DE19542157A1 - Flammwidrige Mischung - Google Patents

Flammwidrige Mischung

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine flammwidrige Mischung auf Basis polymerer Werkstoffe zur Herstellung elektrischer und/oder optischer Kabel und Leitungen.
Bekannt sind bereits flammwidrige Mischungen auf der Basis von Polyolefinen, die bestimmte Salze einer Carbonsäure, wie Magnesiumstearat, in Kombination mit Silikongummi enthalten und auch für die Isolierung von Kabeln vorgesehen sind (US-PS 4 273 691). Den zunehmenden Forderungen der Abnehmer solcher Kabel jedoch, die dahingehen, ein Ausbreiten der Flamme längs des Kabels im Brandfall auch in senkrechter Verlegung zu vermeiden sowie ein Abtropfen bei erhöhten Umgebungstemperaturen geschmolzenen Isoliermaterials zu verhindern, genügen die bekannten Mischungen nicht in ausreichendem Maße.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu treffen, um den genannten Forderungen gerecht zu werden, darüberhinaus aber auch eine Möglichkeit zu finden, Flammwidrigkeit und Sicherheit vor einem Abtropfen, z. B. im Brandfall, bei in der Kabelindustrie für die unterschiedlichsten Anwendungen verwendeten Isoliermaterialien sicherzustellen. Dabei werden eine problemlose Verarbeitbarkeit ebenso verlangt wie die Möglichkeit, ausgemusterte Kabel einschließlich der eingesetzten Isoliermaterialien einer Wiederverwertung zuführen zu können.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die gleichzeitige Verwendung von
30-160 Teile CaCO₃
2-20 Teile Silikonöl oder -kautschuk
sowie 2-15 Teile Metallsalze einer Carbonsäure,
jeweils bezogen auf 100 Teile Basispolymer.
Die Kombination dieser drei Mischungsbestandteile als flammwidrig oder flammfest machendes System erhöht den Sauerstoffindex als Maß für die Flammwidrigkeit des jeweiligen Polymermaterials wesentlich. Ein Abtropfen des Isoliermaterials, z. B. eines Kabelmantels, im Brandfall unterbleibt. Darüberhinaus bietet das erfindungsgemäße System in Verbindung mit polymeren Werkstoffen als Basismaterialien gute mechanische sowie elektrische Eigenschaften. Von der Auswahl der Kombinationskomponenten her ist die Gesamtmischung kostengünstig herstellbar, die Mischung ist auf handelsüblichen, bekannten Einrichtungen verarbeitbar, nicht eingesetzte Materialien können aber auch problemlos der Wiederverwertung zugeführt werden.
Als Metallsalze, die nach der Erfindung vorteilhaft einsetzbar sind, kommen neben Barium- oder Strontiumstearaten vor allem das Calciumstearat und das Magnesiumstearat in Frage, wobei letzterem in der Regel der Vorzug gegeben wird.
Der besondere Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß mit dem Einbringen der vorgeschlagenen Komponenten in ihrer Gesamtheit, quasi als flammfest machendes System, die Eigenschaften der Gesamtmischung durch Variation der weiteren Komponenten gezielt verändert und die Mischung so auf die unterschiedlichsten Anwendungen hin optimiert werden kann. Beispielsweise sind so die Mischungen als Isoliermaterialien, als Mantelmaterial oder auch als Ausfüllmaterial innerhalb des Kabels entsprechend einsetzbar.
In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn der Anteil an
CaCO₃
50-100 Teile
Silikonöl- oder kautschuk 10-20 Teile
Magnesiumstearat 4-7 Teile
jeweils bezogen auf 100 Teile Basispolymer, beträgt.
Das Basismaterial kann in Durchführung der Erfindung ein Polyolefin oder eine Kombination aus wenigstens zwei Polyolefinen sein, so sind in den jeweiligen Anwendungsfällen entsprechend Polyolefine mit hoher und/oder niedriger Dichte geeignet, wie sie unter den Kurzbezeichnungen HDPE für ein Polyethylen hoher Dichte und ULDPE, VLDPE oder LDPE für Polyethylen-Typen sehr niedriger und niedriger Dichte im Handel erhältlich sind.
Da das entsprechend der Erfindung flammwidrig- oder flammfest machende System in beliebige Polymermischungen integrierbar ist, können für Anwendungsfälle mit bestimmten Forderungen auch ein lineares Polyethylen, oder ein Polypropylen allein oder in Mischung mit anderen Polyolefinen verwendet werden. Wird auf die Flexibilität des Endproduktes bei gleichzeitiger Flammwidrigkeit besonderen Wert gelegt, hat es sich in Weiterführung der Erfindung als vorteilhaft erwiesen, als Basismaterial ein thermoplastisches Elastomer (TPE) oder ein Polyolefin- Elastomer (POE) zu verwenden. Auch Copolymere des Polyethylens können so eine zweckmäßige Anwendung finden.
Unabhängig von der mit der Erfindung erzielten Flammfestigkeit können die an die jeweiligen Verwendungszwecke angepaßten Mischungen als unvernetzbare, aber auch als vernetzbare Mischungen problemlos verarbeitet werden.
Die Erfindung sei anhand der nachstehenden Mischungsbeispiele I-IV näher erläutert. Dabei betreffen die Mischungsbeispiele I und II Isolier­ und/oder Mantelmaterial sog. Installationsleitungen, während die Mischungsbeispiele III und IV sich auf das Mantel- oder Isoliermaterial von sog. flexiblen Schlauchleitungen beziehen. Das Beispiel V betrifft eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einer etwas abweichenden Zusammensetzung.
Beispiel I
Lineares Polyethylen: 80-100 Teile
Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polyethylen: 2-12 Teile
Silikonöl (z. B. 12500 ST der Fa. Dow) 7-20 Teile
Kreide (CaCO₃): 70-100 Teile
Magnesiumstearat: 5-10 Teile
Alterungsschutzmittel/Antioxidant: 0,6 Teile
Eigenschaften:
Zugfestigkeit (MPa): 10,8
Reißdehnung (%): 725
Zugfestigkeit (MPa) nach 7d/80°C: 9,2
Reißdehnung (%) nach 7d/80°C: 640
LOI (Sauerstoffindex): 32
Wärmedruck bei 80°C (%): 5
Diese Mischung ist problemlos compoundierbar, bei guten thermomechanischen Eigenschaften ist sie auch recyclebar und kostengünstig in der Herstellung.
Beispiel II
Polyethylen niedriger Dichte 0,918: 65-80 Teile
Polyethylen niedriger Dichte 0,918: 15-30 Teile
Maleinsäureanhydrid-gepfropftes Polyethylen: 2-12 Teile
Silikonöl (z. B. 10000 ST der Fa. Dow): 7-20 Teile
Kreide (CaCO₃): 70-120 Teile
Magnesiumstearat: 4-8 Teile
Alterungsschutzmittel/Antioxidant: 0,6 Teile
Eigenschaften:
Zugfestigkeit (MPa): 9,7
Reißdehnung (%): 700
Zugfestigkeit (MPa) nach 7d/80°C: 8,7
Reißdehnung (%) nach 7d/80°C: 630
LOI (Sauerstoffindex): 31
Wärmedruck bei 80°C (%): 10
Auch diese Mischung löst die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, die Eigenschaften der Mischung sind durch Auswahl der weiteren Materialkomponenten gezielt einstellbar.
Beispiel III
Polyolefin Elastomer ENGAGE CL 8001 der Fa. Dow Plastics: 20-40 Teile
Polyolefin Elastomer ENGAGE CL 8003 der Fa. Dow Plastics: 60-80 Teile
Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polyethylen: 4-8 Teile
Silikonkautschuk: 5-18 Teile
Kreide: 60-110 Teile
Magnesiumstearat: 5-10 Teile
Alterungsschutzmittel/Antioxidant: 0,6 Teile
Eigenschaften:
Zugfestigkeit (MPa): 13,4
Reißdehnung (%): 730
Zugfestigkeit (MPa) nach 7d/80°C: 12,8
Reißdehnung (%) nach 7d/80°C: 750
LOI (Sauerstoffindex): 31
Wärmedruck bei 80°C (%): 40
Härte, Shore A: 85
Mit der erhöhten Reißdehnung und Zugfestigkeit insbesondere sowie der erhöhten Flammwidrigkeit bringt diese Mischung besondere Vorteile bei der Anwendung für flexible Schlauchleitungen mit sich.
Das in den genannten Beispielen verwendete Maleinsäureanhydrid gepfropfte Polyethylen trägt mit dazu bei, die geforderte Flammwidrigkeit zu gewährleisten. Abweichend von diesen Ausführungsbeispielen der Erfindung zeigt das Beispiel IV eine Variante, in der auf das Maleinsäureanhydrid gepfropfte Polyethylen verzichtet worden ist.
Beispiel IV
Polyolefin Elastomer (z. B. ENGAGE 8001 der Fa. Dow Plastics): 10-30 Teile
Polyolefin Elastomer (z. B. ENGAGE 8003 der Fa. Dow Plastics): 30-60 Teile
Polypropylen (z. B. Hifax CA 10A der Fa. Montell): 20-40 Teile
Kreide (z. B. Calcit MX 20): 50-90 Teile
Silikonöl (z. B. 12500 ST der der Fa. Dow Corning): 5-15 Teile
Magnesiumstearat: 3-10 Teile
Antioxidant: 0,5 Teile
Eigenschaften:
Zugfestigkeit (MPa): 16,3
Reißdehnung (%): 630
Zugfestigkeit (MPa) nach 7d/80°C: 16,3
Reißdehnung (%) nach 7d/80°C: 650
LOI (Sauerstoffindex): 30
Wärmedruck bei 80°C (%): 40
Härte, Shore A: 87
Alle die genannten Mischungen sind als Mantel und/oder Isoliermaterialien für elektrische oder optische Kabel geeignet, insbesondere auch für solche Produkte, bei denen bisher als Isolierwerkstoff dem Polyvinylchlorid der Vorzug gegeben wurde.
Die Kombination der Komponenten
Kreide
Silikonöl oder -kautschuk
und z. B. Magnesium/Calciumstearat
ist in der Gesamtmischung als System zu sehen, das die Flammwidrigkeit und Festigkeit der Mischung bei hohen Umgebungstemperaturen (z. B. Brandfall) gegen Abtropfen als Grundeigenschaft gewährleistet, während andere, dem jeweiligen Anwendungsfall entsprechende Eigenschaften gezielt durch Variation der weiteren Mischungskomponenten einstellbar sind.
Die Aufbereitung erfindungsgemäßer Mischungen kann in üblichen Auflagen erfolgen, z. B. in sog. Buss Ko-Knetern oder Doppelschneckenextrudern, die Extrusion als Außenmantel, Isolierung oder Innenmantel ist z. B. mittels herkömmlicher PVC-Extrusionslinien möglich. Das erfindungsgemäß verwendete Komponentensystem kann zur Aufbereitung dem Basismaterial unmittelbar zugefügt werden, mitunter kann es aber auch vorteilhaft sein, dieses System in Form eines Blends dem Basismaterial zuzumischen.

Claims (17)

1. Flammwidrige, halogenfreie Mischung auf Basis polymerer Werkstoffe zur Herstellung elektrischer und/oder optischer Kabel und Leitungen, gekennzeichnet durch die gleichzeitige Verwendung von
30-160 Teile CaCO₃
2-20 Teile Silikonöl oder -kautschuk
sowie 2-15 Teile Metallsalze einer Carbonsäure,
jeweils bezogen auf 100 Teile Basispolymer.
2. Mischung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
50-100 Teile CaCO₃
7-20 Teile Silikonöl oder -kautschuk
sowie 4-7 Teile Metallsalze einer Carbonsäure,
jeweils bezogen auf 100 Teile Basispolymer.
3. Mischung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Anteil von 4,5-6,5 Teile eines Maleinsäureanhydrid gepfropften Polyethylens.
4. Mischung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallsalz der Carbonsäure ein Calciumstearat ist.
5. Mischung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet daß das Metallsalz der Carbonsäure ein Magnesiumstearat ist.
6. Mischung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet daß das Basispolymer ein Polyolefin oder eine Kombination aus mindestens zwei Polyolefinen ist.
7. Mischung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin ein Polyethylen hoher Dichte ist.
8. Mischung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß das Polyolefin ein Polyethylen niederer Dichte ist.
9. Mischung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin ein lineares Polyethylen ist.
10. Mischung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin ein thermoplastisches Elastomer ist.
11. Mischung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin ein Polyolefin-Elastomer ist.
12. Mischung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin ein Copolymer des Polyethylens ist.
13. Mischung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin ein Polypropylencopolymer, z. B. ein PP-Blockcopolymer, ein PP-Randomcopolymer oder ein PP-Random-Blockcopolymer ist.
14. Mischung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Basispolymer vernetzbar ist.
15. Mischung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Silikonöl ein Polydimethylsiloxan mit einer Viskosität zwischen 10 000-60 000 cst ist.
16. Mischung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet daß das Silikonöl ein Methylphenysiloxan ist.
17. Mischung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet daß ein Aminosilikonöl verwendet ist.
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