DE2451451C3

DE2451451C3 - Verfahren zum Ummanteln eines elektrischen Leiters

Info

Publication number: DE2451451C3
Application number: DE2451451A
Authority: DE
Inventors: Baltimore, Md.; Emanuel John Atlanta Ga. George; Josepf Lane Salter; Earl Salvator Sauer; Charles Edward Tidd Jun.
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1973-11-02
Filing date: 1974-10-30
Publication date: 1978-04-27
Also published as: DE2451451B2; GB1488111A; JPS5828688B2; DE2451451A1; JPS5074182A; US3935369A; CA1052513A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ;n Verfahren zum Ummanteln eines elektrischen Leiters, wie es im Oberbegriff des Patentanspruchs I beschrieben isl.

Kin solches Verfahren ist auf die Herstellung eines kunststoffummantelten Luftkabels gerichtet, dessen Mantel aus der Kombination eines plasti/ierten Polyvinylchlorids und eines bromierten Epoxynarzcs besteht (US-PS 34 79 608). Diese Materialverbindung besitzt eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit und wird zur Erhöhung der Adhäsion unmittelbar auf die Oberfläche eines zuvor auf eine Temperatur zwischen 200 und 25O°C erwärmten Innenleiters aufgebracht. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die nach dem bekannten Verfahren hergestellten Abspannandern weder eine befriedigende Daueradhäsion noch eine zufriedenstellende Biegsamkeit zeigen und auch hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften, wie z. B. Isolations widerstand und Aderkapazität, den Anforderungen an t'ernsprechkabel nicht in vollem Umfang entsprechen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß neben einer höheren Daueradhäsion der Kunststoffisolation an der Kabelseele bzw. dem Leiter eine verbesserte Biegsamkeit sowie verbesserte elektrische Eigenschaften, wie /. B. Isolationswiderstand und Kabelkapazität, des danach hergestellten Kabels etvielt worden.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 iingegebcnc Erfindung gelöst.

[ine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist ii: dem Patentanspruch 2 gekennzeichnet.

t'in <\iisfiihrungsbeispic! der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Wie aus (·' ι g. I hervorgeht, sind die in der vorstehend beschriebenen Weise aufgebauten Leiter 10 mit einer Materialverbindung ummantelt, welche einen Isoliermantel Il bildet. Der Isoliermantel 1] wird gleichzeitig über zwei im Abstand voneinander angeordnete Leiter 10 extrudiert, um den in F i g. 1 dargestellten Aufbau zu bilden, welcher im allgemeinen als Abspannader 12 bezeichnet wird.

Fig.2 zeigt die bekannte Dreischicht-Abspannader, die miv dem Bezugszeichen 16 versehen isL Bei-Jer dort

ίο dargestellten Aderkonstruktion besteht jeder elektrolytisch behandelte Leiter 10 aus einem lcupferkaschierten Stahlkern und einer äußeren Messinfjschicht, wobei eine Zinnschicht zwischen die Kupferkaschierung und die Messingschicht dazwischengelegt ist. Die Leiter 10 werden zuerst mit einem Gummimantel 17 umhüllt, woran sich eine aus einer Stoffwicklung bestehende Schicht IS sowie ein äußerer Mantel 19 aus Neopren anschließen. Zwischen einem Schwefelbestandteil des Gummis und der Messingschicht erfolgt eine chemische

jo Reaktion, um die Adhäsion zwischcr der Verbindung und den Leitern 10 zu fördern. Die Zinnschicht war erforderlich, um den Schwefel an einer Reaktion mit der Kupferschicht zu hindern, was deren Leitfähigkeit vermindern könnte. Wie ohne weiteres ersichtlich ist,

J5 kann die kunststoffummantelte Abspannader 12 in vorteilhafter Weise in weniger Schritten als die bekannte Abspanne der 16 gemäß Fig 2 hergestellt werden. Darüberhinaus kann die Abzugsgeschwindigkeit erhöht werden, da die langsameren Verfahrensschritte, nämlich die Vulkanisierung des Neoprens und f lerstellung der Stoffwicklung, beseitigt werden.

Es gibt ferner Überlegungen, welche gegen eine zu große Adhäsion sprechen. Beispielsweise könnte eine übergroße Adhäsion die Abisolierung des Anschlußkabels extrem erschweren, so daß bei der Verbindung der Aderenden die Gefahr besteht, daß ein Installateur beim Überwinden der Adhäsion zur Entfernung des Isoliermantels die Leiter 10 knickt. Dies kann die elektrischen Eigenschaften der Leiter 10 nachteilig beeinflussen sowie zu einer lieschädigung der Kjpferkaschierung führen, wodurch der Stahlkern einer möglichen Korrosion ausgesetzt wird. Es gibt da ier eine kritische obere Grenze der Adhäsionswerte sowie eine kritische Grenze aufgrund der beabsichtigten Verwendung der Abspannader 12.

Schließlich muß die auf die Leiter 10 aufgebrachte Verbindung die verlangten physikalischen und elektrischen Eigenschaften besitzen und darf sich während des Herstellungsverfahrens nicht spalten bzw. zersetzen.

Beispielsweise muß die Verbindung /J.h sein, muß eine ausreichende Biegsamkeit bei geringen Temperaturen, eine annehmbare Kompressionsfesti;ji;eit, Ultravioletl-Festigkeit, annehmbare Wetterbestärdigkeit und eine ausreichende Schwer-Entflammbarkeit aufgrund der Nähe der Installations zu dem Haus des Telefonteilnehmers besitzen.

Die zur Herstellung des Isolierman :t Is 11 verwendete Verbindung umfaßt ein Homopolymerisat in Form eines Polyvinylchlorid-Harzes, das nachstehend also PVC

to bezeichnet wird. Das PVC-Harz tesitzt sämtliche Eigenschaften eines Homopolymer!.« Is, einschließlich einer gewissen Abriebfestigkeit, die jedoch in sieh unstabil ist. Wenn das PVC-Harz jcdnch während des Verfahrensverlaufes weich gemacht wird, was zur

'¹S Verarbeitung der Verbindung notwct dig ist, wird die Abriebfestigkeit verringert. Ferner in.iß das PVC ein Homopolymerisat eines geeigneten el:ktrischen Gütegrades sein.

Es können handelsübliche PVC-Polymerisate verwendet werden, die bis zu 20 Gew.-%, vorzugsweise bis zu einem Maximum von 10 Gew.-% Komonornerisate oder andere zugemischte Stoffe wie Propylen enthalten können. Beispielsweise kann PVC-Vinylacetat oder PVC-Polypropylen ohne größere nachteilige Wirkung verwendet werden.

Es hat sich bei der Zubereitung der Verbindung für die Ummantelung des kupferkaschierten Stahlleiters gezeigt, daß j bis 10 Gewichtsteile des bromierten Epoxyharz je 100 Gewichtsieile Polyvinylchlorid erforderlich sind. Wenn weniger als 3 Gewichtsteile des bromierten Epoxyharzes verwendet werden, ist die Adhäsion zwischen dem Isoliermantel und den kupferkaschierten Stahlleitern 11 ungenügend. Die obere Grenze des Bereichs für die Menge des bromierten Epoxyharzes ergibt sich aufgrund wirtschaftlicher Überlegungen. Wenn mehr als 10 Teile verwendet werden, ist die Adhäsionszunahme des !soliermantels 12 an den Leitern 11 im Vergleich zu der Kostenzunahme unverhältnismäßig gering.

Es hat sich auch ein bromiertes Epoxiharz als geeignet erwiesen. Dieser Bestandteil basiert auf einem Tetrabrombisphenol A, welches für Verbindungen geeignet ist, die einen höheren Grad an Flammfestigkeit erfordern. Es ist ferner ein bei niedrigen Temperaluren schmelzendes Festharz, das in lösungsmittelfreien Systemen bei mäßig erhöhten Temperaturen oder in Lösungssysiemen bei Raumtemperatur verwendet werden kann. Das bromierte Epoxyharz besitzt ferner einen sehr hohen Brombestandteil in der Umgebung von 48%.

Mit dem PVC-Homopolymerisatharz und dem bromierten Epoxyharz wird ein Phthalat-Weichmacher gemischt, um der Verbindung spezifische physikalische Eigenschaften zu verleihen. Der Weichmacher verleiht der Verbindung einen geeigneten Grad an Biegsamkeit bei geringen Temperaturen. Dies ist erforderlich, um die Abspannader in einem weiten Bereich von Umgebungsbedingungen verwenden zu können. Der Weichmacher erleichtert ferner die Behandlung der Verbindung bei dem Mischen sowie beim Aufbringen auf die Leiter 10.

Der Phihalat-Weichmacher wird dem Polyvinylchlorid in einer bevorzugten Konzentration von etwa 55-65 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile Polymerisatmaterial zugefügt. Wenn weniger als 55 Gewichtste'le verwendet werden, besitzt die Verbindung eine unzureichende Biegsamkeit bei geringen Temperaturen. Wenn dieser Bestandteil der Verbindung in einer Menge von mehr als 65 Gew.-%, bezogen auf 100 Gewichtsteile Polyrierisatmaterial zugefügt wird, werden die elektrischen Eigenschaften des Isoliermantels Il sowie dessen Komp^ressionsfestigkeit verringert. Der Isolierniantel Il wird weicher, was bei einer Abspannader nicht in Kauf j'i'iiommen werden kann.

Mit dem PVC-Hurz, dem Phthalat-Weichmacher und dem Epoxyharz wird ein Stabilisator-Bestandteil gemischt. Der Stabilisator wird der Verbindung zugesetzt, um der Verbindung eine Wärmestabilität während ihrer Extrusion zu verleihen. Ohne einen Wärmestabilisator würde die Verbindung einer thermischen Spaltung wahrend des Herstelhingsprozesses unterworfen sein, was zu einer unzulänglichen Abspannader 12 führt.

Ks hat sich gezeigt, daß ein metallischer Stabilisator der genannten Verbindung eine ausreichende Warme Stabilität verleiht Eine bevorzugte Konzentration des metallischen Stabilisators wurde im Bereich von etwa i bis 7 (»cw.-%, bezogen inf 100 Gewichtsteile Polymerisatmaterial ermittelt.

Wenn weniger als 3 Gew.-% verwendet werden, verringert sich die Wärmestabilität der Verbindung während des Mischens und am Extruder, wobei mit fortschreitender Verfahrensdauer eine weitere Verringerung eintritt. Dies führt zu einem unbefriedigenden Verfahren mit einem chemisch gespaltenen Material, das auf die Leiter 10 aufgebracht wird. Andererseits führt eine Steigerung über 7 Gew.-% zu einer nur geringen Vergrößerung der Wärmestabilität bei einer

ίο unverhältnismäßigen Steigerung der Verbindungskosten.

Es hat sich gezeigt, daß ein metallischer Stabilisator, für die beschriebene Verbindung gut geeignet ist.
Mit dem PVC-Harz, dem Epoxyharz, dem Phthalat-Stabilisator und dem metallischen Stabilisator wird ein Füllstoffsystem gemischt. Das Füllstoffsystem wirkt als Strecksustanz für die Verbindung. Das Füllstoffsystem kann einen oder mehrere Bestandteile wie Calciumcarbonat, abgerauchte Kieselerde und gebrannten Ton umfassen. Das Calciumcarbonat. kani die Biegsamkeit der Verbindung bei geringen Temperaturen sowie die Stoßfestigkeit etwas beeinträchtigen. Um diese möglicherweise unerwünschte Wirkung zu beseitigen, wird der Calciumcarbonat-Anteil verringert und durch die anderen, vorstehend genannten Füllstoffe ersetzt.

Eine bevorzugte Konzentralion des Füllstoffsystems beträgt etwa 5 bis 35 Gew.-%, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Polymerisatmaterials. Wenn das Füllsloffsystem weniger als 5 Gewiehtsieile ausmacht, wird das Füllstoffsystem unwirksam, wobei die elektrischen Eigenschaften der Verbindung geopfert werden. Je höher die Füllstoffkonzenlration ist, desto geringer ist die Weichmacher-Konzentration und um so besser sind im allgemeinen die elektrischen Eigenschaften.

Wenn andererseits mehr als 35 Gew.-% des Füllstoffsystems verwendet werden, werden die Biegsamkeit bei geringen Temperaturen und die Stoßfestigkeitseigenschaften der Verbindung nachteilig beeinflußt.

Es ist günstig, eine Kombination von 3 Füllstoffen zu verwenden, um optimale physikalische und elektrische Eigenschaften zu erzielen. Zumindest sollte Calciumcarbonat aufgrund der vorstehend erwähnten Schwierigkeilen nicht als einziger Bestandteil des Füllstoffsystems verwendet werden.

Mit dem PVC-Harz, dem Epoxyharz, dem Phthalat-Weichrnacher, dem metallischen Stabilisator und dem Füllstoffsystem wird ein schwer entflammbarer Bestandteil gemischt. Der schwer entflammbare Bestandteil ist erforderlich, um der Abspannader ausreichende schwer entflammbare Eigenschaften zu verleihen, insbesondere, da die Abspannader mit dem Haus des Telefonieilnehmers verbunden wird. Der schwer entflammbare Bestandteil wirkt ferner als zusätzlicher Füllstoff der Verbindung.

Ein geeignetes schwer entflammbares Materia! ist Antimontrioxid mit Pigmentgütegrad. Es hat sich gezeigt, daß eine bevorzugte Konzentration des Antimontrioxids bei etwa 3 bis 5 Gew.-%, bezogen auf 100 Gewichtsteile ^polymerisatmaterial liegt. Weniger als 3 Gewichtsteile verringert die Schwer-Entflammbarkeit der Verbindung auf unzulässig niedere Werle. während eine Konzentration von mehr v,h 5 Gewichtsteilen nicht in der Lage ist, eine wesentliche Verbesserung der Schwer-Entflammbarkeit bei erheb

(i.s lieh gesteigerten Kos cn zu erzeugen.

Dem PVC-Harz, dein Epoxyharz, dem Phthalai-Wcichmacher, dem metallischen Stabilisator, dein Füilstoffsvstem und dem schwer f»ntfl:immh:in»n Hn-

stnndteil wird cm Ruübestandteil zugesetzt Der Rußbcstandteil verleih; der Verbindung sowohl eine I Mtraviolctl- und Witterungsbeständigkeit als auch zusätzliche Hilleigenschaften.

I ine bevorzugte Konzentration des RuObcstandteils 'Aiirde bei etwa ! -3 Gewich'.steile, bezeigen auf 100 Gewichtsteile Polymerisatmaterial ermittelt. Weniger als I Gewichtsteil führt zu einem unbefriedigenden Schutz gegen eine chemische Zersetzung der Abspannader aufgrund von IJItraviolcttlicht und Wärmecinwirkling, wahrend mehr als j Gcw.-% unnötig sind, um die Verbindung gegen diese F'.inflüsse zu schützen.

Du· Willerungseigenschaften der Polyvinylchlorid-Verbindung werden wesentlich durch den Zusatz des Rußbcstamlteils verbessert. Ks hat sich gezeigt. daß cm Maximaler Schutz durch Verwendung von fcinvcrlciltüm Kamm- oder Ofenruß mit einer maximalen TeilcherigröLle von 2^r> μηι erzielt wird. Der KuB muß über die gesamte Verbindung gut verteilt werden, damit er am besten wirksam ist.

Hierzu 1 Matt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Ummanteln eines elektrischen Leiters mit einer Verbindung, die enthält

100 Gewichtueile eines Polyvinylchleridharz-Homopolymerisates (PVC) und, bezogen auf lOOGewichtsieilePVC,

64,5 Gewichisteile eines Phthalat-We.chmachers,

5 Gewichtsteue eines metallischen Stabili ;ators, 3 Gewichtsteiie eines Antimontrioxides,
2,5 Gewichtsteile Ruß und einen Antei eines Füllstoffes, bei dem der Leiter auf eine Temperatur innerhalb eines bestimmter, Temperaturbereiches vorerwärmt wird urd anschließend die Verbindung auf den Leiter extrudiert wird,

dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung als Füllstoff, bezogen auf 100 Gewichtsteile PVC,

5 Gewichtsteiie einer abgerauchten Kieselerde und

5 Gewichtsteüe eines gebrannten Tons enthält und

der Leiter auf eine Temperatur zwischen 274°C und 357°C vorerwärmt wild.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter aus ki'pferkaschiertem Stahl besteht.