere Verfahrensart ist z. B. in den USA.-

iung einer elektrischen Drahtleitung mit einer Isolie- Patentschriften 2 928 130 und 3 067 147 sowie in der rung aus geschäumtem Kunststoff, bei dem der Kunst- britischen Patentschrift 742 760 geoffenbart, wo Gase stoff und ein darin lösbares, unter hohem Druck 40 unter Druck in eine geschmolzene Masse aus Kunststehendes Verschäumungsmittel einem Extruder zu- stoff in dem Extruderzylinder an einer Zwischengeführt und in ihm erhitzt, geschmolzen und ge- stelle des Zylinders eingeführt werden. Es besteht insmischt werden und die Isolierung am Austritt des besondere darin, daß inerte Gase, wie Stickstoff, Extruders auf die Leitung aufgeschäumt wird. Die Er- Argon und Helium, oder organische Gase, wie Mefindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durch- 45 than, Äthan, Propan, Butan und 1,2-Dichlortetraführung des Verfahrens. fliioräthan, in eine Schmelzmasse aus Kunststoff in

Zur Herstellung von elektrischen Leitungen, die dem Extruderzylinder bei einem Druck, der höher ist mit geschäumtem Kunststoff isoliert sind, ist ein Ver- als der Innendruck im Extruder, hineingezwungen fahren der genannten Art bekannt. Dieses umfaßt werden, daß der geschmolzene Kunststoff und die das Schmelzen und Mischen von Rohstoffen, die aus 50 eingeführten Gase durch die Extruderschnecke geKunststoffen und Verschäumungsmitteln bestehen, mischt werden, während sie durch diese weiterbeförin einem Extruder und das Extrudieren der Schmelze, dert werden, wodurch ein gleichmäßiges Auflösen um ein geschäumtes Produkt auf der Leitung zu bil- der Gase in dem Kunststoff hervorgerufen wird, und den. Ein weiteres Verfahren besteht darin, inerte daß die Mischung extrudiert wird, um einen ge- oder organische Gase unter hohem Druck in den 55 schäumten Überzug auf elektrischen Leitungen als geschmolzenen Kunststoff in einem Extruderzylinder Isolierstoff zu bilden. Bei diesem Verfahren werden an einer Zwischenstelle des Zylinders einzuführen, jedoch die Gase an einer Zwischenstelle des Extruden geschmolzenen Kunststoff und das Gas durch derzylinders unter einer Bedingung eingeführt, wenn die Extruderschnecke zu mischen und die durchein- ein genügend hoher Druck auf den geschmolzenen andergemischte geschmolzene Masse zu extrudieren, 60 Kunststoff durch die Extruderschnecke ausgeübt wird um einen geschäumten Überzug auf der Leitung zu zu dem Zweck, den Gegenstrom der eingeführten bilden. Gase zu dem Fülltrichter hin zu verhindern. Da das

Das erstere Verfahren zur Herstellung von elek- Einführen der Gase bei einem höheren Druck als irischen Leitungen, die mit geschäumten Kunststoffen dem, der schon auf den geschmolzenen Kunststoff isoliert sind, welche aus Kunststoffen und Schau- 65 durch die Extruderschnecke ausgeübt wird, ausgemungsmitteln hergestellt werden, ist das in der Praxis führt werden sollte, ist es äußerst schwierig, eine am meisten verbreitete. Es besteht darin, daß dem große Menge von Gasen in die Schmelzmasse einzu-Extruder entweder eine Mischung von Kunststoffen führen. In der vorerwähnten USA.-Patenischrift