DE3140051C2

DE3140051C2 - Schwer entflammbares ummanteltes Kabel mit geringer Rauchentwicklung

Info

Publication number: DE3140051C2
Application number: DE3140051A
Authority: DE
Inventors: Joseph Wilfred 19333 Devon Pa. Michaud; Oliver Randolph 19473 Schwenksville Pa. Odhner
Original assignee: Pennwalt Corp
Current assignee: Pennwalt Corp
Priority date: 1981-08-26
Filing date: 1981-10-08
Publication date: 1983-09-22
Also published as: GB2104714A; GB2104714B; FR2512263A1; IT8248654A0; BR8203930A; JPS5842106A; US4401845A; DE3140051A1; IT1148605B; BE894194A

Abstract

Das ummantelte elektrische Kabel hat eine so ge ringe Rauchentwicklung und Flammenausbreitung, daß es ohne Schutz rohre in Gebäuden zwischen Geschoßdecken und abgehängten Decken verlegt werden kann. Das Kabel be sitzt ein Bündel von Leitern, die mit Poly(vinylidenfluorid) isoliert sind, ein um das Leiterbündel gewickeltes, mit Poly (tetra fluoräthylen) imprägniertes Glasfaserband und einen Mantel aus Poly(vinylidenfluorid).

Description

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Die Erfindung betrifft ein schwer entflammbares, ummanteltes Kabel mit geringer Rauchentwicklung. *o

Als Deckenraumkabel bezeichnet man zum Fortleiten von elektrischer Energie und von elektrischen Slgna'en dienende Kabel, die in den Lufträumen zwischen den Geschoßdecken von Gebäuden und abgehängten Decken verlegt werden. Da diese Lufträume normalerweise durchgehen, können derartige Kabel, wenn sie entflammbare Stoffe enthalten, zum schnellen Ausbreiten von Feuer und Rauch über die ijanze Ausdehnung des Geschosses beitragen. Daher müssen entflammbare Substanzen enthaltende Kabel dieser Art In Schutzrohren aus ^M Metall verlegt werden, die aber aufwendig sind.

Aus der Literaturstelle »Kunststoff-Lexikon«, Carl Hanser Verlag München, 1975, Seite 431, Ist es bekannt. Polyvinylidenfluorid als Kabelisolierung zu verwenden. Aus der US-PS 35 82 518 1st die Verwendung von Polyvinylidenfluorid als schwer entflammbare Isoliermasse bekannt. Aus den US-PS 35 76 940 und 33 03 270 Ist die Verwendung von Glasfaserbändern, die gegebenenfalls beschichtet oder Imprägniert sind, bei schwer entflammbaren Isolierungen elektrischer Kabel bekannt, ^Μ

Die Aufgabe der Erfindung besieht In der Schaffung eines Kabels mit besonders geringer Flammenausbreitung und Raucherzeugung zur Verlegung In Deckenzwischenräumen.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe mit der Kornblnatlon der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den UnteransDrüchen.

Bei der Prüfung des Kabels nach der Erfindung mit einem Harzanteil von 2210 g/m ergab sich eine maximale Flammenausbreitung von etwa 61 cm und eine maximale optische Rauchdichte von etwa 0,2 (gemessen nach einer modifizierten Steiner-Tunnelprüfung UL 723 (ASTM E-84).

Die Zeichnung zeigt In einer Seitenansicht mit weggebrochesien Teilen eine Ausführungsform eines Kabels gemäß der Erfindung.

In dem elektrischen Kabel gemäß der Erfindung wird Poly(vinylldenfluorld)-Harz in Kombination mit einem gewickelten Glasfaserband verwendet. Infolgedessen Ist das Ka'jel schwer entflammbar und erzeugt nur wenig Rauch. Ein derartiges In Fig. 1 gezeigtes elektrisches Kabel besitzt mehrere Adern 13, die beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium bestehen und von denen jeder mit einer polymeren Isolierschicht 15 versehen 1st, so daß die Leiter 13 elektrisch voneinander isoliert sind. Diese Adern sind miteinander zu einem Bündel 17 verdrillt, das von einem darumgewickelten Band 19 zu einem Kabelkern 18 zusammengehalten wird. Das Band 19 besteht aus mit Polyfluorkohlenstoffharz Imprägnierten Quarzglasfasern. Dabei hat sich ein aus E-GIas bestehendes Glasfaserband, das mit 30 Gew.-% Poly(tetrafluoräthylen) Imprägniert ist, als besonders gut geeignet erwiesen. Derartige Materialien sind im Handel zum Umwickeln von ICsbeln erhältlich und dienen außerdem zum Schutz der Isolierschichten 15 der Adern, wenn der Mantel 21 des Kabels aus einem höherschmelzenden Harz besteht. Dann stellt man den Mantel her, beispielsweise durch Extrudieren mit Hlife eines Winkelkopfes. Die Isolierschichten und der Mantel werden aus Poly(vlnylldenfluorld)-Harz hergestellt, wobei Gewichtsverhältnisse von etwa 6 : 1 bis etwa 33 : 1 des Poly(vlnylldenfluorId)-Harzes zu dem imprägnierten Glasfaserband mit Erfolg angewendet worden sind. Bei einem Gewichtsverhältnis über 33:1 ist eine stärkere Rauchentwicklung und Flammenausbreitung zu erwarten. Eine besonders geringe Rauchentwicklung und Flammenausbreitung erzielt man bei einem Gewichtsverhältnis von etwa 22 : 1. Die Ursache der bei diesem Gewichtsverhältnis erzielten geringeren Rauchentwicklung und Flammenausbreitung Ist nicht einwandfrei bekannt. Es kann jedoch angenommen werden, daß die Erzeugung von HF durch das Poly(vinylldenfluorld)-Harz bei hohen Temperaturen zusammen mit der Absorption des HF durch das Glasfaserband aus Quarzglas zu diesem Ergebnis beitragen. Andere flourhaltlge Polymerisate, die in Kabeln verwendet worden sind, beispielsweise das Poly(tetrafluoräthylen) und das Poly(fluoräthylenpropylen), können kein HF freisetzen. Die bei dem Kabel gemäß der Erfindung beobachtete geringe Flammenausbreitung Ist besonders überraschend, well der Grenzwert für den Sauerstoffindex (limiting oxygen Index value gemäß ASTM D 2863) des Poly(vlnylldenfluorlds) etwa 44 beträgt, während er bei Poly(tetraflouräthylen) und Poly(fluoräthylenpropylen) 95 beträgt. Angesichts des wesentlich niedrigeren Grenzwerts für den Sauerstoffindex bei dem Polyvinylidenfluorid) würde man annehmen, daß die Flammenausbreitung bei dem Kabel gemäß der Erfindung nicht geringer, sondern größer Ist als bei einem Kabel, bei dem der Mantel und die Aderisolierungen aus PoIy-(tetrafluoriithylen) oder Poly'fluoriithylenpropylen) bestehen.

In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen des Kabels wird I'olylvlnylldenfluorldl-Honiopolymerlsat verwendet. Die Erfindung umfaßt jedoch auch Kabel. In denen Copolymerisate verwendet werden, die-

zum größten Teil aus Vinylidenfluorid bestehen und sich durch geringe Rauchentwicklung und Flammenausbreltung auszeichnen. Der Ausdruck »Poly(vinylidenfluor1d)-Harz« umfaßt daher auch derartige Copolymerisate. Die Polymerisate können In kleinen Mengen auch Zusätze, wie Pigmente, Weichmacher und Extrudlerhilfsstoffe enthalten.

Zur weiteren Erläuterung des Aufbaus des Kabeis gemäß der Erfindung und zum Vergleich seiner Eigenschaften hinsichtlich der Rauchentwicklung und Flammenausbreitung mit denen andere Kabel wird in den nachstehenden Ausführungsbeispielen die Herstellung und Prüfung mehrerer Kabel beschrieben.

Beispiel 1

Ein Telefonkabel mit 25 Aderpaaren wurde wie folgt hergestellt:

1. Kupferdraht von 0,64 mm Durchmesser wurde mit KYNAR® 460 ummantelt, einem von der Pennwalt Corporation erzeugten Poly(vinylicier.fluorld)-Harz. das pro 100 Gewichtsteile Harz 5 GewlchtsWle eines zur Kennzeichnung hinzugefügten Farbkonzentrats enthält. Der Draht wurde nach dem als Druckextrudieren bezeichneten Verfahren ummantelt. Die Isolierung hatte eine Dicke von durchschnittlich 0,25 mm und mindestens 0,2 mm.

2. Zwei Im Schritt 1 hergestellte, isolierte Drähte wurden mit einer Schlaglänge von 76 mm miteinander verdrillt. Dabei ist die Schlaglänge die Länge, die eine Ader des Drahtes für eine vollständige Umdrehung um die Achse benötigt.

3. 25 im Schritt 2 verdrillte Adernpaare wurden dann miteinander mit einer Schlaglänge von 305 mm zu einem Drahtbündel verdrillt.

4. Das Im Schritt 3 hergestellte Drahtbündel wurde mit einem Glasfaserband umwickelt, das aus einem mit Poly(tetrafiuoräthylen) imprägnierten Glasfasergewebe bestand. Das Band hatte eine Dicke von 0,064 mm und eine Brtite von 38 mm. Dieses Glasfaserband ist Im Handel unter dem Warenzeichen FLUORO-GLASS® erhältlich und wird von der Oak Materials Group, Inc., hergestellt. Das Band wurde mit einer Schlaglänge von 45,2 mm und einer Überlappung von 12,7 mm um das Drahtbündel gewickelt. Ε-Glas hat ungefähr folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent: 54 SiO₂, 14 AIjOj, 10 B₂Oj, 4,5 MgO, 17,5 CaO. Das Imprägnierte Band enthält etwa 30 Gew.-% Poly(tetrafluoräthylen)-Harz.

5. Der Im Schritt 4 hergestellte Kabelkern wurde mit einem Mantel umspritzt, der aus KYNAR 460 bestand, einem Poy(vlnylliienfluorld)-Harz, dem ! bis 2 Gew.-% eines Extruslonshllfsmlttels [dieses bestand aus einem Harz aus 99 Gew.-% KYNAR 460 und 1% Poly(tetrafluoräthylen)-Harz] und 1 Gew.-% Farbkonzentrat beigemischt waren. Die Wandstärke des Mantels betrug durchschnittlich 1,14 mm und mindestens 0,69 mm. Das Gewichtsverhältnis der Gesamtmenge des Poly(vinylldenfluorlds) zu dem Glasfaserband wurde In dieser Ausführungsform mit etwa 22 : 1 berechnet.

Der Harzanteil des Kabels betrug etwa 96,8 g/m.

15

Beispiel 2

Das Kabel wurde ebenso aufgebaut wie im Beispiel 1, mit dem Unterschied, daß das Im Schritt 4 verwendete Band aus MYLAR® bestand, einem von Du Pont hergestellten Polyesterfilm mit einer Dicke von 0,025 mm und einer Breite von 32 mm.

Beispiel 3

Das Kabel wurde ebenso aufgebaut wie im Beispiel 2, mit dem Unterschied, daß im Schritt 1 der Draht mit Poly(fluoräthylenpropylen) isoliert wurde.

Beispiel 4

Das Kabel wurde ebenso aufgebaut wie im Beispiel 1, mit dem Unterschied, daß der Mantel anstatt aus Polyvinylidenfluorid) aus Poly(fluoräthylenpropylen) hergestellt wurde.

Beispiel S

Es wurde ein nur für Schwachstrom geeignetes Signalkabel für Feuerschutzzweeke hergesteii;, das 24 Adern aus Draht von 0,64 mm Durchmesser enthielt und in dem die Aderisolierungen und der Mantel aus KYNAR 460 bestanden. Der Mantel wurde über einem Polyesterband (N¹YLAR) aufgetragen, das eine Dicke von 0,025 mm und eine Breite von 30,5 mm hatte und mit einer Überlappung von 12,7 mm um das Adernbündel gewickelt wurde.

Beispiel 6

Des Kabel wurde ebenso aufgebaut wie im Beispiel 5, mit dem Unterschied, daß anstelle des Polyesterbandes (MYLAR) ein Band aus mit Polytetrafluoräthylen imprägniertem Ε-Glas gemäß Beispiel 1 verwendet wurde. Das Gewichtsverhältnis von KYNAR-Harz zu Glasfaserband wurde mit etwa 33: 1 berechnet. Der Harzanteil des Kabels betrug etwa 108 g/m.

Prüfstücke von gemäß den Beispielen 1 bis 6 hergestellten Kabeln wurden einer modifizierten Stelner-Tunnel-Prüfung nach UL 723 (ASTM E84) unterworfen. Zum Vergleich wurden Prüfstücke von Kabeln geprüft, deren Aderisolierungen und Mantel aus Polyvinyl bestanden und die in Schutzrohren aus Stahl bzw. AIuminium verlegt waren.

Die Stelner-Tunnel-Prüfung gemäß UL 723 wurde so modifiziert, daß sie zum Prüfen von Kabeln angewendet werden konnte. Es wurde mit genormten Bedingungen hinsichtlich der Flamme und des Zuges gearbeitet (67 m/mln In der Richtung des Flammenwachstums und 13,7 m lange, durch Verbrennen von Methan erzeugte Zündflamme von 316 500 KJ/h). Die Dauer der Prüfung betrug 20 min. Die zu prüfenden Kabel wurden In der Zone '·'&.: höchsten Temperatur und der stärksten Wärmekonzentratlon auf einem 305 mm breiten Kabelgestell In einer einzigen Lage angeordnet, welche die Gestel!- breite vollständig ausfüllte. Es wurde nicht der Flammenausbreltungsfaktor, sondern die maximale Flammenausbreitung geme3sen. Die Rauchentwicklung wurde mit einem Photometer im Rauchgasabzug des Prüfofens überwacht. Die optische Dichte des Rauchs wurde aus den Werten für die Lichtschwächung berechnet. Die Ergebnisse sind In der nachstehenden Tabelle angegeben.

Kabel nach Anzahl der Schutzrohr- Λη/alil der Maximale Optische Rauchdichle Beispiel Kabel art Schul/rnhre llammen-

uusbrcimng

cm Maximum Durchschnitt

1	23
I	23
2	23
2	23
2	23
3	23
4	23
5	25
	25
6	25
6	25
PVC-	25
Vergleich
pvc-	25
Vergleich
PVC-	25
Vcrglcich
PVC-	25
V'ergleich
pvc-	10
Vergleich
PVC-	10
Vereleich

keins	5
keins
keins	5
keins	5
keins	10
keins	10
keins
keins
keins
keins
keins
Stahl
Stahl
Aluminium
Aluminium
Aluminium
Aluminium

Aus den in der Tabelle angegebenen Ergebnissen kann man erkennen, daß das bevorzugte Kabel nach Beispiel 1 mit einem Gewlchtsverhälinis von etwa 22 : 1 von

n_l..i..i I:J Π 1.1V II /~l__ _i j. 1. I. . . I

TLFIVIVIIIYIIUCIIIIUlJIIUZ-IIaIZ. Z.U VJIU3 CItIC UUCT Ϊ U5t ncriU

geringere Flammenausbreitung hatte als die anderen Prüfstücke und nur wenig Rauch entwickelte. Das Kabel -to gemäß Beispiel 6 mit einem Verhältnis von 33 : 1 von Polyfvinylidenfluoridl-Harz zu Glas hatte hinsichtlich der Rauchentwicklung meßbar bessere Eigenschaften als das vergleichbare Kabel gemäß dem Beispiel 5. in dem Polyesterband verwendet wurde, und war hinsichtlich der Flammenausbreitung mit Ihm vergleichbar. Das Kabel gemäß Beispiel 1 war hinsichtlich des Durchschnitts der angegebenen Werte auch den vergleichbaren Kabeln überlegen, in denen die Aderisolierungen und der Mantel aus Poly(fluoräthylenpropylen) bestanden (Flam- so menausbreitung 91 cm und maxtmale optische Rauchdichte 0.30) bzw. aus einem Copolymerisat aus Äthylen und Chlortrifluoräthylen (Flammausbreitung 121 cm und maximale optische Rauchdichte 0,215).

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Beispiel 7

60

Zum Herstellen eines zweipaarigen Telefonkabels wurde Kupferdraht von 0,64 mm Durchmesser mit KYNAR 460 ummantelt und der Kabelkern mit einem Mantel aus KYNAR 460 versehen. Der Mantel wurde auf ein Polyesterband (MYLAR) aufgetragen, das eine Dicke ₆_ von 0,064 mm und eine Breite von 38 mm hatte und um das Adernbündel gewickelt worden war.

0.02	o.o ι
0.U07	0,002
0.14	0.05
0.41	0,09
0.1 S	0.06
0.26	0.07
0,13	0.04
0.26	0,09
0,19	0,07
0.1 7	0,06
0.14	0.05
2 +	0.52 +
2 +	0.52 +
0.91	0.22
0.98	0,25
0.85	0,14
0.87	0,15
Beispiel 8

Das Kabel wurde ebenso aufgebaut wie Im Beispiel 7, mit dem Unterschied, daß anstelle des Polyesterbandes (MYLAR) das Im Beispiel 1 beschriebene Glasfaserband aus mit Poly(tetrafluoräthylen) Imprägniertem E-Glas verwendet wurde. Das Gewichtsverhältnis von KYNAR-harz zu Glasfaserband wurde mit etwa 6 : 1 berechnet. Der Harzanteil des Kabels betrug etwa 16 g/m.

Prüfstücke der nach Beispiel 7 und 8 hergestellten Kabel wurden der modifizierten Tunnelprüfung unterworfen, wobei das Gestell mit etwa 65 Längen gefüllt wurde. In zwei Prüfungen wurden bei den Kabeln gemäß Beispiel 7 Werte von 91 bzw. 107 cm für die Flammenausbreitung. Durchschnittswerte von 0,03 bzw. 0,04 und Maximalwerte von 0,12 bzw. 0,25 für die optische Rauchdichte gemessen. Ebenfalls in zwei Prüfungen wurden für die Kabel gemäß Beispiel 8 Werte von 61 bzw. 76 cm für die Flammenausbreitung und Durchschnittswerte von 0.02 bzw. 0.02 und Maximalwerte von 0,08 bzw. 0,10 für die optische Rauchdichte gemessen. Daran erkennt man. daß bei einem Kabel mit zwei Adernpaaren das Kabel mit dem Glasfaserband hinsichtlich der Rauchentwicklung und der Flammenausbreitung dem vergleichbaren Kabel mit dem Polyesterband überlegen war. Da In diesen Beispielen die Kabel Im Durchmesser kleiner waren, betrug die Harzmasse in dem Gestell nur 1040 g/m (65 Kabel χ 16 g/m pro Kabel) gegenüber etwa 2210 bis 2870 g/m bei den Prüfungen der Kabel gemäß den Beispielen 1 bis 6. Aus diesem Grunde war bei den Beispielen 7 und 8 eine geringere Rauchentwicklung zu erwarten als bei den Beispielen 1 bis 6, well nur eine kleinere Harzmasse der Flamme ausgesetzt wurde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schwer entflammbares, ummanteltes Kabel mit geringer Rauchentwicklung, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

ein Bündel von Leitern mit Pory(vlnylldenfluorid)-Harz enthaltenden Isolierschichten, ein um das Bündel gewickeltes, mit Fluorpolymerisat imprägniertes Glasfaserband und einen Poly(vinylldenfluorid)-Harz enthaltenden Mantel.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Poly(vlnylidenf!uorid)-Harz zu Glasfaserband etwa 6:1 bis etwa !5 33: 1 beträgt.

3. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Harz zu Glasfaserband etwa 33 : 1 beträgt.

4. Kabd aach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichisverhältriis von Harz zu Glasfaserband etwa 22:1 beträgt.

5. Kabel nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschichten und der Mantel Poly(vinylldenfluorid)-Homopolymerlsat und Pigment enthalten.

6. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Glasfaserband aus Quarzglasfasern besteht und mit Poly(tetrafluoräthylen)-Harz imprägniert ist.