DE2530891A1

DE2530891A1 - Elektrisches kabel und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2530891A1
Application number: DE19752530891
Authority: DE
Inventors: William J Herbert; Bruce E Klipec; Clifford R Stine
Original assignee: Samuel Moore and Co
Current assignee: Samuel Moore and Co
Priority date: 1974-08-19
Filing date: 1975-07-10
Publication date: 1976-03-04
Also published as: JPS5122084A; BR7505211A; AU497691B2; AU8279275A; BE830338A; DE2530891B2; DE7521993U; GB1483280A; ZA754341B; CA1027196A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Kabel der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Gattung. Sie hat auch ein Verfahren zu dessen Herstellung zum Gegenstand.

Elektrische Kabel, bei denen die elektrischen Leiter kunstharzisoliert sind, werden in großem Ausmaß in Kraftwerken, Raffinerien und chemischen Fabriken zum Anschluß von Instrumenten für die Verfahrensüberwachung und -steuerung verwendet. Beispielsweise werden solche Kabel benutzt, um ein Potentiometer oder dergleichen mit einem entfernten Thermoelement zu verbinden. Auch kann ein solches Kabel dazu verwendet werden, einen Sender oder eine Differentialzelle mit einem Verfahrensüberwachungs- oder -Steuerungsraum zu verbinden. Die üblichen, elektrisch isolierten Kabel haben nicht vollkommen befriedigt, weil sie insofern nicht stabil sind, als die Isolation der elektrischen Leiter zum Schmelzen und zum Abfließen von dem bzw. den elektrischen Leitern bei erhöhten Temperaturen neigt.

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Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Kabel 4er im Oberbegriff des Hauptanspruehs angegebenen Gattung zu schaffen, welches selbst bei Temperaturen von 200° ö und höher stabil ist und einen verbesserten DeiamsgsriSmderstand aufweist, also insbesondere such in Kraftwerken, einschließlich Atomkraf twerken, ^Raffinerien, chemischen Fabriken mnd dergleichen verwendet werden kann_s vor allem um Instrumente anzuschließen.

Mese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruens angegebenen Merkmale gelost. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den restlichen Ansprüchen gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäße Kabel weist mindestens zwei elektrische leiter auf, welche jeweils mittels eines durch Bestrahlung ausgehärteten Äthylen/Tetrafluoräthylen-Kopolymerisats, Ithylen/Ohlortrifluoräthylen-Eopolymerisats oder Polyvinylchlorids elektrisch isoliert sind. Ferner ist ein Mantel aus einem durch Bestrahlung ausgehärteten, sulfohalogenierten, vorzugsweise sulfochlorierten Polyäthylen, Polychloroprene oder chlorierten Polyäthylen vorgesehen.

Die elektrisch isolierenden Hüllen der elektrischen leiter können aus dem unter dem Handelsnamen "!EEB¹ZEL" bekannten Ithylen/fetrafluoräthylen-Eopolymerisat gemäß US-PS 3 738 923 oder aus dem unter dem Handelsnamen "HATtAR" bzw. dem aus der US-PS 3 738 923 bekannten Ithylen/Ohlortrifluoräthylen-Eopolymerisat beispielsweise hergestellt werden.

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Vorzugsweise werden die elektrisch isolierenden Hüllen der elektrischen Leiter aus einem Äthylen/Tetrafluoräthylen-Kopolymerisat hergestellt, der Mantel aus einem sulfo chloriert en Polyäthylen.

Vorteilhafterweise sind die elektrisch isolierten Leiter von einer elektrisch leitenden Abschirmung umschlossen, welche die Leiter vor elektrostatischem Bauschen schützt, das den Betrieb des durch das jeweilige Kabel angeschlossenen Instrumentes stören könnte. Ein blanker Erdleiter, welcher mit der Abschirmung elektrischen Kontakt hat, kann auf der einen oder der anderen Seite der Abschirmung angeordnet sein, vorzugsweise innerhalb der Abschirmung, wobei die elektrischen Leiter und der Erdleiter miteinander verzwirnt sind. Der Erdleiter besteht vorteilhafterweise aus verzinntem Kupferdraht.

Die Abschirmung besteht mit Vorteil aus einer um die elektrisch isolierten Leiter und ggf. den Erdleiter gelegten, vorzugsweise schraubenlinienförmig herumgewickelten, flexiblen und elektrisch leitenden Metall- oder Kunststoffolie, insbesondere Aluminium- bzw. Kupferfolie oder Polyäthylenfolie. Die Metallfolie weist vorzugsweise eine Beschichtung aus Polyalkylenterephthalat, insbesondere Polyäthylenterephthalat auf, welche vorteilhafterweise auf der dem Mantel zugewandten Seite vorgesehen ist.

Auch hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, zwischen dem Mantel und den elektrisch isolierten Leitern bzw. der Abschirmung einen Aufreißfaden, vorzugsweise aus Polyamid, anzuordnen, welcher die Entfernung des Mantels von den elektrischen Leitern erleichtert.

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Das erfindungsgemäße Kabel wird vorzugsweise so hergestellt, daß zunächst das A^hylen/Tetrafluoräthylen-Kopolymerisat, Äthyl en/Chlortrifluoräthylen-Kopolymerisat oder Polyvinylchlorid enthaltende Hüllenmaterial auf die elektrischen Leiter extrudiert und schließlich das ein sulfohalogeniertes, vorzugsweise sulfochloriertes Polyäthylen, Polychloroprene oder chloriertes Polyäthylen enthaltende Mantelmaterial aufextrudiert wird, wobei die extrudierten Hüllen und der extrudierte Mantel durch Bestrahlung, vorzugsweise mit Hochenergieelektronen, ausgehärtet werden.

Bei einem Zabel mit Abschirmung bzw. Erdleiter bzw. Aufreißfaden werden diese Bauelemente naturgemäß mit den elektrischen Leitern vereisigt, bevor auf das Ganze der Mantel aufextrudiert wird. So werden bei der Herstellung des bevorzugten £abels w±i Erdleite3?₅ Abschirmung und Aufreißfaden die umhüllten elektrischen Leiter mit dem Srd-1exter verzwirnt, worauf die Abschirmung herumgefaltet oder schraubenlinienförmig herumgewickelt wird, dann der Aufreißfaden aufgelegt wird und schließlich der Mantel aufextrudiert wird. Soll der Erdleiter außerhalb der Abschirmung liegen, dann wird er nicht mit den elektrischen Leitern verzwirnt, sondern erst nach Aufbringung der Abschirmung angebracht.

Das Hüllenmaterial und das Mantelmaterial werden jeweils solange bzw. mit einer solchen Strahlungsdosis bestrahlt, bis das jeweilige Polymerisat vernetzt ist. Vorzugsweise erfolgt diese Bestrahlung zum Aushärten mit Hochenergie-EL ektronen.

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Als Elektronenstrahl quelle kann beispielsweise ein Van-de-Gräff-Beschleuniger verwendet werden. Die Energie der Elektronen sollte vorzugsweise zwischen etwa 100 000 und etwa 3 χ 10 Elektronenvolt liegen.

Nach der Extrusion des Mantels kann das Kabel auf eine Spule oder dergleichen aufgewickelt und gelagert werden, bevor später das Aushärten des Mantels und der elektrisch isolierenden Hüllen der elektrischen Leiter erfolgt, wobei das Kabel abgewickelt und durch die Elektronenstrahlquelle hindurch-geführt wird. Es hat sich herausgestellt, daß der Mantel und die Hüllen zweier elektrischer Leiter gleichzeitig bei einem Durchgang durch die Elektronenstrahlquelle ausgehärtet werden können. Vorzugsweise werden jedoch die Hüllen auf den elektrischen Leitern bestrahlt, bevor der Mantel aufgebracht ist.

Vorteilhafterweise wird mit einer Elektronenstrahlungsdosis von etwa 2 bis etwa 20, insbesondere von etwa 5 bis etwa 12 Megarad, gearbeitet. Das Aushärten kann bei Umgebungstemperatur und Atmosphärendruck erfolgen. Das Kabel kann durch die Elektronenstrahlquelle mit jeder geeigneten Vorschubgeschwindigkeit hindurchbewegt werden. Eine Vorschubgeschwindigkeit von etwa 150 m/min vermittelt in der Regel eine ausreichende Strahlungsdosis, um die Polymerisate auszuhärten und die Hitzebeständigkeit des Kabels zu verbessern.

Nachstehend ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kabels anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigen:

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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht, und

ELg. 2 eine perspektivische Ansicht der Abschirmung der Ausführungsform gemäß Pig. 1, und zwar in größerem Maßstab.

Das Eabel 10 weist einen Mantel 12, einen Aufreißfaden 14, eine Abschirmung 16 aus einer mit einer Beschichtung 18 versehenen Polie 20, einen ersten, mit einer elektrisch isolierenden Hülle 22 Ye?seheB.e3i_f elektrischen Leiter 24j einen zweiten, gleichfalls mit einer elektrisch isolierenden Hülle 26 versehenen, elektrischen Leiter 28 und einen Srdleiter 50 auf*

Me elektrischen !seiter 24 und 28 bestehen jeweils aus einem Brahtbündel, welches in der Hülle 22 bzw. 26 eingeschlossen ist, die eine Dicke von etwa 0,25 aa aufweist und aus einem durch Bestrahlung ausgenärteten Äthyl en/Tetrafluoräthylen-Kopolymerisat besteht. Die elektrisch isolierten Leiter 24- und 28 sind mit dem Erdleiter 30 aus verzinntem Kupferdraht verzwirnt. Die drei Leiter 24·, 28 und 30 sind von der Abschirmung 16 umschlossen. Diese besteht aus der flexiblen Aluminiumfolie 20 mit der Polyester—, nämlich Polyäthylenterephthalatbeschichtung 18, welche mit einer Schlaglänge von etwa 5^ ^^ sehraubenlinienf örmig um die Leiter 24, 28 und 30 gewickelt ist. Die Abschirmung 16 und der ÄafreiSfaden 14 aas dem unter dem Handölsnsmen ^fl!XKM 6" bekannten Polyamid sind in dem Mantel 12 aus extnidiertem, sulfoehloriertem Polyäthylen, bekannt unter dem Handelsnamen ⁵¹HXPALOIf¹*, eingeschlossen.

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Die Aluminiumfolie 20 der Abschirmung 16 kann eine Stärke von etwa 0,002 bis etwa 0,05 mm aufweisen und mit einer daran haftenden Beschichtung 18 mit einer Stärke von etwa 0,01 bis etwa 0,13 mm aus dem unter dem Handelsnamen "MYJiAE" bekannten Polyester aus Äthylenglykol und Terephthalsäure versehen sein.

Bei der Herstellung des Kabels 10 wird ein ungefülltes Äthylen/Tetrafluoräthylen-Kopolymerisat mit einem Gehalt von etwa 50 Mol % Äthylen und einem Gehalt von etwa

50 Mol % Tetrafluoräthylen, vermischt mit etwa 3 Teilen Triallylisozyanurat als Sensibilisator je 100 Teilen Polymerisat, in einer Stärke von etwa 0,25 mm um die verzwirnten Drähte der elektrischen Leiter 24 und 28 extrudiert, so daß sich die Hülle 22 bzw. 26 ergibt. Die so elektrisch isolierten Leiter 24 und 28 werden dann mit dem Erdleiter 30 aus verzinntem Kupferdraht mit einer Schlaglänge von etwa

51 mm verzwirnt, worauf die Abschirmung 16 schraubenlinienförmig herumgewickelt wird. Dann wird der Mantel 12 aufgebracht, indem man das Mantelmaterial in einer Dicke von etwa 0,50 bis fetwa 2 mm um die Abschirmung 16 herum extrudiert. Dann wird das Kabel 10 durch einen Elektronenbeschleuniger mit einem solchen Vorschub hindurchbewegt, daß sich eine Bestrahlungsdosis von 2 bis 20 Mrad ergibt, um die Hüllen 22 und 26 sowie den Mantel 12 auszuhärten.

Der Mantel 12 kann dadurch hervorgebracht werden, daß man ein Gemisch extrudiert, welches aus 100 Gewichtsteilen des unter dem Handelsnamen "HYPALON 45" bekannten Polymerisats, 30 Gewichtsteilen Bleiglätte, 60 Gewicht steilen Tonerdehydrat, 10 Gewichtsteilen Antimontrioxyd,

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5 Gewichtsteilen chloriertem Paraffinwachs, 3 Gewichtsteilen Petrolatum, 2 Gewichtsteilen Paraffinwachs, 2 Gewichtsteilen HVA-2 m-Phenylendimaleimid (Sensibilisator) und 15 Gewichtsteilen Ruß besteht.

Sowohl bei dem Polymerisat für den Mantel 12 als auch bei demjenigen für die Hüllen 22 und 26 kann irgendeine andere Verbindung zugesetzt werden, welche ein Polymerisat bezüglich des Aushärtens durch Bestrahlung sensibilisiert. So kann Triallylisozyanurat oder dergleichen als Sensibilisator bei dem Ithylen/Ohlortrifluoräthyien-Eopolymerisat bzw. bei dem Polyvinylchlorid ebenso wie beim Xthylen/iDetrafluoräthylen-Eopolymerisat verwendet werden. Zwar ist der Zusatz eines Sensibilisator zur BescHeunigung der Aushärtung bevorzugt, doch kann auch ohne Sensibilisator zufriedenstellend ausgehartet werden, wenn die Bestrahlungsdauer verlängert wird*

Dem Polymerisat, aus welchem der Hantel 12 extrudiert wird, kann geder geeignete Mllstoff zugesetzt werden, wie beispielsweise Bleiglätte, Kaolin, gebrannter ϊοη, BuB, Zinkoxyd, Talkum _? wasserhaltiges Magnesiumsilikat, Bleioxyd, laydrstisiertes AlsHRiro"xiasilikgt oder dergleichen. Es sollte so viel Füllstoff zugegeben werden, daß das extrudierte thermoplastische Material gehandhabt werden kann, ohne sich vor dem Aushärten wesentlich zu verformen. Der unaxLsgeisä3ctete Mantel i2 soll vorzugeweiee eine Harte von wenigstens 45 A Shore und einen kleinsten Zugao&ul bzw. Zugfestigkeit bei 100 % Bebxrang von wenigstens etwa 20 kg/cm aufweisen. Bach dem Aushärten sollte der Mantel 12 eine Härte von wenigstens etwa 50 A Shore und eine Zugfestigkeit bei

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100 % Dehnung von etwa 28 kg/cm aufweisen. Normalerweise ergeben 50 bis 250 Gewichtsteile Füllstoff je 100 Gewichtsteilen Polymerisat ein Material ausreichender Härte, um das Extrudieren des Mantels 12 zu erleichtern.

Das Material, aus welchem der Mantel 12 extrudiert wird, kann auch einen Weichmacher enthalten, wie beispielsweise ein Vinylsilan, Paraffinöl oder dergleichen. .Auch kann ein Antioxydanz zugesetzt sein, wie beispielsweise Polytrimethyldihydro chinolin.

Zur Ausbildung der Hüllen 22 und 26 sowie des Mantels 12 können übliche Extrudiereinrichtungen verwendet werden.

Statt aus Äthylen/Tetrafluoräthylen-Kopolymerisat können die elektrisch isolierenden Hüllen 22 und 26 auch aus einem ilthylen/Chlortrifluoräthylen-Kopolymerisat oder einem Polyvinylchlorid hergestellt sein. Desgleichen kann der Mantel 12 statt unter Verwendung von sulfochloriertem Polyäthylen auch mit einem anderen sulfohalogenierten Polyäthylen oder einem Polychloroprene oder einem chlorierten Polyäthylen hergestellt werden.

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Claims

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Ansprüche

^1* Elektrisches Kabel mit mindestens zwei elektrischen, kunstharzisolierten Leitern, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Leiter (24- bzw. 28) in einer elektrisch isolierenden Hülle (22 bzw. 26) aus einem durch Bestrahlung ausgehärtetem Äthylen/Tetrafluoräthylen-Kopolymerisat, Äthylen/ Chlortrifluoräthylen-Kopolymerisat oder Polyvinylchlorid eingeschlossen ist, und daß die elektrisch isolierten Leiter von einem Mantel (12) aus einem durch Bestrahlung ausgehärteten, sulfohalogenierten, vorzugsweise sulfochlorierten Polyäthylen, Polychloroprene oder chlorierten Polyäthylen umschlossen sind.

2· ICabel nach Insprach 1, gekennzeichnet durch einen Srdleiter (50) und eine elektrisch leitende Abschirmung {16), welche die elektrisch isolierten Leiter (24| 28) umschließt und mit dem Erdleiter (30) elektrischen Kontakt hat.

J. Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Erdleiter (30) außerhalb der Abschirmung (16) angeordnet ist.

4·, Kabel nach Anspruch 2_S dadurch gekennzeichnet, daß der Erdleiter (30) innerhalb der Abschirmung (16) angeordnet ist.

5, Kabel nach Anspruch 4_? dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch isolierten leiter (24| 28) und der Srdleiter (30) miteinander verzwirnt sind.

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6. Kabel nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Erdleiter (30) aus verzinntem Kupfferdraht besteht.

7. Kabel nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (16) aus einer um die elektrisch isolierten Leiter (24·; 28) und ggf. den Erdleiter (30) gelegten, vorzugsweise schraubenlinienförmig herumgewickelten, flexiblen und elektrisch leitenden Metall- oder Kunststoffolie (20) besteht.

8. Kabel nach Anspruch 7₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (20) aus Aluminium oder Kupfer besteht.

9. Kabel nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (20) eine Beschichtung (18) aus PoIyalkylen-, vorzugsweise Polyethylenterephthalat aufweist.

10. Kabel nach Anspruch 9j dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (18) auf der dem Mantel (12) zugewandten Seite vorgesehen ist.

11. Kabel nach Anspruch 7j dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolie (20) aus elektrisch leitendem Polyäthylen besteht.

12. Kabel nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zwischen den Mantel (12) und den elektrisch isolierten Leitern (24; 28) bzw. der Abschirmung (16) angeordneten Aufreißfaden (14·), vorzugsweise aus Polyamid.

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13« Verfahren zur Herst el lung des Kabels nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das Äthylen/Tetrafluoräthylen-Kopolymerisat, Äthylen/Chlortrifluoräthylen-Eopolymerisat oder Polyvinylchlorid enthaltende Hüllenmaterial auf die elektrischen Leiter (24-j 28) extrudiert und schließlich das ein sulfohalogeniertes, vorzugsweise sulfochloriertes Polyäthylen, Polychloroprene oder chloriertes Polyäthylen enthaltende Mantelmaterial aufextrudiert wird, wobei die exbrudierten Hüllen (22; 26) und der extrudierte Mantel (12) durch Bestrahlung, vorzugsweise mit Hochenergie-Elektronen, ausgehärtet werden,

Verfahren nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die exbrudierten Hüllen (22; 26) und der extrudierte Mantel (12) gleichzeitig bestrahlt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die extrudierten Hüllen (22j 26) bestrahlt werden, bevor der Mantel (12) aufextrudiert wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche Ί3 bis Ί5» dadurch gekennzeichnet 5 daß der Mantel (12) mit einer Strahlungsdosis von etwa 2 bis etwa 20, vorzugsweise von etwa 5 bis etwa 12 Hegarad, beaufschlagt wird.

17· Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß mit Elektronen bestrahlt wird, welche eine Energie zwischen etwa 100 000 und etwa 3-10 Elektronenvolt aufweisen.

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18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17* dadurch gekennzeichnet, daß bei Umgebungstemperatur und Atmosphärendruck ausgehärtet wird.

19· Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestrahlung das bestrahlte Material an der Strahlungsquelle mit einer Vorschubgeschwindigkeit von etwa 150 m/min vorbeibewegt wird.

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