DE3533507A1

DE3533507A1 - Elektrische freileitung, insbesondere fassadenkabel

Info

Publication number: DE3533507A1
Application number: DE19853533507
Authority: DE
Inventors: Franz Daenekas; Ferdinand Dr Hanisch
Original assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Current assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Priority date: 1985-09-20
Filing date: 1985-09-20
Publication date: 1987-04-02
Also published as: ZA867157B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Freileitung, insbesondere ein Fassadenkabel, mit einer gegenüber äußeren Einflüssen widerstandsfähigen Umhüllung aus einem durch aufgepfropfte ungesättigte Silanverbindungen unter Einwirkung von Feuchtigkeit vernetzten Polymer.

Bekannt sind bereits sog. Fassadenkabel, die der Stromversorgung dienen und die im wesentlichen aus dem elektrischen Leiter und einer isolierenden Hülle bestehen. Diese Hülle übernimmt hierbei neben der elektrischen Isolierung gleichzeitig auch die mechanische Funktion eines Schutzmantels. Das bedingt besondere Anforderungen vor allem an die Licht- und Witterungsbeständigkeit sowie die mechanische Widerstandsfähigkeit insbesondere gegen Wärmeverdrückung, Abrieb und Kältebeständigkeit. Um diesen Anforderungen zu genügen, hat man bereits (DE-AS 26 49 874) als Material für die Umhüllung nach Aufpfropfen von Silanverbindungen unter Einwirkung von Feuchtigkeit vernetzbare Polyolefine hoher Dichte (0,94-0,96 g/cm³) verwendet, dem 1,0 bis 8,0 Gew.% oberflächenreicher Ruß zugesetzt ist.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß die bekannte Maßnahme nicht immer ausreicht, sämtlichen Anforderungen gleichzeitig zu genügen. So kann z. B. der Längsschrumpf der Umhüllung bisweilen zu Beanstandungen führen, wenn dadurch eine einwandfreie Festlegung des Endes des durch die Luft geführten Kabels in einer Kabelklemme nicht möglich bzw. der Verformungswiderstand der Umhüllung eine dauerhafte Sicherung des Kabelendes in der Klemme bei den witterungsbedingten, stark wechselnden Umwelteinflüssen nicht erwarten läßt. In diesem Zusammenhang spielt zudem eine wesentliche Rolle, inwieweit die Umhüllung des in der Kabelklemme festgelegten Kabels gegen Kerbwirkungen resistent ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, die Umhüllung von Freileitungskabeln hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften sowie des Wärmedehnungsverhaltens im montierten Zustand den gestiegenen Forderungen anzupassen sowie deren Herstellung zu vereinfachen.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß das Polymer der Umhüllung aus einem linearen Polyethylen mit einer Dichte von 0,88 bis 0,95 g/cm³ oder aus einem seiner Copolymere allein oder als Verschnitt mit anderen Polymeren und/oder Copolymerisaten besteht. Als lineares Polyethylen (LLDPE - lineares low density Polyethylen) bezeichnet man ein Polyethylenpolymerisat, das charakteristische Eigenschaften des linearen Niederdruckpolyethylens (HDPE - high density Polyethylen) mit denen des stark verzweigten Hochdruck-Polyethylens (LDPE - low density Polyethylen) vereinigt. Die Struktur des erfindungsgemäß eingesetzten Materials, das nach unterschiedlichen Verfahren bei vergleichsweise niedrigen Drücken hergestellt wird, enthält ebenso wie das HDPE nur sehr kurzkettige Verzweigungen. Die Polymerhauptkette ist damit, wie bei HDPE, bestimmend für einige wesentliche Eigenschaften des Makromoleküls. Dadurch bedingt liegen die Schmelzbereiche des LDPE mit 120-125°C nahe dem HDPE. Abweichend vom HDPE und damit wieder dem LDPE ähnlich, ist die Anzahl der Verzweigungen wesentlich höher. Dies bedingt, daß die Dichte und die Kristallinität wesentlich herabgesetzt wird. Die Bezeichnung LLDPE faßt die traditionell widersprüchlich erscheinenden Eigenschaften, nämlich lineare Molekularstruktur und niedrige Dichte (low density) zusammen.

Aus einem solchen Material hergestellte spezielle Kabel erfüllen die gestellten Forderungen vollauf, insbesondere ist es bei dem nach der Erfindung gewählten Material auch möglich, höhere Rußmengen zu verwenden als es bei einem normalen Homopolymer der Fall ist, so daß die Abriebfestigkeit, die Wärmeformbeständigkeit, die Kältebeständigkeit usw. der Umhüllung erhöht werden können. Dabei bringt die Verwendung eines linearen Polyethylens hierbei noch den Vorteil mit sich, daß trotz größerer Rußmengen die Umhüllung ausgehend von ungepfropftem Basismaterial in einem Arbeitsschritt hergestellt werden kann. Bei der Herstellung eines Kabels nach der Erfindung ist mit geringeren Silan- und Peroxidmengen zum Zwecke der Vernetzung als sonst üblich zu rechnen, anch Pfropfung der Silanverbindungen auf die Basismoleküle des linearen Polyethylens läuft der Vernetzungsprozeß in Anwesenheit von Feuchtigkeit beschleunigt ab. Bei ausreichend hoher Luftfeuchtigkeit kann sogar auf die Anwendung von Sattdampf oder Wasserlagerung verzichtet werden. Die Herstellung eines Kabels oder einer Leitung nach der Erfindung ist deshalb auch kostengünstiger zu bewerkstelligen.

Je nach Hersteller sind die unterschiedlichsten Typen linearen Polyethylens im Markt. Für die speziellen Zwecke nach der Erfindung haben sich jedoch die linearen Polyethylene als am Zweckmäßigsten erwiesen, deren Seitenketten überwiegend aus 1-Octen, 1-Buten oder 1-Hexen bestehen. Dieses lineare Polyethylen kann allein das Basismaterial für die Umhüllung der Freileitung oder des Fassadenkabels bilden, die Umhüllung kann in Weiterführung der Erfindung aber auch als Verschnittkomponente Hart- oder Weichpolyethylen enthalten. Desgleichen ist es auch möglich, als harte, mechanisch stabilisierende Komponente für die Umhüllung ein Polypropylen einzusetzen oder, wenn es z. B. mehr auf die Flexibilität des Kabels ankommt, dem Basismaterial einen bestimmten Anteil Ethylen- Propylen-Kautschuk zuzusetzen.

Zur Erhöhung der Beständigkeit des Materials der Umhüllung gegen UV-Strahlen, aber auch zur Erhöhung der mechanischen Stabilität der Umhüllung vor allem bei erhöhten Temperaturen, ist es üblich, dem Werkstoff Ruße zuzumischen. Hier hat es sich in Weiterführung des Erfindungsgedankens als zweckmäßig erwiesen, wenn die Umhüllung einen nichthygroskopischen Ruß hoher Struktur enthält. Solche Ruße, die z. B. unter den Handelsnamen Acetylen-schwarz Y, Denkablack oder Akzo-Ruß Ketjen Black EC bekannt sind, werden vorteilhaft in einer solchen Menge in die Mischung eingegeben, daß sich in der fertigen Umhüllung 1,5 bis 15 Gew.%, vorzugsweise 2,5 bis 10 Gew.%, Rußanteile ergeben. Diesen gegenüber bekannten Kabeln hohen Rußanteil lassen die nach der Erfindung verwendeten linearen Polyethylene ohne Beeinträchtigung des Fertigungsablaufes ohne weiteres zu, für die Praxis bedeutet dies eine weitere Verbesserung des Eigenschaftsbildes erfindungsgemäßer Fassadenkabel.

Die allgemeine Ertüchtigung von Kabelumhüllungen gegen mechanische Beanspruchung zusätzlich durch helle Füllstoffe, die gleichzeitig zu einer Streckung des Basismaterials führen, läßt sich bei einer Umhüllung nach der Erfindung ebenfalls in vorteilhafter Weise durchführen. Die Füllstoffe, etwa Kreide, werden zweckmäßig in einer Menge zugesetzt, daß sich deren Anteil in der fertigen Umhüllung auf 5 bis 40 Gew.%, vorzugsweise 10 bis 20 Gew.%, beläuft. Wegen der beanspruchten Feuchtigkeitsvernetzung des linearen Polyethylens ist es zweckmäßig, Füllstoffe zu verwenden, die weniger hygroskopisch sind.

Zur Herstellung eines Kabels oder einer Leitung nach der Erfindung wird man vorteilhaft dem rieselfähigen, pulver- bis granulatförmigen Basismaterial die Silanlösung und ggf. weitere Zusätze ebenfalls in flüssiger oder in im Silan gelöster Form während eines Mischprozessors bei Materialtemperaturen, die bei oder zumindest nicht wesentlich über Raumtemperatur liegen, zugeben. Wesentlich hierbei ist auch, daß der Kondensationskatalysator von vornherein dem Basismaterial zugegeben wird, d. h. bevor die Prüfung des Silans erfolgt, um eine homogene Verteilung zu erreichen. Das so vorbereitete Granulat wird dann in einem Extrusionsprozeß gepfropft und im selben Arbeitsgang ausgeformt. Ein solches Verfahren sichert die Herstellung von Produkten guter Oberflächenqualität, Vorvernetzungen werden vermieden.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß ein zunächst mit einem Füllstoff verschnittenes und granuliertes sowie anschließend mit der Silanlösung benetztes Polymermaterial in dieser Form nur eine verhältnismäßig geringe Lagerfähigkeit hat, also in der Regel zum baldigen Verbrauch bestimmt ist. Insbesondere für den Hersteller und Vertreiber solcher Mischungen kann dies eine erhebliche Einschränkung bedeuten. Aus diesem Grunde hat es sich nach einem weiteren Erfindungsgedanken als zweckmäßig erwiesen, wenn zeitlich nach der Benetzung der rieselfähigen Teilchen der Basismaterialien mindestens mit der Silanlösung Füllstoffe und/oder Pigmente und/oder Ruß in Form einer hochkonzentrierten Mischung (Masterbatch) der Basismischung zugegeben werden. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, daß die Silanlösung nur auf dem Basismaterial verteilt wird. Nach dieser Verteilung und teilweisen Eindiffusion erfolgt das Zumischen der festen Füllstoffkonzentrate, wobei diese praktisch keine Silanlösung mehr binden können. Nach diesem Verfahren hergestellt Mischungen weisen auch nach mehrmonatigen Lagerzeiten gleichbleibende Extrudatqualitäten auf.

Nach der Diffusion der Silankomponente können Ruße, Farbpigmente, vorteilhaft in einer Dosierung von 0,1 bis 10 Teilen, bezogen auf 100 Teile Basismaterial, oder Kreiden als Konzentrate zu unterschiedlicher Zeit eingebracht werden. Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit ist die, daß in Weiterführung der Erfindung die hochkonzentrierte rieselfähige Mischung z. B. eines Rußbatches, dem silanisierten Basismaterial nach Abschluß der Benetzung des Basismaterials, etwa eines Polyethylen-Granulats, zugegeben wird, aber noch im gleichen Mischprozeß. Dieses sog. Einschrittmischverfahren in einem Kaltmischprozeß ergibt einen sehr wirtschaftlichen kostengünstigen Verfahrensablauf.

Eine andere vorteilhafte Möglichkeit ist die, daß nach einem weiteren Erfindungsgedanken die hochkonzentrierte rieselfähige Mischung mit dem Silanisierten Basismaterial erst im Einzugstrichter des Extruders zusammengebracht wird. Die weitgehende Diffusion der Silankomponente in das Basismaterial nach einer gewissen Lagerzeit bedeutet, daß an der Oberfläche nur von Silanresten schon weitgehend freie Teilchen vom Basismaterial mit der Füllstoffkomponente in Verbindung gebracht werden.

Der Mischer für das Basismaterial einschließlich der Silanlösung und ggf. weiterer Zusätze kann aber auch mit dem Verarbeitungsextruder direkt verbunden sein. Das bedeutet, daß das Basispolymer mit der Silankomponente und ggf. weiteren Zusätzen gemischt und anschließend ohne Zwischenlagerung dem Verarbeitungsextruder direkt eingegeben wird.

Ein weiterer vorteilhafter Schritt in Richtung auf die rationelle Fertigung einer nach der Erfindung aufgebauten Freileitung besteht darin, daß die Zugabe des Silans, des Kondensationskatalysators sowie ggf. weiterer Zusätze im Trichter des Verarbeitungsextruders erfolgt, der als Mischaggregat ausgebildet ist, oder, daß sogar die flüssigen Komponenten in den Einzugsbereich des Verarbeitungsextruder unmittelbar eindosiert werden.

Abweichend von den aufgezeigten Möglichkeiten kann man nach der Erfindung aber auch so vorgesehen, daß die hochkonzentrierte rieselfähige Mischung dem silanisierten Basismaterial in einem gesonderten anschließenden zweiten Kaltmischprozeß zugegeben wird. Insbesondere die Anwendung dieser Verfahrensschritte wird weitgehend vom vorhandenen Maschinenpark des Mischungsherstellers oder Verarbeiters abhängen.

Wird das sog. Einschrittverfahren bevorzugt, nach dem dem Basismaterial nach Abschluß der Benetzungsphase die hochkonzentrierte Mischung zugegeben wird, dann hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn der Mischzyklus von Basismaterial und Silanlösung 1 bis 8 min, vorzugsweise 2 bis 5 min, bei Temperaturen von 18° bis 40°C beträgt. Der Großteil der für die Vernetzung verwendeten Silanlösung ist dann bereits auf dem Basismaterial homogen verteilt, ein kleiner Rest, der noch von der eingebrachten hochkonzentrierten Mischung aufgenommen werden könnte, reicht nicht aus, die Lagerzeit nachteilig zu beeinflussen oder gar Anvernetzungen beim Pfropfen und Formgeben der Mischung im Extrusionsprozeß herbeizuführen.

Abweichend von den beschriebenen Verfahren kann man auch ohne Füllstoffbatch arbeiten. Die Füllstoffe werden vorher homogen im gesamten Polymer eingearbeitet und die Mischung regranuliert. Auf diese Mischung wird dann die auch z. B. den Kondensationskatalysator enthaltende Silanlösung aufgebracht. Bei dieser Verfahrensweise unterliegt man einer Einschränkung hinsichtlich Lagerfähigkeit, Auswahl von Füllstoffen und Stabilisatorsystemen.

Die Erfindung sei an Hand des in der Fig. als Ausführungsbeispiel dargestellten Fassadenkabels sowie der Mischungsbeispiele näher erläutert.

Das Fassadenkabel bessteht aus dem z. B. aus einzelnen miteinander verseilten Drähten hergestellten Leiter 1, der von der Isolierhülle 2 umgeben ist, die gleichzeitig als Isolierung und Mantel dient. Zur Herstellung der isolierenden Hülle können Mischungen etwa der folgenden Zusammensetzung verwendet werden:

Beispiel I

Lineares Polyethylen (LLDPE)
(Dichte 0,920 g/cm³) 100 TeileStabilisator-Batch 5 TeileSilan 1,2-1,6 TeilePeroxid 0,03-0,07 TeileKatalysator 0,04-0,08 TeileRußbatch 6-30 Teile

Kommt es für die Umhüllung des Fassadenkabels mehr auf eine hohe Wärmestandfestigkeit an, wird man eher auf die folgende Mischung zurückgreifen:

Beispiel II

Lineares Polyethylen (LLDPE)
(Dichte 0,935 g/cm³) 70-80 Teile
HDPE (Dichte 0,950-0,960 g/cm³) 20-30 TeileSilan 1,1-1,5 TeileStabilisatorbatch 5 TeilePeroxid 0,04-0,08 TeileKatalysator 0,03ä0,97 TeileRußbatch 5-40 Teile

Wird dagegen für den Einsatz eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Fassadenkabels höhere Flexibilität verlangt, wird man der nachfolgenden Mischung eher den Vorzug geben:

Beispiel III

Lineares Polyethylen (LLDPE)
(Dichte 0,917 g/cm³) 70-80 TeileEthylen-Propylen-Kautschuk 20-30 TeileAlterungsschmutzmittel 0,5 TeileSilan 1,4-2,0 TeilePeroxid 0,03-0,06 TeileKatalysator 0,03-0,07 TeileRußbatch 6-35 Teile

Eine für die Zwecke der Erfindung geeignete Mischung mit einem Anteil heller Füllstoffe zeigt die folgende Mischung:

Beispiel IV

Lineares Polyethylen (LLDPE)
(Dichte 0,920 g/cm³) 100 TeileStabilisatorbatch 5 TeileSilan 1,2-1,6 TeilePeroxid 0,03-0,07 TeileKatalysator 0,04-0,08 TeileKreidebatch 30 TeileRußbatch 6 Teile

Als Silane oder Silanverbindungen wird man in der Regel Organo-Silane verwenden, wie, das Vinyltrimethoxi- oder Vinyltriäthoxisilan. Die eingesetzten Ruße sind wenig hygroskopisch, bekannt sind solche Ruße z. B. unter den Handelsnamen Denkablack oder Akzo Ketjen Black EC oder Acetylen-Noir Y. Als Peroxide können die in der Silantechnik üblichen, wie z. B. das Dicumylperoxid oder auch das bis (tert. butyl peroxid isopropyl) benzol verwendet werden.

Claims

1. Elektrische Freileitung, insbesondere Fassadenkabel, mit einer gegenüber äußeren Einflüssen widerstandsfähigen Umhüllung aus einem durch aufgepfropfte ungesättigte Silanverbindungen unter Einwirkung von Feuchtigkeit vernetzten Polymer, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer der Umhüllung aus einem linearen Polyethylen (LLDPE) mit einer Dichte von 0,88 bis 0,95 g/cm³ oder aus einem seiner Copolymere allein oder als Verschnitt mit anderen Polymeren besteht.

2. Freileitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenketten des linearen Polyethylens überwiegend aus 1-Octen, 1-Buten oder 1-Hexen bestehen.

3. Freileitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung als Verschnittkomponente Hart- oder Weichpolyethylen enthält.

4. Freileitung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung als Verschnittkomponente Polypropylen oder Ethylen-Propylen-Kautschuk enthält.

5. Freileitung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung einen nichthygroskopischen Ruß hoher Struktur enthält.

6. Freileitung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rußzusatz 1,5 bis 15 Gew.%, vorzugsweise 2,5 bis 10 Gew.%, beträgt.

7. Freileitung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung wenig hygroskopische Füllstoffe in der Größenordnung 5 bis 40 Gew.%, vorzugsweise 10 bis 20 Gew.%, enthält.

8. Freileitung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung Pigmente oder sonstige Farbstoffe in einer Dosierung von 0,1 bis 5 Teilen, bezogen auf jeweils 100 Teile Basispolymer, enthält.

9. Verfahren zur Herstellung einer Freileitung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß dem rieselfähigen, pulver- bis granulatförmigen Basismaterial die Silanlösung und ggf. weitere Zusätze ebenfalls bei Materialtemperaturen, die bei oder zumindest nicht wesentlich über Raumtemperaturen liegen, zugegeben wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zeitlich nach der Benetzung der rieselfähigen Teilchen der Basismaterialien mindestens mit der Silanlösung Füllstoffe und/oder Pigmente und/oder Ruß in Form einer hoochkonzentrierten rieselfähigen Mischung (Masterbatch) der Basismischung zugegeben werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die hochkonzentrierte rieselfähige Mischung dem mit der Silanlösung benetzten Basismaterial erst am Ende der Mischphase, aber noch im gleichen Mischprozeß, zugegeben wird.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die hochkonzentrierte rieselfähige Mischung mit dem mit der Silanlösung benetzten Basismaterial im Einzugstrichter eines Extruders zusammengebracht wird.

13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die hochkonzentrierte rieselfähige Mischung dem mit der Silanlösung benetzten Basismaterial nach teilweiser Diffusion der Lösung in das Pulver oder Granulat in einem gesonderten anschließenden zweiten Kaltmischprozeß zugegeben wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischphase 1 bis 8 min, vorzugsweise 2 bis 5 min. bei Temperaturen von 18° bis 40°C beträgt.

15. Verfahren zur Herstellung einer Freileitung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, bei dem in das Basismaterial eine Füllstoffe und/oder Pigmente und/oder Ruß enthaltende hochkonzentrierte Mischung eingegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Einmischung und Homogenisierung der hochkonzentrierten Mischung unmittelbar in das Basismaterial erfolgt und dessen Benetzung mit den Silanverbindungen bzw. den im Silan gelösten Zusätzen erst nach einer Regranulierung der Mischung vorgenommen wird.

16. Verfahren zur Herstellung einer Freileitung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, bei dem das Basismaterial einschließlich der Silanlösung gemischt und anschließend einem Verarbeitungsextruder zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Silanlösung und ggf. weiteren Zusätzen gemischte Basismaterial ohne Zwischenlagerung dem Verarbeitungsextruder unmittelbar eingegeben wird.

17. Verfahren zur Herstellung einer Freileitung nach Anspruch 9 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe der Silanlösung einschließlich ggf. weiterer Zusätze im Trichter des Verarbeitungsextruders erfolgt, der als Mischaggregat ausgebildet ist.

18. Verfahren zur Herstellung einer Freileitung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Silanlösung einschließlich ggf. weiterer Zusätze in den Einzugsbereich des Verarbeitungsextruders unmittelbar eindosiert wird.

19. Verfahren nach Anspruch 9 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Silanlösung den für die Feuchtigkeitsvernetzung erforderlichen Kondensationskatalysator mit enthält.