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Kunststoffmaterial auf Polytirethanbasis, insbesondere
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zur Verwendung bei elektrischen Kabeln oder Kabelgarnituren Die Erfindung
betrifft ein Kunststoffmaterial auf Polyurethanbasis mit gutem Selbstaushärtevermögen
und geringer Viskosität in einem von -10 bis +500 C reichenden Temperaturbereich
für die Verarbeitung, hoher Elastizität, bleibendem Klebevermögen, hoher Feuchtedichtigkeit,
hoher Kerbanfälligkeit, bleibendem Haftvermogen und hohem elektrischen Widerstand,
insbesondere zur Verwendung als FUllmaterial zum hermetischen Abdichten von Kabelverbindungen,
das aus einer OR-Gruppen liefernden Polyolkomponente (Komponente I), einer NCO-Gruppen
liefernden Polyisocyanatkomponente (Komponente II) und einer chemisch inerten Komponente
(Komponente III) und gegebenenfalls an sich bekannten weiteren Zusätzen besteht.
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Auf vielen Gebieten der Technik ist es erforderlich, ein Gehäuse,
ein Rohr oder ähnliche Gegenstände an dem
oder dez offenen Enden
so zu verschließen, -daß Feuchte oder sogar Wasser in das Innere nicht eindringen
kann.
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Dies gilt insbesondere für Kabel zum Ubertragen von Informationen,
und hier vor allen Dingen zur Kabel der Nachrichtentechnik. Diese Kabel werden in
aller Regel unterirdisch verlegt und sind dort Umgebungseinflüssen unterworfen,
die bei hohen Außentemperaturen der Luft lang andauernde höhere Temperaturen im
Erdreich bzw.
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bei tiefen Außentemperaturen der Luft länger andauernde tiefe Temperaturen
im Erdreich bewirken. Beim Verlegen dieser Kabel ist darauf zu achten, daß die im
Inneren des Kabels vorhandene Feuchteverhältnisse später möglichst nicht mehr verändert
werden können, was insbesondere dann der Fall wäre, wenn Wasser oder Feuchte in
das Kabel eindringen kann.
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Um dies zu verhindern, werden beim Verbinden zweier Kabel Verbindungsstucke
(Eabelgarnituren) verwendet, die aus einer Kabelmuffe und aus darin untergebrachtem
Kunststoffmaterial bestehen.
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Ein. Kabel der Nachrichtentechnik besteht aus einer Vielzahl von elektrisch
leitenden Adern, die gebündelt sind und bei dem mehrere solche BUndel in einer äußeren
Schutzumhüllung untergebracht sind. Für das Verbinden zweier solcher Kabel oder
auch für das Verbinden unterschiedlich aufgebauter Kabel ist es erforderlich, diese
AderbUndel aufzuspleißen und mit den Adern des anderen KabelstUckes zu verbinden.
Die einzelnen so verbundenen Adern mEssen gegeneinander wieder isoliert werden,
so daß ein räumlich zum Teil wesentlich größeres Gebilde entsteht. Da die Isoiation
der einzelnen Adern geöffnet wurde, muß dieses Gebilde gegen das Eindringen
von
Feuchte oder Wasser geschützt werden, wofür das oben beschriebene Verbindungsstück
dient.
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Es ist bereits bekannt, Kabelgarnituren mit Gießmassen zu füllen (vgl.
GB-PS 1 157 435, DE-OS 23 20 105 und DE-OS 23 20 254).
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An Kunststoffmaterialien, die zum feuchtedichten Verschluß (hermetische
Abdichtung) von Hohlkörpern, insbesondere von Kabel dienen, sind eine Reihe von
Anforderungen zu stellen. Im einzelnen handelt es sich um folgende Anforderungen:
1.) Die Viskosität bei der Verarbeitung sollte möglichst gering sein, damit das
Kunststoffmaterial auch bei niedrigen Temperaturen zwischen die Aderbündel und zwischen
die miteinander verbundenen Adern leicht eindringen kann.
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2.) Die Selbstaushärtung des Materials sollte möglichst schnell erfolgen,
das heißt die sogenannte Topfzeit soll in dem angegebenen Temperaturbereich für
die Verarbeitung wenigstens 5 Minuten sein.
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3.) Das Kunststoffmaterial muß ein gutes Selbstaushärtevermögen bei
von -10 bis +500 C reichenden Verarbeitungstemperaturen haben, damit das Verlegen
von Kabeln möglichst über das ganze Jahre hinweg durchgeführt werden kann.
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4.) Die Elastizität des ausgehärteten Kunststoffmaterials soll hoch
sein, damit Wärmeausdehnungen der Metallteile ausgeglichen werden können.
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5.) Das Klebevermögen der Masse, das heißt die Eigenschaft, an dem
Material der Kabelmuffe, an dem Isoliermaterial der einzelnen Adern und an dem Isoliermaterial
der miteinander verbundenen Adern fest zu haften, muß gut sein.
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6.) Hohe Feuchtedichtigkeit und Wasserundurchlässigkeit sind hier
selbstverständliche Voraussetzungen.
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7.) Das ausgehärtete Kunststoffmaterial sollte möglichst hoch kerbanfällig
sein, damit die Kunststoffüllung beim Öffnen einer solchen Kabelverbindung, die
beispielsweise aus zwei zusammengesetzten Schalenhälften besteht, in einfacher Weise
entfernt werden kann. Das bedeutet im Falle der Kabelverbindungen, daß die FUll-
und Dichtmasse möglichst durch Einwirkung von Hand entfernt werden kann. Die Anwendung
von Werkzeugen (Meißel, Schraubenzieher und ähnliches) ist tunlichst zu vermeiden,
um die Adern nicht zu beschädigen.
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8.) Das Haftvermögen des Kunststoffmaterials sollte für eine Betriebszeit
von etwa 30 Jahren bleibend sein.
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9.) Es ist wichtig, daß das Kunststoffmaterial im ausgehärteten Zustand
einen hohen Isolationswiderstand aufweist, der möglichst mehr als 1011 S cm bei
Beanspruchung mit mindestens 1 kV/mm beträgt. Die Forderung nach hohem Isolationswiderstand
gilt auch nach Lagerung des Materials in Wasser und verschiedenen Chemikalien. Es
sei erwähnt, daß die Dielektrizitätskonstante und der Verlustwinkel möglichst klein
sein sollen.
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1O.) Die chemische Widerstandsfähigkeit soll so sein, daß bei mindestens
sechsunddreißigstündiger Lagerung bei 380 C die Funktionsfähigkeit erhalten bleiben
muß, wenn das Material mit sauren oder alkalischen Flüssigkeiten in Berührung kommt,
Das Kunststoffmaterial muß gegenüber dem Einfluß insbesondere von Dieselöl resistent
bleiben und schließlich pilz- und mikrobenbeständig sein.
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Die bisher bekannten Füllmassen auf der Basis verschiedener Kunststoffmaterialien
aber auch auf Polyurethanbasis erfüllen entweder die oben aufgezählten Forderungen
nicht befriedigend, beispielsweise die leichte Entfernbarkeit (Punkt 7.) ), oder
haben unzureichende dielektrische und elektrische Eigenschaften, vor allem bei Feuchteeinwirkung.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kunststoffmaterial
anzugeben, das alle oben aufgeführten Forderungen in befriedigender Weise erfulltj
der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verbindungsstück für Kabel
anzugeben, bei dem diese Vorteile ausgenutzt werden können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Kunststoffmaterial der eingangs
angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffmaterial
als EDmDonente I a) vorwiegend endständig hydroxyliertes Polybutadien mit einem
mittleren Molekulargewicht von etwa 2800, einem Äquivalentgewicht von ca. 1200 und
einer Viskosität von ca. 5000 mPa.s bei 300 C,
b) ein Polyäther-Polyesier-Polyol
mit einem Äquivalentgewicht von ca. 350 und einer Viskosität von etwa 2500 mPs.s
bei 250 C, c) 2-Octyldodekanol als inneren Weichmacher und d) für Polyurethan an
sich bekannte Polymerisationsbeschleuniger, als Komponente II Diphenylmethan-4.4'-Diisocyanat
und als Komponente III Dibenzyltoluol enthält, und daß die Mengenverhältnisse dieser
Komponenten so gewählt sind, daß auf 100 Gewichtsteile der Mischung aus Komponente
I + Komponente III, zwischen denen das Verhältnis 1:1,75 bis 1:2 besteht, 5 bis
8 Gewichtsteile der Komponente II vorhanden sind.
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Für die umfangreichen Untersuchungen, die zur vorliegenden Erfindung
geführt haben, waren Uberlegungen erfinderischer Art unter anderem deshalb erforderlich,
weil gegenwärtig das Angebot von Kunststoffmaterialien auf dem Markt äußerst groß
ist und für diese zahlreichen Kunststoffe Eigenschaften angegeben werden, die den
Fachmann aufgrund einfacher Uberlegungen nicht in die Lage versetzen, ein Kunststoffmaterial
herauszufinden, das die oben aufgeführten Forderungen insgesamt erfüllt. Es kommt
hinzu, daß die einzelnen auf dem Markt befi=-lichen Materialien bei ihrer Verwendung
für den angegebenen Zweck trotz der herausgestellten Eigenschaften
letztlich
doch versagen. Im Hinblick auf die Aufgabenstellung, die der vorliegenden Erfindung
zugrunde liegt, war der Fachmann gezwungen, neue Wege für die Zusammenstellung der
Komponenten zu gehen.
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Das durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagene Kunststoffmaterial
erfüllt, wie umfangreiche Untersuchungen ergeben haben, sämtliche oben aufgezählte
Forderungen mit hoher Zuverlässigkeit. Zu diesem beträchtlichen Vorteil kommt hinzu,
daß der Weichmachergehalt so bemessen ist, daß die Löslichkeitsgrenze, die durch
die Aufnshmefahigkeit des Polyurethankunststoffes für Weichmacher gegeben ist, nicht
überschritten wird, wodurch das vernetzte, ausgehärtete Kunststoffmaterial keine
Neigung besitzt, Weichmacheranteile auszuschwitzen.
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Das Kunststoffmaterial kann in der Weise verarbeitet werden, daß die
Bestandteile der Komponente I und der Komponente III als eine Mischung zur Anwendung
gelangt, die vorbereitet sein kann, weil die Lagefähigkeit ohne chemische Veränderungen
gut ist. Die Komponente II, das heißt die Diisocyanat-Komponente wird gesondert
erst unmittelbar vor der Verarbeitung dem eben erwähnten anderen Teil zugemischt,
so daß diese Mischung vergossen werden kann und dann innerhalb einer Zeit von 5
Minuten und mehr aushärtet.
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Das als Komponente II zu verwendende Diphenylmethan-4.4'-Diisocyanat
soll vorzugsweise einen Effektivgehalt von etwa 935', eine Viskosität bei 200 C
von 100 bis 150 mPa.s und einen NCO-Gehalt von etwa 30 bis 3296 aufweisen. Der Effektivgehalt
ist durch das Verhältnis von NCO-Gruppen bezogen auf ein Mol Diisocyanat definiert.
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Die Komponente III kana zusätzlich zum Dibenzyltoluol einen Füllstoff
in Pulverform enthalten, dessen spezifisches Gewicht im Bereich des spezifischen
Gewichts des gunststof;fmaterials liegt.
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Als Füllstoff kommt insbesondere Polyäthylenpulver in Frage, das in
einer Menge von 20 96 bezogen auf das Gesamtgewicht vorzugsweise zur Anwendung gelangt.
Hierdurch werden die elektrischen Eigenschaften und die Kerbanfälligkeit verbessert.
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Andere Füllstoffe, die die Voraussetzungen hinsichtlich des spezifischen
Gewichtes erfüllen, sind ebenfalls möglich. Solche FUllstoffe sind an sich bekannt
und sind meist ebenfalls ausgehärtete pulverförmige Kunststoffmaterialien verschiedener
Zusammensetzungen. Die Anforderungen an das spezifische Gewicht sind wichtig, weil
sonst beim Vergießen und während des Aushärteprozesses die homogene Verteilung des
Pulvers in der Masse durch Sedimentation ungünstig verändert wird.
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Die Komponente III kann zusätzlich noch ein Gemisch aus monocyklischen
Terpenkohlenwasserstoffen enthalten, das in einem Temperaturbereich von 170 bis
1900 C bei 1013 bar siedet.
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Während das -2-Octyldodekanol in der Komponente I chemisch in den
Polyurethankunststoff eingebaut wird und in dieser Weise gewissermaßen als interner
Weichmacher des Materials wirkt, ist Dibenzyltoluol in der Komponente I ein externer
Weichmacher, der physikalisch im Kunststoffmaterial verteilt ist, mit dem Eunststoffmaterial
praktisch chemisch nicht reagiert hat und auf diese Weise die mechanischen, die
elektrischen und die
dielektrischen Eigenschaften beeinflußt. Die
Elastizität des Materials wird durch den Polybutadienanteil beeinflußt. Die Kerbanfälligkeit,
das heißt die Eigenschaften, daß das Kunststoffmaterial schon von Hand zerlegt werden
kann, weil es krümelig wird, wird dadurch erzielt, daß das Kunststoffmaterial gemäß
der vorliegenden Erfindung zu relativ kurzkettigen Vernetzungen führt, die leicht
aufzubrechen sind.
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Als Polymerisationsbeschleuniger wird vorzugsweise Dibutylzinndilaurat
verwendet.
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Das Gemisch mit monocyclischen Terpenkohlenwasserstoffen in Komponente
III bewirkt eine weitere Verringerung der Härte des Materials, weil dieses Gemisch
ebenfalls als äußerer Weichmacher anzusehen ist.
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Das Verbindungsstück für Kabel, die für die Ubertragung von Informationen,
insbesondere für die Nachrichtentechnik dienen und aus einer Vielzahl von elektrisch
leitenden Adern bestehen, die gebündelt sind und mehrere solcher Bündel in einer
Schutzumhüllung enthalten und die an ihren Enden mit anderen Kabeln der gleichen
Art verbunden sind, wobei diese Verbindung in einer Kabel muffe untergebracht ist,
die zum Zwecke der Isolation und zum Schutz gegen Feuchte (Wasser) mit Kunststoffmaterial
gefüllt ist, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß die Kabelmuffe aus ausgehärtetem, mechaniscb. stabilen Kunststoffmaterial besteht
oder dieses enthält und mit Kunststoffmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung
gefüllt ist und daß zwischen Kabelmuffe und Kunststoffmaterial eine innige Haftverbindung
besteht.
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Die Kabelmuffe,kann vollständig aus Kunststoffmaterial bestehen, beispielsweise
aus Polypropylen oder Niederdruckpolyäthylen. Es ist aber auch möglich, daß die
Kabelmuffe aus Metall besteht und an der inneren Oberfläche, das heißt der der Kunststoffüllung.
zugewandten Oberfläche, mit einem ausgehärteten Kunststoffmaterial überzogen ist.
Zwischen diesem ausgehärteten harten Kunststoffmaterial und der Füllung aus Kunststoffmaterial
gemäß der vorliegenden Erfindung entsteht eine gute und dichte Verbindung. Kabelmuffen
sind bekannterweise zweiteilig, wobei diese beiden Teile im Laufe der Herstellung
der Kabelverbindung zusammengesetzt werden.
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Durch äußere Elemente, wie Klammern, Spannbänder und ähnliches, werden
diese beiden Teile zusammengehalten.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von AusfUhrungsbeispielen und
unter Bezugnahme auf die Zeichnung erlautet.
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Bei den Ausführungsbeispielen sind die einzelnen Komponenten angegeben,
die für die Verarbeitung in den angegebenen Gewichtsverhältnissen eingesetzt werden.
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BeisPiel 1 50 g eines vorwiegend endständig hydroxylierten Polybutadiens
mit einem mittleren Mol.-Gew.
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von etwa 2800, einem Äquivalentgewicht von ca. 1200 und einer Viskosität
von ca.
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5000 mPa.s bei 300 C (Komponente I a), 11,75 g eines Polyäther-Polyester-Polyols
mit einem Äauivalentgewicht von ca. 350 und einer Viskosität von etwa 2500 mPa.s
bei 250 C (Komponente I
5,67 g 2-Octyldodekanol (Komponente I c),
87 g Dibenzyltoluol (Komponente III), 43 g Polyäthylenpulver (Füllstoffzusatz),
10,9 g Diphenylmethan-4.4'-Diisocyanat mit einem Effektivgehalt von etwa 93 % (Komponente
II), 0,3 g Di.butylzinndilaurat (Komponente I d).
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Beispiel 2 50 g Komponente I a, 8,47 g Komponente I b, 8,51 g 2-Octyldodecanol
(Komponente I c), 80 g Dibenzyltoluol (Komponente III), 45 g Polyäthylenpulver (Füllstoff),
10,9 g Komponente II, 0,4 g Dibutylzinndilaurat (Komponente I d).
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BeisPiel 3 50 g Komponente I a, 11,75 g Komponente I b, 5,67 g 2-Octyldodecanol
(Komponente I c), 70 g Dibenzyltoluol (Komponente III), 10 g eines handelsüblichen
Gemisches aus monocyclischen Terpenkohlenwasserstoffen mit einem Siedebereich 170
- 1900 C bei 1013 bar, (zusätzlicher äußerer Weichmacher), 50 g Polyäthylenpulver
(Füllstoff) 10,9 g Komponente II 0,4 g Dibutylzinndilaurat (Komponente I c) Beispiel
4 50 g Komponente I a, 11,75 g Komponente I b, 5,67 g 2-Octyldodecanol (Romponente
I c), 70 g Dibenzyltoluol (Komponente III),
10,9 g Komponente II,
0,3 g Dibutylzinndilaurat (Komponente I d).
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Der spezifische elektrische Widerstand derart zusammengesetzter, vernetzter
Gießharze beträgt 1 . 1013 bis 1 . 1014 Ohm cm Das Verbindungsstück gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt.
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Das Kabel 1 wird im vorliegenden Fall mit den Kabeln 2 und 3 über
Spleißverbinder 4 verbunden. Ein solcher Spleißverbinder ist nur für einen Teil
der Adern 5 gezeigt, es versteht sich aber, daß alle Adern durch einen solchen Spleißverbinder
verbunden sein müssen.
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Die Adern sind als solche oder gebündelt in einer äuBeren Schutzumhüllung
6 bzw. 7 bzw. 8 untergebracht. Diese Schutzumhüllung besteht in an sich bekannter
Weise aus mechanisch festem Kunststoffmaterial, wie Polyäthylen, Polyvinylchlorid,
aber auch aus einem Bleimantel, bei dem eine Isolation mittels Kunststoff vorgesehen
ist.
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In der Figur ist eine Draufsicht auf eine halbgeöffnete Kabelmuffe
gezeigt. Es ist das untere Teilstück 9 zu sehen, das um die Verbindung der beiden
Kabel gewissermaßen als Wanne von unten her herumgelegt ist. Dieses Kabelmuffenteil
9 wird, nachdem alle Adern miteinander verbunden sind, mit dem zweiten Kabelmuffenteil
(in.der Zeichnung nicht dargestellt) verbunden, so daß ein Gehäuse um die Verbindung
herum entsteht. Dieses Gehäuse besitzt eine Einfüllöffnung, die dazu benutzt wird,
das flüssige Kunststoffmaterial gemäß der vorliegenden Er-
findung
einzufüllen. Nach dem Aushärten des Kunststoffmaterials sind sämtliche Hohlräume
innerhalb der aus den beiden Teilen bestehenden Eabelmuffe, das heißt auch die Hohlräume
der Aderverbinder 4, mit Kunststoff ausgefüllt, so daß die,äußeren Isolierumhüllungen
6, 7 und 8 völlig verschlossen sind und in das Kabel Feuchtigkeit ebenso wenig eindringen
kann wie in den von Schutzumfüllung freien Teil der Verbindungsstelle der Kabel.
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Auch bei Beschädigung der Kabelmuffe kann Feuchtigkeit oder Wasser
durch das Kunststoffmaterial nicht hindurchdringen.
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5 Patentansprüche 1 Figur