DE3001647A1 - RADIATION CROSSLINKED, POLYMERIC, ELECTRICAL INSULATING MATERIAL - Google Patents
RADIATION CROSSLINKED, POLYMERIC, ELECTRICAL INSULATING MATERIALInfo
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Description
HOFFMANN · EITIJB & PARTNERHOFFMANN · EITIJB & PARTNER
PATENTANWÄLTE J U 0 1 D 4 /PATENTANWÄLTE J U 0 1 D 4 /
DIPL.-ING. K. FOCHSLE . DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELIASTRASSE 4, (STERNHAUS) ■ D-8000 MONCH EN 81 · TELEFON (08?) 911087 . TELEX 05-2961» (PATH E)DIPL.-ING. K. FOCHSLE. DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELIASTRASSE 4, (STERNHAUS) ■ D-8000 MONCH EN 81 · TELEPHONE (08?) 911087. TELEX 05-2961 »(PATH E)
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PIRELLI CABLE CORPORATION Union, N.J. /USAPIRELLI CABLE CORPORATION Union, N.J. /UNITED STATES
Strahlungsvernetztes, polymeres, elektrisches Isoliermaterial Radiation cross-linked, polymeric, electrical insulating material
Die Erfindung betrifft ein strahlungsvernetztes, polymeres, elektrisches Isoliermaterial, und insbesondere eine durch Strahlung vernetzte, polymere Isolierung für elektrische Kabel.The invention relates to a radiation-crosslinked, polymeric, electrical insulating material, and in particular to a through Radiation cross-linked polymeric insulation for electrical cables.
Die Verwendung von vernetzten, polymeren Isolierungen für elektrische Stromkabel, um diesen gewisse wünschenswerte mechanische oder elektrische Eigenschaften zu verleihen, ist bekannt, z.B. aus den US-Patentschriften 3 325 325, 3 749 817, 3 769 085, 3 387 065, 3 725 230 und 3 852 518. In einigen Fällen wird die Vernetzung durch Bestrahlen des polymeren Materials mit Elektronen hoher Energie bewirkt.The use of cross-linked, polymeric insulation for electrical power cables makes this certain desirable imparting mechanical or electrical properties is known, for example from US Patents 3,325,325, 3,749,817, 3,769,085, 3,387,065, 3,725,230, and 3,852,518. In some cases, the crosslinking is through Irradiating the polymeric material with electrons of high energy causes.
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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
Es ist weiterhin bekannt, Ruß in vernetzbare Polymere als Füllmittel oder Färbemittel oder um den Materialien Halbleitereigenschaften zu verleihen, zuzugeben. Dient das vernetzte Material als Isolierung, so soll es einen spezifischen Widerstand von wenigstens 1 χ 10 Ohm-cm bei 23 C und vorzugsweise von 1 χ 10 Ohm-cm bei dieser Temperatur haben. Um diesen Widerstand zu erhalten, wird meistens ein "medium thermal (MT)" Ruß einer Teilchengröße im Bereich von 200 bis 500 mum mit einem Polymermaterial in Mengen von bis zu 2,5 % des Gesamtgewichtes der Mischung vermischt. Dient das vernetzte Material als ein Halbleitermaterial, so liegt der spezifische Widerstand im allgemeinen unterhalb 1 χ 10 Ohm-cm bei 23 C und um diesen spezifischen Widerstand zu erzielen, wird Ruß einer Teilchengröße im Bereich von 20 bis 50 mum im allgemeinen mit dem Polymermaterial in unterschiedlichen Mengen, gewöhnlich im Bereich von 30 bis 40 %, je nach dem gewünschten Widerstand, vermischt. Mit anderen Worten heißt dies, daß man in dem Fall, daß das vernetzte Material als Isolierung dienen soll, verhältnismäßig geringe Mengen eines verhältnismäßig groben Rußes mit dem vernetzbaren Material vermischt, während man bei einem vernetzten Material, das als Halbleiter dienen soll und nicht als Isolator, verhältnismäßig feinen Ofenruß mit dem vernetzbaren Material abmischt.It is also known to use carbon black in crosslinkable polymers as a filler or colorant or around the materials To impart semiconductor properties, to admit. If the cross-linked material serves as insulation, it should be one resistivity of at least 1 χ 10 ohm-cm at 23 C and preferably 1 χ 10 ohm-cm at this Have temperature. In order to obtain this resistance, a "medium thermal (MT)" carbon black of one particle size is usually used in the range from 200 to 500 μm with a polymer material in amounts of up to 2.5% of the total weight the mixture mixed. If the crosslinked material serves as a semiconductor material, then the specific one lies Resistance generally below 1 χ 10 ohm-cm at 23 C and to achieve this specific resistance, carbon black having a particle size in the range from 20 to 50 μm is generally used with the polymer material in different ways Amounts usually in the range of 30 to 40% depending on the resistance desired. In other words this means that in the event that the crosslinked material is to serve as insulation, relatively small amounts a relatively coarse carbon black mixed with the crosslinkable material, while with a crosslinked material, that should serve as a semiconductor and not as an insulator, relatively fine furnace soot with the crosslinkable Mixing material.
Es wurde nun gefunden, daß die Durchschlagsfestigkeit eines strahlungsvernetzten, polymeren Isoliermaterials um mindestens den Faktor 2 erhöht werden kann, ohne den spezifischen Widerstand unterhalb 1 χ 10 Ohm-cm bei 23 C zu verringern, wenn man die Menge des mit dem vernetzbaren, polymeren Materials abzumischenden Rußes vor dem Extrudieren und der Bestrahlung erhöht. Erfindungsge-It has now been found that the dielectric strength a radiation-crosslinked, polymeric insulating material can be increased by at least a factor of 2 without the to reduce the specific resistance below 1 χ 10 ohm-cm at 23 C, if one considers the amount of the cross-linkable, polymeric material to be blended carbon black before extrusion and irradiation increased. Inventive
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maß wird Ruß einer Teilchengröße im Bereich von etwa 200 bis etwa 500 mum und in einer Menge von etwa 10 bis 40 Gew.-% der Mischung aus Ruß und dem polymeren Material mit dem vernetzbaren, polymeren Material vermischt, bevor dieses extrudiert und einer Bestrahlung ausgesetzt wird. Accordingly, carbon black having a particle size in the range from about 200 to about 500 μm and in an amount of about 10 to 40 % by weight of the mixture of carbon black and the polymeric material is mixed with the crosslinkable polymeric material before it is extruded and exposed to radiation will.
Obwohl die hier erzielte Verbesserung der Durchschlagsfestigkeit nicht voll erklärt werden kann, wird doch angenommen, daß die Erhöhung der Menge des groben Rußes im Vergleich zu der üblicherweise für Füll- oder Färbezwecke verwendeten die Verteilung der Elektronen beim Überqueren des vernetzbaren Materials erheblich erhöht und dadurch die Entwicklung von Elektronenwege oder "Bäumen" minimalisiert. Solche Wege oder Bäume beeinflussen die Durchschlagsfestigkeit des Isoliermaterial, wobei größere oder zahlreichere Bäume die Durchschlagsfestigkeit vermindern. Rußmengen von bis zu 40 % des Gesamtgewichtes der Mischung aus Ruß und dem polymeren Material vermindern den spezifischen Widerstand des vernetzten Materials nicht unterhalb 1 χ 10 ° Ohm-cm, während größere Mengen die Isoliereigenschaften des vernetzten Materials nachteilig beeinflussen. Vorzugsweise beträgt der Gehalt an grobem Ruß etwa 20 bis 30 Gew.-% der Mischung der beiden Komponenten. Der Kohlenstoffgehalt des vernetzten Isoliermaterials ist der gleiche wie der Kohlenstoffgehalt des Materials vor der Bestrahlung.Although the improvement in dielectric strength achieved here cannot be fully explained, it is believed that increasing the amount of coarse carbon black compared to that usually used for filling or coloring purposes used the distribution of electrons when crossing the crosslinkable material increased significantly thereby minimizing the development of electron paths or "trees". Affect such paths or trees the dielectric strength of the insulating material, with larger or more numerous trees being the dielectric strength Reduce. Carbon black amounts of up to 40% of the total weight of the mixture of carbon black and the polymeric material do not reduce the resistivity of the crosslinked material below 1 χ 10 ° ohm-cm, while larger amounts adversely affect the insulating properties of the crosslinked material. Preferably the Coarse carbon black content about 20 to 30% by weight of the mixture of the two components. The carbon content of the crosslinked The insulating material is the same as the carbon content of the material before irradiation.
Ein Ziel der Erfindung ist es, ein strahlungsvernetztes, polymeres Isoliermaterial zu zeigen, dessen Durchschlagsfestigkeit wesentlich größer ist als die Durchschlagsfestigkeit der bekannten, ähnlichen strahlungsvernetzten Isoliermaterialien. Ein weiteres Ziel der Erfindung istIt is an object of the invention to show a radiation-crosslinked, polymeric insulating material, its dielectric strength is significantly greater than the dielectric strength of the known, similar radiation-crosslinked Insulating materials. Another object of the invention is
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es, ein^elektrisches Stromkabel zu zeigen mit einem Leiter, der durch ein oder mehrere Schichten von strahlungsvernetzten, polymeren Materialien isoliert wird, und eine verbesserte Durchschlagsfestigkeit im Vergleich zu den Kabeln des Standes der Technik mit ähnlich isolierten Leitern aufweist. Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung sind für den Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung und den dort dargelegten bevorzugten Ausführungsformen ersichtlich. Die Zeichnung zeigt einen Querschnitt eines Elektrokabels aus wenigstens einer Schicht eines erfindungsgemäßen bestrahlten, vernetzten, polymeren Isoliermaterials.it to show an electric power cable with a conductor, which is isolated by one or more layers of radiation-crosslinked polymeric materials, and one improved dielectric strength compared to the cables of the prior art with similarly insulated Has ladders. Further objects and advantages of the invention will be apparent to those skilled in the art from the following description and the preferred embodiments set out there. The drawing shows a cross section an electrical cable made of at least one layer of an irradiated, crosslinked, polymer according to the invention Insulating material.
In'der Figur wird ein einadriges, elektrisches Stromkabel 1 gezeigt mit einem zentralen Leiter 2 und einem Paar Schichten 3 und 4, welche sich darum erstrecken. Der Leiter 2 kann, wie gezeigt, aus Einzelkabeln bestehen, oder kann ein kompakter Draht sein. Obwohl in Kabel 1 nur ein einziger Leiter gezeigt wird, ist die Erfindung selbstverständlich in gleicher Weise auch für die Isolierung von Kabeln mit mehreren Leitern anwendbar.A single-core electrical power cable is shown in the figure 1 shown with a central conductor 2 and a pair of layers 3 and 4 extending therearound. Of the Conductor 2 can, as shown, consist of individual cables or can be a compact wire. Although in cable 1 Only a single conductor is shown, the invention is of course equally applicable to insulation applicable to cables with multiple conductors.
Wenigstens eine der Schichten 3 und 4 ist eine Isolierschicht aus einem polymeren Material mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung, d.h. ein strahlungsvernetztes Polymermaterial mit einem spezifischen Widerstand vonAt least one of the layers 3 and 4 is an insulating layer made of a polymeric material with that according to the invention Composition, i.e. a radiation crosslinked polymer material with a resistivity of
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wenigstens 1 χ 10 Ohm-cm und enthaltend Ruß einer Teilchengröße im Bereich von 200 bis 500 mum und in einer Menge, ausgedrückt in Gewicht/ im Bereich von 10 bis 40 % des Gesamtgewichtes des Polymermaterials und des Rußes. Vorzugsweise ist der Ruß ein solcher, wie er im Handel als "medium thermal"-Typ bekannt ist. Obwohl auch Ruß mit einer Teilchengröße außerhalb des Bereiches vonat least 1 χ 10 ohm-cm and containing carbon black having a particle size in the range from 200 to 500 μm and in an amount expressed in weight / in the range from 10 to 40% of the total weight of the polymer material and the carbon black. Preferably the carbon black is what is known in the trade as a "medium thermal" type. Although carbon black with a particle size outside the range of
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200 bis 500 mum in geringen Mengen vorhanden sein kann, soll die Menge an Ruß mit einer Teilchengröße von weniger als 200 mum geringer sein als eine solche, durch welche ein spezifischer Widerstand von weniger als 1 χ 10 Ohm-cm verursacht wird. Das Polymermaterial kann jedes bekannte, strahlungsvernetzbare Material sein, z.B. Polyäthylen, Polyvinylchlorid, Silikonkautschuk, Styrol-Butadienkautschuk, Äthylencopolymere einschließlich Äthylenpropylenkautschuk, Äthylenterpolymere, Mischungen solcher Polymeren und dergleichen.200 to 500 µm may be present in small amounts, the amount of carbon black should have a particle size of less than 200 µm less than one by which a specific resistance of less than 1 χ 10 ohm-cm is caused. The polymer material can be any known, radiation-crosslinkable material, e.g. polyethylene, polyvinyl chloride, silicone rubber, styrene-butadiene rubber, ethylene copolymers including Ethylene propylene rubber, ethylene terpolymers, blends of such polymers, and the like.
Vorzugsweise liegt der Ruß in einer Menge von etwa 20 bis 30 Gew.-% und insbesondere in einer Menge von etwa 28 % vor, und der spezifische Widerstand der Isolierschicht ist wenigstens 1 χ 10 Ohm-cm.The carbon black is preferably present in an amount of about 20 to 30% by weight and in particular in an amount of about 28%, and the resistivity of the insulating layer is at least 1 χ 10 ohm-cm.
Gemäß .einer bevorzugten Ausführungsform sind in dem erfindungsgemäßen Kabel beide Schichten 3 und 4 aus dem bestrahlten, vernetzten Polymermaterial hergestellt, wobei z.B. die Schicht 3 aus einem Polyäthylen niedriger Dichte und die Schicht 4 aus entweder einem Polyäthylen hoher oder mittleren Dichte besteht und jede Schicht Ruß in den vorerwähnten Mengen und mit den vorerwähnten Teilchengrößen enthält. Eine der beiden Schichten 3 und 4 kann aber aus einem anderen Material bestehen und gewünschtenfalls kann man auch eine der beiden Schichten 3 und 4 fortlassen, sofern die verbleibende Schicht das erfindungsgemäße strahlungsvernetzte, polymere Material ist. Ein Polyäthylen niedriger, mittlerer oder hoher Dichte entspricht ASTM Typ I, Typ II und Typ III, wobei ein niedrigdichtes Polyäthylen eine Dichte von etwa 0,910 bis etwa 0,925 g/cm , ein Polyäthylen mittlerer Dichte von etwa 0,926 bis etwa 0,940 g/cm und ein hochdichtes Polyäthylen etwa 0,941 bis 0,965 g/cm3 umfaßt.According to a preferred embodiment, both layers 3 and 4 are made of the irradiated, crosslinked polymer material in the cable according to the invention, for example layer 3 consisting of a low density polyethylene and layer 4 consisting of either a high or medium density polyethylene and each layer carbon black Contains in the aforementioned amounts and with the aforementioned particle sizes. One of the two layers 3 and 4 can, however, consist of a different material and, if desired, one of the two layers 3 and 4 can also be omitted, provided that the remaining layer is the radiation-crosslinked polymeric material according to the invention. A low, medium or high density polyethylene corresponds to ASTM Type I, Type II and Type III, with a low density polyethylene having a density of about 0.910 to about 0.925 g / cm, a medium density polyethylene of about 0.926 to about 0.940 g / cm and a high density polyethylene comprises about 0.941 to 0.965 g / cm 3 .
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Alternativ kann die Schicht 3 eine Halbleiterschicht sein, z.B. eine Schicht aus einem strahlungsvernetzten, polymeren Material mit einem spezifischen Widerstand von T χ 10 Ohm-cm oder weniger und die Schicht 4 kann eine Schicht aus einem strahlungsvernetzten,polymeren Material gemäß der Erfindung sein. Das Kabel 1 kann natürlich weitere Schichten aus unterschiedlichen Materialien haben, die entweder zwischen einer Schicht 4 aus einem erfindungsgemäßen Isoliermaterial und dem Leiter 2 liegen, oder außerhalb der Schicht, d.h. als Abschirmungs- oder Schutzschicht. Mit anderen Worten kann das erfindungsgemäße Isoliermaterial als elektrische Isolierung überall dort verwendet werden, wo es benötigt wird.Alternatively, the layer 3 can be a semiconductor layer, e.g. a layer made of a radiation-crosslinked, polymeric material with a specific resistance of T χ 10 ohm-cm or less and the layer 4 can be a layer of a radiation crosslinked polymeric material according to the invention. The cable 1 can of course have further layers made of different materials, either between a layer 4 made of an insulating material according to the invention and the conductor 2, or outside the layer, i.e. as a shielding or protective layer. In other words, the insulating material according to the invention can be used as electrical insulation can be used wherever it is needed.
Das erfindungsgemäße Isoliermaterial kann in bekannter Weise hergestellt werden, indem man z.B. Ruß und das polymere Material sowie andere Stoffe, die üblicherweise bei der Herstellung von strahlungsvernetzten, polymeren Isolierinaterialien verwendet werden, zusammengibt. Bei der Herstellung eines Elektrokabels wie das Kabel 1 können eine oder mehrere Schichten des zubereiteten Polymermaterials einzeln oder gleichzeitig über den Leiter 2 in üblicher Weise extrudiert werden, worauf man dann die Schicht oder die Schichten einer Bestrahlung unterwirft mit Dosen, wie sie zur Vernetzung erforderlich sind, und wie sie in den vorerwähnten Patentschriften beschrieben werden.The insulating material according to the invention can be used in a known manner Way can be produced by, for example, carbon black and the polymeric material as well as other substances that are commonly used are used in the production of radiation-crosslinked, polymeric insulating materials. at The manufacture of an electrical cable like the cable 1 can have one or more layers of the prepared Polymer material are extruded individually or simultaneously over the conductor 2 in a conventional manner, whereupon one then the layer or layers are subjected to irradiation with doses as required for crosslinking and as described in the aforementioned patents.
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liermaterial mit verbesserter Durchschlagsfestigkeit und verbessertem spezifischem Widerstand von wenigstens 1 χ 10 Ohm-cm, dadurch gekennzeichnet, daß das Material Ruß einer Teilchengröße im Bereich von 200 bis 500 mum enthält und der Ruß in einer Menge von 10 bis 40 %f bezogen auf das Gesamtgewicht des polymeren Materials und des Rußes enthalten ist»Radiation-crosslinked, polymeric, electrical insulation
liermaterial with improved dielectric strength and improved specific resistance of at least 1 χ 10 ohm-cm, characterized in that the material contains carbon black with a particle size in the range from 200 to 500 μm and the carbon black in an amount of 10 to 40% f based on the total weight the polymeric material and the carbon black is contained »
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