DE2402203B2

DE2402203B2 - Verfahren und Extruder zur Herstellung von mit geschäumten thermoplastischem Kunststoff isolierten Leiterdrähten

Info

Publication number: DE2402203B2
Application number: DE2402203A
Authority: DE
Inventors: Masashi Chiba Ishibashi; Hideo Sakura Chiba Suzuki
Original assignee: The Fujikura Cable Works, Ltd., Tokio
Priority date: 1973-01-17
Filing date: 1974-01-17
Publication date: 1978-04-27
Also published as: JPS4995189A; CA1033927A; GB1453795A; DE2402203C3; JPS5249504B2; US3902704A; DE2402203A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mit geschäumtem thermoplastischen Kunststoff isolierten Leiterdrähten, bei dem während der Förderung und Durchmischung des Kunststoffs in einem Extruder ein Treibmittel unter Druck in der Niederdruckzone des Extruders eingeführt und im geschmolzenen Kunststoff dispergiert wird. eo

Ein solches Verfahren und ein zu seiner Durchführung geeigneter Extruder sind bekannt aus der US-PS 3253065. Als Treibmittel dient dabei ein im Kunstharz lösliches Gas, das durch eine Bohrung des Extruderzylinders in die Niederdruckzone des Extruders «,5 eingeführt und dort im geschmolzenen Kunststoff, der einen feinverteilten Stoff als Impfmittei zur Förderung der Bildung kleiner Gasblasen in der Masse enthält,

dispergiert wird.

Bei der Anwendung größerer Frequenzbandbreiten in Fernmeldekabeln wird eine stärkere Herabsetzung der Verluste in Isolationen von Koaxialkabeln oder dergleichen verlangt. Bei mit geschäumtem Polyäthylen isolierten Kabeln und ähnlich isolierten Kabeln für Stadtverbindungen müssen geschäumte Isolationen mit sehr geringer Schichtdicke und ausgezeichneter mechanischer Festigkeit und besonderer Abriebfestigkeit hergestellt werden.

Zur Herstellung solcher mit geschäumtem Polyolefin isolierten Drähte dienen Verfahren, wie das oben angegebene, wobei ein Polyolefin, wie Polyäthylen, mit einem Treibmittel im geeigneten Mischungsverhältnis gemischt und die Mischung um einen Leiter gespritzt wird, wobei das Treibmittel das Polyolefin verschäumt. Die bekannten Verfahren zeigen jedoch folgende Nachteile:

1. Falls eine Schicht von geschäumtem Polyolefin mit einer Schichtdicke von nicht mehr als 0,2 mm auf einem feinen Leitungsdraht mit einem Durchmesser von nicht mehr als 0,5 mm gebildet wird, wird der Leiter häufig gestreckt und bricht gelegentlich.

2. Nach bekannten Verfahren hergestellte Produkte zeigen nur geringe mechanische Festigkeit und neigen zur Rißbildung beim Biegen.

3. Falls 7,um Schäumen nur chemische Treibmittel benutzt werden, können Zersetzungsprodukte nachteilige Einflüsse auf die dielektrischen Eigenschaften der Isolation haben.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von mit geschäumtem thermoplastischen Kunststoff isolierten Leiterdrähten zu schaffen, welches eine Leiterisolierung mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante und ausgezeichneter mechanischer Festigkeit und Abriebfestigkeit liefert, wobei die Kunstharzisolierschicht selbst bei sehr geringer Schichtdicke eine sehr hohe mechanische Festigkeit aufweisen soll und das es gestattet, den Leiterdraht mit weitaus höherer Geschwindigkeit als bei den bisherigen Verfahren abzuziehen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, wie es im Anspruch 1 im einzelnen beschrieben ist.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen im einzelnen beschrieben. Der Anspruch 6 beschreibt eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Extruders im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1, 2, 3, 4 und 5 schematische Darstellungen des Extruders, und zwar

Fig. 1 die Maschine mit vom Umfang der Schnecke her vorspringenden Düsen,

Fig. 2 die Maschine mit von den Seiten der Stege vorspringenden Düsen,

Fig. 3 die Maschine mit von der Schnecke in einem Bereich, wo ihre Stege teilweise abgeschnitten sind, vorspringenden Düsen,

Fig. 4 die Maschine mit an einer öffnung der Schnecke angebrachten Düsen,

Fig. 5 mit an Öffnungen an der Seitenfläche des Steges angebrachten Düsen,

Fig. 6, 7 und 8 vergrößerte Schnitte des Teils, wo die Düsen eingesetzt sind,

Fig. 9 eine Mehrzahl von in einer Reihe auf der Schneckenoberfläche angeordneten Düsen.

In den Figuren sind eine rotierende Dichtung 5, ein Einleitungsrohr 6, ein Zylinder 7, ein Antrieb 8, ein Fülltrichter 9, ein Schneckensteg 10 und ein Mischstift 11 jeweils mit den gleichen Bezugszablen versehen.

Die Fig. 1-5 zeigen eine Schnecke 1 eines Extruders, die eine Niederdruckzone 2 auiweist. Durch den Mittelabschnitt der Schnecke 1 führt ein axialer Kanal 4, der mit mindestens einer Bohrung in Verbindung steht, die an der Oberfläche des im wesentlichen zylindrischen Teils der Schnecke oder an der Seitenfläche des Schneckensteges im Niederdruckbereich in einer Düse 3 mündet. Fig. 4 zeigt die Düse 3 am Schneckenkörper selbst und Fig. 5 die Düse 3 an der Seitenfläche des Schneckensteges.

Die Düsen springen von der Oberfläche des Schneckenkörpers bzw. der Seitenfläche des Schnekkensteges vor, wie in den Fig. 1 bzw. 2 gezeigt. Die Düsen 3 sind so ausgebildet, daß das Verhältnis Dl H, wobei D den Außendurchmesser der Düse, der gewöhnlich im Bereich von 3-10 mm liegt, und H die. über die Fläche des Schneckenkörpers bzw. Seitenfläche des Schneckensteges vorspringende Höhe der Düse bezeichnen, im Bereich von 0,1-2,0, vorzugsweise 0,5-1,0 liegt. Durch eine solche spezielle Düse kann das Treibmittel besonders gleichmäßig im geschmolzenen Kunstharz verteilt und der Wirkungsgrad des Durchmischens und Durcharbeitens des Harzes verbessert werden, so daß keine ungleichmäßige Blasenbildung auftritt. Wenn das Dl //-Verhältnis der Düse 3 außerhalb des erwähnten Bereiches liegt, strömt das Treibmittel entlang der Wände von Schnecke, Schneckensteg und Zylinder, so daß die Menge des im geschmolzenen Harz verteilten Treibmittels abnimmt und kein gleichmäßiges Schäumen erfolgt.

Außerdem bildet sich dann ein Gasfilm zwischen den Wänden, der Schnecke, des Schneckensteges oder Zylinders und dem geschmolzenen Kunstharz aus, wodurch ein unerwünschter Schlupf des Harzes und demgemäß ungenügendes Durchmischen des geschmolzenen Harzes auftreten kann.

Eine solche Düse 3, die in ihrer Standardform (Fig. 6) eine dünne Bohrung 12 aufweist, ist in die Mündung der mit dem Mittelkanal 4 in Verbindung stehenden Bohrung des Schneckenkörpers 1 bzw. Schneckensteges 10 eingeschraubt. Sie steht noch über die gewünschte Höhe nach außen vor, und ist in dieser Stellung befestigt bzw. angeschweißt.

Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform dieser Düse, worin die Bohrung 12 durch einen Stopfen 13 verschließbar ist, der beispielsweise einschraubbar ist, um das Einströmen von Kunstharz zu verhindern. Dieser Stopfen 13 kann gegebenenfalls eine noch engere axiale Bohrung aufweisen.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Düse 3 mit einem eingeschraubten Stopfen 14, der seinerseits eine außen im wesentlichen waagerecht, also senkrecht zur axialen Bohrung der Düse mündende dünne Bohrung aufweist, die mit der axialen Bohrung 12 der Düse 3 in Verbindung steht.

Wie in Fig. 1 gezeigt, sind rings um den Umfang der Schnecke 1 eine Mehrzahl von Düsen 3 angeordnet, und gegebenenfalls, wie in Fig. 9 gezeigt, so verteilt, daß sie in einer zum Drehsinn der Schneckenschraube entgegengesetzten Richtung vorspringen, um die Mischwirkung zu verstärken.

Es können auch, wie in Fig. 2 gezeigt, Düsen 3 an beiden Seitenflächen des Steges der Schnecke vorgesehen sein, so daß sie in Richtung der Schraube oder in der Gegenrichtung dazu vorstehen.

Es werden noch bessere Ergebnisse erhalten, wenn ein Teil des Steges 10 weggeschnitten ist und eine oder mehrere Düsen 3 von der Obertläche des Schneckenkörpers in diesen Teil vorspringen. Auf diese Weise können Schwankungen des Einspritzdrucks des Treibmittels verringert werden. Diese Ausführungsform wird in Fig. 3 gezeigt.

ίο Die Richtung des Vorsprungs der Düse 3 kann entweder senkrecht oder schräg zur Schneckenachse bzw. Stegfläche sein und wird im Hinblick auf die Art des zu verwendenden Polyolefinharzes, die Drehgeschwindigkeit der Schnecke u. dgl. festgelegt.

Durch die Düse oder Düsen können außer dem inerten gasförmigen oder flüssigen und verdampfbaren Treibmittel, wie Chlorfluorkohlenwasserstoff, auch ein organisches Lösungsmittel, wie Xylol, Toluol und Dodecylbenzol eingespritzt werden, um die Schmelzviskosität des geschmolzenen Polymers herabzusetzen.

Ein solches organisches Lösungsmittel kann gleichzeitig mit dem erwähnten Inertgas oder zu einem anderen Zeitpunkt eingespritzt werden.

Der Extruder arbeitet wie folgt:

Ein Kunstharz, wie Polyäthylen, wird durch den Fülltrichter 9 in die Spritzmaschine gegeben und darin durch die Schnecke 1 unter gleichzeitigem Aufschmelzen und Mischen weitergefördert. Wenn das

jo geschmolzene und gemischte Harz eine Niederdruckzone 2 der Spritzmaschine erreicht, wird ein durch einen Kompressor unter Druck gehaltenes Treibmittel durch Düsen 3, die von der Oberfläche des Schnekkenkörpers 1 oder der Seitenfläche des Schnecken-

j5 Steges 10 vorspringen, in das geschmolzene Harz eingespritzt. Das Treibmittel wird den Düsen 3 durch ein Zuleitungsrohr 6, eine rotierende Dichtung 5 und einen Treibmittelkanal 4 zugeführt.

Der zum Einspritzen des Treibmittels dienende Kompressor ist mit einem Drucklufttank, einer Dosierpumpe und einer rotierenden Dichtung ausgerüstet und sorgt dafür, daß das Treibmittel stets mit einem geregelten Druck von bis zu maximal 200 bis 300 kp/cm², vorzugsweise 50 kp/cm² zugeführt wird.

Das im Drucktank enthaltene Gas gelangt durch den Kompressor und die Dosierpumpe entsprechend dem Hub dieser Pumpe in die Spritzmaschine. Die von der Dosierpumpe zugeführte Gasmenge ist etwas größer als die zum Erreichen des vorgeschriebenen Einspritzdruckes erforderliche Menge. Um die quantitative Einspritzung des Gases zu erreichen, ist das Volumen des Gaskanals im durchbohrten Mittelabschnitt der Schnecke außerordentlich gering.

Bei dem Extruder wird durch Einstellung des Dl //-Verhältnisses der Düse bzw. Düsen im Bereich von 0,1-2,0 verhindert, daß das Treibmittel längs des Schneckensteges oder der Zylinderoberfläche strömt, und es wird statt dessen gleichmäßig im geschmolzenen Harz dispergiert. Außerdem bilden sich im ge-

_b0 schmolzenen Harz durch die Wirkung einer solchen Düse turbulente Strömungen, und das Harz wird genügend gemischt.

Fs können verschiedene Beschichtungs- und Schäumverfahren angewandt werden, wie unten er-

_b5 wähnt. Die geeignete Methode wird jeweils gewählt im Hinblick auf die Art des die Isolation bildenden Kunstharzes.
1. Im Fall eines Harzes mit niedriger Schmelzvisko-

sität wird das Harz in Form von Pellets in den Einfülltrichter gegeben und von der Schnecke weiterbefördert, und ein Treibmittel wird unmittelbar unter Druck aus einer mit dem Treibmittelkanal verbundenen Düse im Niederdruckbereich der Schnecke in das zuvor in der Maschine aufgeschmolzene Harz eingespritzt und darin dispergiert.

2. Ein Harzpulver und chemisches Treibmittel werden durch den Einfülltrichter zugeführt, ein organisches Lösungsmittel wird durch die mit dem Treibmittelkanal verbundenen Düsen eingespritzt, und das Schäumen des Harzes wird durch die kombinierte Wirkung des chemischen Treibmittels und organischen Lösungsmittels durchgeführt. In diesem Fall kann die Schmelzviskosität des Harzes im Spritzmaschinenzylinder durch die Wirkung des organischen Lösungsmittels herabgesetzt und das Beschichten mit sehr hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden.

3. Im Falle eines Harzes mit hoher Schmelzviskosität und daher schlechter Verarbeitbarkeit beim Umspritzen eines feinen Leiters mit einem Durchmesser von etwa 0,5 mm werden gepulvertes Polyäthylen mit hoher Dichte und ein organisches Lösungsmittel durch den Einfülltrichter zugeführt, um die Schmelzviskosität herabzusetzen, eine höhere Extrudiergeschwindigkeit zu ermöglichen und gleichzeitig feinere Blasen zu erzeugen. Außerdem wird ein Gas oder verflüssigtes Gas unmittelbar durch die mit dem Treibmittelkanal verbundenen Düsen eingespritzt.

Falls ein Leiter mit verhältnismäßig großem Durchmesser (2,2 mm) beschichtet werden soll, braucht die Schmelzviskosität nicht herabgesetzt zu werden.
Die erwähnten Methoden 1. und 3. werden bei dei Herstellung einer geschäumten Isolation eines Koaxialkabels mit niedrigem Verlust für Verwendung ir einem Hochfrequenzbandbereich angewandt. In diesem Fall können nicht nur ein Polyolefin, sondern alle Arten von Kunststoffen mit einem niedrigen Verlust-

ίο faktor, wie Polystyrol, als Isolation mit niedrigerr Verlust benutzt werden. Im allgemeinen beträgt die Dicke der geschäumten Isolation 3,0 bis 4,0 mm, unc die Isolationsdicke, d.h. der Außendurchmesser dei Isolation, kann je nach dem Grad der Expansion und dem Grad des dielektrischen Verlustes verringeri werden, woraus sich geringere Herstellungskosten dei Kabel ergeben.

Bei der Durchführung der obenerwähnten Verfahren kann man dem Harz eine kleine Menge eines die Schaumbildung fördernden Impf mittels zusetzen, beispielsweise eines Komplexes einer höheren Fettsäure mit einem Metall, Zinkpulver, abgerauchtes, Siliziumdioxid, organisches Treibmittel und Glaspulver. Ir diesem Fall haftet das Gas an der Außenseite des Impfmittels und eine Agglomeration des Gases zt größeren Blasen wird vermieden, wodurch die Blaser und Zellen in der Isolation gleichmäßiger werden unc ein niedriger Verlust erhalten bleibt. Infolgedesser kann die mechanische Festigkeit der Schaumstoffschicht von geringerer Dicke gesteigert werden, unc die Eigenschaften des erhaltenen Isolierten Drahte« werden weiter verbessert.

Hierzu 4 Blatt Zcichnunacn

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von mit geschäumtem thermoplastischen Kunststoff isolierten Leiterdrähten, bei dem während der Förderung und Durchmischung des Kunststoffs in einem Extruder ein Treibmittel unter Druck in der Niederdruckzone des Extruders eingeführt und im geschmolzenen Kunststoff dispergiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel durch einen in axialer Richtung durch den Mittelteil der Schnecke (1) des Extruders reichenden und in der Niederdruckzone (2) des Extruders zur Oberfläche der Schnecke (1) oder Seitenfläche des Steges (10) offenen Kanal (4) eingeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel zusammen mit einem organischen Lösungsmittel verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Treibmittel ein inertes oder verflüssigtes inertes Gas in den ein organisches Lösungsmittel enthaltenden geschmolzenen Kunststoff eingeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel unter einem Druck von nicht mehr als 200 bis 300 kp/cm² eingespritzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel von mehreren Punkten der sich drehenden Schnecke (1) oder den Seitenflächen ihrer Stege (10) senkrecht oder schräg zur Schneckenachse in den geschmolzenen Kunststoff eingespritzt wird.

6. Extruder zur Herstellung von mit geschäumtem thermoplastischen Kunststoff isolierten Leiterdrähten, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer im Extruderzylinder rotierenden Schnecke, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke (1) einen axial 4η in ihr verlaufenden Treibmittelkanal (4) aufweist, der in einem Niederdruckbereich der Spritzmaschine an der Oberfläche des Schneckenkörpers oder wenigstens einer Seitenfläche des Schnekkensteges (10) in wenigstens einer Düse (3) mündet, durch die das Treibmittel unter Druck während des Betriebs des Extruders in den durchgesetzten geschmolzenen Kunststoff einleitbar ist.