DE2856369A1

DE2856369A1 - Electric LV cable insulation based on olefin! (co)polymer - grafted with silane and crosslinked by moisture, blended with ! partly crystalline polymer

Info

Publication number: DE2856369A1
Application number: DE19782856369
Authority: DE
Inventors: Franz Daenekas; Ferdinand Dipl Chem Dr Hanisch; Richard Winter
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1978-12-27
Filing date: 1978-12-27
Publication date: 1980-07-10

Abstract

Electric cable, esp. low voltage distribution cable, has an insulating sheath of high thermal stability. This consists of a blend of a homopolyolefin (I) or a copolymer with max. 20 wt.% copolymer and a partly crystalline polymer (mixt.) (II) with tert. or quat. C atoms or polymers with a high Tg. The (co)polymer can be crosslinked by moisture by grafting silane cpds. onto the mol. The insulation can withstand temps. up to 130 degrees C long term and 250 degrees C short term. High mechanical strength and hardness are obtd. (I) is pref. polyethylene of high density (min. 0.94 g/cm3) and (II) is pref. isotactic polypropylene. The blend can also contain elastifying rubbery additives (III) in amts. of max. 200 (10-50) pts./100 pts. blend, suitable (III) being butyl rubber, ethylene propylene rubber (EPM), ethylene propylene terpolymers (EPDM), EVA or rubbery ethylene-acrylic ester copolymers.

Description

Elektrisches Kabel, insbesondere Niederspanungsvertei lerkabelElectrical cable, in particular low voltage distribution cable

Cie vorliegende Erfindung betrifft ein elektriscl1es Energiekabel, insbesondere Niederspannungsverteilerkabel, mit einer den oder die Leiter umschließenden Umhüllung aus einem Isolierstoff erhöhter Wärmebeständigkeit.The present invention relates to an electrical power cable, in particular low-voltage distribution cables, with one that encloses the conductor or conductors Sheath made of an insulating material with increased heat resistance.

Auf dem Gebiet elektrischer [viittelspannungskabel sind heute Isolierwerkstoffe im Einsatz, deren Basismaterialien im wesentlichen auf Polyvinylchlorid, Polyäthylen und vernetztes Polyäthylen zurückzuführen sind. i4ehr und mehr scheint sich hierbei das vernetzte Polyäthylen durchzusetzen, dessen besonderer Vorteil in der durch die Vernetzung bedingten verbesserten Standfestigkeit beim Einsatz oberhalb der normalen Betriebstemperaturen von 90° C liegt. So ist beispielsweise vernetztes Polyäthylen bei einer Notdiensttemperatur von 1300 C zwar geschmolzen, es besitzt aber durch die Vernetzung noch eine Festigkeit von ca. 0,5 N/mm2, während demgegenüber ein nicht vernetztes Polyäthylen bei dieser Temperatur schon fließfähig wird.In the field of electrical medium-voltage cables, insulation materials are used today in use, the base materials of which are essentially polyvinyl chloride, polyethylene and cross-linked polyethylene. More and more seems to be the case here enforce the crosslinked polyethylene, its particular advantage in the through the crosslinking caused improved stability when used above the normal operating temperatures of 90 ° C. So, for example, is networked Polyethylene melted at an emergency service temperature of 1300 C, it has However, due to the cross-linking, it still has a strength of approx. 0.5 N / mm2, while on the other hand a non-crosslinked polyethylene is already flowable at this temperature.

Um die Standfestigkeit des vernetzten Polyäthylens weiter zu erhöhen, ist auch bereits der Einsatz von Hart-Polyäthylen oder von Verschnitten aus Weich-Polyäthylen/Hart-Polyäthylen versucht worden. Hier traten aber große Verarbeitungsschwierigkeiten deshalb auf, weil einerseits für eine gute Extrudatqualität hohe Temperaturen notwendig sind, andererseits aber die für die Vernetzung erforderlichen Peroxide thermisch zerfallen und daher die zu verarbeitende Masse bereits im Extruder anspringt, d. h. zur Anvernetzung neigt. Die üblicherweise eingesetzten, besonders schnell vernetzenden Peroxide, wie z. B. das Cicumylperoxid, können hierbei überhaupt nicht verwendet werden.To further increase the stability of the crosslinked polyethylene, is also already the use of hard polyethylene or blends of soft polyethylene / hard polyethylene been tried. Here, however, there were great processing difficulties because because, on the one hand, high temperatures are necessary for good extrudate quality, on the other hand, however, the peroxides required for crosslinking decompose thermally and therefore the mass to be processed starts already in the extruder, d. H. for networking tends. Usually used, particularly fast networking Peroxides, such as. B. the cicumyl peroxide, can not be used here at all will.

iils weiterer Schritt in der Entwickluno standfester Isoliermaterialien ist da-11er der Vorschlag anzusehen (Elektrizitätswirtschaft, 75. Jahrg., Heft 8, 1976, S. 173 ff), für die Isolierung elektrischer Kabel für den 1KV-Netzbetrieb ein Polymermaterial auf Basis Hart-Polyäthylen und Polypropylen einzusetzen. Durch den Zusatz von Polypropylen ( in ausreichender Menge) ist die Isolierung bis ca. 150°C C wärmestandfest, wobei die Festigkeiten bis zu dieser Temperatur bis um einen Faktor drei z. 3. höher als für vernetztes Weich-Polyäthylen liegen.Another step in the development of stable insulating materials is the proposal to be seen there (Electricity Industry, 75th year, issue 8, 1976, p. 173 ff), for the insulation of electrical cables for 1KV network operation to use a polymer material based on rigid polyethylene and polypropylene. By the addition of polypropylene (in sufficient quantity) the insulation is up to approx. 150 ° C C heat resistant, the strengths up to this temperature up to one Factor three z. 3. higher than for cross-linked soft polyethylene.

In den elektrischen Werten ist das Polyäthylen/Polypropylen-Gemisch rkit l4eich-Polyäthylen vergleichbar, gegenüber den Kabeln mit einer Isolierung aus vernetzten Polyäthylen jedoch sind als Nachteile bzw. noch offene Probleme u. a. die geringere Haftung der Abzweig- oder Verbindungsmuffen, die verschlechterte Kältefestijkeit und schließlich die fehlende Möglichkeit einer Vernetzung anzusprechen. So wird bei vernetzten Werkstoffen auf Basis VPE oder Verschnitten mit Kurzschlußtemperaturen von 250° C gerechnet. Die Muffenhaftung könnte möglicherweise durch Zusätze verbessert werden, Zusätze könnten auch eine Verbesserung der Kältefestigkeit mit sich bringen. Ungeklärt bliebe dann aber wieder der Einfluß dieser Zusätze auf z. B. die elektrischen Eigenschaften der Mischung.In the electrical values is the polyethylene / polypropylene mixture The kit is comparable to light-weight polyethylene, compared to cables with insulation from crosslinked polyethylene, however, are disadvantages or outstanding problems u. a. the lower adhesion of the branch or connection sleeves, which worsened To address cold resistance and finally the lack of networking possibilities. In the case of cross-linked materials based on XLPE or blends with short-circuit temperatures calculated from 250 ° C. The socket adhesion could possibly be improved by additives Additives could also improve the cold resistance. The influence of these additives on z. B. the electric Properties of the mixture.

Unmöglich ist es aber bisher, eine Vernetzung dieser Verschnitte auf Basis Polyäthylen/Polypropylen herbeizuführen. Denn eine Vernetzung durch Peroxide scheidet wegen zu horner Verarbeitungstemperaturen aus, eine Strahlenvernetzung übt einen schadlichen Einfluß auf den Polypropylenanteil aus.So far, however, it is impossible to network these blends Based on polyethylene / polypropylene. Because a crosslinking through peroxides irradiation crosslinking is ruled out due to processing temperatures that are too low has a detrimental effect on the proportion of polypropylene.

Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, eine Kabelisolierung zu schaffen, die sich durch eine hohe Wärmestandfestigkeit auszeichnet und zusätzlich vernetzt ist.The invention is therefore based on the object of providing cable insulation to create, which is characterized by a high thermal stability and additionally is networked.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Isolierstoff der Umhüllung aus einem Verschnitt aus einem Homopolyolefin oder einem Copolymer mit einem Copolymeranteil bis zu 20 Gew. °sO und einem teilkristallinen Polymer/ oder Polymergemisch mit tertiären oder quartären Kohlenstoffatomen besteht oder Polymeren, die einen hohen Einfrierbereich besitzen, und daß die Homo- oder Copolymerisate durch Aufpfropfen von Silanverbinduigen auf deren Moleküle feuchtigkeitsvernetzbar sind. Der Einsatz dieses Isoliermaterials z. B. für Kabel etwa als 3- oder 4-Leiter 1kV-Ausführung oder für Steuerkabeladern führt zu erhöhter Standfestigkeit auch bei hohen Betriebstemperaturen. Entscheidend ist hierbei vor allem die hohe mechanische Festigkeit bei Notdiensttemperaturen um 1300 C und im Falle der Steuerleitungen die größere Härte und Standfestigkeit, die zur Vermeidung oder zumindest Verringerung der Verformung der Adern in der Seele führen wenn z. B. ein durch Dampfvulkanisation vernetzter Außenmantel vorgesehen ist.This object is achieved according to the invention in that the insulating material the casing made from a blend of a homopolyolefin or a copolymer with a copolymer content of up to 20% by weight and a partially crystalline polymer / or polymer mixture with tertiary or quaternary carbon atoms or Polymers that have a high freezing range, and that the homo- or copolymers Moisture-crosslinkable by grafting silane compounds onto their molecules are. The use of this insulating material z. B. for cables about as 3- or 4-wire 1kV version or for control cable cores leads to increased stability even at high operating temperatures. The decisive factor here is the high one mechanical strength at emergency service temperatures around 1300 C and in the case of the control lines the greater hardness and stability, which to avoid or at least reduce the deformation of the veins in the soul if z. B. one by steam vulcanization networked outer jacket is provided.

Nach der Erfindung können vernetzte IsolierwerkstoFfe auf der 3asis Verschnitte aus Polyäthylen und Polypropylen, mit oder ohne Äthylen-Propylen-Kautschuk(EPK, EPDK), als zusätzliches Polymeres eingesetzt werden. Dabei werden durch die Erfindung die bekannten Vorteile eines polyäthylenpolypropylenisolierten Kabels bei Hotdiensttemperaturen vereinigt mit den Vorteilen des vernetzten Polyäthylens bei Korzschlußtemperaturen um 2500 C.According to the invention, crosslinked insulating materials can be used on the basis Blends of polyethylene and polypropylene, with or without ethylene-propylene rubber (EPK, EPDK), can be used as an additional polymer. In doing so, the invention the well-known advantages of a polyethylene-polypropylene-insulated cable at hot service temperatures combined with the advantages of crosslinked polyethylene at corrugation temperatures around 2500 C.

Als Homopolymer kann in Durchführung der Erfindung auch ein Polyäthylen hoher Dichte, d. h.#0,94 g/cm3 eingesetzt werden, wie es als sog. Hart-PE allgemein bekannt ist. Für den teilkristallinen Polymeranteil mit tertiären oder quartüren Kohlenstoffatomen hat sich ein isotaktisches Palypropylen als zweckmäßig erwiesen, das aber auch syndiotaktische und/oder ataktische Anteile enthalten kann.A polyethylene can also be used as the homopolymer in the practice of the invention high density, d. i.e. # 0.94 g / cm3 can be used, as it is generally known as hard PE is known. For the partially crystalline polymer content with tertiary or quarters Carbon atoms, an isotactic palypropylene has proven to be useful, but it can also contain syndiotactic and / or atactic components.

insbesondere der kristallisierbare Polymeranteil liefert Festigkeit und Standfestigkeit bei Notdiensttemperatur des Kabels bzw. bei der Dampfvernetzung von Mänteln über Steuerleitungsadern mit erfindungsgemäßer Zusammensetzung der Iso-1 ierunq.in particular the crystallizable polymer content provides strength and stability at emergency service temperature of the cable or with steam networking from sheaths to control cable cores with the composition of Iso-1 according to the invention ierunq.

Um einen z. 3. auF 13asis Hart-PE und Polypropylen herqestellten Verschnitt (Pjlyblend) auch für die Kabeltechnik ausreichend flexibel zu gestalten, hat es sich in Weiterführung der Erfindung als vorteilhaft erwiesen, den Verschnitt zusätzlich elastifizierende kautschukartige Zusätze in @engen bis zu 200 Teile, vorzugsweise 10 - 50 Teile, bezogen auf 100 Teile Verschnitt, beizugeben. Für diese Zwecke geeignet sind z. B. elastifizierende Kautschuke auf der Basis Butylkautschuk, Äthylen-Propylen-Kautschuk (EPM) bzw. Äthylen-Pr@pylen-Terpolymere, z. B. EPDM oder z. B. auch Äthylen-Vinylacetate (EV@) oder kautschukartige Äthylen-Acrylsäureester-Copolymere. Günstig hierbei ist, wenn diese elastifizierenden Komponenten ebenso wie das Polyäthylen durch Aufpfropfen von Silanverbindungen auf deren @oleküle durch Einwirkung von Feuchtigkeit vernetz- bar sind, d. h. auch die elastifizierende Komponente zum vernetzbaren enteil beiträgt.To a z. 3. Cuttings made from hard PE and polypropylene (Pjlyblend) also has to be sufficiently flexible for cable technology proved to be advantageous in a continuation of the invention, the waste in addition elasticizing rubber-like additives in quantities of up to 200 parts, preferably Add 10 - 50 parts, based on 100 parts of waste. Suitable for these purposes are z. B. elasticizing rubbers based on butyl rubber, ethylene-propylene rubber (EPM) or ethylene-propylene terpolymers, e.g. B. EPDM or z. B. also ethylene vinyl acetates (EV @) or rubbery ethylene-acrylic acid ester copolymers. It is favorable here, when these elasticizing components, like the polyethylene, by grafting of silane compounds cross-linked to their molecules by the action of moisture bar are, d. H. the elasticizing component also contributes to the crosslinkable part.

Als die Standfestigkeit vor allem auch in der Wärme erhöhender Mischungsbestandteil können neben dem Polypropylen auch andere höher schmelzende teilkristalline Polymere eingesetzt werden1 z. 3. das isotaktische Polybuten oder amorphe Polymere mit hoher Einfriertemperatur wie z. B. das Polystyrol. Diese hochschmelzenden Komponenten dienen im wesentlichen lediglich als organische Füllstoffe.As a component of the mixture that increases stability, especially when exposed to heat In addition to polypropylene, other higher-melting, partially crystalline polymers can also be used be used1 e.g. 3. the isotactic polybutene or amorphous polymers with high Freezing temperature such. B. the polystyrene. These high melting point components serve essentially only as organic fillers.

Die Erfindung sei ar hand des in der Fig. als Ausführungsbeispiel dargestellten Dieileiter-Niederspannungskabels näher erläutert.The invention is ar hand of in the Fig. As an exemplary embodiment illustrated die-conductor low-voltage cable explained in more detail.

Die z. B. aus Aluminium bestehenden Massiv-Sektorleiter 1 sind von der standfesten Isolierung 2 umgeben, die im Falle der Dreiphasenanordnung für die drei Leiter unterschiedlich eingefürbt ist. Darüber befindet sich die gemeinsame Aderumhüllung 3, z. t3. aus einer unvulkanisierten Gummimischung. Mit 4 ist der konzentrische Schutz- oder Hulleiter bezeichnet, er besteht aus einzelnen Kupferdrähten, die von der wendelförmig die Seele umlaufenden Kontaktwendel 5 überbrückt werden. Als äußere mechanisch widerstandsfähige Umhüllung dient der Mantel 6.The z. B. made of aluminum solid sector ladder 1 are from the stable insulation 2 surrounded, which in the case of the three-phase arrangement for the three conductors is colored differently. Above is the common Core sheath 3, e.g. t3. made from an unvulcanized rubber compound. With 4 is the denotes concentric protective or Hul conductor, it consists of individual copper wires, which are bridged by the helically surrounding the core of the contact coil 5. The jacket 6 serves as the outer, mechanically resistant covering.

Die Isolierung 2 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus einem siloxanvernetzten Verschnitt auf Basis Hart-PE/Polypropylen, der etwa folgendermaßen aufgebaut ist: Hischungsbeispiel 1 Hart-Polyäthylen 50 Teile Polypropylen 50 Teile elastifizierende Komponente (EPK) 50 Teile Silan 2,0 Teile Peroxid 0,2 Teile Katalysator 40 Zeile Alterungsschutzmittel cl 4 rei le Die Isolierung 2 kann aber auch nach foigenden Mischungsbeispiel aufgebaut sein: Mischungsbeispiel 2 Hart-Polyäthylen 25 Teile Polypropylen 75 Teile elastifizierende Komponente 100 Teile Silan 2,0 Teile Peroxid 0,2 Teile Katalysator 0,05 Teile Alterungsschutzmittel, Stabilisatoren S,5 Teile Mischungsbeispiel 3 Copolymer 60 Teile Polypropylen 40 Teile Silan 2,0 Teile Peroxid 0,2 Teile Katalysator 0,05 Teile Alterungsschutzmittel 0,5 Teile Das Mischen aller Mischungsbestandteile kann in einem Scjinellmiscioer oder einem sog. Tumbler erfolgen. Die elastifizierende Komponente wird in Krümel-oder Pulverform verwendet. Mitunter kann es vorteilhaft sein, auch die übrigen Polymeranteile in Pulverform einzusetzen. Pfropf- und Foriigebungsprozeß erfolgen vorteilhaft in einem Schritt in einem Extruder.The insulation 2 consists of one in this exemplary embodiment siloxane cross-linked blend based on hard PE / polypropylene, roughly as follows is built up: Hischungsbeispiel 1 hard polyethylene 50 parts, polypropylene 50 parts elasticizing component (EPK) 50 parts silane 2.0 parts peroxide 0.2 parts catalyst 40 row anti-aging agent cl 4 row The insulation 2 can, however, also follow be built up as follows: Mixture example 2 Rigid polyethylene 25 parts, polypropylene 75 parts, elasticizing component 100 Parts of silane 2.0 parts of peroxide 0.2 parts of catalyst 0.05 parts of anti-aging agent, Stabilizers S, 5 parts Mixture Example 3 Copolymer 60 parts Polypropylene 40 Parts of silane 2.0 parts of peroxide 0.2 parts of catalyst 0.05 parts of anti-aging agent 0.5 parts The mixing of all components of the mixture can be done in a scjinellmiscioer or a so-called tumbler. The elasticizing component comes in crumbs or crumbs Powder form used. Sometimes it can be advantageous to also use the remaining polymer components to be used in powder form. The grafting and forming process are advantageously carried out in one step in an extruder.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Claims 1. Electrical cable, in particular low-voltage distribution cable, with a covering made of an insulating material surrounding the conductor or conductors Heat resistance, characterized in that the insulating material is made from a blend from a homopolyolefin or a copolymer with a copolymer content of up to 20 % And a partially crystalline polymer / or polymer mixture with tertiary or @@ artary carbon atoms or polymers that have a high glass transition area have, and that the homo- or copolymers by grafting on silane compounds on whose molecules are moisture crosslinkable.

2. Cable according to claim 1, characterized in that as a homopolymer a high density polyethylene (# 0.94 g / cm3) is used.

3. Cable according to claim 1, characterized in that as partially crystallized Polymer an isotactic polypropylene is used.

£ :. Cable according to claim 1 or one of the following, characterized in that that rubber-like additives in Henden are also elasticizing the waste Up to 200 parts, preferably 10 - 50 parts per 100 parts of waste, are added are.

Cable according to claim 1, characterized in that as elasticizing Rubbers based on butyl rubber, ethylene propylene rubber, EPM, or ethylene-propylene terpolymers, EPDM, ethylene-vinyl acetate (EVA) or rubber-like Ethylene-acrylic acid ester copolymers are used.