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Wärmebeständiges flexibles, feuerfestes, elektrisches
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Isolierband und dessen Verwendung zum Isolieren von elektrischen Leitern
Die Erfindung betrifft den Aufbau von feuerfest isolierten, elektrischen Drähten
und/oder Kabeln und insbesondere den Aufbau von verbesserten isolierten Drähten
und/oder Kabeln, die auch noch bei Temperaturen von bis zu 954 0C während einer
Zeitdauer von einer Stunde normal funktionieren Es besteht ein Beaürnis für den
Aufbau von isolierten elektrischen Drähten und/oder Kabeln, die hohenTemperaturen
von 9540C, die entweder von aussen auf den Draht
oder das Kabel
einwirken oder aufgrund von Kurzschlüssen im Inneren erzeugt werden, widerstehen
können.
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Keramik und/oder Glasfasern sind bisher zur Herstellung solcher elektrischer
Kabel verwendet worden. Auch beschichtete Gewebe und Keramikstrukturen sind in Kombination
mit Glasfasergeweben und Metalloxiden für diesen Zweck hergestellt worden.
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Aus US-PS 2 587 916 ist ein auf Hitze ansprechendes Kabel aus einem
Paar elektrischer Drähte bekannt, die durch eine Glaszusammensetzung, enthaltend
Bariumoxid und/oder Boroxid, und die bei Normaltemperatur nicht leitend aber bei
hohen Temperaturen leitend ist, voneinander getrennt sind. Gemäss einer Ausführungsform
liegt das Glas in Form eines Gewebes vor, in das feinteilige feuerfeste Materialien
verteilt sind, um.die Fähigkeit, hohen Temperaturen zu widerstehen, zu erhöhen.
Das Bariumoxid und/oder Boroxid enthaltende Band aus Glasfasern isoliert die Drähte
nicht bei hohen Temperaturen sondern stellt vielmehr einen leitfähigen Pfad dar,
um hohe Temperaturen nachzuweisen.
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US-PS 3 602 636 betrifft ein elektrisches Kabel, bei dem die Leiter
schneckenförmig mit einem Glasgewebetuch umwickelt sind und die eine Beschichtung
aus einem feuerbeständigen syntetischen Kautschuk zusammen mit einer extrudierten
Folie aus Polyvinylchlorid (PVC oder dergleichen) zur Bedeckung des zusammengesetzten
Kabels aufweist.
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US-PS 3 632 412 betrifft einen druckempfindlichen Kleber für elektrische
Bänder der Klasse F (hochtemperaturbeständig).
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Der Kleber ist ein Interpolymer von Acrylaten, Methacrylaten und Hydroxyacrylaten
oder Hydroxymethacrylaten. Als Substrat kann man bei diesem Band auch Glastuch verwenden.
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US-PS 3 013 902 betrifft Gewebe, die mit kolloidalem Aluminiumoxid
beschichtet sind und die einen äusseren Überzug aus einem Polymeren mit einer Vielzahl
von freien carboxylischen Säuregruppen aufweisen. Als Gewebesubstrat werden in einer
Reihe von möglichen Materialien auch Glasfasern genannt. Diese Textilprodukte haben
eine verbesserte Schmutzbeständigkeit und eine verbesserte Waschbarkeit.
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Die Verwendung dieser Gewebe in elektrischen Bändern, Drähten oder
Kabeln wird dort nicht offenbart oder vorgeschlagen.
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US-PS 3 095 336 betrifft die Herstellung von keramischen Artikeln,
die mit Glasgeweben laminiert werden, indem man Glasfasern mit einer Mischung von
wärmehärtbaren Harzen und keramischen Füllern imprägniert, das Harz härtet, das
Harz zum Vergasen erhitzt, worauf man dann zum Verschmelzen des Glasgewebes und
des keramischen Füllers auf erhöhte Temperaturen erhitzt, unter Ausbildung eines
harten, laminierten, keramischen Produktes mit hohen Festigkeitseigenschaften. Auch
hier wird nicht die Verwendung für elektrische Bänder, Drähte oder Kabel offenbart
oder vorgeschlagen.
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Plastikverbindungen (hauptsächlich Vinylharze) und eine Reihe von
elastomeren Verbindungen werden in grossem Masse zum Isolieren und als Schutzmäntel
für elektrische Drähte und Kabel verwendet. Werden sie Feuer mit einer Zündtemperatur
von 3710C oder mehr ausgesetzt, dann brennen Vinylharze und im wesentlichen alle
anderen Elastomere und entwickeln toxische Dämpfe. Die Industrie hat die Gefahr
von
elektrischen Bränden bei Draht- oder Kabelisolierungen und -ummantelungen längst
erkannt und zahlreiche Bemühungen wurden unternommen, um das Verhalten dieser Produkte
zu verbessern. Man hat deshalb in grossem Masse feuerretardierende elektrische Isolierungen
aus Asbestfasern für die Isolierung und zum Abdecken von Ummantelungen bei der Herstellung
von feuerbeständigen elektrischen Drähten und Kabeln angewendet. Nachdem aber Asbestfasern
als karzinogen erkannt wurden, ist man bemüht, die Verwendung von Asbest einzuschränken.
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Um den Vorschriften für die Feuerbeständigkeit von elektrischen Drähten
und Kabeln auf Anwendungsgebieten,.bei denen diese hoch beansprucht werden, z.B.
im Schiffsbau (Schiffe und Unterseeboote), im Bergbau, bei Bohrinseln, Kernkraftanlagen,
usw., zu entsprechen, werden explosionssichere, feuerbeständige Installationsleitungen
im allgemeinen vorgeschrieben. Dies schliesst auch die Installation von Stahlrohren
ein, in welchen elektrische Drähte und Kabel verlegt werden. Dabei wird eine feuerbeständige
Verbindung durch das Rohr unter Druck gepresst, um die mit Vinyl beschichteten Drähte
und Kabel vor den Auswirkungen von Bränden zu schützen. Durch diese Art der Isolierung
wird die Ausbreitung und die Rauchentwicklung von elektrischen Bränden vermindert.
Eine solche Auskleidung ist jedoch kostspielig und obwohl ein Ausbreiten des Brandes
ausserhalb der Stahlleitung weitgehend vermieden werden kann, wird die Wärme innerhalb
der Leitung festgenalten, so dass die Drähte und Kabel verbrennen und aufgrund eines
elektrischen Kurzschlusses letzten Endes die- Stromversorgung unterbrochen wird.
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Im Hinblick auf diese Überlegungen wurden die erfindungsgemässen,
mit einer verbesserten Isolierung versehenen elektrischen Drähte oder Kabel entwickelt,
um isolierte elektrische Drähte und Kabel zu ergeben, die wärmebeständig sind und
die den speziellen elektrisc-hen Spezifizierungen bei Bränden oder wenn sie anderen,
sehr heissen Wärmequellen ausgesetzt sind, entsprechen.
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Die Erfindung betrifft somit ein wärmebeständiges, mit einem flexiblen
feuerfesten Material versehenes, elektrisches Isolierband aus einem porösen Grundgewebe,
einer feuerfesten Beschichtung aus einem feuerfesten Material und einem Bindemittel,
wobei die feuerfeste Beschichtung auf der Oberfläche und in den Zwischenräumen des
Gewebes ist, und das feuerfeste Material in der Lage ist, mit dem porösen Grundgewebe
bei erhöhten Temperaturen zu verschmelzen. Wird ein solches Isolierband um einen
elektrischen Leiter gewickelt, so erhält man einen hochtemperatur-und feuerbeständigen
isolierten Draht- oder Kabelaufbau.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines feuer-
und wärmebeständigen isolierten, elektrischen Leiters, wobei das Verfahren durch
folgende Stufen gekennzeichnet ist: Aufbringen eines feuerfesten Überzugs auf ein
poröses Grundgewebe; Aufbringen eines Klebeüberzugs auf das mit dem feuerfesten
Überzug versehene Grundgewebe und Umhüllen eines elektrischen Leiters mit dem klebstoffbeschichteten
und einen feuerfesten Überzug tragenden Grundgewebe.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein hitzebeständiges, flexibles,
feuerfestes Band mit Reckeigenschaften zur Verfügung zu stellen und einen isolierten
elektrischen
Draht und/oder ein Kabel herzustellen, indem man einen
Leiter, vorzugsweise Kupfer, mit diesem hitzebeständigen flexiblen, feuerfesten
Band mit Reckeigenschaften umhüllt.
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Das hochtemperatur- und hitzebeständige flexible, feuerfeste Band
mit Reckeigenschaften wird hergestellt, indem man ein hitzebeständiges poröses Grundgewebe,
vorzugsweise ein gewirktes Glasfasergewebe, mit Hochtemperatur-und hitzebeständigen
feuerfesten Materialien, wie Aluminiumoxid oder Zirkonoxid, unter Verwendung eines
Bindemittels, wie einer Kombination aus einem Acryllatex und kolloidalem Siliziumdioxid
oder mit einem Acryllatex allein, beschichtet und imprägniert.-Das feuerfeste Material
kann mit dem Bindemittel vermischt werden, so dass das feuerfeste Material gleichmässig
in dem Bindemittel enthalten ist und diese Mischung kann man dann auf das poröse
Grundgewebe aufbringen, um den feuerfesten Überzug zu bilden. Dieser feuerfeste
Überzug besteht aus den feuerfesten Materialien und den Bindemitteln und wird sowohl
auf die Oberfläche als auch auf die Zwischenräume desporösen Grundgewebes gebunden.
Nach dem Imprägnieren und Beschichten des Grundgewebes mit dem feuerfesten überzug
wird das beschichtete Gewebe vorzugsweise auf beiden Seiten mit einem feuerhemmenden,
abriebbeständigen, polymeren Überzug versehen, getrocknet und auf die gewünschten
Breiten geschnitten, unter Bildung eines hochtemperaturbeständigen Bandes Dieses
Band wird vorzugsweise um den Draht- oder Kabelleiter so gewickelt, dass sie sich
immer um 50 % überlappen und man infolgedessen eine doppelte Isolierschicht mit
jeder Umwicklung erhält. Ein zweites Band kann über
das erste in
gleicher Weise gewickelt werden, wodurch man eine zweite Doppel schicht der Isolierung
erhält, so dass man insgesamt vier Isolierschichten, die um den Leiter gewickelt
sind, erhält. Bei Kabeln mit zwei oder mehr getrennten Leitern, wird vorzugsweise
jeder Leiter einzeln mit einer doppelten Isolierschicht umhüllt, alle einzeln umhüllten
Leiter werden dann zusammen zu einem elektrischen Kabel geformt und als Bündel dann
mit dem hochtemperaturbeständigen Isolierband der vorher beschriebenen Art unter
Ausbildung einer doppelten Schicht der Aussenisolierung umhüllt.
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Bei hohen Temperaturen zersetzt sich das das feuerfeste Material enthaltende
Bindemittel, wodurch sich das feuerfeste Material mit der erweichten Oberfläche
des gewirkten Glasfasergrundsubstrates verbindet, wodurch dieses befähigt wird,
intensive Hitze und hohe Temperaturen erheblich oberhalb des normalen Schmelzpunktes
des Glasfasergewirkes auszuhalten. Dabei nimmt das Gewirk einen Aufbau an, der keramische
Qualitäten hat und nicht erweicht, schmilzt, tropft oder seine Isoliereigenschaften
verliert.
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Ein Merkmal der Erfindung besteht in der Tatsache, dass die feuerfesten
Materialien sowohl in den Zwischenräumen als auch an der Oberfläche des Grundgewebes
gebunden sind, so dass ein erheblicher Teil der Flexibilität des Gewebes und die
Reckeigenschaften beibehalten werden.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert, worin bedeuten:
Fig.
1 einen vergrösserten perspektivischen Ausschnitt aus einem Segment eines erfindungsgemäss
feuerfest isolierten elektrischen Kabels, bei dem zwei getrennte isolierte Kupferdrahtleiter
zusammen umwickelt werden.
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Fig. 2 zeigt einen vergrösserten perspektivischen .Ausschnitt eines
Segmentes eines feuerbeständigen elektrischen Kabels, bei dem ein vielstrangiger
Leiter mit einer doppelten äusseren Isolierung umwickelt wird.
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Fig. 3 ist ein vergrösserter Querschnitt einer Isolierung mit einem
gewirkten Substrat und zeigt den Imprägnierüberzug mit den feuerfesten Materialien
auf beiden Oberflächen des Substrates sowie auch in den Maschen des Gewirkes.
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Fig. 4 ist ein vergrösserter Ausschnitt aus einem Grundsubstrat und
zeigt die Imprägnierbeschichtung des feuerfesten Materials auf der Oberfläche und
in den Maschen des Substrates.
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In den Fig. 1 bis 4 bedeuten gleiche Bezugsziffern jeweils gleiche
Teile.
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Das feuerbeständig isolierte elektrische Kabel 10 in Fig. 1 besteht
aus zwei Kupferleitern 11, die einzeln mit einem hochtemperaL-urbeständigen Isolierband
12 umwickelt
sind und als Paar mit einer zusätzlichen äusseren
Isolierumwicklung 13 aus dem hochtemperaturbeständigen Isolierband versehen sind.
Die Isolierbänder werden in beiden Fällen so aufgewickelt, dass sie sich um jeweils
50 % überlappen, so dass jeweils eine Doppelschicht der Isolierung bei jeder Umhüllung
mit dem Band vorliegt.
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Vorzugsweise wird ein flammfester Klebstoff unmittelbar vor dem Umwickeln
aufgebracht, um jedes Verschieben oder Abheben der Isolierung beim Schneiden des
Kabels zu verhindern.
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Alternativ kann ein flammfester Kleber auch schon vorher auf dem Umwicklungsband
aufgebracht werden. Hierbei sind verschiedene Ausführungsformen möglich. Gemäss
einer Ausführungsform wird der Kleber auf beiden Seiten der Polymerbeschichtung
aufgetragen. d.h. auf jeder Seite, die einen Polymerüberzug aufweist. Gemäss der
anderen Ausführungsform wird der feuerfeste Überzug auf beide Seiten des porösen
Grundsubstrats aufgetragen, dann wird auf eine der mit dem feuerfesten Überzug versehenen
Oberflächen ein Polymerüberzug aufgebracht und auf die andere Seite wird ein Klebstoff
aufgetragen. Die Wahl hängt von wirtschaftlichen Gesichtspunkten und den gewünschten
Eigenschaften und Anwendungen für das fertige elektrische Kabel ab.
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Der Aufbau des flammfesten elektrischen Kabels 15, das in Fig. 2 gezeigt
wird, besteht aus einem zentralen vielstrangigen Kupferleiter 16, der mit einer
inneren Schicht 17 aus einem Isolierband und einer äusseren Isolierbandschicht 18
umwickelt ist. In beiden Fällen wird ein Isolierband wie in Fig. 1 so aufgewickelt,
dass es jeweils 50 % der zuvor aufgewickelten Teile überschneidet und wodurch
man
eine doppelte Isolierschicht bei jeder Umwicklung erhält.
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Der Aufbau des flammfesten Überzugsmaterials 20 (aus dem das Isolierband
12 gebildet wird) wird in Fig. 3 gezeigt und besteht aus einem gewirkten Glasfasersubstrat
26 mit Wirkfäden 24 und Füllfäden 25.
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Man erzielt befriedigende Ergebnisse, wenn man Wirkfäden 24 aus DE-Glasfäden
mit der Fadenbezeichnung DE-150-1/0 verwendet und als Füllfäden 25 solche aus Faserglas
mit einer Fadenbezeichnung von DE-150-1/0.
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Das poröse Substrat 26 aus gewirkten Glasfäden, das gemäss einer bevorzugten
Ausführungsform als Substrat verwendet wird, kann auf einer Kettenwirkmaschine vom
Raschel-Typ, hergestellt von Karl Mayer GmbH, Deutschland; Liba GmbH, Deutschland;
Rockwell International, USA und der Kidde Textile Machine Company, USA, hergestellt
werden und hat vorzugsweise folgende Spezifikationen: Dicke des Substrats: 0,0406
cm Gewicht des Substrats: 305 g/m2 Wirkart: Gewirkt mit Schussfäden Wirkaufbau:
drei Schichten 1. Schicht: Wirkfäden-Kabelstich 20 Wirkstiche pro 2,54 cm Breite
(Garn: Glasfasern DE-105-1/0) 2. Schicht: eingelegte Schussfadenschicht mit 24 Stichen
pro 2,54 cm der
Länge des Gewirkes (Garn: Glasfäden DE-150-1/0)
3. Schicht: Verstärkungsgarn (gegebenenfalls) (Garn: Glasfasern DE-150-1/0) Für
den Fachmann ist ersichtlich, dass das gewirkte Glasfasersubstrat 26 zwar vorzugsweise
ganz aus Glasfaserfäden besteht aber auch andere feuerfeste Wirkfäden 24 enthalten
kann oder das nur die Schussfäden im Garn 25 aus Glasfäden bestehen. Das poröse
Substrat kann auch ein gewebtes Glasfasergewebe oder ein nicht-gewebtes poröses
Glasfaservlies sein.
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Der Ausdruck Substrat schliesst hier gewirkte, gestrickte, gefilzte,
verschmolzene, nicht-gewebte oder andere Aufbauten aus Fäden und Fasern ein. Das
Grundsubstrat muss porös sein und die Textur des Substrats muss offen sein, damit
der feuerfeste Überzug in die Oberfläche des Substrates eindringen kann und dort
ganz oder wenigstens zum Teil die Zwischenräume (Maschen) des porösen Substrats
ausfüllt.
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Der feuerfeste Überzug,: der auf beide Seiten aufgetragen wird und
in die Maschen des porösen Grundsubstrates eindringt, besteht aus einem hitzebeständigen
feuerfesten Material, das mit einem Bindemittel vermischt oder mit diesem dispergiert
ist, Als feuerfeste Materialien kommen alle bekannten feuerfesten Materialien in
feinteiliger Form in Frage, die beim Erhitzen des Grundsubstrates auf hohe Temperaturen,
z.B. oberhalb 954 0C, mit diesem verschmelzen. Geeignete feuerfeste Materialien
sind z.B.
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Verbindungen von Aluminium, Kalzium, Chrom, Magnesium,
Silizium,
Titan, Zirkonium und dergleichen, wie Aluminiumoxid, Kalziumoxid, Magnesiumoxid,
Siliziumoxid, Titanoxid, Zirkonoxid, Aluminiumsilikat, Kalziumsilikat, Magnesiumsilikat,
Siliziumcarbid, Zirkoncarbid und dergleichen.
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Bevorzugt werden Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Kalziumsilikat und
Siliziumdioxid, und zwar alleine oder in Kombination.
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Das Bindemittel wird verwendet um die feuerfesten Materialien an dem
porösen Grundsubstrat anhaften zu lassen oder mit diesem zu verbinden. Obwohl sich
das Bindemittel bei sehr hohen Temperaturen von beispielsweise etwa oberhalb 9540C,
zersetzt, soll es dabei keine Flamme bilden. Bei diesen Temperaturen schmelzen die
feuerfesten Materialien in die Oberfläche des porösen Substrates und bilden einen
hochtemperaturbeständigen keramischen Aufbau mit Isoliereigenschaften. Geeignete
Bindemittel sind Acryllatexharze allein oder in Kombination mit kolloidalem Siliziumdioxid.
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In den nachfolgenden Beispielen wird eine Reihe von feuerfesten Überzugsmitteln,
die in diesen Beispielen als feuerfeste Kitte bezeichnet werden, aufgeführt. Dabei
werden die Ausdrücke "feuer£este Überzüge11 und11 feuerfeste Kitte" als gleichbedeutend
angesehen. Weiterhin werden in diesen Beispielen die Komponenten in dem Bindemittel
als "Binder" bezeichnet. Ein oder zwei "Binder" bilden das Bindemittel.
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Ausser dem Bindemittel und den feuerfesten Materialien kann der feuerfeste
Überzug -gewünschtenfalls, jedoch vorzugsweise ein Verdickungsmittel enthalten.
Der Zweck des Verdickungsmittels besteht darin, dem feuerfesten
Überzug
mehr Körper zu verleihen und dessen Viskosität zu erhöhen um das Auftragen des Überzugs
auf das poröse Grundsubstrat zu erleichtern und um den feuerfesten Überzug an der
Oberfläche des Substrates besser anhaften zu lassen. Ein bevorzugtes Verdickungsmittel
ist eine 50 Gew.%-ige Dispersion eines Acrylat-Vinylpyrrolidon-Copolymers in Wasser.
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Wie in Fig. 3 gezeigt wird, ist das Grundsubstrat 26 auf beiden Seiten
mit feuerfesten Materialien 21, wie in einem feuerfesten Kitt (nachfolgend auch
als feuerfester Uberzug bezeichnet) überzogen, wobei der Kitt die folgenden Formulierungen
haben kann: BEISPIEL 1 Hochtemperatur- und hitzebeständiger, feuerfester Kitt Materialien
Gew. -Teile ~~ len 1. Binder: kolloidale Siliziumdioxiddispersion NYACOL 2050 400
NYACOL Inc., Ashland 2. Binder - organisch: Acryllatexharz UCAR 189 (2,5 a Feststoff
in Wasser) 100 Union Carbide Corp., New York 3. Aluminiumoxid: RC-172 DBM 300 Reynolds
Metals Company Chemical Division, Richmond
4. Verdickungsmittel:
Collacral CL (Acrylat-Vinylpyrrolidon-Copolymer, 50 % Feststoff in Wasser) 100 Ciba-Geigy,
Ardsley Gesamt 900 BEISPIEL 2 Hochtemperatur- und hitzebeständiger, feuerfester
Kitt Materialien Gew.-Teile.
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~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~ 1. Binder: kolloidale Siliziumoxiddispersion
NYACOL 2050 400 NYACOL Inc.
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2. Binder - organisch: Acryllatexharz UCAR 189 (2-1/2 % Feststoff
in Wasser) 100 Union Carbide Corp., New York 3. Kalziummetasilikat NYAD - 400 100
Interspace Corp., Willsboro 4. Siliziumdioxid Min-U-Sil 100 Pennsylvania Glass Sand
Corp., Pittsburg 5. Aluminiumoxid RC-172 DBM 100 Reynolds Metalls Company Chemicals
Division, Richmond
6. Verdickungsmittel: Collacral VL Acrylat-Vinylpyrrolidon-Copolymer
(50 % Feststoff in Wasser) 100 Ciba-Geigy, Ardsley Gesamt 900 BEISPIEL 3 Hochtemperatur-
und hitzebeständiger, feuerfester Kitt Materialien Gew. -Teile 1. Kaowool-Zement:
400 Al203: 41 % Si203: 57 % anderes: 2 % ges.: 100 % Babcock and Wilcox Refractories
Division, Augusta 2. Binder - organisch: Acryllatexharz UCAR 189 (2-1/2 % Feststoff
in Wasser) 30 Union Carbide Corp. , New York 3. Verdickungsmittel: Collacral VL
(Acrylat-Vinylpyrrolidon-Copolymer, 50 % Feststoff in Wasser) 30 Ciba-Geigy, Ardsley
Gesamt 460
BEISPIEL 4 Hochtemperatur- und hitzebeständiger, feuerfester
Kitt Materialien Gew.-Teile 1. QF-180 Beschichtungszement: 400 Al203: 41 % SiO2:
57 % andere: 2 % ges.: 100 % The Carborundum Co., Niagara Falls 2. Binder - organisch:
Acryllatexharz UCAR 189 30 (2-1/2 % Feststoff in Wasser) Union Carbide Corp., New
York 3. Verdickungsmittel: Collacral VL (Acrylat-Vinylpyrrolidon-Copolymer, 50 %
Feststoff in Wasser) 30 Ciba-Geigy, Ardsley Gesamt 460 BEISPIEL 5 Hochtemperatur-
und hitzebeständiger, feuerfester Kitt Materialien Gew.-Teile 1. Binder: kolloidale
Siliziumdioxiddispersion NYACOL 2050 400 NYACOL Inc., Ashland
2.
Binder - organisch: Acryllatexharz UCAR 189 (2-1/2 % Feststoff in Wasser) 100 Union
Carbide Corp., New York 3. Aluminiumoxidbauschfaser, kugelmühlenvermahlen - 'tSaffil"-Faser
300 Imperial Chemical Industries Ltd., Grossbritannien 4. Verdickungsmittel: Collacral
VL (Acrylat-Vinylpyrrolidon-Copolymer, 50 % Feststoff in Wasser) 100 Ciba-Geigy,
Ardsley ~~~~~~~~~~ Gesamt 900 BEISPIEL 6 Hochtemperatur- und hitzebeständiger, feuerfester
Kitt Materialien Gew.-Teile 1 Binder: kolloidale Siliziumdioxiddispersion NYACOL
2050 400 NYACOL Inc., Ashland 2. Binder - organisch: Acryllatexharz UCAR 189 (2-1/2
% Feststoff in Wasser 100 Union Carbide Corp., New York
3. Zirkoniumdioxidfaser
kugelmühlenvermahlene Zirkoniumdioxidf aser 300 Imperial Chemical Industries Ltd.,
Grossbritannien 4. Verdickungsmittel: Collacral VL (Acrylat-Vinylpyrrolidon-Copolymer,
50 % Feststoff in Wasser) 100 Ciba-Geigy, Ardsley ~~~~~~~~~~ Gesamt 900 Das Grundgewebe,
wie es in Fig. 3 und 4 gezeigt wird, ist auf beiden Seiten mit einem feuerfesten
Überzug oder Kitt 21 gemäss den vorhergehenden Beispielen mit einer Beschichtungsdichte
von annähernd 340 g/m2, bezogen auf das Trockennettogewicht, beschichtet und imprägniert
worden, was etwa 50 % des Gesamtgewichtes des imprägnierten Grundgewebes ausmacht.
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Dann wird über die feuerfeste Imprägnierbeschichtung ein flammbeständiger,
polymerer Überzug mit einer Dichte von 2 annähernd 40 g/m2, bezogen auf das Trockennettogewicht,
aufgetragen, um die Oberflächenabtiebsfestigkeit des Gewebes zu verbessern und um
alle feuerfesten Materialien noch besser zu binden, die sich sonst lockern würden,
wenn das Gewebe bei der Draht- und/oder Kabelumwicklung gedehnt wird.
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Der flammfeste, polymere Überzug wird auf beide Oberflächen
des
feuerfesten Uberzuges oder gewünschtenfalls auf nur einer Oberfläche aufgebracht,
insbesondere, wenn ein feuerfester Kleber vorher auf die andere Oberfläche des feuerfesten
Überzugs aufgebracht wurde.
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Das in dem polymeren Überzug verwendete Polymer darE beim Aussetzen
einer Flamme oder bei grosser Hitze, wie sie von einer Flamme entwickelt wird, z.B.
bei einer Tem-0 peratur von 954 C, keine Flamme bilden, jedoch darf es sich bei
dieser hohen Temperatur zersetzen. Polyvinylchlorid wird für den Polymerüberzug
vorzugsweise verwendet.
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Dieser Überzug besteht aus einer Mischung aus ausgewählten Weichmachern,
Stabilisatoren und Modifizierungsmitteln, Dispersionsharzen und Oxiden. Es wird
eine Reihe von Komponenten mit den Polyvinylchloridharzen kombiniert um die gewünschten
Eigenschaften der Hochtemperaturbeständigkeit und Flexibilität zu erzielen. Der
erfindungsgemäss vorzugsweise verwendete Polymerüberzug hat folgende Zusammensetzung:
POLYMERÜBERZUG Materialien Gew.-Teile 1. Weichmacher: (a) Tricresylphosphat (TCP)
20 (b) Santicizer 148 (Phosphat-Typ-Weichmacher) 20 Monsanto Chemical Co., St.Louis
(c) Santicizer 154 (Phosphat-Typ-Weichmacher) 20
Materialien Gew.-Teile
(d) Texanol-Isobutylat (TXIB) 10 Eastman Chemical Products Inc., Kingsport (e) Exopol
8-2B epoxidiertes Butylleins-amenöl 5 Swift Chemical Co., Chicago-Gesamt 75 2. Weichmacher
und Modifizierungsmittel: (a) Nuostabe Z-142 Kalzium-Zink-Komplex 1 Tenneco Chemicals
Inc., Piscataway (b) Apon 828 Epoxyharz 4 Shell Chemical Co, Houston (c) Cymel 301
Hexanäthoxymethylmelamin 5 American Cyanamid Co., Wayne (d) Pego Sperse 400MO Polyäthylenglykolmonooleat
1 Glyco Chemicals Inc., GLeenwich Gesamt 11 3. Dispersionsharz (a) Geon 130 X17
Polyvinylchlorid 50 B.F. Goodrich Chemical Co., Cleveland
Materialien
Gew. -Teile (b) Geon 128 Polyvinylchlorid 50 Gesamt 100 4. Oxidaufschlämmung (a)
Tricresylphosphat (TCP) 24,5 (b) Pego Sperse 400MO Polyäthylenglykolmonooleat Op35
Glyco Chemicals Inc., Greenwich (c) T-Top-12 Titanat-Kupplungsmittel ° e 1 5 .
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Kenrich Petrochemicals Inc., Bayonne (d) Ti Pure R-900 Titandioxid
(TiO2), Rutiltyp 10 Eo Ie duPont deNemours & Co¢, Wilmington (e) Antimonoxid
10 Gesamt 45 Der Aufbau des Grundglasgewirkes 26 ist so, dass eine Rauhigkeit vorliegt,
bei welcher die maximale Dicke des Gewirkes an dem Punkt, an dem sich die Fäden
kreuzen, wenigstens 70 bis 150 % grösser ist als die Dicke des Gewirkes an den Stellen
minimaler Dicke. Das Gewirke sieht ausserdem Maschen 22 einer ausreichenden Grösse
vor, so dass beim Beschichten und Imprägnieren des Gewirkes mit den feuerfesten
Materialien die Menge des in den Maschen
enthaltenen und eingeschlossenen
feuerfesten Materials ausreicht, um das Gesamtgewicht des imprägnierten Gewirkes
und 70 bis 150 % grösser zu machen als das Gewicht des Grundglasfasergewirkes.
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Das imprägnierte Gewirk 20 wird dann zu den gewünschten Bändern einer
geeigneten Grösse zum Umhüllen von Draht-und/oder Kabelleitern geschnitten Während
des Umhüllungsprozesses für den Draht oder das Kabel gibt man vorzugsweise einen
flammfesten polymeren Kleber auf die Innenseite des Bandes, um ein Abblättern oder
Verschieben, wenn es sich jeweils 50 % überlappt, zu vermeiden. Alternativ kann
man den Kleber auch schon vorher auf die eine Oberfläche des Bandes während dessen
Herstellung aufbringen.. Man kann den Kleber direkt auf eine der Oberflächen des
feuerfesten Überzugs aufbringen oder, wenn der Polymerüberzug auf beide Oberflächen
des feuerfesten Überzugs aufgebracht wurde, auf eine der Polymerüberzugsflächen.
Das so aufgebaute Band kann dann mit einer 50 %-igen Überlappung in ähnlicher Weise
aufgewickelt werden wie in dem Fall, wo man den Kleber erst während des Umwickelverfahrens
aufgibt. Der flammbeständige Bandkleber kann aus einer Reihe von bevorzugten Formulierungen
hergestellt werden, z.B. aus folgenden:
BEISPIEL 7 Flammbeständiger
Kleber für die Bandumwicklung Materialien Gew.-Teile i£n 1. Binder: kolloidale Siliziumdioxiddispersion
NYACOL 2050 400 NYACOL Inc., Ashland 2. Binder - organisch: Acryllatexharz UCAR
189 (40 % Feststoffe) 50 Union Carbide Corp., New York 3. Verdickungsmittel: Collacral
VL (Acrylat-Vinylpyrrolidon-Copolymer, 50 % Feststoff in Wasser) 10 Ciba-Geigy,
Ardsley Gesamt 460 BEISPIEL 8 Flammbeständiger Kleber für die Bandumwicklung WIateriallel1
Gew.-Teile 1. Binder: Nitrillatex-Typ 1570 x 60 (20 % Feststoff in Wasser) 200 B.F.
Goodrich Chemical Co.
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Cleveland
2. Aluminiumhydrat SB-632 100 Solem Industries
Inc., Atlanta 3. Verdickungsmittel: Collacral VL (Acrylat-Vinylpyrrolidon-Copolymer,
50 % Feststoff in Wasser) 20 Ciba-Geigy, Ardsley ~~~~~~~~~~ Gesamt 320 BEISPIEL
9 Flammbeständiger Kleber für die Bandumwicklung Materialien Gew. -Teile 1. Binder:
kolloidale Siliziumdioxiddispersion NYACOL 2034A 40 NYACOL Inc. Ashland 2. Binder
- organisch: Acryllatexharz UCAR 189 (40 % Feststoffe); Union Carbide 5 3. Verdickungsmittel:
in der Gasphase abgeschiedenes Siliziumdioxid Cab-O-Sil M-5 2,5 Cabot Corporation,
Boston ~~~~~~~~~~~ Gesamt 47,5
BEISPIEL 10 Flammbeständiger Kleber
für die Bandumwicklung Materialien Gew. -Teile 1. Binder: kolloidale Siliziumdioxiddispersion
Ludox HS-40 40 E.I. duPont deNemours & Co., Wilmington 2. Binder - organisch:
Acryllatexharz HYCAR.2679 x 6 5 B.F. Goodrich Chemical Co-., Cleveland 3. Verdlckungsmittel:
in der Gasphase abgeschiedenes Siliziumdioxid Cab-O-Sil M-5 2,5 Cabot Corporation,
Boston GeSsam 47,5 In der Praxis stellt man einen isolierten Draht ode ein isoliertes
Kabel der vorher beschrieben Art her unter Verwendung eines feuerfest imprägnierten
Grundgewebes oder -gewirkes 26 zur Herstellung des Isolierbandes.
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Die Imprägnierbeschichtung aus feuerfesten Materialien füllt die Maschen
aus dem Grundglasgewebe oder -gewirke auf, wobei es sich vorzugsweise um ein Gewirke
handelt, und wird auf der Oberfläche der Glasfasergarne unter Ausbildung eines diskontinuierlichen
Filmüberzugs gebunden, der es ermöglicht, dass die Glasfasergarne sowie
auch
das überzogene Glasfasergewirke 50 bis 75 % der ursprünglichen Flexibilität vor
der Auftragung des Überzugs beibehält. Ausserdem ist das weiche Acrylatharz, welches
den Hauptbestandteil in dem Verdickungsmittel bildet, welches in dem feuerfesten
Kitt verwendet wird, ein inneres Schmiermittel, welches die sehr feinen Aluminiumoxidteilchen
und Siliziumdioxidteilchen und dergleichen, die in dem feuerfesten Kitt enthalten
sind, überzieht und suspendiert. Das Acrylat-Verdickungsmittel erweicht und modifiziert
beim Trocknen die anderen an sich sehr harten Bindeeigenschaften des feuerfesten
Kitts, wobei eine flexiblere Bindung an das Glasfasergewebe oder -gewirke gebildet
wird.
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Der Polymerüberzug auf dem feuerfest imprägnierten Grundgewebe oder
-gewirke verbessert die Oberflächenabriebsfestigkeit und hält alles feuerfeste Material,
das sich während des Umwickelns der Drähte oder der Kabel lockern könnte, fest.
Ein Band für die Draht- und Kabelisolierung wird dann hergestellt indem man das
so beschichtete und imprägnierte Gewirke auf die gewünschte Bandbreite schneidet.
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Der auf die Innenseite des Isolierbandes aufgebrachte Kleber dient
dazu, eine Haftung des Bandes beim Umwickeln auf den Leiter zu verbessern, unter
Ausbildung einer Bindung, die ein Abgleiten der Isolierungsumhüllung verhindert,
falls der Draht oder das Kabel abgeschnitten werden oder anderen Oberflächenbehandlungen
unterworfen werden, wie dies bei elektrischen Installationsarbeiten vorkommt.
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Wenn man die erfindungsgemässen feuerfesten Bänder und die damit isolierten
Drähte oder Kabel einer Flamme aussetzt oder der intensiven Hitze einer Flamme,
zersetzt sich der abriebsfeste Polymerüberzug an der Oberfläche des Isolierbandes,
ohne zu entflammen. Wiederholtes Aussetzen gegenüber Hitze und/oder Flammen verursacht
dass Aluminiumoxid und Siliziumdioxid und andere in dem feuerfesten Kittüberzug
enthaltene Komponenten in die Oberfläche des Glasfasergrundgewebes oder -gewirkes
zuschmelzen (Glasfasern verlieren ihre Reissfestigkeit bei 427 0C und erweichen
bei etwa 7320C) unter Ausbildung einer hochtemperaturbeständigen Struktur, die sich
wie ein feuerfestes Material verhält, so dass das Glasfasersubstrat intensive Wärme
und hohe Temperaturen erheblich über seinen normalen Schmelzpunkt widerstehen kann
(die in dem feuerfesten Kitt verwendeten Aluminiumoxide, Siliziumdioxide und anderen
anorganischen Oxidkomponenten sind über weite Temperat.urbereiche bis 12600C anwendbar
und schmelzen oberhalb 18150C).
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Nur ein kleiner Teil des gesamten feuerfesten Oxidrestes schmilzt
in die Oberfläche des Glasfasersubstrats. Die restlichen Oxidreste (d;hA Al203,
SiO2, CaO, ZrO2 und dergleichen) aggregieren an der Oberflächeundin den Maschen
22 des Glasfasersubstrates und bilden eine hochtemperaturbeständige Verbundstruktur
mit ausgezeichnetem thermischen Reflektionsvermögen, Beständigkeit gegen Flammenabrieb
und thermischen Schock und mit einer sehr guten Durchschlagsfestigkeit. Die feuerfesten
Oxidrückstände bilden weiterhin einen Schutzüberzug für die metallischen Draht-
und/oder Kabelleiter und bewirken dadurch eine zusätzliche Hitzeisolierung und Schutz
gegen elektrisches
Durchschlagen. Darüber hinaus aggregieren die
Aluminiumoxid, Siliziumdioxid und anderen Oxide und füllen die Maschen des Glasfasersubstrates
aus und bilden mit den geschmolzenen Glasfaserkomponenten eine äusserst wirksame
wärmeabweisende Oberfläche.
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Die Erfindung stellt somit verbesserte flammbeständig isolierte, elektrische
Draht- und/oder Kabelleiter zur Verfügung, die verhältnismässig flexibel sind und
die die Fähigkeit haben, elektrische Kraft zu übertragen, ohne dass im Falle der
Einwirkung von Hitze bei Bränden oder aus anderen Gründen die elektrische Kraftübertragung
unterbrochen wird.