DE1942944C3

DE1942944C3 - Isolierband für elektrische Leiter und Verfahren zum Isolieren eines elektrischen Leiters

Info

Publication number: DE1942944C3
Application number: DE19691942944
Authority: DE
Inventors: Raymond Charles Midland Mich. Mildner (V.St.A.)
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1969-08-23
Filing date: 1969-08-23
Publication date: 1979-01-11
Also published as: DE1942944B2; DE1942944A1

Description

Diese I rlindung betrifft cm Isolierband für I eiter /ur Übermittlung von elektrischen oder Nachrichtensignalen und ein Verfahren /um Isolieren eines eleklri- mi sehen Leiters mit einem Bind

In der UI>PS I¹J J6 H72 ist ein langsdichlcs Nachrichtenkabel niil kunststoffisolicrtcn Adern vorgeschlagen^ bei dem der Hohlraum zwischen den Adern der Kabel· seele und einem umschließenden Mantel mit Gas oder i>> Luft enthaltenden Kügelcheri und einer die Längsdichtigkcit gewährenden Substanz ausgefüllt ist.

DE-GM 17 89 276 beschreibt die Verwendung von bindemittelfreien Vliesen aus Synthesefasern als Trägermaterial für Isolierbänder, die vor der Verwendung mit für die Isolierung geeigneten Harzen imprägniert bzw. beschichtet werden.

Nach der DE-AS 12 31 327 soll ein Faservlies aus ungereckten synthetischen Fasern in Kombination mit einer aus synthetischen Fasern bestehenden Maschenware durch Druck miteinander verschweißt werden und dann als Trägermaterial für Isolierbänder verwendet werden.

In diesen Schriften wird darauf hingewiesen, daß Papiere als Trägermaterial wesentliche Nachteile aufweisen und synthetische Materialien allein die erforderlichen physikalischen Eigenschaften aufweisen, um als Trägermaterial für Isolierbänder geeignet zu sein.

Aufgabe der Erfindung war es, Isoliermaterial zur Verfügung zu stellen, das eine niedrigere Dielektrizitätskonstante und einen wesentlich niedrigeren Verlustfaktor bei Übertragung hochfrequenter elektrischer Signale aufweist als die bekannten Isoliermaterialien.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Isolierband für elektrische Leiter aus untereinander verbundenen papierbildenden Fasern. Das Kennzeichnende besteht darin, daß es eine Vielzahl von hohlen synthetischen thermoplastischen Teilchen von im wesentlichen kugelförmiger Gestalt enthält.

Für eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist kennzeichnend, daß Jie hohlen Teilchen einen Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 200 Mikron haben. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die hohlen Teilchen in Mengen von 0,25 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Isolierbandes, anwesend. Eine andere, besonders vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen synthetischen thermoplastischen Teilchen aus Poly(Melhylmclhacrylal) bestehen.

Wie aus den später gc/eiglcn Daten und Ergebnissen hervorgeht, sind die elektrischen Eigenschaften der neuen Isolierung weitgehend verbessert, da diese eine niedrige dielektrische Konstante ν η ti einen wesentlich niedrigeren Verlustfaktor besitzt, besonders, wenn die Signale bei hohen Ircqucn/en übermittelt werden.

Die Erfindung wird durch die Zeichnung in der Figur näher erläutert, die einen Querschnitt eines isolierten Leiters nach der Erfindung wiedergibt.

In der figur isl ein Leiter 10 mit einer Isolierschicht 11 versehen, die aus miteinander verbundenen b/w. verdichteten papierbildendcn lasern besteht, in die eine Vielzahl von hohlen synthetischen thermoplastischen Teilchen, die im allgemeinen eine kugelförmige Gestalt oder Konfiguration besil/en, einverleibt sind und gemeinsam mit den papierbildcnden lasern die Isolierschicht bilden.

Hei der Erfindung kann jede geeignete papierbildendc laser für die Herstellung des Isolicrmalerials verwende! werden. /. B lange oder kurze 1 aserpulpc. llol/schlilTpulpe. lladcrnpulpe und Kraftpulpe.

Die hohlen synthetischen thermoplastischen teilchen, die zusammen mit den papierbildenden lasern die neue !soliciting bilden, haben im allgemeinen einen Durchmesser im Bereich von 0.5 bis 200 Mikron. Diese Teilchen sind vorzugsweise in der Isolierschicht um den Leiter in einer Menge /.wischen 0_t25 und 60 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Isolierschicht, vorhanden. Es liegt auf der Hand, daß die Größe und die Konzentration der in der Isolierschicht verwendeten Teilchen weitgehend von den besonderen Bedingungen des Einzelfalles abhängen, so daß auch Teilchen von einer

Größe und in einer Konzentration verwendet werden können, die außerhalb der angegebenen Grenzen liegen.

Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zum Isolieren eines elektrischen Leiters mit einem Isolierband, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Band in Längsrichtung um den elektrischen Leiter angeordnet wird.

Bei einer alternativen Verfahrensausführung wird das Band schneckenförmig urn den elektrischen Leiter angeordnet

Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierband um den elektrischen Leiter ohne Saum angeordnet wird.

In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Leiter mit einer Isolierschicht aus papierbildenden Fasern und hohlen synthetischen thermoplastischen Teilchen der angegebenen Art versehen, indem man diese kontinuierlich auf den Leiter vun einem Fourdrinier-Sieb oder der Aufnahmeoberfläche des Zylinders einer Papiermaschine aufträgt. Kennzeichnend für diese Ausführungsform des Verfahrens ist. daß man eine Pulpe einer papierbildenden Faser und hohle synthetische thermoplastische Teilchen von im allgemeinen kugelförmiger Gestalt in eine wasserhaltige Misch/one einführt und dort miteinander /u einer Masse aus papierbildenden Fasern und den genannten Teilchen vermischt, einen elektrischen Leiter durch eine Trennzone führt und in dieserTrennzone die Masse aus papierbildenden Fasern und den genannten Teilchen /u einem kontinuierlichen Band aus papierbildenden Fasern mit darin verteilten Teilchen verformt und dieses Band um den elektrischen Leiter anordnet Dies kann zweckmäßigerweise so geschehen, daß der Leiter in der Mitte der Bahn oder des Streifens angeordnet ist. Sobald der Leiter und die Papierbahn aus der Trennzone austreten, wird die Bahn um den Leiter geformt oder gewunden, so daß ein Rohr oder eine Hülse als Isolierschicht entsteht. Die Dicke der Isolierschicht hangt weitgehend von den speziellen Bedürfnissen des Einzelfalles ab, im allgemeinen liegt sie aber im Ber ich von 0,076 bis 0,76.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Isolierschicht aus papierhildenden lasern und hohlen thermoplastischen Teilchen in ein Band geformt, das sich auch als Rolle oder in ahnlicher Weise aufbewahren läßt, falls dieses erwünscht isl. bis es im Bedufsfalle um den Leiter gev.unden oder in anderer Weise angeordnet wird, um als Isolierung /u dienen, f■ in derartiges Isolierband isl relativ lang im Vergleich /u seiner Breite. Man kann solche Isolierbänder erhalten, indem nan den Streifen aus Papierpulpe, der die hohlen Teilchen enthalt, von einem Jourdrinie.-Sieb oder vor, der Oberfläche eines siebartigen Zylinders einer Papiermaschine abnimmt. Der abgenommene Streifen kann unter Anwendung von Wärme verpreßt werden, um die papierbildenden Fasern /u verdichten oder /u konsolidieren, wobei chemische Bindungen /wischen den ein/einen I asern aultreten Dieser Schrill kann auch /ur partiellen 'trocknung des Streifens dienen

Kennzeichnend iiircine solche Ausl'ührungsl'orni des Verfahrens ist, daß das kontinuierliche Band aus papicrbildcndcn Fasern mit den darin verteilten Teilchen durch eine Preßzone zur Entfernung des Wassers geführt wird, bevor das Band verformt wird.

Dcrlsolicrslrcifen kann auch aus einem breiten Blatt geschnitten werden, das kontinuierlich hergestellt wird, indem eine Aufschwcrmung der papicrbildcndcn Fasern und der hohlen Teilchen auf einem bewegbaren Sieb abgelagert werden. Pas breite Blatt kann in Bänder von verschiedener Breite geschnitten werden. Es liegt auf der Hand, daß das neue Isolierband nach dieser Erfindung durch eine Vielzahl von verschiedenen Arbeitsweisen und Verfahren hergestellt werden kann. Das Isolierband aus den miteinander verbundenen oder verdichteten Fasern mit der darin eingelagerten Vielzahl von hohlen synthetischen thermoplastischen

κι Teilchen kann in jeder gewünschten und geeigneten Dicke und Breite hergestellt werden. Im allgemeinen kann das Isolierband jede geeignete Breite und eine Dicke zwischen etwa 0,076 bis 0,76 mm haben. Wie bereits im Zusammenhang mit der Ausfühningsrorm

r> der Erfindung ausgeführt wurde, bei der die Isolierschicht ein zusammenwirkendes Konglomerat aus papierbildenden Fasern und synthetischen thermoplastischen Teilchen ist, das um den Leiter im wesentlichen kontinuierlich und ohne Saum geformt wird, haben die

μ hohlen Teilchen in dem Isolierband einen Durchmesser im Bereich von etwa 0.5 up'¹ 200 Mikron. Die Teilchen sind vorzugsweise anwesend in dem Isolierband in einer Menge zwischen 0,25 und 10 Gew-%, bezogen auf das Gewicht des Isolierbandes.

:-» Fs gibt infolgedessen mehrere mögliche Ajsführungsformen, durch die ein elektrischer Leiter mit einer Isolierschicht versehen werden kann (1) Ablagerung von papierbildenden Fasern und hohlen Teilchen aus einer Aufschwemmung von Papierpulpe; (2) Bildung

;m eines Isolierbandes, das in Längsrichtung rund um den elektrischen Leiter gefallet oder geformt wird, und (J) Herstellung eines Isolierbandes, das schneckenförmig um den Leiter angeordnet oder gewickelt wird. Fs ist klar, daß es für den Fachmann au! diesem Gebiet noch

;. verschiedene andere Möglichkeiten gibt, einen elektrischen Leiter mit dem Isolierband nach der Erfindung zu umhüllen, ohne sich von dem Frfindungsgedanken zu entfernen.
Die hohlen synthetischen thermoplastischen Teil-

iip chen. die bei der Durchführung der I rfindung verwendet werden, können von jedem geeigneten polymeren Ma'erial gebildet werden. Beispiele für thermoplastische Polymere, die bei der Erfindung verwendet werden können, sind: ein Copolymeres aus Melhylacrylat

ι, und Acrylnitril, ein Copolymeres. das 75 dew -% gebundenes Vinylidenchlorid und 25 (icw.-"/„ gebundenes Acrylnitril enthält, ein Polymeres des Styrols. das bis /u 40 Gew.-"/.. gebundenes Acrylnitril enthält, ein Copnlvmeres aus 80 (iew.-",. Melhylmelhacrylal und

,ι. 20 (iew.-"/,, SIyml, ein Copolvmeresaus K) bis W(iew.-"„ Methvlmelhacrylat und K) bis 40 (iew.-".. Alhylacrylal. ein ( opolynieres aus IO bis ¹X) (iew -".. Methylmethacrylat und 10 bis ¹JO dew -¹Vi, orlho-Chlorstyrol. Polyloriho-chlorslyrol), Polylvinylbcn/ylchlorid), ein

,. ( opolvmeres aus 10 bis W Gew. "i, Acrylnitril und zwischen 10 und ¹K) (iew.-".. Vinylidenchlorid ein Coiiolymeres aus 10 bis ¹K) (iew -".. Melhyhnelhacrylat und ID bis ¹KI (iew.-".. Acrylnitril, ein Copolymeres aus M ethylmethacryl.il und para-lerl.-ßuly !styrol, ein Copoly-

Wi meres .ms Methyl viethacrylal und Vinylacetat und ein Copolvmer.'s aus Melhylmelhacrylat und Butylacryl.il Zur Veranschaulichung der Verbesserung, die hinsichtlich der Übcrlragungseigcnschaflun eines elektrischen Leiters erhalten werden, der mit einem lsolicr-

hi band nach der Erfindung isoliert wurde, wurden verschiedene Proben von papicrähnlichcn Produkten aus den papicrbildcndcn Fasern und dem hohlen synthetischen thermoplastischen Teilchen hergestellt und die

elektrischen Eigenschaften dieser Produkte untersucht. Diese Proben wurden auf einer Fourdrinicr-Papicrmaschine erzeugt. Dabei wurde eine Papierpulpe aus einer 100%igen gebleichten Kraft-Pulpe, die auf einen Mahlgrad von 400 ml (Meßmethode nach »Canadian Standard Ffeeness«) zerkleinert worden war. Es wurden 0,5 Gew.-% Kolophonium und etwa 2 Gew.-% Alaun zugegeben, und das pH der Aufschlämmung einschließlich der Pulpe wurde durch Zugabe von Schwefelsäure auf etwa 5 eingestellt. Expandierte hohle Teilchen von Polymethylmelhacrylat mit einem mittleren Durchmesser von etwa 30 Mikron wurden in Wasser suspendiert, um eine Lösung mit einer Konzentration von 2,5 Gew.-% zu ergeben. Das Wasser mit den Teilchen wurde dann in die Pulpen-Aufschlämmung in einem derartigen Verhältnis gepumpt, daß die gewünschte Konzentralion der hohlen Teilchen erhalten wurde. Aus der so hergestellten Mischung wurde ein Streifen der Pulpe mit den darin enthaltenen hohlen Mikrokugeln hergestellt und getrocknet. Die Menge der hohlen Teilchen wurde variiert, so daß Streifen der Pulpe mit 1,4; 4,4 und 5,7 Gew.-% hohlen Teilchen erhalten wurden.

Es wurden aus jedem Streifen mehrere Scheiben mit einem Durchmesser von etwa 5 cm geschnitten und aufeinander gestapelt, so daß Proben mil Dicken von 2,0 bis 3,0 mm erhallen wurden. Die flachen Enden von jedem Stapel wurden vor jeder Untersuchung mit einem Silberanstrich versehen, um Kontaktoberflächen für die Testclektroden zu schaffen. Die dielektrische Konstante und der Verlustfaktor wurden für Proben von jeder Gruppe von Proben bestimmt, indem die Proben zwischen die Elektroden einer Brücke angeordnet würden. Dabei wurden die Prüfbcdingungen nach ASTM D-I50 bei jeder Probe für die Bestimmung der dielektrischen Konstante und des Verlustfaktors bei einigen verschiedenen Frequenzen angewandt.

In der folgenden Tabelle I ist die Dielektrizitäts-Konstante von verschiedenen Proben bei verschiedenen Frequenzen angegeben.

Tabelle I

Probe
ABCD

Hohle Teilchen	0	1.4	4.4	5,7
(⁰A)
Frequenz (Hz)
10²	2,0	1,83	1.59	1,56
10'	1.98	1.81	1,58	1,53
10⁴	1,96	1,80	1,55	1,53
10^s	1,90	1,81	1,54	1,54
10"	1,87	1,72	1,50	1,49

Tabelle Il gibt den Verlustfaktor für die verschiedenen Proben bei den verschiedenen angegebenen Frequenzen wieder.

"' Tabelle Il

Probe

E P G Il

Hohle Teilchen 0

1,4 4,4

5,7

Frequenz [Wz)
IO^J
10'
10⁴
10^s
10"

0,0067 0,0056 0.0054 0,0053

0,0074 0,0062 0,0051 0,0036

0,0089 0,0070 0,0053 0,0048

0.0149 0,0116 0,0079 0,0076

0.0276 0,0197 0.0127 0,0124

Aus den in den Tabellen I und II wicdergcgebcncn Werten ergibt sich, daß die elektrischen Eigenschaften der Isolierrruitcrialien nach dieser Erfindung wesentlich besser sind als die Isolicreigcnschaftcn von Papicrisolierungcn. Die Dielektri/itäts-Konstan/e des Isolierband*! nach der Erfindung ist wesentlich niedriger als die Diclektrizitiits-Konstanzc einer Papicrisolicrung ohne irgendwelche hohlen Teilchen aus synthetischen thermoplastischem Material bzw. Ihcrmoplaslisuhem

«ι Kunstetof!'material. Die Verbesserung hinsichtlich des Verlustfaktors ist bei dem Isolierband nach der Erfindung noch deutlicher, da eine sehr starke Erniedrigung dieses Wertes bei hohen Frequenzen eintritt, während bei reinen Papierisolierungen ein Anstieg erfolgt.

j! Die Erfindung ist zwar in Verbindung mit bestimmten Typen von papierbildenden Fasern und bestimmten Typen von synthetischen thermoplastischen Polymeren erläutert worden, es ist aber für den Fachmann klar, daß bei der Erfindung auch andere Materialien vcrwendet werden können, als diejenigen, die ausdrücklich angeführt worden sind. In ähnlicher Weise ist es selbstverständlich, daß für die Ausführungsformen der Erfindung, bei denen die Isolierschicht in Form eines Bandes beschrieben worden ist, daß das Isoliermaterial

•n auch in beliebigen anderen geeigneten Formen verwendet werden kann, die vor oder nach der Anordnung des Isoliermateriais um den elektrischen Leiter gebildet werden können.
Die bei der Erfindung verwendeten hohlen synthe-

-)O tischen thermoplastischen Teilchen von im allgemeinen kugelförmiger Gestalt lassen sich nach bekannten Verfahren herstellen. Eine bevorzugte Arbeitsweise zu ihrer Erzeugung in DE-OS 16 29 381 und der entsprechenden belgischen Patentschrift 6 41 711 beschrieben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Isolierband für elektrische Leiter aus untereinander verbundenen papierbildenden Fasern, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Vielzahl "> von hohlen synthetischen thermoplastischen Teilchen von im wesentlichen kugelförmiger Gestalt enthält

2. Isolierband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Teilchen einen Durch- ι» messer im Bereich von 0,5 bis 200 Mikron haben.

3. Isolierband nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Teilchen in Mengen von 0,25 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Isolierbandes, anwesend sind. i>

4. Isolierband nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen synthetischen thermoplastischen Teilchen aus PoIy(MethyI-melhacrylat) bestehen.

5. Verfahren zum Isolieren eines elektrischen Lei- -v> ters mit eir.sm Isolierband nach einem der Ansprüche I Tiis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Band in Längsrichtung um den elektrischen Leiter angeordnet wird.

6. Verfahren zum Isolieren eines elektrischen Lei- .·'. ters mit einem Isolierband nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß das Band schneckenförmig um den elektrischen Leiter angeordnet wird.

7. Verfahren /um Isolieren eines elektrischen Lei- m ters mit einem Isolierband nach einem der Ansprüche 1 bi·; 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierband um den elektrischen Leiter ohne Saum angeordnet wird.

8. Verfahren/um Isolieren eines elektrischen Lei- ;. ters mit einem Isolierband na η einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Pulpe einer papierbildenden Faser und hohle synthetische thermoplastische Teilchen von im allgemeinen kugelförmiger Gestalt in eine wasserhal- n> tige Misch/onc einführt und dort miteinander /u einer Masse aus papierhildcnden Fasern und den genannten Teilchen vermischt, einen elektrischen Leiter durch eine Trennzone führt und in dieser Trenn/one die Masse aus papicrbildendcn Fasern ι. und den genannten Teilchen zu einem kontinuierlichen Band aus papicrbildenden lasern mit darin verteilten Teilchen verformt und dieses Band um den elektrischen Leiter anordnet.

^l). Verfahren nach <\nspruch 8, dadurch gekenn- ·» zeichnet, daß das kontinuierliche Band aus papicrbildenden lasern mit den darin verteilten Teilchen durch eine Preß/one -ur Intfcmung des Wassers geführt wird, bevor das Hand verformt wird