DE19754839A1 - Gequollenes Formteil aus Polyolefinkunststoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Kunststoffverarbeitung. Vorgeschlagen wird ein formstabiles Material auf Basis von Polyolefinkunststoffe, das bei Kontakt mit organischen Flüssigkomponenten oder Zubereitungen, die solche Komponenten enthalten nicht oder nicht in störender Weise quillt. Weiter vorgeschlagen wird die Verwendung dieses Materials als Umhüllung für elektrische oder optische Leiter, insbesondere für Lichtwellenleiter, die mit einer Kabelfüllmasse auf Basis einer organischen Flüssigkomponente gefüllt sind.

Aus dem US-Patent 4,351,913 sind Nachrichtenkabel bekannt, die elektrische Leiter oder Lichtwellenleiter enthalten und die zwischen den einzelnen Adern des Leiters und einer Ummantelung eine Kabelfüllmasse enthalten. Entsprechende Kabel sind heutzutage weit verbreitet. Zu ihrem Aufbau und insbesondere zu dem zweckmäßi­ gerweise zu verwendenden Füllmassen besteht umfangreicher Stand der Technik. Verwiesen sei hier stellvertretend für viele andere Literaturstellen auf die DE 32 13 783, die DE 35 22 751, die britische Anmeldung GB 2,100,281 A und auf das deutsche Patent DE 41 36 617.

Die innere Ummantelung derartiger Nachrichtenkabel besteht in der Praxis häufig aus Polyestern wie Polybutylentherphthalat (PBT). PBT bietet günstige technische Eigenschaften für diesen Anwendungszweck. Allerdings unterliegen Polyester gene­ rell der hydrolytischen Spaltung und können dadurch im Laufe der Zeit in ihren Ei­ genschaften nach lassen. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß Polyolefinkunststoffe besser zu handhaben und dadurch wirtschaftlicher einzusetzen sind. Für den Praktiker besteht daher der Wunsch, entsprechende Kabelummantelungen aus Polyolefinen und insbesondere aus Polypropylen fertigen zu können. Insbesondere Polypropylen ist ein dauerhafter Massenkunststoff mit guten mechanischen Eigenschaften. Bei der Anwendung als Umhüllung für elektrische oder optische Leiter hat sich jedoch gezeigt, daß flüssige organische Substanzen, die in den Kabelfüllmassen vorhanden sind, im Laufe längerer Zeiten in den Polyolefinmantel migrieren und zur Quellung dieses Mantels führen. Unter Quellung wird hier verstanden, daß eine Anzahl der Lösemittelmoleküle in den poly­ meren Kunststoff wandern und dort zumindest in den nichtkristallinen Bereichen verbleiben. Die Quellung führt neben gewissen, oftmals gewünschten Änderungen der mechanischen Eigenschaften zu einer Vergrößerung des Volumens sowohl im Hinblick auf die Länge als auch auf die Breite. Da die Kabelummantelungen sehr lang sind und da die Kupfer- oder Glasfaseradern selbst nicht quellen, entstehen bereits bei einer Längenzunahme von zum Beispiel 1 Prozent erhebliche Längendif­ ferenzen zwischen der Ummantelung und den Adern des Kabels. Diese Längen­ differenzen führen zu Spannungen und können zu Verschiebungen, Stauchungen, Verdrillung und zum Reißen führen, wodurch letztendlich die Funktionstüchtigkeit nicht mehr gegeben ist.

Vor dem Hintergrund dieses Standes der Technik haben sich die Erfinder die Auf­ gabe gestellt, ein Bauteil aus Polyolefinkunststoff zu entwickeln, das bei derartigen Anwendungen zumindest im wesentlichen längenstabil ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung bestand darin, ein geeignetes Fertigungsverfahren für Ummantelungen für Kabel mit Lichtwellenleitern oder elektrischen Leitern zu finden, die mit einer organischen Kabelfüllmasse gefüllt sind und zumindest überwiegend aus Polyolefinkunststoffen, insbesondere Polypropylen bestehen.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein im Dauerkontakt mit organischen Flüssigkomponenten oder solche Komponenten enthaltenden Materialien formstabiles Bauteil aus Polyolefinkunststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß es 1 bis 20 Gew.-% eines unter Anwendungsbedingungen des Bauteils flüssigen organischen Mediums als Quellmittel enthält.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bau­ teils aus Polypropylen, dadurch gekennzeichnet, daß man Polypropylen und ge­ wünschtenfalls übliche Hilfsstoffe in Granulatform vorlegt und mit der gewünschten Menge der organischen Flüssigkomponente oder einer Zubereitung, die eine solche Flüssigkomponente enthält, beaufschlagt und hernach die Mischung einem Extruder zuführt und dann in üblicher Weise zu dem Formteil verarbeitet.

Die Erfindung geht ganz allgemein von der Beobachtung aus, daß organische Flüssigkeiten, wie sie in Kabelfüllmassen verwendet werden, von Polyolefinkunststoffen, insbesondere Polypropylen nur bis zu einer bestimmten Sättigungsgrenze unter Quellen aufgenommen werden. Versuche haben ergeben, daß die Sättigungsgrenze im Bereich unterhalb von 20 Gew.-% liegt, gemessen im Bereich der Betriebstemperatur des Bauteils. In ihrer allgemeinsten Ausgestaltungsform will die Erfindung dieses Prinzip nutzen und schlägt vor, einen derartig gesättigten Werkstoff einzusetzen, der 1 bis 15 Gew.-% eines flüssigen, organischen Mediums enthält und beim Kontakt mit diesem oder einem ähnlichen organischen Medium seine Form durch Quellen nicht oder nur unwesentlich verändert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, der­ artige Werkstoffe beim Bau von Nachrichtenkabeln, insbesondere Lichtwellenleiter­ kabeln, als Umhüllung der Lichtwellenleiter einzusetzen. Bevorzugt schlägt die Erfindung dazu vor, Polyolefinkunststoffe und insbesondere Polypropylen mit solchen organischen Flüssigkomponenten aufzuquellen, die als Flüssigsubstanzen in Kabelfüllmassen vorhanden sind. Insbesondere wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die gleiche organische Flüssigkomponente, die in der Kabelfüllmasse verwendet wird, als Quellmittel in die Polyolefinummantelung des Kabels einzuarbeiten. Nach einer weitern Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, die gesamte Kabelfüllmasse in den Kunststoff zu inkorporieren, und zwar in einer solchen Menge, daß der Anteil an der organischen Flüssigkomponente im gequollenen Polymer 1 bis 15 Gew.-% beträgt.

Das erfindungsgemäße Formteil kann aus unterschiedlichen Polyolefintypen ge­ fertigt werden. Erfindungsgemäß geeignet sind zunächst Polypropylenhomopoly­ mere, so beispielsweise ataktisches, syndiotaktisches oder isotaktisches Isopropy­ len. Bevorzugt ist Polypropylen mit einem gewissen Anteil an isotaktischen Ver­ knüpfungen, insbesondere isotaktisches Polypropylen, das mit Hilfe von Ziegler Natta oder Magnesiumchloridkatalysatoren hergestellt worden ist. Neben oder an­ stelle des Homopolymeren können auch Copolymere von Propylen mit anderen Olefinen, insbesondere Copolymere aus Propylen mit Ethylen und/oder Buten oder anderen Olefinen mit bis zu 8 C-Atomen eingesetzt werden. Weiterhin geeignet sind auch Mischungen von Polypropylen mit anderen Polyolefinen und gewünschtenfalls Verarbeitungshilfsmittel und dergleichen wie Füllstoffe, Pigmente, Gleitmittel und Stabilisatoren wie Antioxidatien und Lichtschutzmittel, wie sie in Polyolefinen zur Verwendung in der Kabelindustrie üblich sind.

Voraussetzung ist lediglich, daß die Materialien ausreichend thermoplastisch verarbeitbar sind, d. h. sie dürfen nicht so weitgehend vernetzt sein, daß ein Aufschmelzen nicht mehr möglich ist.

Erfindungsgemäß wird dem Polyolefin eine flüssige, organische Komponente oder eine Zubereitung, die eine solche Komponente enthält, als Quellmittel zugesetzt. Ein im Sinne der Erfindung bevorzugtes flüssiges, organisches Medium sind Mineralöle. Bevorzugte Mineralöle werden beispielsweise in der eingangs genannten GB 2 100 281 A beschrieben. So können zum Beispiel flüssige Mineralölfraktionen mit einem Siedepunkt zwischen 330 und 390°C und einer Dichte im Bereich von 0,828 bis 0,880 bei 20°C eingesetzt werden. Derartige Mineralöle werden im allgemeinen als Leichtöl bezeichnet. Eingesetzt werden können aber auch Mineralölfraktionen mit einer Dichte von 0,860 bis 0,905 bei 25°C, die im allgemeinen als Schweröle bezeichnet werden.

Neben oder anstelle der genannten Mineralöle können als organische Flüssigprodukte auch Oligomerisierungsprodukte von Olefinen und/oder Diolefinen eingesetzt werden. Bevorzugt sind hier flüssige Produkte mit niederem Molekulargewicht, so etwa mit einem Molekulargewicht von 200 bis 3000. Als Oligomere sind besonders verzweigte Produkte geeignet so beispielsweise Polyolefine oder Polydiolefine. Geeignete Polyolefine sind z. B. die Oligomeren aus Olefinen wie beispielsweise Octen, Nonen, Decen und deren Homologen mit bis zu 20, vorzugsweise bis 16 C-Atomen, so zum Beispiel deren Homolopolymere und/oder Copolymere mit einem Polymerisationsgrad von 2 bis 50, vorzugsweise 3 bis 20 und insbesondere 3 bis 10. Unter diesen sind sternförmige Oligomere von Alpha-Olefinen besonders bevorzugt. Als Beispiel für ein Alpha-Olefin Oligomer kann zum Beispiel ein Oligomerengemisch aus drei bis vier Molekülen Decen 1 - gegebenenfalls nach Hydrierung der restlichen Doppelbindung - eingesetzt werden. Ein besonders geeignetes Produkt enthält 34% C30, 43% C40, 20% C50. Eingesetzt werden können auch niedermolekulare Polymere des Butadien, des Isopren oder deren Copolymere. Weiterhin können Copolymere der genannten Olefine mit Styrol eingesetzt werden. Voraussetzung ist in allen Fällen, daß es sich um bei Raumtemperatur flüssige Zubereitungen handelt. Die genannten Polymeren können hydriert sein, aber auch C=C-Doppelbindungen oder andere funktionelle Gruppen tragen. So sind beispielsweise Polybutadien-Typen geeignet, die mit endständigen Hydroxylgruppen modifiziert sind.

Weitere im Sinne der Erfindung geeignete organische Flüssigkomponenten sind Fettsäurederivate. Unter Fettsäurederivaten werden hier zum einen ganz allgemein Ester von Fettsäuren verstanden, zum anderen auch deren chemische Re­ aktionsprodukte, so beispielsweise Fettalkohole und die daraus herstellbaren, flüssi­ gen oder auch pastösen Verbindungen. Geeignete Fettsäurederivate sind beispielsweise Triglyceride und insbesondere Rizinusöl. Weiter geeignet sind Pentaerythritester und/oder Trimethyolpropanester. Schließlich sind als Fettsäurederivate die Dimerisierungsprodukte von Fettalkoholen der Kettenlänge 8 bis 18 geeignet. Als Dimerisierungsprodukte können einerseits sogenannte Guerbetalkohole eingesetzt werden, andererseits auch die aus Dimerfettsäuren herstellbaren C₃₆-Dimerfettalkohole.

Weiterhin geeignete organische Flüssigkomponenten sind langkettige Polyole anderer Provenienz. Unter diesen können insbesondere Polyetheralkohole, so bei­ spielsweise Polyoxyethylen, Polyoxypropylen oder Polytetrahydrofuran eingesetzt werden.

Die genannten organischen Flüssigkomponenten können jeweils als solche eingesetzt werden. Oftmals ist es jedoch bevorzugt, eine Mischung einzusetzen, so beispielsweise eine Mischung von Mineralöl mit verzweigten, sternförmigen Sub­ stanzen, wie dies in der DE 41 36 617 für eine Kabelfüllmasse beschrieben wird.

Ganz allgemein ist es im Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre bevorzugt, die organische Flüssigkomponente so zu wählen, daß sie möglichst große Ähnlichkeit zu der Flüssigkeit aufweist, die hinterher in dem Bauteil gelagert werden soll. Zwar ist es auch möglich, das Bauteil in einer Substanz zu quellen und eine andere Substanz hinterher in dem Bauteil zu lagern, doch könnten dabei Quellungs- und Endquellungsvorgänge auftreten, wenn auch nur in geringem Umfang.

Die erfindungsgemäßen Bauteile aus Polypropylen lassen sich in einfacher Weise herstellen. So kann man das zur Verarbeitung von Polypropylen übliche Ausgangs­ granulat, das neben dem Polymeren oftmals auf alle einzusetzenden Hilfsstoffe in gebundener oder zugemischter Form enthält, mit dem flüssigen, organischen Medium beaufschlagen. So ist es beispielsweise möglich, in einem Mischer vor dem eigentlichen Extrusionsverfahren 1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 15 Gew.-%, insbesondere 3 bis 10 Gew.-%, der organischen Flüssigkomponente mit dem Granulat zu vermengen und gewünschtenfalls dem Gemenge Zeit zu geben, die Flüssigkeit aufzusaugen. Dabei kann man die Tatsache nutzen, daß der gewünschte Migrationsvorgang durch Erhöhung der Lagertemperatur beschleunigt wird.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist es aber auch möglich, die Flüssigkomponente bei dem formgebenden Verfahren der Schmelze zuzumischen. So kann beispielsweise die Flüssigkomponente gewünschtenfalls unter Druck in einen Extruder eingespeist werden. Dabei ist der Punkt an der Zumischung in weiten Grenzen variierbar. Es muß lediglich darauf geachtet werden, daß nach der Zumischungsstelle noch eine hinreichende Durchmischung gegeben ist. Bei dieser Vorgehensweise ist es oftmals bevorzugt nicht die Flüssigkomponente sondern eine Zubereitung höherer Viskosität, die diese enthält, einzusetzen, so zum Beispiel eine Kabelfüllmasse.

Das mit der Flüssigkeit vermengte Polyolefin läßt sich gut verarbeiten. Häufig wirken die zugeführten flüssigen Bestandteile zusätzlich als Trennmittel und Verar­ beitungshilfsmittel.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in einer Anlage zur Herstellung von Glasfaserkabeln durch Extrusion von Polyolefinkunststoffen zu einem Schlauch, Beschicken des Schlauchs mit ein oder mehreren Glasfaseradern und gleichzeitigem Einfüllen einer Kabelfüllmasse die Erfindung in der Weise praktiziert, daß man entweder dem Polyolefingranulat die organische Flüssigkomponente, auf der die Kabelfüllmasse basiert, zugibt oder daß man diese Flüssigkomponente in der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Menge vor dem Ende des Extrusionsprozesses zufügt.

Die erfindungsgemäß hergestellten Bauteile aus Polyolefinen erwiesen sich in der Praxis als lagerstabil. Spannungen und Verdrillungen durch Längenänderung des Polypropylenrohrs im Vergleich zu der Glasfaserader, bedingt durch Quellvorgänge, wurden praktisch nicht beobachtet.

Beispiele Beispiel 1

Polypropylenformteile wurden in einem Polyalphaolefin (hydriert) mit einem überwiegenden Anteil eines Gemisches aus Trimeren, Tetrameren und Pentameren aus Decen gelagert. Nach ca. 40 Tagen näherte sich das Gewicht der Formteile asymtotisch einem Grenzwert von ca. 115% (ca. 15% Gewichtszunahme). Die gequollenen Formteile waren in Gegenwart: einer Aderfüllmasse auf Basis o.g. Flüssigkeit mechanisch und chemisch stabil und änderten ihre Längenausdehnung bei Lagerung nicht mehr.

Beispiel 2

Bei der Herstellung von Polypropylenrohren für die Kabelummantelung wird dem Polypropylengranulat vor dem Extruder ein synthetisches Öl (Alphaolefincopolymer PAO 6 cSt der Firma Nyco) in Mengen von 15 Gew.-% zugegeben. Es werden Poly­ propylenrohre erhalten, die bezüglich ihrer mechanischen Eigenschaften keine Auf­ fälligkeiten zeigen. Die Rohre veränderten ihre Dimension nach Befüllung mit einer Kabeldichtmasse gemäß deutschem Patent DE 41 36 617 praktisch nicht.

Beispiel 3

Bei der Herstellung von Polypropylenrohren für die Kabelummantelung wird das Polypropylengranulat vor dem Extrudieren mit einem synthetisches Öl (Alphaolefincopolymer PAO 40 cSt der Firma Mobil) in Mengen von 3 Gew.-% benetzt. Es werden Polypropylenrohre erhalten, die bezüglich ihrer mechanischen Eigenschaften keine Auffälligkeiten zeigen. Die Rohre veränderten ihre Dimension nach Befüllung mit einer Kabeldichtmasse gemäß deutschem Patent DE 41 36 617 praktisch nicht.

Fig. 1 zeigt ein Fernmeldekabel, dabei bedeutet

Bezugszeichenliste

1

die Umhüllung aus dem erfindungsgemäßen Formteil

2

die Lichtwellenleiter

3

die Kabelfüllmasse.

Claims (11)

1. Im Dauerkontakt mit organischen Flüssigkomponenten oder solche Komponenten enthaltenden Materialien formstabiles Bauteil aus Polyolefinkunststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß es 1 bis 20 Gew.-% eines unter Anwendungsbedingungen des Bauteils flüssigen organischen Mediums als Quellmittel enthält.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es röhrenförmig ausge­ bildet ist und daß der Hohlraum der Röhre eine oder mehrere organische Flüssigkomponenten oder solche Komponenten enthaltende Materialien beinhaltet.

3. Bauteil nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Flüssigkomponente oder als solche Komponenten enthaltendes Material eine Kabelfüllmasse zugegen ist.

4. Bauteil nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Flüssigkomponente Mineralöle, nicht wasserlösliche Oligomerisierungsprodukte von Olefinen und/oder Diolefinen, Fettsäurederivate oder Polyetheralkohole eingesetzt werden.

5. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Mineralöle hochsiedende Mineralölfraktionen mit einem Siedepunkt größer 200° eingesetzt werden, insbesondere Mineralöle auf Basis verzweigter Paraf­ fine.

6. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Oligomerisierungsprodukte von Olefinen und/oder Diolefinen mit einem mittleren Molekulargewicht von 250 bis 3000 eingesetzt werden.

7. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Oligomerisierungsprodukte von Olefinen sternförmig verzweigte Polyolefine, insbesondere Polyolefine aus Octen, Nonen und/oder Decen oder deren Homologen mit bis zu 20 C-Atomen und/oder Copolymere - evtl. nach Hydrierung - eingesetzt werden.

8. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Oligomerisierungsprodukte von Diolefinen Polybutadien, Polyisopren und/oder deren Derivate mit Hydroxylgruppen und/oder deren Copolymere mit Styrol eingesetzt werden.

9. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus Polyolefinkunststoffen, bevorzugt Polypropylen, dadurch gekennzeichnet, daß man den Polyolefinkunststoff und gewünschtenfalls übliche Hilfsstoffe vorlegt und mit der gewünschten Menge der organischen Flüssigkomponente oder dem Materal, das eine solche Komponente enthält, beaufschlagt und hernach die Mischung einem Extruder zuführt und dann in üblicher Weise zu dem Formteil verarbeitet.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die flüssige, organische Komponente während des Extrusionsprozesses dem Polyolefinkunststoff zuführt.

11. Verwendung von gequollenem Polypropylen zum Ummanteln von optischen oder elektrischen Leitern, die mit Kabeldichtmassen gefüllt sind.