DE3344759A1

DE3344759A1 - Stabilisiertes isoliermaterial auf polyolefinbasis

Info

Publication number: DE3344759A1
Application number: DE19833344759
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr. 3500 Kassel Saure; Johann 3502 Vellmar Wartusch
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Kabel Rheydt AG
Priority date: 1983-12-10
Filing date: 1983-12-10
Publication date: 1985-06-20
Also published as: DE3344759C2

Description

Stabilisiertes Isoliermaterial auf Polyolefinbasis
Die Erfindung betrifft stabilisiertes Isoliermaterial auf Polyolefinbasis mit einem Silan als Spannungsstabilisator. Polyolefinisolierungen unterliegen der Gefahr der Ausbildung sogenannter Treeing-Phänomene, d. h. bei Spannungsbeanspruchung zeigen sie mikroskopisch sichtbare, bäumchenartige bzw. büschelartige Zersetzungserscheinungen in der Isolierung. Neben den Bäumchen, in denen elektrische Entladungen stattfinden (electrical treeing), sind auch sogenannte "water trees" beobachtet worden. Sie entstehen vermutlich, wenn an irgendwelchen Fehlstellen höhere Feldstärken auftreten und dort Wasser konzentriert wird. Wenn z. B.
die Vernetzung des Polyäthylens unter der Einwirkung von Wasserdampf erfolgt, gelangt ein geringer Anteil des Wasserdampfs in die Isolierung. Ferner kann im verlegten Zustand eines Kabels aus der Erde Wasser in die Isolierung gelangen.
Gegen diese "watertrees", die als Folge von Feuchtigkeit in der Isolierung auftreten, und die dadurch ausgelöste Materialzerstörung werden der Isolierung Stabilisatoren zugesetzt. So ist z. 8. die Verwendung von anorganischen Salzen (H. Matsuba et al. "Watertree mechanism and its suppression" IEEE 1976 Montreal bzw. DE-OS 25 37 283), von Bleistearat (DE-OS 24 25 750) sowie Oligomeren bzw. gepfropftem Polyethylen (R.M. Eichhorn "Permanent inhibition of watertree growth in polyethylene" IEEE 1979 New York) als Stabilisator gegen "watertrees" bekannt geworden.
Es wurde auch schon berichtet, daß in Kabelisoliermassen längerkettige einwertige Alkohole Verwendung finden (DE-OS 27 34 071 und E. J McMahon, "A tree growth inhibiting insulation for power cable", IEEE-Transactions 1980).
Aus der US-PS 3 936 572 ist es bekannt, Polysiloxane als Spannungsstabilisatoren in Polyolefinisolierungen zu verwenden, um die Widerstandsfähigkeit gegen Ionisierung zu verbessern. Nach der DE-PS 27 37 430 werden Alkoxisilane als Stabilisatoren zugesetzt. Die bekannten Stabilisator-Zusätze weisen jedoch in der einen oder anderen Richtung Nachteile auf. Entweder lassen sie sich in die zu verwendenden Isoliermischungen schlecht einmischen, sind íh diesen auf Dauer zu unverträglich, haben eine zu geringe Migrationsgeschwindigkeit zu den in der Isolation zu schützenden Schwachstellen, diffundieren aus dem Isolierstoff zu schnell aus, stören die Vernetzung oder haben - verglichen mit dem unstabilisierten Vergleichsmaterial - keinen hinreichend hohen Schutzfaktor gleichzeitig gegen das watertree-Wachstum (vented trees und bow tie trees) und gegen die Entstehung von electrical trees.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegen elektrische Spannungsbeanspruchung bei Raumtemperatur und insbesondere bei erhöhten Temperaturen stabilisierte Polyolefinisolierung verfügbar zu machen. Ferner soll der Stabilisator die Vernetzung nicht stören und auch eine Stabilisierung über längere Zeit gewährleisten.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß als weiterer Stabilisator 1,3-Diacetylbenzol, 1-Aceto-3-isopropanolbenzol oder l,3-Diisopropanolbenzol getrennt oder gemeinsam vorhanden sind. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die erfindungsgemäßen Zusätze sind in Polyolefinisoliermassen leicht einzumischen und zeigen eine gute Verträglichkeit in der Isolierung. Außerdem wird bei VPE die chemische Vernetzung durch den Stabilisatorzusatz nicht beeinträchtig Die zu verwendende Menge des Stabilisators richtet sich in ihrer Dosierung nach dem erwarteten Stabilisierungseffekt, insbesondere hinsichtlich der Langzeitstabilisierung. Dabei hat sich bewährt, daß der Anteil des Stabilisators 0,3 ... 5 Gewichts-%, vorzugsweise 1 ... 3 Gewichts-S, beträgt. Die Silane sind in der Regel flüssig. Die weiteren Zusätze bestehen aus bei Raumtemperatur flüssigen oder bis 800 C schmelzenden aliphatischen, aromatischen oder gemischt-substituierten Keto- und/oder Hydroxyl-Verbindungen, z. B. l,3-Diacetylbenzol, 1,3-Diisopropanolbenzol oder 1,3-Acetylisopropanolbenzol. Durch diese Kombination ist gewährleistet, daß bereits beim Einschalten des Kabels ein migrationsfähiger, flüssiger Stabilisator zur Verfügung steht, aber andererseits auch ein bei Betriebstemperatur wirksam werdender Stabilisator durch Aufschmelzen zur Verfügung gehalten wird. Das Polyethylen, vorzugsweise ein Polyethylen niedriger Dichte (D = 0,918 g/cm3), kann z. B.
peroxidisch vernetzt werden. Wenn peroxidisch vernetzt wird, können geeignete PeroxAS , insbesondere aber 1,3-Bis- Ftertiärbutylperoxi isopropyl-benzog sowie Gemische verwendet werden.
Mit einer stabilisierten Isoliermischung gemäß der Erfindung wurden gegenüber kommerziellem, nicht stabilisierten, vernetzten Polyethylen auch nach einer Temperung bei 800 C folgende Daten ermittelt.
watertree-Wachstum bei 800 C es100 1um bei stabilisiertem VPE >300 bei bei nicht stabiliertem VPE electrOcal tree-Einsatzspannung - 18 kV bei stabilisiertem VPE bei 80 C 8 kV bei nicht stabilisertem VPE Diese Ergebnisse zeigen, daß die treeing-Beständigkeit eines Kabelisolierstoffs erheblich erhöht wird, womit eine verbesserte elektrische Langzeitfestigkeit von Kabel isolierungen unter erschwerten Bedingungen erreicht werden kann. Ferner werden auch die "bow tie trees" weitgehend verhindert.

Claims

Stabilisiertes Isoliermaterial auf Polyolefinbasis Patentansprüche Stabilisiertes Isoliermaterial auf Polyolefinbasis mit einem Silan als Spannungsstabilisator, dadurch gekennzeichnet, daß als weiterer Stabilisator 1,3-Diacetylbenzol, i-Aceto-3-isopropanolbenzol oder 1,3-Diisopropanolbenzol getrennt oder gemeinsam vorhanden sind.
2. Isoliermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Stabilisatoren als Spaltprodukte des für eine Vernetzung verwendeten 1,3-Ditertiärbutylperoxiisopropylbenzols entstehen.
3. Isoliermaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Silan ein Alkoxisilan der allgemeinen Formel Si - Si (0-R1) 4-x verwendet wird, wobei x = 0 bis 4 ist R einen aliphatischen, aromatischen oder cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffrest darstellt, der gegebenenfalls noch durch Amino-, Epoxigruppen oder andere substituiert sein kann, und R1 aus kurz- oder langkettigen Alkylgruppen, vorzugsweise Methylgruppen, bestehen kann.
4. Isoliermaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Silan ein am Stickstoff substituiertes F-Aminopropyltriäthoxisilan oder d -Aminopropyltrimethoxisilan verwendet wird.
5. Isoliermaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß (H3CO)3 -Si-(CH2)3-NH-(CH2)2NH-(CH2>2NK2 verwendet wird.
6. Isoliermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein niedrig schmelzendes Antioxidans verwendet wird.
7. Isoliermaterial nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein unterhalb 80° C schmelzendes Antioxidans verwendet wird.
8. Isoliermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Polyolefin ein Polyäthylen niedriger Dichte verwendet wird.
9. Isoliermaterial nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Copolymerisat aus Äthylen und Äthylacrylat verwendet wird.