DE2242455C2

DE2242455C2 - Elektrische Isolierteile, insbesondere Umhüllungen für Leiter und Kabel aus peroxidisch vernetztem stabilisiertem Polyäthylen

Info

Publication number: DE2242455C2
Application number: DE2242455A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr.Phil. Saure; Johann 3500 Kassel Wartusch
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1967-06-10
Filing date: 1972-08-29
Publication date: 1982-12-02
Also published as: DE2242455A1; DE1640941B2; DE1640941A1

Description

Durch die DE-OS 16 40941 sind elektrische Isolierteile, insbesondere Umhüllungen für Leiter und Kabel aus peroxidisch vernetztem stabilisiertem Polyäthylen unter Verwendung von polymerisiertem 2,2,4-Trimethyl-l,2-Dihydrochinolin und einem Alterungsschutzmittel auf Basis Mercaptobenzimidazol bekannt.

Wie die Praxis gezeigt hat, ist für ungefüllte Mischungen eine derartige Stabilisatorkombination völlig ausreichend; bei gefüllten Mischungen, die bei Verwendung von hellen Füllstoffen, z. B. auf Silikatbasis häufig eine größere Anfälligkeit gegenüber oxydativem Angriff zeigen, erscheint aber eine weitere Verbesserung der Stabilisierung gegenüber solchen Einflüssen angebracht.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Verbesserung der Alterungsbeständigkeil in der Wärme bei Zutritt von Luftsauerstoff für mit anorganischen Füllstoffen versehene vernetzte Polyäthylenmischungen zu schaffen.

Es wurde nun gefunden, daß sich die Stabilisatorkombination aus polymerisiertem 2,2_:4-'^T>imethyl-I.2-Dihydochinolin und einem Stabilisator mit dem Grundkörper Mercaptobenzimidazol hinsichtlich ihrer AlterungssGhutzwirkung noch verbessern läßt, wenn erfindungsgemäß zusätzlich noch Zinkoxid verwendet wird.

Es wurde weiterhin gefunden, daß es vorteilhaft sein kann, nicht das Zinksalz des Mercaptobenzimidazols zu verwenden, sondern das Mercaptobenzimidazol selbst. Der Vorteil gegenüber dem Alterungsschutzmittel Zinkmercaptobenzimidazol kann sich in Isoiicrmischungen dadurch ausdrücken, daß es keinen salzartigen Charakter hat und damit einerseits die Feuchtigkeitsaufnahme vermindert und andererseits die Beanspruchbarkett der Isoliermischungen gegenüber hohen Feldstärken verbessert

Zinkoxid entwickelt für sich allein in einer Mischung aus vernetzten! Polyäthylen keine Alterungsschutzwirkung, jedoch zeigt es eine synergetisch gesteigerte Wirkung in Kombination mit der Stabilisatormischung nach dem Hauptpatent

Die Mengenverhältnisse dieser drei Additive 2,2,4-Trimethyl-l,2 dihydrochinolin, Mercaptobenzimidazol und Zinkoxid sind in weiten Grenzen variierbar; im Hinblick auf ein günstiges Gesamteigenschaftsbild hat es sich jedoch als zweckmäßig erwiesen, ein Verhältnis 1 zu 2 zu 4 zu wählen.

Durch die Mitverwendung von Zinkoxidin in der Stabilisatorkombination konnte eine deutliche Verbesserung der Stabilität gegen oxidativen Angriff erreicht werden. So wurde z. B. das Rissigwerden eines Prüfkörpers, d. h. sein Verspröden infolge einer Alterung soweit hinausgeschoben, daß nunmehr bei 150° C und bei 160° C doppelt so lange rißfreie Zeiten gefunden wurden. Während eine solche Mischung nach siebentägiger Alterung bei 150⁰C im Wärmeschrank unter Zutritt von Luftsauerstoff einen Rückgang der Bruchdehnung von ca. 10% und nach vierzehntägiger Lagerung einen solchen von 90% erleidet, tritt der 10%ige Verlust der durch Zinkoxid verbesserten Mischung erst nach 18 Tagen und der 90%ige Bruchdehnungsrückgang erst

JO nach ca. 32 Tagen ein. Auch unter stark verschärften Alteningsbcdingungen, z.B. bei 165°C kann eine Verdoppelung der Alterungsbeständigkeit, gemessen an der Bruchdehnung, festgestellt werden. Damit ist ein Stabilisierungssystem gefunden worden, mit dem die schwierig zu stabilisierenden füllstoffhaltigen Mischungen aus vernetztem Polyäthylen dieselben Qualitätsmerkmale erreichen, wie eine gut stabilisierte handelsübliche ungefüllte Mischung aus vernetztem Polyäthylen.

Diese Verbesserung der Alterungsbeständigkeit ist nicht nur auf Mischungen mit silikatischen Füllstoffen wie Koalinen beschränkt, sondern kann auch bei Mischungen erreicht werden, welche andere anorganische Füllstoffe z. B. Karbonate enthalten.

Eine technologische Hauptanforderung für eine zu vcrnetzendi: Polyäthylenmischung, ihre Reaktivität wird durch die erfindungsgemäße Kombination der Alterungsschutzmittel unter Mitverwendung von Zinkoxid in keiner Weise beeinträchtigt. Die Reaktivitätsuntersuchungon durch Bestimmung der Fließfähigkeit bei 140°C zeigten, daß sowohl die zinkoxidfreie als auch die zinkoxidhaltige Mischung dieselbe »Halbwertzeit«, d. h. den Rückgang der Fließfähigkeit auf die Hälfte des Maximaiwertes bei bestimmtem Druck besitzen. Auch aus der Bestimmung des Vernetzungsgrades beider Mischungen geht hervor, daß sie den gleichen hohen Gelanteil von ca. 90—92% aufweisen bzw. durch Mitverwendung von Zinkoxid sogar eine gewisse Steigerung des Vernet'/.ungsgrades erreicht werden kann. Auch andere Methoden, wie z. B. Deformationsmessungen bei erhöhter Temperatur und Quellmessungen bestätigen den guten Vernetzungsgrad.

Die Verwendung einer Mischung aus vernetztem Polyäthylen im beanspruchten Sinne, d. h. für elektrische Isolierteile, bedingt aber, daß gewisse elektrische Mindestforderungen erfüllt werden müssen, insbesondere dann, wenn an eine Anwendung im höheren Feldstärkenbereich gedacht ist. Beispielsweise muß eine solche

Mischung einen niedrigen dielektrischen Verlustfaktor besitzen und zwar möglichst über einen breiten Temperaturbereich bis zur Einsatztemperatur z. B. eines elektrischen Kabels. Die Mischung nach der Erfindung erfüllt diese Voraussetzung. Sie zeigt sogar Verbesserungen im dielektrischen Verhalten, welche sich dadurch bemerkbar machen, daß die vernetzte Mischung im Anlieferungszustand kein Zwischenmaximum mehr aufweist, wenn der tan δ über der Temperatur aufgetragen wird. Der Gehalt an Zinkoxid in der Mischung verändert das elektrisch schwingungsfähige Gebilde der füllstoffhaltigen vernetzten Polyäthylenmischung derart, daß zwischen Raumtemperatur und Einsatztemperatur eines Kabels weder eine Resonanz noch ein Zwischenmaximum auftritt.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn

die genannten Füllstoffe vor der Einmischung einer Oberflächenbehandlung unterworfen werden.

Als Oberflächenbehandlungsmittel für die Füllstoffe können an sich bekannte Verbindungen, wie z. B. Monocarbonsäuren langkettiger Kohlenwasserstoffe oder Siloxan-Verbindüiigen Anwendung finden, um die Füllstoffe hydrophob zu machen, wodurch entlang der Grenzflächen Füllstoff/Polymer die Gefahr der iFeuchtigkeitsdiffusion vermindert wird. Eine Mischungsherstellung, bei der ein nichtbehandelter Füllstoff und das Hydrophobierungsmittel nebeneinander eingebracht werden, und bei der innerhalb der Mischung der Füllstoff bzw. die Grenzfläche Füllstoff/Polymer hydrophobiert werden soll, hat sich für die Güte der Hydrophobierung λ /eniger günstig erwiesen.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrische Isolierteile, insbesondere Umhüllungen für Leiter und Kabel aus peroxidisch vernetztem, stabilisiertem Polyäthylen unter Verwendung von polymerisiertem 2,2,4-Trimethyl-l^-dihydrochinolin und einem Alterungsschutzmittel auf Basis Mercaptobenzimidazol, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich noch Zinkoxid verwendet wird.

2. Isolierteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Isolierteil aus gefülltem, insbesondere mit anorganischem Füllstoff versehenem vernetztem Polyäthylen verwendet wird.

3. Isolierteile nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Alterungsschutzmittel das Zinksalz des Mercaptobenzimidazols in der Kombination verwendet wird.

4. isüiierteüe nach Anspruch ! oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mercaptobenzimidazol als Alterungsschutzmittel in der Kombination verwendet wird.

5. Isolierteile nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Füllstoff eine Oberflächenbehandlung zum Zwecke der Hydrophobierung aufweist.

6 Isolierteile nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Polyäthylenmischung verwendet wird, welche mit einem organischen Bisperoxid vernetzt ist.