DE3538527C2

DE3538527C2 -

Info

Publication number: DE3538527C2
Application number: DE3538527A
Authority: DE
Inventors: Fumio Tokio/Tokyo Jp Aida; Takeo Shiono; Misao Hanai; Shahrzad Yokohama Kanagawa Jp Tassavori
Original assignee: Showa Electric Wire and Cable Co
Current assignee: SWCC Corp
Priority date: 1984-11-27
Filing date: 1985-10-30
Publication date: 1991-04-25
Also published as: DE3538527A1; US4801766A; US4732722A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mit vernetzten Polyolefinen isolierten Kabels durch Extrusionsbeschichtung eines Leiters mit einer halbleitenden ersten Schicht aus einem ein Basispolymer enthaltenden Material, mit einer zweiten Schicht aus einem vernetzbaren Material zur Ausbildung einer mit vernetzten Polyolefinen isolierten Schicht, die auf die erste Schicht aufgebracht wird, und mit einer halbleitenden dritten Schicht, die auf die zweite Schicht aufgebracht wird, gefolgt von einer Vernetzungsbehandlung des extrusionsbeschichteten Leiters.

Ein derartigs Verfahren ist aus der DE 28 52 379 A1 bekannt. Übliche Kabel sind so konstruiert, daß sie eine halbleitende Schicht innerhalb und/oder außerhalb einer isolierenden Schicht zur Schwächung eines elektrischen Feldes aufweisen. Übliche Materialien für die isolierende Schicht umfassen Basispolymere aus Polyethylen (PE), vernetztes Polyethylen (XLPE), Ethylen-Propylen-Copolymere (EPR) und Ethylen-Propylen- Dien-Terpolymere (EPR), siehe IEEE Transaction on Power Apparatus and System, Vol. PAS-102, No. 7, July 1983, S. 1942-1953, aus Ethylen-Vinylacetat-Copolymeren (EVA), siehe IEEE Transaction on Power Apparatus and System, Vol. PAS-103, No. 3, March 1984, S. 536-544, und aus Ethylen-Ethylacetat- Copolymeren (EEA), siehe die Patentschrift US-P 44 57 975.

Da derartige Kabel ausgezeichnete elektrische Eigenschaften aufweisen und wartungsfreundlich sind, befindet sich ihr Einsatz als Hochspannungskapel im Stadium einer lebhaften Entwicklung. So wird in der DE 24 50 581 A1 ein elektrisches Kabel mit einer äußeren Leitschicht oberhalb der aus Thermoplasten oder Elastomeren bestehenden Isolierung beschrieben, bei dem die Isolierung aus einem durch Einwirkung von Feuchtigkeit vernetzbaren silangepfropften Basismaterial und die äußere extrudierbare Leitschicht aus einem unvernetzbaren Polymermaterial besteht. Die DE 28 52 379 A1 beschreibt Verfahren zur Herstellung eines Starkstromkabels, bei dem auf einen Kabelleiter eine innere leitende Schicht eines Polymermaterials aufgepreßt, die innere leitende Schicht durch Strangpressen eines Polymermaterials mit einer Isolierung versehen, die Isolierung durch Erhitzen unter Druck vernetzt und das Kabel anschließend mit einer äußeren leitenden Schicht versehen wird.

Bei Hochspannungskabeln sind Forschungsarbeiten hinsichtlich reiner, d. h. undotierter Polyolefine als Isolatoren, der Einsatz von trockenen Vernetzungsverfahren als Vernetzungsmethode zur Herabsetzung des Feuchtigkeitsgehaltes, des Einsatzes von wasserdichten Beschichtungen für die Verhinderung des Eindringens von Wasser von außen und dergleichen durchgeführt worden. Die Verringerung der Dicke der Isolationsschicht ist bei Hochspannungskabeln eine andere wichtige Aufgabe, zu deren Lösung es notwendig ist, die elektrische Durchschlagsfestigkeit des Isolators und die Festigkeit der Grenzfläche zwischen der halbleitenden und der isolierenden Schicht zu verbessern.

In diesem Zusammenhang ist bereits ein Verfahren vorgeschlagen worden, demzufolge eine Substanz mit einem spannungsstabilisierenden Effekt, z. B. ein chloriertes n-Paraffin, ein Siliconöl, Glycidylmethacrylat oder dergleichen der halbleitenden Schicht zuzusetzen (JA-OS [Kokai] 1 51 709/1980, JA-AS [Kokoku] 39 348/ 1974, veröffentlichtes JA-GM [Kokai] 70 082/1979 und dergleichen).

Die gemäß dem vorgenannten Verfahren hergestellten Hochspannungskabel sind jedoch immer noch nicht in der Lage, die Durchschlagfestigkeit zu erhöhen, da die zugesetzten spannungsstabilisierenden Substanzen aus der halbleitenden Schicht ausbluten oder als Verunreinigungen wirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines mit vernetzten Polyolefinen isolierten Kabels anzugeben, das eine wesentlich höhere Durchschlagsfestigkeit des Kabels gewährleistet.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Mischung. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Durch die Zugabe von N-Vinylcarbazol, das in die Polyolefin- Isolationsschicht diffundiert, erhält man ein Kabel, das eine ausgezeichnete chemische Stabilität sowie eine wesentlich erhöhte Durchschlagsfestigkeit selbst nach langem Einsatz aufweist. Zudem wird bei dem erfindungsgemäßen Kabel der Nachteil anderer stabilisierender Zusätze, die aus der halbleitenden Schicht ausbluten, vermieden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben:

Beispiel 1 bis 10 und Vergleichsbeispiele 1 bis 5

Gemäß dem folgenden Verfahren werden mit vernetztem Polyethylen isolierte Kabel hergestellt, die jeweils aus einem Leiter 1, einer inneren, auf der äußeren Oberfläche des Leiters 1 ausgebildeten halbleitenden Schicht 2, einer auf der Schicht 2 ausgebildeten, vernetzten Polyethylen-Isolationsschicht 3 und einer auf der Schicht 3 ausgebildeten äußeren halbleitenden Schicht besteht, wie sich aus der Zeichnung ergibt.

Ein Leiter 1 mit einem Durchmesser von 1,2 mm wird mit einem Material für die Ausbildung einer inneren halbleitenden Schicht 2 extrusionsbeschichtet, die aus 30 Gewichtsteilen Polyethylen, 35 Gewichtsteilen eines Ethylen-α-olefincopolymeren, 35 Gewichtsteilen leitfähigem Ruß bzw. Graphit, 0,2 Gewichtsteilen eines Antioxidationsmittels, 0,5 Gewichtsteilen eines Vernetzungsmittels sowie eines Additivs, dessen chemische Bezeichnung und Gewichtsteile aus Tabelle 1 ersichtlich sind (mit der Ausnahme, daß im Vergleichsbeispiel 1 kein Additiv verwendet wird) besteht. Danach wurde ein vernetztbares Polyethylenmaterial für die Ausbildung einer Isolationsschicht 3 und weiterhin ein Material für die Ausbildung einer äußeren halbleitenden Schicht 4 durch Extrusionsbeschichtung aufgebracht. Der erhaltene beschichtete Leiter wird gemäß einem üblichen Verfahren einer Vernetzungsbehandlung unterzogen, wodurch man ein Kabel zu Versuchszwecken erhält. Für sämtliche Versuchskabel wurde die AC-Durchschlagsfestigkeit bestimmt. Die Meßergebnisse sind aus Tabelle 1 ersichtlich.

Beispiele 11 bis 13

Ein Leiter 1 mit einem Durchmesser von 1,2 mm wird mit einem Material für die Ausbildung einer inneren halbleitenden Beschichtung 2, bestehend aus 30 Gewichtsteilen eines Polyethylens, 34 Gewichtsteilen eines Ethylen-α-olefincopolymeren, 36 Gewichtsteilen eines leitfähigen Rußes bzw. Graphits, 0,2 Gewichtsteilen eines Antioxidationsmittels, 0,5 Gewichtsteilen eines Vernetzungsmittels und einem Additiv, extrusionsbeschichtet, wobei die chemische Zusammensetzung und die Gewichtsteile für das Additiv aus Tabelle 2 ersichtlich sind. Anschließend wird ein vernetzbares Polyethylenmaterial für die Ausbildung einer Isolationsschicht 3 und weiterhin ein Material für die Ausbildung einer äußeren halbleitenden Beschichtung 4 durch Extrusionsbeschichtung aufgebracht. Der erhaltene beschichtete Leiter wird bei 180 bis 190°C gemäß üblichen Verfahren vernetzt, wodurch man ein Kabel für Versuchszwecke erhält. Für sämtliche hergestellten Versuchskabel wurde die AC-Durchschlagfestigkeit einschließlich derjenigen nach thermischem Abbau durch Vakuumtrocknung bei 50°C innerhalb von 5 Tagen bestimmt. Die Meßergebnisse sind aus Tabelle 2 ersichtlich. In Tabelle 2 werden auch die Ergebnisse des Vergleichsbeispiels 1 der Tabelle 1 zu Vergleichszwecken wiedergegeben.

Tabelle 2

Beispiele 14 bis 20

Ein Leiter 1 mit einem Durchmesser von 1,2 mm wird mit einer Schichtdicke von 0,5 mm mit einem Material für die Ausbildung einer inneren halbleitenden Schicht 2, bestehend aus 100 Gewichtsteilen Ethylen-ethylacrylat(EEA)-Copolymer, 56 Gewichtsteilen Acetylenruß bzw. -graphit, 0,7 Gewichtsteilen Antioxidationsmittel, 0,8 Gewichtsteilen eines Vernetzungsmittels und 1 Gewichtsteil N-Vinylcarbazol extrusionsbeschichtet. Danach wird ein vernetzbares Polyethylenmaterial für die Ausbildung einer Isolationsschicht 3 in einer Schichtdicke von 1 mm und weiterhin ein Material für die Ausbildung einer äußeren halbleitenden Schicht 4 in einer Dicke von 0,5 mm extrusionsbeschichtet. Der erhaltene beschichtete Leiter wird einer ersten (vorläufigen) Erhitzungsbehandlung unter den Bedingungen (Temperatur und Zeit) gemäß Tabelle 3 und anschließend der Vernetzungsbehandlung bei 180 bis 190°C gemäß einem üblichen Verfahren unterworfen, wobei man ein Kabel zu Versuchszwecken erhält. Für sämtliche hergestellten Kabel für Versuchszwecke wurde die AC-Durchschlagsfestigkeit und die AC-Durchschlagsfestigkeit nach thermischem Abbau durch Vakuumtrocknung bei 70°C innerhalb von 5 Tagen bestimmt. Die Meßergebnisse sind aus Tabelle 3 ersichtlich. Bei dem Vergleichsbeispiel 6 handelt es sich um einen Fall, bei dem kein vorläufiges Erhitzen erfolgte; bei dem Vergleichsbeispiel 7 ist kein N-Vinylcarbazol enthalten.

Tabelle 3

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines mit vernetzten Polyolefinen isolierten Kabels durch Extrusionsbeschichtung eines Leiters (1) mit einer halbleitenden ersten Schicht (2) aus einem ein Basispolymer enthaltenden Material, mit einer zweiten Schicht (3) aus einem vernetzbaren Material zur Ausbildung einer mit vernetzten Polyolefinen isolierten Schicht, die auf die erste Schicht aufgebracht wird, und mit einer halbleitenden dritten Schicht (4), die auf die zweite Schicht aufgebracht wird, gefolgt von einer Vernetzungsbehandlung des extrusionsbeschichteten Leiters, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Material für die erste, halbleitende Schicht (2) verwendet, das 0,02 bis 25 Gew.-Teile N-Vinylcarbazol auf 100 Gew.-Teile des Basispolymeren enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Basispolymer aus Polyethylen, einem Ethylen-α-olefincopolymeren und/oder einem Ethylen-ethylacrylat(EEA)-Copolymeren besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das N-Vinylcarbazol in Form eines Monomeren oder eines Oligomeren einzeln oder in Kombination einsetzt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material für die Ausbildung der inneren halbleitenden Schicht weiterhin ein Vernetzungshilfsmittel enthält.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material für die Ausbildung der inneren halbleitenden Schicht 1 Gewichtsteil oder weniger des Vernetzungshilfsmittels enthält.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Vernetzungshilfsmittel aus Acrylaten, Methacrylaten, Allylverbindungen, Maleinimiden, ungesättigten Dicarbonsäuren, aromatischen Vinylverbindungen, Polybutadienen und/oder Trimellitsäureestern besteht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der beschichtete Leiter einer ersten (vorläufigen) Erhitzungsbehandlung vor der Vernetzungsbehandlung unterworfen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (vorläufige) Erhitzungsbehandlung bei 60 bis 180°C für 1 bis 120 Minuten durchgeführt wird.

9. Mit vernetzten Polyolefinen isoliertes Kabel, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.