DE2149227A1

DE2149227A1 - Isolierband

Info

Publication number: DE2149227A1
Application number: DE19712149227
Authority: DE
Inventors: Murray James E; Chase Edward L; Chase Francis M; Graham Leonard P; Lania Anthony R
Original assignee: Chase Corp
Current assignee: Chase Corp
Priority date: 1970-10-01
Filing date: 1971-10-01
Publication date: 1972-04-06
Also published as: FR2110170B3; CA973789A; IT939912B; GB1359687A; DE2149227B2; DE2149227C3; FR2110170A3

Description

Anmelder: Chase Corporation, 19 Highland Avenue, Randolph, Mass., USA

Isolierband

Die Erfindung betrifft ein wärmeisolierendes Isolierband und ein Verfahren zur Herstellung von Kabeln mit einem derartigen Isolierband.

Seit Jahren besteht ein übliches Verfahren zur Umhüllung von Kabeln darin, daß ein Bündel aus Kupferdrähten mit einem Überzug aus geschmolzenen thermoplastfchen Material überzogen wird, das gewöhnlich aus Polyäthylen besteht, daß über das Leiterbündel als Viskosemasse extrudiert wird, gewöhnlich bei Temperaturen zwischen 350 und 450 F.

Solange der Produktionsablauf ungestört ist, ergibt diese Extrusion von Polyäthylen bei hoher Temperatur keine wesentlichen Schwierigkeiten, weil der gerade extrudierte Überzug sofort in ein Wasserbad eingetaucht wird, welches zur schnellen Abkühlung des Kunststoffmaterials dient. Die Bedienungsperson am Extruder muß jedoch mit Verlangsamungen und Unterbrechungen des Betriebs seiner Extrusionsstrecken rechnen. Derartige Unterbrechungen führen oft zu einer thermischen Beschädigung von dünnen Leitersträngen, aus denen das Kabel besteht. Diese Drahtstränge haben oft einen Durchmesser von o,o24 Zoll oder weniger. Weil deratige Beschädigungen beim Umhüllen eines Kabels zu befürchten sind, läßt der Hersteller des Kabels gewöhnlich in einem gewissen Rahmen derartig«? Beschädigungen zu, wenn er die Kapazität seines Kabels berechnet. Obwohl sein Kabel aus 500 Metalldrähten bestehen kann, kann er es so abschätzen, als ob es nur aus 400 derartiger Drähte bestehen würde. Dieses Problem ist von großer wirtschaftlicher Be-

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deutung und beträchtliche Einsparungen könnten erzielt werden , wenn für die Kabelherstellung eine Einrichtung geschaffen werden könnte, durch die Beschädigungen verringert werden können, die bei vorübergehenden Unterbrechungen des Produktionsabi aufs in der Extrusionsstrecke erfolgen.

Es ist bekannt, eine Isolierschicht über dem Kabel und unter der heißen thermoplastischen Umhüllung vorzusehen. Derartige Isolierschichten haben jedoch gewisse Nachteile. Beispielsweise ermöglichen sie eine geringere Isolierung als wünschenswert ist, sind besonders steif, wie mit Harz imprägniertes Papier, oder sind äußerst kostspielig. Tatsächlich ist es sehr schwierig, eine Isolierschicht für diesen Verwendungszweck zu schaffen, die geeignet gute Gebrauchseigenschaften hat und kostensparend ist.

Unter den Kriterien, die durch eine Isolierschicht erfüllt werden müssen, die für den obigen Anwendungszweck geeignet ist, sind ^:nsbesondere die folgenden zu beachten:

1. sie muß eine beträchtliche Elongation haben, so daß sie nicht reißt, wenn das Kabel zu Speicherzwecken aufgewickelt wird oder während der Installation umgebogen wird;

2. sie muß eine Abriebfestigkeit haben, so daß eine Speicherung und Abzug von Rollen erfolgen kann, ohne daß Trennschichten erforderlich sind;

3. sie muß eine hohe Beständigkeit gegen thermische Verformungen aufweisen;

4. sie darf keinen Weg für d en Transport /on feuchtigkeit in dem Kabel aufweisen, wenn ein Bruch der Umhüllung an einer gewissen Stelle den Eintritt von Feuchtigkeit in das Kabel ermöglicht;

5. sie muß eine Steifigkeit haben, welche die Verwendung in Maschinen erlaubt, weiche " wie Zigarettenwickler arbeiten;

6. die thermische Isolierung muß sehr gut sein;

7. alle Vorteile sollten bei minimaler Kostenerhöhung erzielt werden oder gar eine Kostenverringerung ermöglichen.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine verhältnismäßig billige Isolierschicht zu schaffen, die ausgezeichnete thermische Isoliereigenschaften und ausgezeichnete Wickeleigenschaften hat, die eine einfache Anbringung bei Verwendung unterschiedlichster Maschinen zur Umhüllung von Leitern ermöglichen. Ferner soll diese Isolierschicht einen sehr guten Abriebwiederstand besitzen, ein Durchtritt¹ von Feuchtigkeit hindern und weniger kostspielig in der Herstellung als bekannte Isoliermaterialien sein, welche vergleichbare Eigenschaften aufweisen. Ferner soll ein neues Kabel angegeben werden, was eine derartige verbeserte Isolierschicht erhält.

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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Schichtung Verwendung findet, die (1) aus einem Papierglas-Material besteht, welches eine thermische Leitfähigkeit von weniger als etwa 0,4 BTU-in/per hr-ft -F hat und eine Dichte von weniger als 0,07

bis 0,015 lbs/yard /mil Dicke und (2) aus einem thermoplastischen Material. Die vorteilhaftesten derartiger Papierglasmaterialien sind diejenigen, die unter dem Handelsnamen "25-84 Beta Glas¹¹ und "25-91 D-E Glas" von der Firma Crane Paper Company vertrieben werden. Die ersteren Materialien werden mit unter als "Beta-Glas" und die letzteren als "Delb-Glas" bezeichnet. Sie haben einen sehr niedrigen Gehalt an organischen Bindemitteln, d.h. weniger als 10%, und eine thermische Leitfähigkeit vonetwa 0,3 BTU-zoll pro hr-ft -F oder weniger. Diese bevorzugten Glaspapiere haben zusätzlich die sehr vorteilhafte Eigenschaft, daß sie Bedienungspersonen, die mit den Hersteli-Iungsvorgängen befaßt sind, wenig irritieren.

Das thermoplotische Material hat vorteiihafterweise eine hohe dielektrische Festigkeit, und ist z.B. ein Material mit einer Durchschlagspannung von 7000 - 10 000 Volt entsprechend den Normen, die von der Firma Western Electric Company entwickelt wurden. Die vorteilhaftesten thermoplastischen Materialien sind Polypropylen und Polyäthylenterephthalat, welches Material unter dem Handelsnamen "Mylar" der Firma DuPont bekannt ist.

Obwohl es möglich ist, eine geeignete Verbindung zwischen den Glaspapier und dem thermoplastischen Material herzustellen, ist es oft wünschenswert, eine kleine Menge eines ölbeständigsn Polymer-Klebstoffs zu verwenden, welcher beispielsweise aus Acryl- oder Modacryl-Polimeren besteht, aus Nitrilgummi, oder ajs Polyvinylacetat. Mit Olbeständigkeit ist eins Beitädnigkeit gegen Erdöl und Schmieröle derart gemeint, die normalerweise bei den oben genannten Anwendungsfällen einer Leiterisolation auftreten _g

Ein besonderer Vorteil des Isolierbands gemäß der Erfindung besteht darin, daß die das Polymer enthaltende Dicke der Schichtung nur 3 mil oder weniger befragen muß. Dadurch w ird eine ausgezeichnete Wicklungseigenschaft ermöglicht, wenn die 1 bis 3 mil yicke Polymere Lage mit einer 3 bis 20 mil dicken Lage aus Glaspapier kombiniert wird. Bsi dem bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung beträgt das Dickenverhältnis der Lagen etwa 2:1 bis 5:1.

Anhand der Zeichnungen soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Isolierbands gemäß der Erfindung; Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines Kabels mit einem Isolierband gemäß der

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Erfindung; und

Fig. 3 eine graphische Darstellung des relativen Wärmewiderstands verschiedener Ausführungsbeispiele eines Isolierbands gemäß der Erfindung im Gegensatz zu bekannten Produkten.

Fig. 1 zeigt ein Isolierband 10 mit einer Glaspapierlage 12 und einer thermoplastischen Lage 14 aus Polypropylen. Die Verbindung zwischen dem Polypropylen und dem Glaspapier besteht aus einem im Handel erhältlichen Kelbstoff 16 üblicher Art aus Nitrilgummi.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein Kabel 18, das unter Verwendung des Isolierbandes 10 in Fig. 10 als Isolierschicht hergestellt wurde. Das Kabel 18 enthält eine Anzahl von Drähten 20, von denen jeder aus einer Anzahl von Kupfersträngen 22 von etwa 0,12 mil Durchmesser und einer Umhüllung 24 aus Polyäthylen, die etwa 6 mil dick ist. Die Drähte 20 sind mit der Isolierschicht 10 von Fig. 1 umgeben» Eine Aluminiumschicht 26 ist über der Isolierschicht 10 angeordnet und eine äußere Polyäthylenschicht 28 ist über die Aluminiumschicht 26 extrudiert.

Eine empirische Prüfung wurde als geeignet zur Feststellung der Eigenschaften der Isolierbänder bei der Isolation von Kabeln festgestellt.

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Der Prüfversuch wird durchgeführt, indem zwei gleichseitige Dreiecke mit einer Seitenlänge von 2 Zoll aus Telefondraht mit einem Dickenmaß 22 gebildet werden, die eine Polyäthylenhülle von 6 mil aufweist. Die Dreiecke werden überlagert und miteinander verschlungen, und dann wird ein Dreieck um 6O° gedreht- Dies führt zu einer Prüfschaltung mit zwei Schleifen mit sechs Stellen, an welchen die mit Polyäthylen isolierten Drähte sich berühren. Die Schaltung wird dann auf eine Isolierfläche aus Asbest gelegt und mit einer elektrischen Schaltung über ein Ohmmeter verbunden, so daß irgendein Kurzschluß über den beiden Dreiecken ohne weiteres nachgewiesen werden kann, und durch eine einzige Schicht aus dem zu prüfenden Isolierband bedeckt. Eine heiße Platte von 450 g Gewicht, deren Oberfläche sich auf der Prüftemperatur befindet, wird daxin umgedreht und auf das Isolierband gelegt. Dann wird die Zeit gemessen, die bis zu einem Kurzschluß der Drahtschleif en verstreicht. Die Prüftemperatur steht in einer guten Korelation mit der tatsächlichen Temperatur einer dünnen metallischen Abschirmung, die gewöhnlich zwischen den Leitern der thermoplastischen Abschirmung angeordnet wird, wenn diese darüber extrudiert wird. Diese Prüfung bis zum Ausfall der Isolierung um die Stränge ist kennzeichnend für das Ausmaß dieses Schutzes, welcher durch die verschiedenen Isolierbänder während der Kabelherstellung gegeben ist.

Fig. 3 zeigt, daß die Isolierbänder gemäß der Erfindung, die nur eine Dicke von 1,5 bis 3 mil aus einem Polymerisat haben, bei Temperaturen von 300⁰P 33 Sekunden vor einem Ausfall beständig sind, und bei Temperaturen von 450°F über 8 Sekunden lang ohne Ausfall, wenn der oben beschriebene Versuch durchgeführt wird.

Dieser Versuch wurde verwandt, um eine Anzahl von Produkten, die durch das Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wurden, und eine Anzahl von anderen Produkten abzuschätzen, einschließlich solcher, die im Handel eine anerkannte Verwendung finden. Die folgende Tabelle zeigt die Zusammensetzungen jeder Schichtung in Tabelle 3.

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Beispiel 1: 2 mil Polyester, IO mil 25-91 Glaspapier Beispiel 2: 1,5 mil Polyester, 10 mil 25-91 Glaspapier Beispiel 3: 5 mil Polypropylen, 10 mil 25-91 Glaspapier Beispiel 4: 3 mil Polypropylen, 10 mil 25-91 Glaspapier Beispiel 5: 3 mil Polypropylen, 7 mil 25-84 Glaspapier Beispiel 6: 5 mil Polypropylen, 7 mil 25-84 Glaspapier Beispiel 7: 2 mil Polyester, 7 mil 25-84 Glaspapier Beispiel 8: 1,5 mil Polyester, 7 mil 25-84 Glaspapier Beispiel 9: 1,5 mil Polyester, 3 mil 25-84 Glaspapier

Probe A: Ein Produkt, das unter dem Handelsnamen C-7166 der Firma Chase & Sons, Inc. vertrieben wird, und aus einer Lage von 3 mil Dicke aus Polypropylen und 13 mil Dicke aus einem in Wärme härtbarem Styrol-Butadien-Copolymer besteht.

Probe B: Ein Produkt, das unter dem Handelsnamen C-138 von der Firma Chase & Sons, Inc. vertrieben wird und aus einer 1 mil dicken Lage aus Polyäthylenterephthalat und einer 15 mil dicken Lage aus einem in Wärme härtbaren Styrol-Butadien-Copolymer besteht.

Probe C: Ein unter dem Handelsnamen C-7031 von der Firma Chase & Sons, Inc. vertriebenes Produkt, das aus einer 5 mil dicken Lage aus Polypropylen und einer 10 mil dicken Lage aus einem in Wärme härtbarem Styrol-Butadien-Copolymer besteht.

Probe D: Ein Experimentierprodukt L-670, welches eine 5 mil dicke Lage aus Polypropylen und eine 10 mil dicke Lage eines gesponnen verbundenen Polyesterharzes hat, das unter dem Handelsnamen Reemay von der Firma DuPont de Nemours & Co., Inc. vertrieben wird.

Das in den Beispielen 1-2 und 7-9 verwandte Polyestermaterial ist ein Polyäthylenterephthalat-Band, welches von der Fa. DuPont unter dem Handelsnamen Mylar vertrieben wird.

Aus den Versuchsergebnissen in Fig. 3 ist ersichtlich,

daß beträchtliche Verbesserungen der Eigenschaften durch Iso-

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lierbänder erzielt werden können, die gemäß der Erfindung hergestellt sind, also mit Schichten, die in den Beispielen 1-9 beschrieben sind. Derartige Schichten zeigen nicht nur einen verbesserten Wärmewiderstand bei den vorübergehenden Unterbrechungen oder Verlangsamungen in der Extrusionsstrecke, sondern sie haben auch verbesserte Wickeleigenschaften gegenüber solchen Materialien wie diejenigen Bänder aus Styrol-Butadien-Copolymer-Materialien, die ihren Schutzeigenschaften am nächsten kommen. Das mit Reemay verstärkte Band ergibt die Schwierigkeit/ daß eine unerwünschte Zusammendrückung bei erhöhter Temperatur und unter Druck erfolgt, wodurch die Isoliereigenschaften verschlechtert werden. Ferner wurde festgestellt, daß die große Oberfläche von versponnen verbundenen Polyestermaterialien äußerst verträglich mit Feuchtigkeit ist, so daß sich ein Isoliermaterial ergibt, welches für eine langzeitige Benutzung geeignet ist.

Ein wichtiger Vorteil der Erfindung ist die Erkenntnis, daß das Produkt mit einem Bruchteil der Arbeitszeit und der Maschinenkosten der Produkte hergestellt werden kann, welche es ersetzt. In einem praktischen Anwendungsfall wurde festgestellt, daß doppelt so viel Material mit der halben Zahl von Arbeitskräften bei Verwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung hergestellt wird, im Gegensatz zu früheren Verfahren, bei denen eine Isolierschicht nur aus Polymerisaten Verwendung fand

Patentansprüche

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Claims

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-8-Patentansprüche

l.JVerfahren zur Herstellung von elektrischen Kabeln mit einer ^"""""'^ Anzahl von elektrischen Leitern, die mit einer Isolierschicht aus thermoplastischem Material überzogen sind, dadurch gekennzeichnet , daß die Leiter mit einem Schichtwerkstoff überzogen werden, der aus einer Schicht aus einem thermoplastischen Polymerisat von 1-3 mil Dicke und einer Schicht aus Faserglaspapier überzogen wird, das eine thermische Leitfähigkeit von weniger als etwa 0,4 BTU-ZoIl pro hr-ft -F hat und eine Dicke zwischen 3 und 20 mil, so daß das Faserglas einen Hauptanteil der Schicht aus dem Schichtwerkstoff bildet, und daß dann die thermoplastische Hülle über den Schichtwerkstoff extrudiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dickenverhältnis der Faserglasschicht zu der thermoplastischen Schicht etwa zwischen 2:1 und 5:1 liegt.
3. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastische Schicht aus Polyäthylen te re ph thalat oder Polypropylen besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch geke nn zeichnet , daß eine metallische Abschirmung zwischen dem Schichtwerkstoff und der schützenden thermoplastischen Umhüllung vorgesehen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die schützende thermoplastische Umhüllung über das Kabel bei einer Temperatur von mindestens etwa 3OO-5OO°F extrudiert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasschicht aus Betaglas-Fasern besteht.

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7. Verfahren nach Anspruch 1/ dadurch gekennzeichnet, daß die Glasschicht aus Deltaglas-Fasern besteht.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaserschicht eine Dicke zwischen 3 und 20 Zoll und eine thermische Leitfähigkeit von etwa 0,3 BTU-ZoIl pro hr-ft -F° hat und weniger als etwa 10 Gewichtsprozent thermisches Bindemittel enthält.
9. Wärmeisolierendes Isolierband zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e η η ze ichnet durch eine Schicht aus einem thermoplastischen Material mit etwa 1-3 mil Dicke, und durch eine Glaspapierschicht mit einer thermischen Leitfähigkeit von etwa 0,3 BTU-Zoll pro hr-ft -F und nicht mehr als etwa 1O% organischem Bindemittel, welche Papierschicht eine Dicke zwischen 3 und 20 mil hat und den Hauptteil der Dicke der Schichtung bildet.
10. Isolierband nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es ein ö!beständiges, polymeres, klebendes Bindemittel enthält.
11. Isolierband nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Deformationstemperatur oberhalb 200°F hat.
12. Isolierband nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasschicht aus Betaglas-Fasern besteht.
13. Isolierband nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasschicht aus Deltaglas-Fasern besteht.

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