DE19737309A1 - Halogen-free, inflammable polymer mixture for electrical cable insulation - Google Patents

Halogen-free, inflammable polymer mixture for electrical cable insulation

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Abstract

A halogen-free and inflammable aromatic polymer mixture including a polyester of relatively low oxygen index. Halogen-free and inflammable polymer mixture comprising at least 41 wt.% aromatic polymers of oxygen index \- 40 and a polyester of oxygen index <= 25.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Polymermischung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie Bauelemente, die eine Isolierung aus einer derartigen Polymermischung aufweisen. The invention relates to a polymer mixture according to the preamble of claim 1 and devices having an insulation of such a polymer blend.

Flammwidrige Isolierungen von Kabeln, elektrischen Leitern und anderen Bauelementen bestehen häufig aus halogenierten Polymeren, etwa Ethylentetrafluorethylen. A flame-retardant insulation from cables, electrical conductors and other components are often made of halogenated polymers such as ethylene tetrafluoroethylene. Halogenhaltige Isolierungen sind jedoch für viele Anwendungsbereiche ungeeignet und in ökologischer Hinsicht nachteilig. However, halogen-containing insulation are unsuitable for many applications and disadvantageous in environmental terms.

Aus der Druckschrift EP 0 407 061 A1 ist es daher bekannt, Drähte mit einer Beschichtung zu isolieren, die aus einem Copolymer oder einer Mischung eines Siloxans und eines Polyetherimids besteht. From the document EP 0407061 A1 it is known, therefore, to isolate the wires with a coating which consists of a copolymer or a mixture of a siloxane and a polyetherimide. Ein derartiger Werkstoff ist im Handel beispielsweise unter der Bezeichnung SILTEM STM 1500 erhältlich (General Electric Plastics Company, USA). Such a material is commercially available, for example under the name SILTEM STM 1500 Available (General Electric Plastics Company, USA). Die Beschichtung bildet eine halogenfreie Isolierung, die zudem bei Raumtemperatur vorteilhafte mechanische Eigenschaften aufweist. The coating forms a non-halogen insulation which also has advantageous mechanical properties at room temperature. Zur Optimierung dieser Eigenschaften wird vorgeschlagen, Mischungen des Polyetherimidsiloxans mit weiteren Polymeren zu verwenden, insbesondere einem Polyphenylether oder Nylon. To optimize these properties, it is proposed to use mixtures of the Polyetherimidsiloxans with other polymers, in particular a polyphenyl ether or nylon.

Die Flammwidrigkeit von Werkstoffen wird durch den Sauerstoffindex beschrieben. The flame resistance of materials is described by the oxygen index. Er gibt an, welcher prozentuale Sauerstoffgehalt der umgebenden Atmosphäre notwendig ist, um einen Brand des Werkstoffes aufrechtzuerhalten. It indicates what percentage oxygen content of the surrounding atmosphere is necessary to maintain a fire the material. Folglich besitzen brennbare Materialien einen Sauerstoffindex unter 21, während SILTEM STM 1500 einen Sauerstoffindex von 46 aufweist und damit flammwidrig ist. Consequently combustible materials have an oxygen index below 21, while SILTEM STM 1500 has an oxygen index of 46 and is flame retardant. Ein weiterer Vorteil von Polyetherimidsiloxanen ist, daß ihre Verbrennung raucharm erfolgt. A further advantage of Polyetherimidsiloxanen that its combustion is low smoke. Da sie sich zudem gut extrudieren lassen, eignen sie sich hervorragend für die Herstellung von Isolierungen, insbesondere dünnwandigen Isolierungen. Since they also can be extruded well, they are ideal for the production of insulation, particularly thin-walled insulation.

Von Nachteil ist jedoch, daß sich die mechanischen Eigenschaften der Polyetherimidsiloxane bei erhöhten Temperaturen ab etwa 100-150 °C erheblich verschlechtern. However, the disadvantage is that the mechanical properties of the polyetherimide siloxanes at elevated temperatures from about 100-150 ° C significantly deteriorate. Sowohl die Druckbeständigkeit als auch die Abriebfestigkeit und die Kerbfestigkeit wird in diesem Temperaturbereich deutlich geringer. Both the pressure resistance and the abrasion resistance and tear resistance is significantly lower in this temperature range. Weiterhin setzen Polyimide aufgrund des im Molekülaufbau enthaltenen Stickstoffs im Brandfall giftige Stickoxide als Zersetzungsprodukte frei. Furthermore, polyimides place due to the presence in the molecule structure of nitrogen in the case of fire toxic nitrogen oxides released as decomposition products. Schließlich ist der Preis von Polyetherimidsiloxanen im Vergleich zu anderen Kunststoffen ausgesprochen hoch. Finally, the price of Polyetherimidsiloxanen is extremely high compared to other plastics.

Vor diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Entwicklung eines isolierenden, halogenfreien und flammwidrigen Kunststoffes zur Aufgabe gestellt, der bei erhöhter Temperatur mechanisch belastbar ist, bei einem Brand im reduzierten Umfang Stickoxide abgibt und sich preisgünstig herstellen läßt. Against this background, the invention has made the development of an insulating, halogen-free and flame-retardant resin to the task, which is mechanically resistant at elevated temperature gives off nitrogen oxides in a fire in the reduced size and can be manufactured inexpensively.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved by the characterizing features of claim 1.

Der zentrale Gedanke der Erfindung besteht darin, daß die flammwidrige Polymermischung ein Polymer umfaßt, das auch bei Temperaturen oberhalb von 100°C vorteilhafte mechanische Eigenschaften besitzt. The central idea of ​​the invention is that the flame retardant polymer blend comprises a polymer having, even at temperatures above 100 ° C advantageous mechanical properties. Zu diesem Zweck sind Polyester geeignet. To this end, polyesters are suitable. Sie sind preisgünstig und weisen bei Temperaturen bis etwa 160°C eine hohe mechanische Festigkeit auf. They are inexpensive and have at temperatures up to about 160 ° C, a high mechanical strength. Polyester zeichnen sich ferner dadurch aus, daß sie halogenfrei sind und keinen Stickstoff im Molekülaufbau enthalten, so daß sie bei einem Brand keine nitrosen Gase freisetzen. Polyester are further characterized in that they are halogen free and contain no nitrogen in the molecular structure, so that they do not release nitrous gases during a fire. Zudem sind sie chemikalienbeständig, insbesondere gegenüber Ölen, Fetten, chlorierten Kohlenwasserstoffen und Ketonen. They are also resistant to chemicals, especially to oils, fats, chlorinated hydrocarbons and ketones. Geeignete Polyester sind speziell Polyestercopolymere, beispielsweise von Polybutylenterephthalat und Polytetrahydrofuranterephthalat von Polybutylenterephthalat und Polycaprolacton oder ein Polyesteresterurethan. Suitable polyesters are especially polyester copolymers, for example of polybutylene terephthalate and polybutylene terephthalate and polycaprolactone Polytetrahydrofuranterephthalat or Polyesteresterurethan. Auch Mischungen dieser oder anderer Polyester sind möglich. Mixtures of these or other polyesters are possible.

Reine Polyester haben den Nachteil, daß sie einen Sauerstoffindex unter 21 besitzen und damit brennbar sind. Pure polyester have the disadvantage that they have an oxygen index below 21 and are flammable. Im Fall der Mischung des Polyesters mit einem oder mehreren aromatischen Polymeren, die einen Sauerstoffindex von mindestens 40 aufweisen, nimmt jedoch die Flammwidrigkeit der Polymermischung entsprechend dem Mischungsverhältnis zu. In the case of the mixture of the polyester with one or more aromatic polymers which have an oxygen index of at least 40, but increases the flame resistance of the polymer blend to corresponding to the mixing ratio. Um eine ausreichende Flammwidrigkeit zu gewährleisten, ist es erforderlich, daß höchstens 59 Gew.-% der Polymermischung Polyester sind. In order to ensure an adequate flame resistance, it is necessary that at most 59 wt .-% polyester are the polymer blend. Damit ist ein Sauerstoffindex der Polymermischung von mindestens 25 sichergestellt. For an oxygen index of the polymer mixture is assured of at least 25th Bevorzugt bestehen diejenigen Komponenten der Polymermischung, deren Sauerstoffindex kleiner als 40 ist, vollständig oder zum überwiegenden Teil aus Polyester. Preferably, those components of the polymer mixture, the oxygen index is less than 40, wholly or predominantly of polyester.

Als flammwidrige Komponente der Polymermischung bieten sich Polyetherimide und Polyetherimidcopolymere an, deren Sauerstoffindex deutlich größer als 40 ist. As a flame retardant component of the polymer mixture is polyetherimide and Polyetherimidcopolymere offer whose oxygen index is significantly greater than the 40th Möglich sind dabei auch kostengünstige Mischungen von Polyetherimiden und Polyetherimidcopolymeren. there are also possible cost blends of polyetherimides and Polyetherimidcopolymeren. Geeignet sind speziell Polyetherimidsiloxane, die sich mit nahezu allen Polyestern verschneiden lassen, wobei Polymermischungen mit vorteilhaften Eigenschaften entstehen. Suitable especially polyetherimide siloxanes, which can be blend with virtually all polyesters, and polymer blends produced with advantageous properties. Die Mischungen sind in hohem Maße flammwidrig und weisen auch bei Temperaturen von 140°C eine hohe Kerbfestigkeit, einen geringen Abrieb und eine gute Druckbeständigkeit auf. The mixtures are flame retardant to a high degree, and have high tear resistance, low abrasion, and good pressure resistance even at temperatures of 140 ° C. Weiterhin zeigen die Mischungen eine hohe Chemikalienbeständigkeit bei vergleichsweise geringen Kosten. Furthermore, the blends show a high chemical resistance at relatively low cost. Schließlich ist der Anteil im Brandfall freigesetzter toxischer Stickoxide gering. Finally, an amount in case of fire released toxic nitrogen oxides is low.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Anteil des aromatischen Polymers, das einen Sauerstoffindex von mindestens 40 aufweist, 41 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 70 Gew.-% der Polymermischung. In an advantageous embodiment of the invention, the proportion of the aromatic polymer having an oxygen index of at least 40 is, 41 to 80 wt .-%, preferably 50 to 70 wt .-% of the polymer blend. Im Fall eines größeren Anteils des aromatischen Polymers nehmen die vorteilhaften mechanischen Eigenschaften der Polymermischung bei hohen Temperaturen in erheblichem Maße ab. In the case of a greater proportion of the aromatic polymer, the advantageous mechanical properties of the polymer mixture to take place at high temperatures in a considerable extent. Bei höherem Polyesteranteil ist dagegen die abnehmende Flammwidrigkeit der Polymermischung sowie eine verringerte Hydrolysebeständigkeit von Nachteil. At higher polyester content, however, is the decreasing flame resistance of the polymer blend, and reduced resistance to hydrolysis of disadvantage.

Weiterhin wird vorgeschlagen, die vorbeschriebene Polymermischung mit einem Zusatz zu verschneiden, der ihre Flammwidrigkeit erhöht. It is also proposed to blend the above-described polymer blend with an additive which increases its flame resistance. Dabei kann der Verschnitt bereits während der Herstellung der Polymermischung erfolgen, etwa indem der Zusatz einem Mischungsbestandteil zugegeben ist. It can be made of the waste already during manufacture of the polymer blend, such as by the addition is added to a mixture component. Geeignete Zusätze sind Mineralstoffe, die bei Erhitzung branderstickende Gase abgeben, wie zum Beispiel Magnesiumhydroxid und/oder Magnesium-Calcium-Carbonat-Hydrat und/oder eine Mischung von Calcium-Carbonat mit Silikonöl oder mit Silikongummi. Suitable additives are mineral substances proposed for Brander stick gases upon heating, such as magnesium hydroxide and / or magnesium calcium carbonate hydrate and / or a mixture of calcium carbonate with silicone oil or silicone rubber. Zweckmäßig beträgt das Gewichtsverhältnis der Polymermischung zum Zusatz in allen Fällen zumindest 1,5 zu 1, dh zur Polymermischung werden maximal 40 Gew.-% des Zusatzes hinzugegeben. Suitably, the weight ratio of polymer mixture to the additive in all cases is at least 1.5 to 1, ie, to the polymer blend are 40 wt .-% added of the additive.

Um ihre Beständigkeit gegen thermische und chemische Einflüsse zu verbessern, enthält die Polymermischung vorzugsweise ein Alterungsschutzmittel und/oder ein Hydrolyseschutzmittel. In order to improve their resistance to thermal and chemical influences, the polymer mixture preferably contains an aging inhibitor and / or a hydrolysis stabilizer. Der Anteil von Schutzmitteln an der Polymermischung beträgt bevorzugt bis zu 5 Gew.-%. The proportion of protective agents to the polymer mixture is preferably up to 5 wt .-%.

Von Vorteil ist es, wenn die Polymermischung strahlenvernetzt ist. It is advantageous if the polymer mixture is irradiated. Zur Verbesserung der Vernetzbarkeit können ihr bis zu 10 Gew.-% eines Vernetzungsmittels zugegeben werden. To improve the crosslinkability it can be added up to 10 wt .-% of a crosslinking agent.

Die beschriebene Polymermischung eignet sich insbesondere als isolierende Schicht eines Kabels, wobei es sich um ein elektrisches, ein optisches oder ein Hybridkabel handeln kann. The polymer mixture described is suitable in particular as an insulating layer of a cable, which may be an electrical, an optical or a hybrid cable. Vorteilhaft ist dabei, daß die Polymermischung gut extrudierbar ist und sich somit speziell als Leiterisolierung eignet. It is advantageous that the polymer mixture is extruded well and therefore especially suitable as a conductor insulation. Ebenso ist die Polymermischung als Isolierung von Steckern geeignet, die beispielsweise zur Konfektionierung derartiger Kabel verwendbar sind. Also, the polymer blend is useful as insulation of plugs, for example, are suitable for fabrication of such cables. Auch andere isolierende Bauelemente wie Folien oder Spritzgußteile lassen sich aus der Polymermischung fertigen. Other insulating components such as films or injection-molded parts can be produced from the polymer mixture. Aufgrund der hohen Flammwidrigkeit, der günstigen mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen und der Chemikalienbeständigkeit, speziell gegenüber chlorierten und unchlorierten Kohlenwasserstoffen, eignen sich die Kabel und Bauelemente beispielsweise für Anwendungen im Fahrzeugbau. Due to the high flame resistance, the favorable mechanical properties at high temperatures and chemical resistance, especially to chlorinated and non-chlorinated hydrocarbons, the cables and components, for example for automotive applications are suitable. Dabei ist von Vorteil, daß auch dünnwandige Isolierungen (Dicke 0,1 bis 0,25 mm) der vorbeschriebenen Polymermischung mit einem Polyesteranteil bis zu 50% eine hohe Brandfestigkeit aufweisen. It is advantageous in that thin-walled insulation (thickness of 0.1 to 0.25 mm) of the above polymer mixture having a polyester content of up to 50% of a high fire resistance. Die Polymermischung ist als Isolierung während des Dauerbetriebs im Bereich zwischen -55°C und +155°C und kurzzeitig bis zu 180°C geeignet. The polymer blend is useful as insulation during the steady operation in the range between -55 ° C and + 155 ° C and for a short time up to 180 ° C.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die Polymermischung zu 44% aus einem Polyester und zu 56% aus einem Polyetherimidsiloxan. In a preferred embodiment of the invention, the polymer blend consists of 44% polyester and 56% of a Polyetherimidsiloxan. Ein geeigneter Polyester ist beispielsweise der thermoplastische Copolyester Hytrel 5556 von Du Pont. A suitable polyester is, for example, the thermoplastic copolyester Hytrel 5556 from Du Pont. Als Polyetherimidsiloxan wird SILTEM STM 1500 von General Electric vorgeschlagen. As Polyetherimidsiloxan SILTEM STM is proposed in 1500 by General Electric. Vorzugsweise sind jeweils vier Gewichtsteile dieser Polymermischung mit einem Gewichtsteil Magnesiumhydroxid als Zusatz verschnitten. Preferably, four parts by weight of this polymer mixture are blended with one part by weight of magnesium hydroxide as an additive. Somit ergibt sich ein Werkstoff, der zu 35% aus Hytrel 5556, zu 45% aus SILTEM STM 1500 und zu 20% aus Magnesiumhydroxid besteht. Thus, a material which consists of 35% Hytrel 5556 45% SILTEM STM 1500 and to 20% of magnesium hydroxide is obtained.

Claims (17)

  1. 1. Halogenfreie und flammwidrige Polymermischung mit mindestens 41 Gewichts % aromatischer Polymere, die einen Sauerstoffindex von mindestens 40 aufweisen, dadurch gekennzeichnet , daß die Polymermischung einen Polyester mit einem Sauerstoffindex unter 25 umfaßt. 1. A halogen-free and flame-retardant polymer blend having at least 41% by weight aromatic polymers which have an oxygen index of at least 40, characterized in that the polymer mixture comprises a polyester having an oxygen index under 25th
  2. 2. Polymermischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aromatische Polymer ein Polyetherimid umfaßt. 2. Polymer mixture according to claim 1, characterized in that the aromatic polymer comprises a polyetherimide.
  3. 3. Polymermischung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aromatische Polymer ein Polyetherimidcopolymer umfaßt. 3. Polymer mixture according to claim 2, characterized in that the aromatic polymer comprises a Polyetherimidcopolymer.
  4. 4. Polymermischung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyetherimidcopolymer ein Polyetherimidsiloxan ist. 4. Polymer blend according to claim 3, characterized in that the Polyetherimidcopolymer is a Polyetherimidsiloxan.
  5. 5. Polymermischung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des aromatischen Polymers 41 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 70 Gew.-% beträgt. 5. Polymer mixture according to claim 1 or one of the following, characterized in that the proportion of the aromatic polymer between 41 and 80 wt .-%, preferably 50 to 70 wt .-% by weight.
  6. 6. Polymermischung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyester den gesamten oder überwiegenden Gewichtsanteil der Polymermischung bildet, dessen Sauerstoffindex geringer als 40 ist. 6. The polymer blend of claim 1 or one of the following, characterized in that the polyester constitutes the entire or predominant proportion by weight of the polymer mixture, the oxygen index is less than 40th
  7. 7. Polymermischung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyester ein Copolymer von Polybutylenterephthalat und Polytetrahydrofuranterephthalat umfaßt. 7. The polymer blend of claim 1 or one of the following, characterized in that the polyester comprises a copolymer of polybutylene terephthalate and Polytetrahydrofuranterephthalat.
  8. 8. Polymermischung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyester ein Copolymer von Polybutylenterephthalat und Polycaprolacton umfaßt. 8. The polymer mixture according to claim 1 or one of the following, characterized in that the polyester comprises a copolymer of polybutylene terephthalate and polycaprolactone.
  9. 9. Polymermischung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyester ein Polyesteresterurethan umfaßt. 9. The polymer mixture according to claim 1 or one of the following, characterized in that the polyester comprises a Polyesteresterurethan.
  10. 10. Polymermischung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymermischung mit einem flammfest machenden Zusatz verschnitten ist. 10. The polymer mixture according to claim 1 or one of the following, characterized in that the polymer mixture is blended with a fireproofing additive.
  11. 11. Polymermischung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz Magnesiumhydroxid und/oder Magnesium-Calcium-Carbonat-Hydrat und/oder eine Mischung aus Calciumcarbonat und Silikonöl oder Silikongummi umfaßt. 11. The polymer mixture according to claim 10, characterized in that the addition of magnesium hydroxide and / or magnesium calcium carbonate hydrate and / or a mixture of calcium carbonate and silicone oil or silicone rubber comprises.
  12. 12. Polymermischung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis der Polymermischung zum Zusatz größer als 1,5 zu 1 ist. 12. The polymer blend of claim 10 or 11, characterized in that the weight ratio of the polymer mixture is the addition of greater than 1.5: 1.
  13. 13. Polymermischung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymermischung ein Alterungsschutzmittel und/oder ein Hydrolyseschutzmittel umfaßt. 13. The polymer blend of claim 1 or one of the following, characterized in that the polymer mixture comprises an anti-aging agent and / or a hydrolysis stabilizer.
  14. 14. Polymermischung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymermischung strahlenvernetzt ist. 14. The polymer blend of claim 1 or one of the following, characterized in that the polymer mixture is irradiated.
  15. 15. Bauelement mit einer Isolierung, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung aus einer Polymermischung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 besteht. 15. The component with an insulation, characterized in that the insulation consists of a polymer blend according to any one of claims 1 to 14 is made.
  16. 16. Bauelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement ein elektrisches und/oder optisches Kabel mit einer oder mehreren im Schichtenaufbau angeordneten isolierenden Schichten ist, die aus einer Polymermischung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 besteht. 16. The component according to claim 15, characterized in that the component is an electrical and / or optical cable with one or more arranged in the layer structure of insulating layers, which consists of a polymer mixture according to one of claims 1 to 14.
  17. 17. Bauelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leiterisolierung aus einer Polymermischung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 besteht. 17. The component according to claim 16, characterized in that a conductor insulation of a polymer blend according to any one of claims 1 to 14 is made.
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