DE1790246A1 - Abschirmungsmaterial fuer ein elektrisches Kabel - Google Patents

Abschirmungsmaterial fuer ein elektrisches Kabel

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Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. R asFeickmann,
Dipl.-Ing. H. Weickmann, D1PL.-PHYS. Dr.K. FiNCKE D1PL.-ING. F. A.'Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
1 "7QQO / β
ί MÜNCHEN 86* DEN l/JUZHO.
POSTFACH 860 S20
MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 4*3921/22
The Dow Chemical Company, Midland, Michigan (V.St.A.)
Äbsehirmungsmaterial für ein elektrisches Kabel
Ausscheidung aus Patent . ...". ... (Patentanmeldung P 1281-518.8-34")
Die vorliegende Erfindung betrifft ein mehrschichtiges Äbsehir— mungsiaaterial für ein elektrisches Kabel. Der Erfindung liegt dabei die Aufgabe zugrunde, einem Kabel höhere thermische Iso— lationsfähigkeit au geben» um damit dem Metallkern des Kabels einen höheren Schutz gegen Zerstörung während des Herstellungsverfahrens zu geben. Kunststoffbändert Gummi-Kunststof f -Schichtwerkstoff e und dergl, werden bisher als thermisches Isoliermittei zwischen", einem Metallmantel und dem. inneren Leiter eines Kabels verwendet. Die thermischen Isoliermittel haben die Aufgabe, den inneren Leiter des Kabels zu schützen* z.B. bei der Hitzeeinwirkungt äle vorliegt, wenn der äußerste Polymerüberzug auf dem Sxtrusionsweg über, einen Metallmantel aufgebracht wird oder wenn der MetallschutzEantel des Kabels hitzebehandelt wird» um die Adhäsion zwischen Eolymermantel und Metallmantel zu erhöhen«
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Die bekannten thermischen Schutzmittel hei elektrischen Kabeln sind teuer, erfordern zusätzliche Maßnahmen hei der Herstellung des Kabels und besitzen darüberhinaus unerwünscht hohe Dielektrizitätskonstanten.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist gelöst durch ein mehrschichtiges Abschirmungsmaterial für ein elektrisches Kabel, welches gekennzeichnet ist durch eine dünne Metalloder Kunststofflage, die auf mindestens einer Seite ein klebendes Polymer aufweist und darüber auf einer Seite eine dünne Lage eines schäumfähigen Materials trägt, welches bei Hitzeeinwirkung zu einem Körper niedriger Dichte und zelliger Struk- ^ tür expandiert.
Das erfindungsgemäße Abschirmungsmaterial kann entweder in noch nicht expandiertem Zustand um den Kern oder die Seele eines Kabels herumgewickelt werden» so daß der Metallstrang mit einem schäumfähigen überzug versehen ist, der nächst dem Metallkern liegt. Auf diese Umwiekelung wird anschließend eine thermoplastische Kunststofflage aufextrudiert.
Die Wärmeextrusion veranlaßt das schäumfähige Material zur Expansion, um damit ein Material zelliger Struktur zwischen dem Metall oder der Kunststofflage und dem Metallkern zu hilfe den. Die «färmeextrusion veranlaßt auch die einzelnen Lagen, die ein klebendes Polymer tragen, zu einer engen, festen Terbindung««Es ist vorteilhaft, daß Temperaturen von etwa 120 bis 1650C angewendet werden, um eine ι der einzelnen Iiagen zu gewährleisten.
bis 165 C angewendet werden, um eine entsprechende Haftung
Es ist aber auch möglich, das schäumfähige Material des erfindungsgemäßen, - mehrschichtigen Abschirmungsmaterials bereits vor der Umwicklung des Kabelkerns einer Hitzebehandlung zur Expansion zu unterwerfen und das AbschiriBungsmateriai in auf diese ¥eise bereits expandiertem Zustand um äen Kabelkern herum anzubringen.
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Das zur Anwendung kommende schäumfähige Material besteht aus feinen gesonderten Polymerteilchen, wobei jedes einzelne !Teilchen ein flüchtiges organisches Blähmittel und ein Bindemittel enthält. Die expandierbaren Polymerteilchen sind mit dem Binder gemischt, wie z.B. einer Latex, um ein flüssiges, schäumbares Überzugsmaterial zu bilden» Geeignetes Polymermaterial für den vorliegenden Fall isti z.B. thermoplastisches PoIyviny!material, wie z.B, Polystyrol, Polyacryl- und Polymethacry!verbindungen, Polyvinyläther, Polyvinylester von organischen Sauren, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, PoIyisODutylen und Polymere von CX-Alky!-Derivaten von Styrol, ringsubstituierte Derivate von Styrol, wie z.B. die Chlorstyrole, Acryl- und Methacrylester, wie z.B. Äthylacrylat und Propylmetnacrylat» Acrylnitril, Methacrylnitril, (X»ß-äthylenisch ungesättigte dibasische Säuren und deren Derivate sowie Diolefine.
Vorzugsweise wird man ein Material verwenden, welches eine verhältnismäßig hohe Schäumtemperatur besitzt, z.B. Über 1200C, was nicht ausschließe, daß auch ein Material mit niedrigerer Schäumtemperatur verwendet werden kann. Vornehmlich kommt ein Material in Frage, welches ein Mischpolymer des Methylmethacrylate und Acrylnitrils oder ein Mischpolymer des Methylmethacrylats und Methylacrylats enthält.
Als Treibmittel kommen, wie erwähnt, organische Flüssigkeiten in Betracht,z.B. Pentan, Hexan, Heptan, Cyclopentan, Cyclopentadien und vorzugsweise Neopentan. Als schäumbares Material kommt ein solches in Betracht, wie es in der USA-Patentschrift 2 862 834 beschrieben ist und wie es nach der französischen Patentschrift 1 394 058 hergestellt wird.
Als Klebeinateriäl zum Belegen der beiden Seiten der Metalloder Kunststoff lage vor Aufbringen des schäumenden Materials kann jeae Verbindung verwendet werden, welche das erhaltene Schaumpolymer bzw. den äußeren Polymermantel der Lage genügend
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festhält. Ein "bevorzugtes klebendes Polymer ist ein Random- oder Pfropf-Mischpolymer, das zu einem größeren Anteil aus Äthylen und zu etwa 3 bis 20 Gew.^, bezogen auf das Mischpolymer, aus einem sauren Comonomeren besteht, nämlich einem der nachfolgend aufgeführtent CX ,ß-äthylenisch ungesättigte Mono- und Polycarbonsäuren oder Anhydride davon mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen pro Molekül und Teilester solcher Polycarbonsäuren, deren Säureanteil mindestens eine Carboxylgruppe und deren Alkoholanteil von 1 bis 20 Kohlenstoffatome aufweist.
Als saure Coiponomere seien im einzelnen genannt: Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Itakonsäure, Maleinsäureanhydrid, Monoäthylmaleat, Monomethylmaleat, Monomethylfumarat und Monoäthylfumarat.
Es wurde festgestellt, daß das Abschirmungsmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung einen ausgezeichneten Hitzeschutz für gebündelte Kerne ergibt. Versuche ergeben, daß bei einer gegebenen Temperatur mehr Zeit für den Wärmeübergang durch eine erfindungsgemäße Wärmeisolierschicht erforderlioh ist als für bisher übliche Isolierschichten.
Das erfindungsgemäße Abschirmungsmaterial macht es möglich, nach seinem Aufbringen um einen Kabelkern einen äußeren Polymermantel auf zuextrudieren und dabei eine höhere Temperatur an der Grenzfläche zwischen Stützmantel und Polymermantel zeitweilig aufrechtzuerhalten. Die Aufrechterhaltung dieser erhöhten Temperatur an der Grenzfläche gestattet es, die Extrusion eines äußeren Polymermantels bei niedrigeren Temperaturen durchzuführen.
Die überlegenen -Eigenschaften des erfindungsgemäßen Abschirmungsmaterial3 lassen sich durch eine Testungsvorrichtung zum Testen der thermischen Isoliereigenschaften bestimmen, welche in der Figur der beigefügten Zeichnung schematisch dargestellt ist. Diese Testungsvorrichtung wird anhand der Zeichnung unten näher beschrieben.
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B ei s pi el
A. Herstellung des Abschirmungsmaterials
Ein sehäumfähiges Material wurde dadurch hergestellt, daß man
1) 138 g einer 40$ Feststoffe enthaltenden wäßrigen Suspension eines Mischpolymers aus etwa 95 Gew.$ Methylmethacrylat und etwa 5 Gew.$ Acrylnitril mit einem Gehalt von 35 Gew.$, bezogen auf das Polymer, an Neopentan,
2) 83,8g eines Materials mit einem Gehalt von 53$ Styrol, etwa 43$ Butadien, etwa 3$ Fumarsäure und etwa 1$ Acrylsäure,
■ 3) 0,7 g einer 30,8$igen Lösung von Fatriumlauryl- sulfat und
4) 3 »48 g einer 5$igen Lösung von Natriumpalyacrylat miteinander vermischte..
Bas so erhaltene Material ergibt beim Trocknen einer dünnen Schicht auf einer festen Unterlage einen fortlaufenden Überzug und expandiert beim Erhitzen zu einem Material zelliger Struktur.
Eine 0,05 mm-Schicht dieses schäumfähigen Materials wurde auf ein 0,2 mm starkes Aluminiumband aufgebracht, derart, daß ein Randstreifen des Bandes unbelegt blieb. Das Band war vorangehend bereits auf beiden Seiten mit einer dünnen zusammenhängenden Schicht eines Mischpolymers von etwa 92$ Äthylen und etwa 8fo Acrylsäure überzogen worden.
B. Anwendung des Abschirmungsmaterials
Das so überzogene Aluminiumband wurde in der Längsrichtung um den leitenden Kern eines Kabels derart gefaltet, daß· die Längskanten des Bandes im Bereich des nicht mit schäumendem Stoff belegten Randes sich überlappten. Ein Polyäthylenmantel
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— ο —
vnirde über das Aluminiuraband extrudiert. Die Extrusionshitze war genügend, um das schäumfähige Material auf der Innenseite des Alüminiumbandes zu schäumen. Die Hitze genügte auch, um das Aluminiumband mit dem äußeren Polyäthylenmantel genügend zu verbinden. Es ergab sich an den metallischen Leitern des Kabelkerns kein durch die Hitze verursachter Schaden.
Beispiel 2
Das Verfahren nach Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Abweichung, daß das mit dem schäumenden Stoff belegte Aluminiumband einer Temperatur von etwa 145 C ausgesetzt wurde, um die Schäumung vor der Herstellung des Mantels herbeizuführen. Das.so mit Schaumstoff belegte Aluminiumband wurde derart um den Kabelkern gefaltet,daß der Schaumstoff dem Kern zugekehrt war. Schließlich wurde der Polyäthylenmantel über den Aluminiummantel extrudiert. Auch hier lag eine Beschädigung des Kabelkerns nicht vor.
Beispiel 3
Das Verfahren nach den Beispielen 1 und 2 wurde wiederholt mit der Abweichung, daß ein Mischpolymer mit einem Gehalt an 70$ Methylmethacrylat und 30$ Methylacrylat anstelle des 95$ Methylmethacrylat und 5$ Acrylnitril enthaltenden Mischpolymers verwendet wurde.
Beispiel 4
Es wurden verschiedene Teste durchgeführt, um das thermische isoliermaterial bei bekannten Kabeln mit dem erfindungsgemäßen Abschirmungsmaterial zu vergleichen. Bei diesen Versuchen wurde gemäß der noch zu beschreibenden Fig. 1 die Lage C durch das jeweils zu testende Material gebildet.
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■'.■'- 7 -
Die Teile der Pig. 1 sind auseinandergezogen dargestellt, liegen zur Durchführung des Versuchs jedoch dicht aufeinander. So bedeutet A einen Backstein, in dessen Oberfläche ein Blättchen eines thermoelektrischen Elements B eingebettet ist. Es liegt eine Verbindung zu einem nicht gezeichneten Aufzeichnungsgerät vor. C bedeutet das jeweilige Versuchsmaterial, während D eine Aluminiumplatte von 0,2 mm Stärke darstellt, wie sie in Kabeln verwendet wird. Diese Aluminiumplatte ist auf einer Seite mit einer 0,05 mm starken Lage E eines klebenden Mischpolymers beschichtet, das aus 92$ Äthylen und 8$ Acrylsäure besteht. Mit P ist eine 3,18 mm starke Polyäthylenlage bezeichnet, welche 2,5 Gew.i> Ruß enthält. P repräsentiert die äußere Ummantelung; G wiederum stellt eine Lage aus einem klebenden Mischpolymer, bestehend aus 92$ Äthylen und 8$ Acrylsäure, dar, welche eine Aluminiumfolie H von 1,27 mm Stärke mit einem inneren Polyäthylenmantel verbindet. I stellt ein 12,7 mm starkes Aluminiumblech· dar, welches der Hitzeabf uhr dient.
Zur Durchführung des Versuchs wurde die Gesamtheit der Lagen P, G und H in einem Ofen mindestens 30 Minuten lang auf eine Temperatur von 2500C erhitzt. Der so erhaltene Schichtkörper wurde aus dem Ofen genommen und auf die Aluminiumplatte I gebracht, die Zimmertemperatur besaß. Die Lagen C und D, welche vorangehend schon auf die Lage E aufgebracht wurden, wurden unmittelbar über die Polyäthylenlage P gebracht. Daraufhin wurde der Backstein A mit dem thermoelektrischen Element B über den .Versuchsgegenstand C gelegt.
Zweck dieser Versuchsreihe war es, die Höchsttemperatur zu bestimmen, welche auf der inneren Oberfläche der Schaumlage C eines Kabels auftrat, aufgezeichnet durch B.
Ein zusätzlicher Versuch wurde durchgeführt, um die Zeit zu bestimmen, die verging, um die Hitze von der Lage P zum thermoelektrischen Element B strömen zu lassen, und zwar bis auf eine Temperatur von etwa 820C am thermoelektrischen Element B;
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Je langer die ermittelte Zeit bis zur Temperatur von .820C war, desto besser war die Isoliereigenschaft des Materials.
Im Falle des Abschirmungsmaterials gemäß der Erfindung veranlaßte der Wärmeübergang aus der Lage F das Material der Lage C zu schäumen. Die nachfolgende Tafel zeigt unter der Angabe "Material" die """erschiedenen ermittelten Höchsttemperaturen am Thermoelement und auch die Zeiten, die bis zum Erreichen von 820C notwendig waren. Unter "Kunststofftemperatur" ist in der nachfolgenden Tafel die Temperatur der Polyäthylenlage F unmittelbar nach Entfernung der Gesamtheit F, G und H aus dem Ofen verstanden. Jedes der als Wärmeisolierstoffe zu testenden Materialien wurde .an die Stelle von C in Fig. 1 gebracht.
Die Versuchsnummern 1 bis 3 beziehen sich auf Vergleichsversuche, während die Versuche 4 und 5 der Erfindung entsprechen.
Aus der Tafel läßt sich erkennen, daß das1 Abschirmungsmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung gemäß den Testversuchen 4 und 5 eine hervorragende thermische Isolation gewährleistet« Das geschäumte Material hat zur Folge, daß ein Eindringen von Wärme etwa 13 bis 16 Sekunden länger dauert als bei einer der besten bekannten Isolierschichten (Test 3). Die erreichte Maximaltemperatur ist gemäß den Versuchen 4 und 5 für den Kern erheblich geringer als gemäß den Versuchen 1 bis 3.
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*- 9 —
Material
Kunststofftemp, 0C
Maximale Erforderli-Temperatur ehe Zeit zur am Punkt,B Erreichung der Temp. 820C am Punkt B Sekunden
0C
1 0,18 mm Polyethylenterephthalat) 250 137
2 0,23 mm Polypropylen und
0,0127 mm PolyEthylenterephthalat) . /' ■ 250,. 131
3 0,38 mm Butyl-Gummi und . : ■ ■:. -_;i;.; 0,025 Poly(äthylentere-
phthalat) · 250 125
4 0,05 mm schäumfähiges Überzugsmatfrial des
Beispiels 1 250 97
5 0,05 mm SQhäumfähiges Überzugsmaterial des Bei-
..-·. spiels 1 auf 0,038mm u
Poly(äthylenterephthalat) 250
Das schäumfähige Material ist als Oberzug auf eine 0,2 mm Aluminium-Folie (Lage D der Fig.1) aufgebracht.
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Claims (4)

Patentansprüche
1. " Mehrschichtiges Abschirmungsmaterial für ein elektrisches Kabel, gekennzeichnet durch eine dünne Metall- oder Kunststofflage, die auf mindestens einer Seite ein klebendes Polymer aufweist und auf einer Seite eine dünne Lage eines schäumfähigen Materials trägt, welches bei Hitzeeinwirkung zu einem Körper niedriger. Dichte und zelliger Struktur expandiert.
2. Abschirmungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schäumfähige Material aus feinen gesonderten Polymerteilchen besteht, wobei jedes einzelne Teilchen ein flüchtiges organisches Blähmittel und ein Bindemittel enthält.
3. Abschirmungsmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer ein Mischpolymer von Methylmethacrylat und Acrylnitril oder von Methylmethacrylat und Methacrylat ist.
4. Abschirmungsmaterial nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Blähmittel Neopentan ist.
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