DE3418792A1 - Spannungsstabilisierte polyolefinisolierung - Google Patents

Spannungsstabilisierte polyolefinisolierung

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Johann Dipl.-Chem. 3502 Vellmar Wartusch
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Kabel Rheydt AG
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
    • H01B3/44—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes vinyl resins; acrylic resins
    • H01B3/441—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes vinyl resins; acrylic resins from alkenes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/54—Silicon-containing compounds

Description

Licenti a
Patent-Verwaltungs-QnbH Theodor-Stern-Kai 1
6000 Frankfurt/Main F 82/53
13. April 1984
Spannungsstabilisierte Polyolefinisolierung
Die Erfindung betrifft eine Polyolefinisolierung mit einem Spannungsstabilisator gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Isolierungen werden insbesondere zur Isolierung von Hochspannungskabeln verwendet. Bei Polyolefinisolierungen können sich sogenannte treeing-Phänomene ausbilden, die sich darin bemerkbar machen, daß bei Spannungsbeanspruchung mikroskopisch sichtbare, bäumchenartige bzw. büschelartige Zerstörungserscheinungen in der Isolierung auftreten. Von großer Bedeutung sind die "watertrees", die bei hohen Feldstärken an Fehlstellen auftreten, in denen Wasser konzentriert ist. Zur Vermeidung der watertrees bzw. deren Wachstumshemmung werden der Isolierung Stabilisatoren zugesetzt.
Z. B. ist es aus der US-PS 3 936 572 bekannt, Polysiloxane als Spannungsstabilisatoren in Polyolefinisolierungen zu verwenden, um die Widerstandsfähigkeit gegen eine unerwünschte Ionisierung zu verbessern. Aus der DE-PS 27 37 430 ist es ferner bekannt, Alkoxisilane als Stabilisatoren zu verwenden.
Die bekannten Spannungsstabilisatoren zeigen jedoch eine schlechte Vermischbarkeit mit den Isoliermassen und sind über längere Zeit mit diesen auch unverträglich. Ferner haben sie eine zu geringe Migrationsgeschwindigkeit, um zu den in der Isolation zu schützen-
den Schwachstellen zu diffundieren. Insbesondere zeigen sie jedoch eine geringe Langzeitstabilität, da sie dazu neigen, aus dem Isolierstoff auszudiffundieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine spannungsstabilisierte Polyolefinisolierung verfügbar zu machen, die auch insbesondere bei erhöhten Temperaturen eine gute Langzeitstabilisierung gewährleistet, wobei auch eine gute Verarbeitung des Stabilisators angestrebt wird.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch gekennzeicheten Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Polyolefinisolierung gemäß der Erfindung zeigt nicht nur eine gute Langzeitstabilität, sondern der Stabilisator läßt sich auch leicht in die Isolierung einmischen. Bei Verwendung von vernetzten!
Polyäthylen wird die Vernetzung durch den Stabilisatorzusatz nicht beeinträchtigt. Ferner wird nicht nur ein ausreichender Schutz gegen das watertree-Wachstum gewährleistet, sondern auch die Entstehung von "electrical trees" behindert. Unter den electrical trees werden Schädigungsstellen in der Isolierung verstanden, in denen zer- störende elektrische Entladungen ohne die Mitwirkung von eingelagertem Wasser stattfinden und die bei entsprechender Feldstärke rasch zum elektrischen Durchschlag führen.
Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Stabilisatoren ist darin begründet, daß sie einerseits das unerwünscht eingedrungene Wasser durch chemische Reaktion eliminieren und andererseits die dabei entstehenden Reaktionsprodukte weiteres Wasser binden können, so daß dadurch ein Auftreten der watertrees verhindert oder deren weiteres Wachstum erheblich gehemmt werden kann. Durch diese Wirkungsweise wird eine Depotwirkung erzielt, die insbesondere die gute Langzeitstabilisierung erklärt.
Nachfolgend sollen einige Beispiele für die erfindungsgemäßen Stabilisatoren und deren Wirkungsart gegeben werden.
Bei Verwendung von Hydroxyalkyl lan (ζ. B. R1 = C5H10OH) entsteht bei der Hydrolyse ein äußerst wirksames Diol (z. B. Pentandiol-1,5).
In besonders vorteilhafter weise kann ein Alkyl (dialkoxysilyloxy)alkylsilan verwendet werden (z. B. R1 = R"-0-Si(OCH3J2-R, wobei R" ein Alkylrest mit mindestens 4 Kohlenstoffatomen ist). Bei der Hydrolyse wird ein wirksames Diol geliefert. Des weiteren entstehen auch noch stabilisierend wirksame substituierte Silanole.
Als weitere Beispiele seien noch Acetylisobutylsi lane (R1 = C(CH2J2CH2COCH3) oder solche Silane genannt, in denen R1 eine β -Diketoverbindung ist.
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 bis 5 Gewichts-%, vorzugsweise 1 bis 3 Gewichts-% beträgt. Die Silane sind in der Regel flüssig. Die Reaktivität der Stabilisatorzusätze kann durch Mitverwendung von Katalysatoren gesteigert werden, insbesondere dann, wenn aktive Gruppen verkappt (geschützt) sind. Dafür kann z. B. Dibutylzinndilaurat in Frage kommen. Wenn peroxidisch vernetzt wird, können geeignete Peroxide, insbesondere aber 1,3-Bis-(tertiärbutylperoxyisopropyl-benzol) sowie Peroxidgemische verwendet werden. Neben Isolierungen aus vernetzten Polyolefinen, insbesondere vernetztem Polyäthylen, können die Stabilisatorzusätze auch in Isolierungen aus nicht vernetzten Polyolefinen Anwendung finden.
Mit einer stabilisierten Isoliermischung gemäß der Erfindung wurden gegenüber kommerziellem, nicht stabilisiertem, vernetztem Polyethylen auch nach einer Temperung bei 80° C folgende Daten ermittelt.
watertree-Wachstum bei 80° C 4 100 >um bei stabilisiertem VPE
und weitgehend retardierte Tree-Ausbildung
>300 Aira bei nicht stabilisiertem VPE
electrical tree-Einsatzspannung %. 18 kV bei stabilisiertem VPE
bei 80 C ca. 8 kV bei nicht stabilisiertem VPE
Diese Ergebnisse zeigen, daß die treeing-Beständigkeit eines Kabelisolierstoffs erheblich erhöht wird, womit eine verbesserte elektrische Langzeitfestigkeit von KabelIsolierungen unter erschwerten Bedingungen erreicht werden kann. Ferner werden bei geeigneten sonstigen Mischungsparametern (Polymer, Antioxidans) auch die "bow tie trees" weitgehend verhindert.

Claims (11)

ι Licentia Patent-Verwaltungs-QnbH Theodor-Stern-Kai 1 Frankfurt/Main 70 . F 82/53 13. April 1984 Spannungsstabilisierte Polyolefinisolierung Patentansprüche
1. Polyolefinisolierung mit einem Spannungsstabilisator aus Alkoxisilanen der allgemeinen Formel
Rx- Si (0 - R·) 4_x wobei χ = 0 bis 3 ist,
R einen aliphatischen, aromatischen oder cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffrest darstellt, der gegebenenfalls noch durch Amino-, Epoxjrgruppen oder andere substituiert sein kann, und R' aus Alkylgruppen besteht,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Substituent R1 ein Alkylrest mit funktioneilen Gruppen ist und daß die verbleibenden Substituenten aus Alkylgruppen, bevorzugt langkettigen Alkylgruppen,' bestehen und daß gegebenenfalls ein Katalysator mitverwendet wird.
2. Polyolefinisolierung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß R' ein Hydroxyalkylrest ist.
3. Polyolefinisolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R1 ein Alkyl(dialkoxisilyloxi)alkylrest ist.
4. Polyolefinisolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mitverwendete Katalysator Dibutylzinndilaurat ist.
5. Polyolefinisolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin ein thermoplastisches Polyäthylen ist.
6. Polyolefinisolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin ein vernetztes Polyäthylen ist.
7. Polyolefinisolierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyäthylen peroxidisch vernetzt ist.
8. Polyolefinisolierung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das Polyäthylen mit 1,3-Bis(tertiärbutylperoxyisopropylbenzol) vernetzt ist.
25
9. Polyolefinisolierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyäthylen mit Silan vernetzt ist.
10. Polyolefinisolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß R ein gesättigter Alkylrest ist.
11. Polyolefinisolierung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkylrest ein Methylrest ist.
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