DE2723488C3 - Electrical cable with plastic insulation and outer conductive layer - Google Patents
Electrical cable with plastic insulation and outer conductive layerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kabel mit unvernetzter oder vernetzter Kunststoffisolierung auf Basis von Polyäthylen, Copolymeren oder Terpolymeren des Äthylens und einer zusammen mit der Kunststoffisolierung extrudierten, unvernetzten oder zusammen mit ihr vernetzten (co-vulkanisierten) äußeren Leitschicht auf Basis von Polyäthylen (PE), Copolymeren des Äthylens, chlorsulfoniertem PE, Chloroprenkautschuk, chloriertem PE, Butadien-Styrol-Kautschuk und/oder Naturkautschuk oder deren Gemischen mit Zusätzen von leitfähigem Ruß.The invention relates to an electrical cable with uncrosslinked or crosslinked plastic insulation Basis of polyethylene, copolymers or terpolymers of ethylene and one together with the Plastic insulation extruded, uncrosslinked or together with it crosslinked (co-vulcanized) outer Conductive layer based on polyethylene (PE), copolymers of ethylene, chlorosulfonated PE, Chloroprene rubber, chlorinated PE, butadiene-styrene rubber and / or natural rubber or mixtures thereof with the addition of conductive carbon black.
Elektrische Kabel mit Kunststoffisolierung, die für die Übertragung hoher Spannungen vorgesehen sind, weisen gewöhnlich unter der Isolierung auf dem Leiter eine Leiterglättungsschicht und über der Isolierung eine Leitschicht aus schwach leitfähigem Kunststoff auf. Im Interesse der elektrischen Festigkeit des Kabels ist ein möglichst gutes Aneinanderheften der Leitschichten und der Isolierung zu fordern. Das wird bekannterweise dadurch erreicht, daß die Leitschichten und die Isolierung in Tandem- oder Dreifachextrusion gemeinsam auf den Leiter aufgebracht und anschließend gemeinsam vernetzt werden.Electrical cables with plastic insulation intended for the transmission of high voltages, usually have a conductor smoothing layer under the insulation on the conductor and one over the insulation Conductive layer made of weakly conductive plastic. In the interests of the electrical strength of the cable is a to require the conductive layers and the insulation to adhere to one another as well as possible. This is known to be achieved in that the conductive layers and the insulation in tandem or triple extrusion together applied to the conductor and then networked together.
Bei der Montage von Garnituren an Hochspannungskabeln mit Kunststoffisolierung muß die äußere Leitschicht leicht von der Isolierung entfernt werden können, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Isolierung beschädigt wird oder daß Rückstände der Leitschicht auf der Isolierung zurückbleiben.When assembling accessories on high-voltage cables with plastic insulation, the outer Conductive layer can be easily removed from the insulation without the risk of the insulation is damaged or that residues of the conductive layer remain on the insulation.
Die wegen der elektrischen Festigkeit des Kabels zu fordernde gute Aneinanderhaftung der Schichten und die leichte Schälbarkeit der Leitschicht sind einander entgegengesetzte Forderungen. Es sind schon verschiedene Lösungen vorgeschlagen worden, die beiden Forderungen gerecht werden sollen. Keine der Lösungen hat sich bisher jedoch als vollkommen befriedigend erwiesen.The good adhesion of the layers and which is required because of the electrical strength of the cable the easy peelability of the conductive layer are mutually opposing requirements. They are different Solutions have been proposed to meet both requirements. None of the solutions has so far proven to be completely satisfactory.
So wurde versucht, durch einen besonderen Kabelaufbau gleichzeitig ausreichende Festigkeit und Schälbarkeit der Schichten zu erreichen. Nach der DE-OS 24 30 792 ist zu diesem Zweck zwischen der Isolierung und der äußeren Leitschicht eine Zwischenschicht vorgesehen, deren mechanische Festigkeit kleiner ist als die mechanische Festigkeit der Isolierung und auch kleiner als die der Leitschicht. Nach der DE-OS 24 22 003 wird die äußere Leitschicht an ihrem UmfangAn attempt was made to achieve sufficient strength and peelability at the same time by means of a special cable structure of layers to achieve. According to DE-OS 24 30 792 is for this purpose between the insulation and the outer conductive layer is provided with an intermediate layer, the mechanical strength of which is less than the mechanical strength of the insulation and also less than that of the conductive layer. According to the DE-OS 24 22 003 is the outer conductive layer on its circumference
mit nutartigen Rillen versehen, um sie in Streifen von der Isolierung abziehen zu können. Beide Vorschläge haben den Nachteil, daß sie einen erhöhten wirtschaftlichen Aufwand erfordern und daß sie noch keine Gewähr für eine gute Haftung und rflcksiandsfreie Schälbarkeit bieten.provided with groove-like grooves to divide them into strips of to be able to pull off the insulation. Both proposals have the disadvantage that they are more economical Require effort and that they do not guarantee good adhesion and residue-free Offer peelability.
Durch die J P-Patentanmeldung 74-39348 ist es bekannt, daß bei vergleichbaren Kabeln die Abschalbarkeit der äußeren Leitschicht durch die Beigabe von SiIikonöl verbessert wird.From JP patent application 74-39348 it is known that with comparable cables the ability of the outer conductive layer to be disconnected by adding silicon oil is improved.
Zum gleichen Zwecke ist es aus der US-PS 38 40 694 bekannt, aui einem Draht unter einer Isolierschicht als Trennschicht ein Polyol (z. B. Polyäthylenglykol) aufzubringen. For the same purpose it is known from US-PS 38 40 694, aui a wire under an insulating layer as To apply a separating layer a polyol (e.g. polyethylene glycol).
Es wurde auch vorgeschlagen, durch besondereIt was also suggested by special
Herstellungsverfahren zugleich gute Haftung und Schälbarkeit der Schichten zu erreichen. So wird bei einem bekannten Verfahren zunächst die Isolierung extrudiert und vernetzt, bevor die äußere Leitschicht aufgebracht wird. .Abgesehen davon, daß für die A>u(Kring<ing der äußeren Leitschicht wieder ein zusätzlicher Arbeitsgang erforderlich ist, ist bei diesem Verfahren die gute Haftung der Leitschicht an der Isolierung nicht gewährleistetManufacturing process to achieve good adhesion and peelability of the layers at the same time. In a known method, for example, the insulation is first extruded and crosslinked before the outer conductive layer is applied. Apart from the fact that an additional work step is required for the A> u (Kring <ing of the outer conductive layer, good adhesion of the conductive layer to the insulation is not guaranteed with this method
Es sind auch verschiedene Mischungen für äußere Leitschichten von elektrischen Kabeln bekannt. So besteht bei Hochspannungs-Hochfrequenz-Impulskabeln die äußere leitfähige Schicht aus Polyäthylen, Polyisobutylen und Acetylen-Ruß. Zum Zwecke besserer Verarbeitbarkeil und besserer Haftung an dem Polyäthylen-Dielektrik'-'m und dem Innenleiter enthält die Mischung Stearinsäure und mikrokristallines Wachs (DE-AS 10 21 042). -Die Schälbarkeit Jer leitfähigen Schicht wird dabei nicht berücksichtigt. Die leitfähige Schicht eines anderen elektrischen Kabes. besteht aus Polyäthylen oder Copolymeren des Polyäthylens und Ruß oder Graphit und enthält eine aromatische Verbindung mit einem niedrigen Schmelzpunkt (DE-OS 18 01 077). Der Zusatz einer aromatischen Verbindung dieser Art soll bewirken, daß sich der Ruß bzw. Graphit schneller in die Mischung einmischen läßt. Außerdem verbessert sich dadurch die Lagerfähigkeit und das mechanische Alterungsverhalten. Über die Abziehbarkeit der Leitschicht ist jedoch nichts ausgesagt. Eine weitere leitfähige Mischung für elektrische Kabel auf der Basis von Butadien-Acrylsäurenitril-Mischpolymerisat enthält neben Acetylenruß auch Zusätze von Stearinsäure. Schwefel, Benzoesäure und als Elastikator zum Beispiel Dibenzyläther (DE-PS 9 15 466). Die Zusammensetzung dieser Mischung läßt keine Rückschlüsse auf ihre Abziehbarkeit oder auf die Abziehbarkeit anderer Mischungen mit vielleicht gleichen Zusätzen zu.Various mixtures for outer conductive layers of electrical cables are also known. So In the case of high-voltage, high-frequency impulse cables, the outer conductive layer consists of polyethylene, Polyisobutylene and acetylene black. For the sake of better Processable wedge and better adhesion to the polyethylene dielectric '-' m and the inner conductor the mixture of stearic acid and microcrystalline wax (DE-AS 10 21 042). -The peelability of Jer conductive Shift is not taken into account. The conductive Layer of another electrical cable. consists Polyethylene or copolymers of polyethylene and carbon black or graphite and contains an aromatic Compound with a low melting point (DE-OS 18 01 077). The addition of an aromatic compound this type is intended to ensure that the carbon black or graphite can be mixed into the mixture more quickly. aside from that this improves the shelf life and the mechanical aging behavior. About the deductibility however, nothing is said about the conductive layer. Another conductive mixture for electrical cables The base of butadiene-acrylonitrile copolymer contains not only acetylene black but also additives Stearic acid. Sulfur, benzoic acid and, as an elasticizer, for example dibenzyl ether (DE-PS 9 15 466). the The composition of this mixture does not allow any conclusions to be drawn as to its peelability or peelability other mixtures with perhaps the same additives.
Es wurde jedoch auch schon versucht, unter Verwendung besonderer Mischungen für die äußere
Leitschicht Kabel herzustellen, bei denen die Leitschicht gut auf der Isolierung haftet und doch leicht abschälbar
ist. So wurde vorgeschlagen, für die Isolierung und für die Leitschicht jeweils unterschiedliche Vernetzungsmittel
zu verwenden, die auf den Vernetzungsablauf in der jeweils angrenzenden Schicht keinen öder nur einen
geringen Einfluß ausüben (DE-OS 25 14 890). Ein anderer Vorschlag geht dahin, auf die Isolierung aus
VPE eine Leitschicht aus leitfähigem Polychloropren-Compound mit Zusätzen von Äthylen-Propylen-Kautschuk
oder Äthylen-Propylen-Terpolymer-Kautschuk aufzubringen (DE-OS 25 13 576). Diese bekannte
Kabelumhüllung ist zusammen mit der Lciterglättungsschicht in Dreifachextrusion herstellbar. Wie die Praxis
aber gezeigt hat, ist sie nur bei Erwärmung leicht schälbar.
Es wurde auch noch eine ganze Reihe anderer Zusätze zur leitfähigen Mischung vorgeschlagen, mit
denen eine Verbesserung der Schälbarkeit bei gleichzeitiger guter Haftung der Leitschicht auf der Isolierung
erzielt werden sollen. EFuie vollkommen befriedigende
Lösung hat sich daraus aber bisher noch nicht ergebe^.However, attempts have also been made to use special mixtures for the outer conductive layer to produce cables in which the conductive layer adheres well to the insulation and yet can easily be peeled off. It has been proposed to use different crosslinking agents for the insulation and for the conductive layer, which have no or only a slight influence on the crosslinking process in the adjacent layer (DE-OS 25 14 890). Another proposal is to apply a conductive layer of conductive polychloroprene compound with additions of ethylene-propylene rubber or ethylene-propylene terpolymer rubber to the insulation made of VPE (DE-OS 25 13 576). This known cable sheathing can be produced in triple extrusion together with the smoothing layer. However, as practice has shown, it can only be easily peeled when heated.
A whole series of other additives to the conductive mixture have also been proposed, with which an improvement in the peelability with simultaneous good adhesion of the conductive layer to the insulation should be achieved. However, this has not yet resulted in a completely satisfactory solution.
ίο So besteht weiterhin ein Bedarf an verbesserten Mischungen für die äußere Leitschicht elektrischer Hochspannungskabel.ίο There is still a need for improved Mixtures for the outer conductive layer of electrical high-voltage cables.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kabel mit verneizter oder unvernetzter Kunststoffisolierung auf Basis von PE, Copolymeren oder Terpolymeren des Äthylens und einer, äußeren Leitschicht anzugeben, die so zusammengesetzt ist, daß sie zusammen mit der Isolierung und der inneren Leitschicht, sofern eine solche vorhanden ist, aufgebracht und vulkanisiert werden kann, so daß einerseits zwischen den Schichten eine gute Haftung entsteht und damit die gewünschte elektrische Festigkeit des Kabels gewährleistet ist, andererseits aber die äußere Leitschicht leicht und rückstandsfrei und ohne Beschädigung der Isolierung von dieser abziehbar istThe present invention is therefore based on the object of providing a cable with a cored or non-crosslinked Plastic insulation based on PE, copolymers or terpolymers of ethylene and an external one Specify conductive layer, which is so composed that it is applied together with the insulation and the inner conductive layer, if any and can be vulcanized, so that, on the one hand, there is good adhesion between the layers and so that the desired electrical strength of the cable is guaranteed, but on the other hand the outer conductive layer can be pulled off easily and without leaving any residue and without damaging the insulation
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die äußere Leitschicht? Trennmittel auf Basis von Polyolen, Äthern oder/und Aldehyden oder deren Gemischen enthält.This object is achieved according to the invention in that the outer conductive layer? Release agent based on Contains polyols, ethers and / or aldehydes or mixtures thereof.
Die der Leitschicht als Trennmittel zugesetzten Polyole haben vorzugsweise ein Molekulargewicht von 500 oder darüber. Ein bevorzugtes Polyol ist Polyäthylenglykol. Wird als Trennmittel ein Äther verwendet, so sollte sein Siedepunkt bei 20O0C oder darüber liegen. Von den Äthern kommen als Trennmittel insbesondere Dibenzyläther und/oder dessen Derivate in Frage. Gemäß der Erfindung als Trennmittel bevorzugte Aldehyde sind solche, die die Geschwindigkeit der >>eroxidischen Vernetzung beeinflussen, wie die Tetrahydrobenzaldehydderivate. The polyols added to the conductive layer as a release agent preferably have a molecular weight of 500 or more. A preferred polyol is polyethylene glycol. If an ether is used as a separating agent, its boiling point should be 20O 0 C or above. Of the ethers, dibenzyl ethers and / or its derivatives are particularly suitable as release agents. Aldehydes preferred as release agents according to the invention are those which influence the rate of the eroxidic crosslinking, such as the tetrahydrobenzaldehyde derivatives.
Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines Kabels mit der erfindungsgemäßen äußeren Leitschicht besteht darin, daß auf den Leiter, soweit erforderlich, eine innere Leitschicht, die Kunststoffisolierung und die äußere Leitschicht im an sich bekannten Dreifachextrusionsverfahren gleichzeitig aufgebracht und. falls die Isolierung vernetzt werden soll, gleichzeitig vernetzt (co-vulkanisiert) werden.An advantageous method for producing a cable with the outer conductive layer according to the invention is that on the conductor, if necessary, an inner conductive layer, the plastic insulation and the outer conductive layer in the known triple extrusion process applied at the same time and. if the insulation is to be crosslinked, crosslinked at the same time (co-vulcanized).
Die erfindungsgemäße Mischung für die Herstellung der äußeren Leitschicht besteht also aus einem größeren Anteil von PE. Copolymeren des Äthylens, chlorsuüoniertem PE, Chloroprenkautschuk. chloriertem PE, Butadien-Styrol-Kautschuk oder/und Naturkautschuk oder deren Gemischen als Basismaterial. Dieses enthält erfindungsgemäß in Mengen von ca. 15—50% leitfähigen Ruß und in Mengen von 0.1—30 Gewichtsprozent Trennmitte! auf Basis von Polyolen, Äihern. Aldehyden oder deien Gemischen.The mixture according to the invention for the production of the outer conductive layer therefore consists of one larger proportion of PE. Copolymers of ethylene, chlorinated PE, chloroprene rubber. chlorinated PE, butadiene-styrene rubber and / or natural rubber or mixtures thereof as the base material. According to the invention, this contains conductive carbon black in amounts of approx. 15-50% and in amounts of 0.1-30 Weight percent separating center! based on polyols, ethers. Aldehydes or their mixtures.
Vorzugsweise enthält die Mischung den TrennmittelzusatZ in Mengen von 0,5=20 Gewichtsprozent. Die Trennmittelzusätze können vor der Extrusion in das Basismaterial eincompoundiert oder oberflächlich zugemischt werden. Diese oberflächliche Zumischung erfolgtThe mixture preferably contains the release agent additive in amounts of 0.5 = 20 percent by weight. The release agent additives can be added to the Base material can be compounded in or mixed in on the surface. This superficial admixture takes place
κ beispielsweise durch Auftrommeln. Sie können aber auch während der Extrusion dem Basismaterial im Extruder zudosiert werden.κ for example by reeling. But you can can also be added to the base material in the extruder during extrusion.
Für das Basismaterial der Mischung verwendbareCan be used for the base material of the mixture
Copolymere des Äthylens sind z. B._Äthylen-Vinylacetat-Copolymereoder/und Äthylen-Äthylacrylat-Copolymere. Als leitfähiger Ruß finden handelsübliche leitfähige Ruße oder Spezialruß wie Ketjenblaclc EC Anwendung.Copolymers of ethylene are z. B._Ethylene-vinyl acetate copolymers or / and Ethylene-ethyl acrylate copolymers. Commercially available as conductive carbon black Conductive carbon black or special carbon black such as Ketjenblaclc EC application.
Das erfindungsgemäße Kabel weist eine äußere Leitschicht auf, die auf der Isolierung des Kabels gut haftet und dennoch leicht schälbar ist Die äußere Leitschicht kann ohne den Vorteil der guten Haftung und leichten Schälbarkeit einzubüßen zusammen mit der Isolierung und einer evtl. vorhandenen inneren Leitschicht extrudiert und vernetzt werden. Auch eine peroxidische Covulkanisation ist möglich. Für die Herstellung eines Kabels der erfindungsgemäßen Art sind zusätzliche Maßnahmen zur Herstellung einer besseren Schälbarkeit nicht erforderlich. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Kraft, mit de,- die äußere Leitschicht abziehbar ist, durch gezielte Dosierung des Trennmittelzusatzes einstellbar ist. Bei Zusatz von Silikonen zum Trennmittel erhöht sich die Hydrophobie der Leitschicht Das hat zur Folge, daß das Eindringen von Dampf oder Wasser ir die Isolierung durch die äußere Leitschicht zusätzlich behindert und dadurch die Bildung von watertrees erschwert wird.The cable according to the invention has an outer Conductive layer that adheres well to the insulation of the cable and is nevertheless easy to peel. The outer Conductive layer can be used together with without forfeiting the advantage of good adhesion and easy peelability the insulation and a possibly existing inner conductive layer are extruded and cross-linked. Also one Peroxidic co-vulcanization is possible. For the production of a cable of the type according to the invention additional measures to produce better peelability are not required. A special The advantage of the invention is that the force with de, - the outer conductive layer can be peeled off by targeted Dosage of the release agent additive is adjustable. If silicones are added to the release agent, this increases Hydrophobicity of the conductive layer This has the consequence that the penetration of steam or water into the insulation additionally hindered by the outer conductive layer and thus the formation of watertrees is made more difficult.
In der Tabelle sind einige Mischungsbeispiele angegeben. Sie lassen die Vorteile der Erfindung klarSome mixing examples are given in the table. They make the advantages of the invention clear
erkennen. Die Grundsubstanz der Mischungsbeispiele für die äußere Leitschicht ist in allen Fällen Äthylen-Vinylac^tat-Copolymer mit Zusatz von ca. 30—40 Gewichtsprozent leitfähigem Ruß. Dieser Grundsubstanz wurden die Trennmittelzusätze in den angegebenen Mengen (Gewichtsprozent) beigemischt. Die Beimischung erfolgte durch Eincompoundierung oder oberflächliches Zumischen, z.B. durch Auftrommeln, vor der Extrusion oder bei der Extrusion im Extruder.recognize. The basic substance of the mixture examples for the outer conductive layer, ethylene-vinyl acetate copolymer is used in all cases with the addition of approx. 30-40 percent by weight conductive carbon black. This basic substance the release agent additives were added in the specified amounts (percent by weight). the Adding was done by compounding or superficial mixing, e.g. by drumming, before extrusion or during extrusion in the extruder.
Die Abziehkraft wurde bei den vernetzten Proben (Nummern 1 — 10 unter A) 24 Stunden nach der Covulkanisation mit VPE an Sandwichplatten bestimmt Im Falle der nicht vernetzten, thermoplastischen Schichten (Nummern 11 und 12 unter B) wurde sie 24 Stunden nach ihrer Herstellung gemessen. Sie ist in Newton/cm angegeben.The peel force was measured 24 hours after the crosslinked samples (numbers 1 - 10 under A) Co-vulcanization with VPE on sandwich panels determined in the case of non-crosslinked, thermoplastic Layers (numbers 11 and 12 under B) it was measured 24 hours after their production. she is in Newton / cm specified.
In der Tabelle sind als Zusätze auch an sich als Verarbeitungshilfsmittel bekannte wachsartige aliphatische und flüssige hocharomatische Kohlenwasserstoffe angegeben. Es wurde festgestellt, daß diese Zusätze in den erfindungsgemäßen Misslungen nicht nur die Verarbeitbarkeit verbessern, sondern auch die Abziehbarkeit der leitfähigen Schichten positiv beeinflussen. Sie können in den erfindungsgemäßen Mischungen daher ebenfalls als Trennmittel wirken.The table also lists waxy aliphatic additives known per se as processing aids and liquid highly aromatic hydrocarbons are given. It was found that these additives in the failures according to the invention not only improve the processability, but also the peelability of the conductive layers. They can be used in the mixtures according to the invention therefore also act as a release agent.
A) zusammen vernetztA) networked together
in%Dosing amount
in%
7
Fori>cl/ung
B) unvernetzt, thermoplastisch27 23 488
7th
Fori> cl / ung
B) uncrosslinked, thermoplastic
ArtArt
in %in %
Paraffinöl
Siliconpaste
TetrahydrobenzaldehydderivatTetrahydronaphthalene
Paraffin oil
Silicone paste
Tetrahydrobenzaldehyde derivative
2
2
2
20
2
2
2
2
1211th
12th
765
7th
Die Tabelle zeigt an Beispielen, wie die Abziehkraft abziehbare äußere Leitschicht, vgl. Beispiele I und 11.The table shows examples of how the pull-off force of the removable outer conductive layer, see Examples I and 11.
gemäß der trlindung durch die Wahl der Zusätze und wird entsprechend der Wahl des Trennrnittels undaccording to the result of the choice of additives and is based on the choice of separating agent and
ihre mengenmäßige Dosierung in vorteilhafter Weise :o seiner Dosierung beliebig abziehbar, eingestellt werden kann. Die ohne die Zusätze nichttheir quantitative dosage in an advantageous manner: o its dosage can be deducted as required, can be adjusted. Not those without the additives
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