DE2758077A1 - Nachrichtenkabelader mit geschaeumter isolierung und verfahren zur herstellung - Google Patents

Description

• Nachrichtenkabelader mit geschäumter
• Isolierung und Verfahren zur Herstellung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nachrichtenkabelader mit einer den Leiter überdeckenden Umhüllung aus einem ganz oder teilweise geschäumten Isoliermaterial.
• Geschäumte Isolierungen, etwa auf der Basis von Polyäthylen, finden zunehmend Anwendung in der Nachrichtenkabeltechnik. Neben gegenüber einer kompakten Isolierung für die Nachrichtenübertragung besseren elektrischen Eigenschaften, liegt der Vorteil geschäumter Isolierungen vor allem auch in der Materialeinsparung. Je höher der Aufschäumgrad, also je niedriger die Dichte des geschäumten Isoliermaterials ist, um so besser sind die Übertragungseigenschaften der Ader, um so höher ist aber auch der Grad der Materialersparnis. Ein aus elektrischen Gründen hoher Aufschäumgrad einer Isolierung hat aber auch erhebliche Nachteile, denn mit wachsendem Schäumgrad nimmt die mechanische Standfestigkeit ab, so daß mit einem geschäumten Werkstoff isolierte Adern im Gegensatz zu solchen mit einer Vollisolierung leichter zu Verdrückungen neigen, wenn bei den üblichen Verseilvorgängen Adern gegen Adern gedrückt werden.
• Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, Nachrichtenkabeladern herzustellen, deren geschäumte Isolierung den gestellten elektrischen Anforderungen genügt, die darüber hinaus aber ausreichend standfest ist, um die Verarbeitungsgänge, insbesondere bis zur Herstellung eines fertigen Kabels, ohne Schaden für die Isolierung zu überstehen.
• Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der geschäumte Teil ganz oder teilweise und/oder der aus Vollmaterial bestehende Teil der Umhüllung aus einem unter der Einwirkung von Feuchtigkeit vernetzbaren Olefinpolymerisat oder Olefinmischpolymerisat besteht, auf dessen Basismoleküle Silane oder Silanverbindungen aufgepfropft sind. Eine solche Isolierung mit vernetzten Bereichen, deren Vernetzungsgrad zwischen 30 und 80 % liegen kann, genügt den gestellten Forderungen vollauf.
• Die geschäumte Isolierung erhält einen wesentlich höheren mechanischen Widerstand gegenüber den bei der Herstellung auftretenden mechanischen Kräften.
• Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß die mechanische Standfestigkeit von geschäumten Isolierungen außer vom gewählten Basispolymer vor allem auch abhängig ist von der Anzahl, der Größe und der Verteilung der beim Schäumvorgang gebildeten Poren. Je kleiner diese Poren sind und je gleichmäßiger ihre Verteilung über den Isolierquerschnitt ist, um so besser ist auch die Standfestigkeit bzw. je zäher die Schmelze im Moment des Schäumvorganges ist, um so höhere Aufschäumgrade bei gleichmäßiger Porenstruktur werden erreicht.
• Diese Überlegung ist physikalisch-chemisch begründet, da Porcngröße und Struktur entscheidend von den beiden Größen Dampfdruck des Treibmittels und Oberflächenspannung der Schmelze abhängig sind. Die Oberflächenspannung der Schmelze ist aber um so größer, je höher die Viskosität der Schmelze ist. In der Praxis ging man deshalb bisher so vor, daß zur Erhöhung der Schmelzenviskosität unmittelbar vor dem Schäumvorgang eine Temperaturabsenkung erfolgt. Diese Möglichkeit ist jedoch recht aufwendig, da hierzu eine besondere Verfahrenstechnik mit langen Extrudern notwendig ist.
• Der hohe Aufschäumgrad, der durch die Erfindung erzielbar ist, läßt giinstige Übertragungseigenschaften zu. Darüber hinaus ergibt sich als weiterer wesentlicher Vorteil, daß die Wanderungsgeschwindigkeit der für die Längswasserdichtigkeit eingesetzten Abstopfmassen erheblich herabgesetzt wird. Dieser zusätzliche Effekt ist darauf zurückzuführen, daß die Siloxan-Vernetzungsbrücken ausschließlich im amorphen Bereich des geschäumten Isoliermaterials angeordnet sind und diese Gebiete dadurch undurchlässiger für diffundierende Medien werden.
• Für den Fall, daß die Umhüllung aus zwei oder mehreren Schichten besteht, hat es sich in Weiterführung der Erfindung als vorteilhaft erwiesen, wenn mindestens die dem Leiter abgekehrte äußerste Schicht oder die dem Leiter zugekehrte innerste Schicht aus einem unter der Einwirkung von Feuchtigkeit vernetzbaren Material besteht. Hiermit kann die mechanische Festigkeit gesteigert und die Wanderungsgeschwindigkeit von Stopfmassen weiter reduziert werden.
• Die Gefahr von Verdrückungen bei den Verseilvorgängen während der Kabelherstellung wird ausgeschlossen oder doch zumindest auf einen vernachlässigbaren Wert reduziert, wenn z. B. eine vernetzte Außenhaut den äußeren mechanischen Kräften einen erhöhten mechanischen Widerstand entgegenbringt.
• Zur Herstellung einer geschäumten Isolierhülle geht man in Durchführung der Erfindung zweckmäßig so vor, daß auf das Olefinpolymerisat oder Olefinmischpolymerisat zunächst das Silan aufgepfropft, anschließend das gepfropfte Material granuliert und mit Treibmitteln versetzt wird und daß schließlich das so vorbereitete Material der Schäumextrusion unterworfen wird. Dabei kann die Schmelzentemperatur in optimaler Weise der Zersetzungstemperatur des Treibmittels angepaßt werden. Dadurch und bedingt durch die relativ hohe Zähigkeit der Schmelze während des Schäumvorgangs, läßt sich eine feinzellige, über den gesamten Querschnitt gleichmäßige Porenstruktur erreichen.
• Zum Aufschäumen der in Anwesenheit von Feuchtigkeit vernetzbaren Mischung können sogenannte chemische Treibmittel verwendet werden. Wenn Pfropfung und Schäumvorgang jedoch im gleichen Verarbeitungsschritt durchgeführt werden, ist bei der Auswahl dieser Treibmittel darauf zu achten, daß im Zuge des Treibmittelzerfalls entstehende Nebenprodukte sich nicht störend auf den Pfropfvorgang auswirken. Um das mit Sicherheit auszuschließen, werden in Weiterführung der Erfindung anstelle der chemischen Treibmittel physikalische Treibmittel verwendet z. B. niedere fluorierte bzw. chlorierte Kohlenwasserstoffe sowie Stickstoff. Auch diese Treibmittel führen zu hohem Aufschäumgrad, zu feinzelliger gleichmäßiger Porenstruktur und zu guter mechanischer Standfestigkeit des vernetzten Produktes, ohne daß eine Störung des Pfropfvorganges bewirkt wird.
• Vorteilhaft kann es mitunter auch sein, wenn in Weiterführung der Erfindung die zum Aufschäumen verwendeten Treibmittel gleichzeitig als Träger zumindest für einen Teil der zur Vernetzung erforderlichen Feuchtigkeit verwendet werden. So können feuchte Gase, z. B. auch Wasserdampf, in die Mischung eingebracht werden, die zu einem kurzfristigen Vernetzen führen. Die Wasserlagerungszeit kann damit erheblich herabgesetzt werden.
• Die Treibmittel - Feuchtigkeitsträger oder nicht - können der Mischung in üblicher Weise zugesetzt werden. Besonders einfach ist es jedoch, wenn das Treibmittel in pulverförmigem Zustand aufgetrommelt wird. Mitunter kann es aber auch vorteilhaft sein, das gepfropfte Olefinpolymerisat oder Olefinmischpolymerisat mit einem treibmittelhaltigen Polymerbatch zu verschneiden.
• Die Vernetzung des geschäumten Materials soll unter der Einwirkung von Feuchtigkeit vor sich gehen. In Durchführung der Erfindung hat es sich daher weiterhin als vorteilhaft erwiesen, den Vernetzungsprozess durch Verwendung wasserabspaltender Treibmittel zu initiieren.
• Auf diese Weise kann z. B. in all den Fällen vorgegangen werden, wo die während des Kühlwasserdurchlaufs von der Isolierung automatisch aufgenommene Wassermenge für den Vernetzungsprozeß nicht ausreicht.
• Eine weitere Möglichkeit des Aufbringens zusätzlicher Wassermengen ist in Weiterführung der Erfindung die, daß den Olefinpolymerisaten oder -mischpolymerisaten nichthygroskopische Metalloxide, wie Zinn oder Zinkoxide, zugegeben werden. Diese Materialien führen in Verbindung mit der sogenannten Siloxanvernetzung bereits unmittelbar nach Abschluß der Formgebung zu Vernetzungsgraden um 30 %.
• Dieser z. B. durch Zinkoxidzusatz erhaltene Vernetzungseffekt hat bereits eine deutliche Zunahme der Schmelzenviskosität zur Folge, die sich zu der durch die Pfropfung bereits erreichten Viskositätserhöhung addiert. Damit ergibt sich eine besonders zähe Schmelze, die zu einer sehr günstigen Porenstruktur des Schaumes führt. In diesem Zusammenhang kann es mitunter von Vorteil sein, wenn die Zugabe der Metalloxide erst nach dem Pfropfvorgang erfolgt. Auf diese Weise sind Schwierigkeiten bei der Extrusion etwa durch Anvernetzung während des Pfropfvorganges von vornherein vermieden.
• Das eingesetzte Zinkoxid trägt aber neben den bereits erwähnten Verbesserungen noch zu weiteren Vorteilen bei.
• So ist es bekannt, daß das Zinkoxid die Kinetik des Zersetzungsvorganges der üblichen Treibmittel beeinflußt, d. h, daß die Zersetzungstemperaturen in Gegenwart solcher Oxide zum Teil erheblich gesenkt werden. Damit ist es möglich, den Treibmittelzerfall bereits bei relativ niedrigen Temperaturen erfolgen zu lassen, was sich ebenfalls günstig auf die Schaumstruktur auswirkt. Weitere Vorteile ergeben sich in Bezug auf die elektrischen Eigenschaften des Materials da im Material verbliebene Reste an unzersetzten Treibmitteln nunmehr praktisch vernachlässigbar sind.
• Die Pfropfung und das Aufschäumen der verwendeten Materialien kann zweckmäßig im gleichen Arbeitsgang erfolgen. Dies führt zu einer Erhöhung der Betriebssicherheit und Verminderung der Störanfälligkeit des Verfahrens. Die gleiche Möglichkeit ergibt sich aber auch dann, wenn z. B. eine sogenannte 2-Schicht-Isolierung auf den elektrischen Leiter aufgebracht werden soll, wobei die dem Leiter zugekehrte Schicht aus einem vernetzten oder unvernetzten Schaumpolymer und die darüber befindliche aus einem Siloxan-vernetzten Vollpolymer besteht. Da durch den unterschiedlichen Aufbau der beiden Schichten über zwei getrennte Spritzmaschinen aufbereitet und gefördert werden muß und erst im Spritzkopf unmittelbar vor Austritt aus den Werkzeugen ein Zusammenführen beider Materialien erfolgt, ergibt sich eine optimale Verarbeitung. Diese 2-Schicht-Isolierung hat durch den Aufbau nach der Erfindung und der dadurch erzielten höheren thermischen Belastbarkeit der vernetzten Außenhaut den weiteren Vorteil, daß die Kabel zur Erzielung einer L;ingswasserdichtigkeit auch bei höheren Temperaturen gestopft werden können. Das gilt z. B. dann, wenn Stopfmassen auf der Basis von Polymeren eingesetzt werden.
• Der Einsatz nach der Erfindung ausgebildeter geschäumter Isolierungen hat noch den weiteren Vorteil, daß Schwierigkeiten beins Aufbringen heißer Außenmäntel auf die isolierten Adern nach der Verseilung vermieden werden, da das Material infolge der Vernetzung temperaturbeständiger und daher im Hahmen der auftretenden Temperaturen nicht mehr fließfähig ist. So ergeben sich keine Verklebungen zwischen Aderisolierung und Mantel und auch keine Aderschlüsse.
• Die Erfindung sei anhand der in den Figuren 1 bis 4 als Ausführungsbeispiel dargestellten Adern eines Nachrichtenkabels näher erläutert.
• Die Ader eines elektrischen Nachrichtenkabels, die mit weiteren gleich aufgebauten Adern zu Verseilelementen höherer Ordnung verseilt wird, besteht, wie aus der Figur 1 ersichtlich, aus dem Leiter 1 und einer auf den Leiter aufgebrachten Schaumisolierung 2. Diese Isolierung besteht nach der Erfindung z. B. aus Polyäthylen, auf dessen Makromoleküle Silane oder Silanverbindungen aufgepfropft sind und das deshalb durch Einwirkung von Feuchtigkeit vernetzbar ist. Diese Art der Vernetzung führt nach dem Schäumprozeß zu einer standfesten und für die Nachrichtenübertragung elektrisch hochwertigen Hülle.
• Anstatt die Umhüllung vollständig aus einem vernetzten Schaummaterial herzustellen, kann es mitunter schon ausreichend sein, die Isolierung aus einem üblichen unvernetzten Schaum zu formen und lediglich die äußerste, mechanischen Kräften ausgesetzte Schicht aus einem vernetzten Material herzustellen. Ein solches Ausführungsbeispiel ist in der Figur 2 dargestellt. Hier ist der Leiter 3 mit einer Schicht 4 aus einem unvernetzten Schaummaterial umgeben, etwa auf der Basis Polyäthylen, während di? standfeste, mechanisch widerstandsfähigere äußerste Schicht 5 aus einem Vollmaterial, z. B. ebenfalls Polyäthylen besteht, das jedoch nach entsprechender Pfropfung mit Silanen unter der Einwirkung von Feuchtigkeit vernetzt ist.
• Die äußerste, den mechanischen Kräften unmittelbar ausgesetzte Schicht kann aber auch, wie in der Figur 3 dargestellt, aus einer nach der Erfindung vernetzten Schaumschicht 6 bestehen, die die Schaumisolierung 7, etwa aus einem unvernetzten thermoplastischen Material, überdeckt. Der Leiter ist mit 8 bezeichnet.
• Eine gegenüber äußeren mechanischen Kräften extrem widerstandsfähige Ader ist in der Figur 4 dargestellt.
• Hierbei besteht die Isolierung des Leiters 9 bereits aus einer durch Einwirkung von Feuchtigkeit vernetzten geschäumten Schicht 10, die von einer weiteren Schicht 11 aus einem ebenfalls durch Feuchtigkeit vernetzten Material umschlossen ist. Diese Schicht 11 kann aber auch aus einem geschäumten Material mit gegenüber der Schicht 10 geringerem Aufschäumgrad hergestellt sein.
• Die Erfindung ist selbstverstä ndlich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So können abweichend hiervon die Schichten erhöhter Festigkeit (5; 6; 11) auch unmittelbar über dem Leiter, d. h. unterhalb der geschäumten Schicht (4 ; 7; 10) angeordnet sein.

Claims (13)

1. Patentansprüche 1.)Nachrichtenkabelader mit einer den Leiter überdeckenden Umhüllung aus einem ganz oder teilweise geschäumten Isoliermaterial, dadurch gekennzeichnet1 daß der geschäumte Teil ganz oder teilweise und/oder der aus Vollmaterial bestehende Teil der Umhüllung aus einem unter der Einwirkung von Feuchtigkeit vernetzbaren Olefinpolymerisat oder Olefinmischpolymerisat besteht, auf dessen Basismoleküle Silane oder Silanverbindungen aufgepfropft sind.
2. 2. Ader mit einer geschichteten Umhüllung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die dem Leiter abgekehrte äußerste Schicht oder die dem Leiter zugekehrte innerste Schicht aus einem unter der Einwirkung von Feuchtigkeit vernetzbaren Vollmaterial besteht.
3. 3. Verfahren zur Herstellung einer Umhüllung nach An- spruch 1 oder 2, dadurch ekennzeichnet, daß auf das FbdeZ-1efinmischpolymeriset zu- nächst das Silan aufgepfropft, anschließend das gepfropfte Material granuliert und mit Treibmitteln versetzt wird und schließlich das so vorbereitete Material der Schäumextrusion unterworfen wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufschäumen chemische Treibmittel verwendet werden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufschäumen physikalische Treibmittel verwendet werden.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Aufschäumen verwendeten Treibmittel gleichzeitig als Träger zumindest für einen Teil der zur Vernetzung erforderlichen Feuchtigkeit verwendet werden.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 3 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel in pulverförmigem Zustand aufgetrommelt wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 3 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das gepfropfte Olefinpolymerisat oder Olefinmischpolymerisat mit einem treibmittelhaltigen Polymerbatch verschnitten wird.
9. 9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Initiierung des Vernetzungsprozesses wasserabspaltende Treibmittel verwendet werden.
10. 10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß den Olefinpolymerisaten oder -mischpolymerisaten nicht~hygroskopische Metalloxide, etwa Zinn- oder Zinkoxide, beigegeben werden.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe der Metalloxide nach dem Pfropfvorgang erfolgt.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 3 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Pfropfung und Aufschäumen der Olefinpolymerisate oder -mischpolymerisate im gleichen Arbeitsgang erfolgt.
13. 13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12 zur Herstellung einer geschichteten Umhüllung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten mittels unterschiedlicher Spritzvorrichtungen aber im gleichen Arbeitsschritt aufgebracht werden.