DE3632091A1

DE3632091A1 - Halogenfreie und schwer entflammbare umhuellung fuer langgestrecktes gut

Info

Publication number: DE3632091A1
Application number: DE19863632091
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Dr Rer Nat Hanisch; Richard Winter
Original assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Current assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Priority date: 1986-09-20
Filing date: 1986-09-20
Publication date: 1988-03-24
Anticipated expiration: 2006-09-21
Also published as: GB8722003D0; FR2604179B1; GB2195348B; GB2195348A; DE3632091C2; FR2604179A1; CH674277A5

Description

Die Erfindung betrifft eine halogenfreie und durch geeig nete Füllstoffe schwer entflammbare Umhüllung für langge strecktes Gut, wie elektrische Kabel, Rohrbündelkabel oder Rohrleitungen aus einem extrudierten und vernetzten Kunst stoff.

Schwer entflammbare Mischungen zur Herstellung der unter schiedlichsten Produkte werden auf vielen technischen Ge bieten gefordert. So soll beispielsweise die Isolierung elektrischer Kabel und Leitungen aus Polyvinylchlorid un brennbar sein, wenn solche Kabel oder Leitungen in Berg werken, auf Schiffen oder in anderen feuergefährlichen oder feuergefährdeten Anlagen Verwendung finden. Weich macherfreies Polyvinylchlorid ist zwar unbrennbar, für die Herstellung elektrischer Kabel und Leitungen jedoch nicht geeignet. Zu diesem Zweck ist es daher üblich, weichmacher haltiges Polyvinylchlorid zu verwenden, das noch als flamm widrig bezeichnet werden kann.

Diese Eigenschaft erhält es durch, bei der Hitze der Verbrennung freiwerdende Chlorwasserstoffgas, das bei der Zersetzung der Isolierung aus dem Polyvinylchlorid entsteht und die entstehende Flamme zum Erlöschen bringt. Nachteilig hierbei sind die bekannten Folgeschäden, die sich dadurch ergeben, daß der bei Erwärmung abgespaltene, gasförmige Chlorwasserstoff sich mit Wasser oder Wasser dampf zu Salzsäure verbindet, die Metalle, Beton oder sons tige Gegenstände anätzt oder zerstört. Im Bemühen, solche Nachfolgeschäden zu unterbinden, hat man bereits vorge sehen (DE-OS 17 69 343), den polymeren Werkstoffen zur Bin dung der unter Wärmeeinwirkung abgespaltenen flüchtigen Säuren sehr feinteiligen säurebindenen Füllstoff mit einer mittleren Korngröße unter 250 µm zuzugeben. Dieses bekann te Verfahren hat sich in der Praxis nicht durchsetzen kön nen.

Man ist deshalb inzwischen zu halogenfreien Basismateria lien übergegangen, die man durch flammwidrige halogenfreie Zusätze schwer entflammbar einstellt. Bekannt ist in diesem Zusammenhang eine flammwidrige halogenfreie Polymermischung (DE-OS 28 09 294), die eine definierte Menge an Aluminium oxidhydrat enthält. Als Basismaterialien werden hierbei Kautschuke oder kautschukartige Werkstoffe verwendet, die nach der Verarbeitung zum Endprodukt durch Wärmeeinwirkung chemisch vernetzt werden. Eine solche chemische Vernetzung wird in den sog. kontinuierlichen Vulkanisationsanlagen (CV-Anlagen) seit Jahren praktiziert. Hierbei wird das zu vernetzende Gut z. B. in Form einer Kettenlinie in einem entsprechenden mit Dampf oder Schutzgas gefüllten Rohr ge führt. Mit zunehmenden Querschnitten, z. B. eines elektri schen Kabels, und damit wachsender Steifigkeit eines sol chen Produktes wird diese Art der Vernetzung jedoch immer problematischer. Schäden an der Umhüllung, etwa der Iso lierung oder des Mantels eines Kabels durch Berührung des durch die CV-Anlage hindurchgeführten Produktes mit der Wandung der Rohrführung sind nicht immer auszuschließen. Bekannt ist ferner, daß sich eine Reihe von Polymeren, die grundsätzlich geeignet sind, daraus Mischungen für Umhüllungen von Kabeln und Leitungen herzustellen, mit organischen Silanen vernetzen lassen. Dabei kommen die unterschiedlichsten Verfahrensvarianten in Betracht, die alle tatsächlich auch in der Praxis angewendet werden. Bei der Anwendung dieser Techniken auf Mischungszusammen setzungen mit den üblichen Füllstoffen treten jedoch kaum überwindbare Probleme dadurch auf, daß die mit den Füllstoffen eingebrachten Feuchtigkeitsmengen die Ver netzungsreaktionen zu früh und unkontrolliert einleiten.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfin dung deshalb die Aufgabe zugrunde, eine halogenfreie und schwer entflammbare Umhüllung zu schaffen, die auch für größere Ummantelungs-Querschnitte problemlos hergestellt werden kann, die aber auch den mechanischen und, falls erforderlich, gleichzeitig den elektrischen Forderungen auf dem jeweiligen Einsatzgebiet genügt, und deren Her stellungs- und Verarbeitungstechnologie die o. g. Nach teile ausschließt.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die Basis des Kunststoffes ein Verschnitt ist aus Ethylen-Propylen-Kautschuk, EPDM und ähnlichen, sowie Copolymeren des Ethylens mit einem Comonomeren, wie Acrylat oder Vinylacetat, wobei der Comonomeranteil bis zu 35 Gew.% beträgt, oder auch Polyethylen mit einer Dichte von weniger als 0,915 g/cm³, allein oder im Verschnitt mit den ge nannten Copolymeren, wobei der Polymerverschnitt mit einem flammwidrigen Füllstoff gefüllt und durch Auf pfropfen von ungesättigten Organosilanen durch Feuchtig keitseinwirkung vernetzbar ist.

Durch die so drucklose Silanvernetzung sind auch Produkte größerer Querschnitte problemlos zu isolieren oder zu um manteln, ohne aufwendige CV-Anlagen verwenden zu müssen. Die vorgesehene Verschnittkombinationen erlaubt einen aus reichenden flammwidrigen Füllstoffanteil ohne sonstige, insbesondere nicht elektrische oder mechanische, Quali tätseinbußen.

Als für die Zwecke der Erfindung besonders geeignete Ver schnittkomponenten des Ethylen-Propylen-Kautschuks haben sich Copolymere auf Acetat- oder Acrylat-Basis erwiesen, aber auch Polyethylene mit extrem niedriger Dichte (VLDPE), beispielsweise von 0,890 bis 0,915 g/cm³. Ist das Copolymere des Ethylens ein Acetat, hat sich ein Comonomeranteil von 5-35 Gew.% als am zweckmäßigsten erwiesen, ist das Co polymere ein Acrylat, beträgt der Comonomeranteil vorteil haft 5 bis 20 Gew.%.

Das Verschnittverhältnis der Basiskomponenten, d. h. von Ethylen-Propylen-Kautschuk zu Ethylen-Copolymeren bzw. VLDPE, wird vorzugsweise zwischen 40:60 und 60:40 betragen. Zur Erzielung der geforderten Flammwidrigkeit werden die entsprechenden Füllstoffe dem Basisverschnitt in einer Men ge von 80-180 Teilen vorzugsweise 90-120 Teilen, be zogen auf 100 Teile Verschnitt, zugegeben.

Die Forderung nach einer halogenfreien und schwer entflamm baren Isolierung eines Kabels läuft der gleichzeitigen For derung nach guten elektrischen Eigenschaften entgegen. Dieses Problem löst die Erfindung durch den gleichzeitigen Einsatz mehrerer Polymere. Kombiniert werden die besonders guten elektrischen Eigenschaften der Ethylen-Propylen-Kaut schuk-Komponente (EPR) mit den hohen mechanischen Werten der Copolymere bzw. des VLDPE, sowie der guten Füllbarkeit aller Komponenten.

Zweckmäßig kann es ferner sein, dem Material weitere Poly mere, Additive, wie Stabilisatoren gegen thermische Alterung gegen den Einfluß energiereicher Strahlen usw., sowie Ver arbeitungshilfen, wie Gleitmittel, Dispergatoren und Weich macher und ggf. Farbzusätze beizumischen.

Die Herstellung einer solchen geeigneten Mischung kann erfindungsgemäß so vor sich gehen, daß das Verschneiden der Komponenten, die Einbringung der Füllstoffe und der sonstigen Zusätze, der Verarbeitungshilfen des Konden sationskatalysators und die Pfropfung der Silane auf die Verschnittkomponenten in geeigneter Weise verfahrens mäßig getrennt werden. In einem weiteren Verfahrensschritt nach entsprechender Lagerung eines hergestellten Granu lates erfolgt die Ausformung zum Endprodukt, das schließ lich zum Zwecke der Vernetzung einer Wasserlagerung oder lediglich der Lagerung an feuchter Luft ausgesetzt wird.

Eine vorteilhafte Verfahrensvariante in Durchführung der Erfindung ist es, wenn die zu pfropfenden Verschnittkom ponenten zunächst jede für sich allein oder auch zusam men, aber ohne die Gegenwart der Füllstoffe, mit den Or ganosilanen gepfropft werden und anschließend das ge pfropfte Material mit dem flammwidrig machenden Füllstoff sowie den weiteren Zusätzen und üblichen Verarbeitungs hilfen gemischt, aufgeschmolzen sowie im gleichen oder nachgeschalteten Arbeitsgang ausgeformt wird. Ein solches Verfahren hat den Vorteil, daß auch flammwidrig machende Füllstoffe verwendet werden können, die bei erhöhten Tem peraturen, etwa den Pfropftemperaturen von über 180°C, zerfallen oder Spaltprodukte bilden, die ihrerseits wie derum den Pfropf- oder anschließenden Vernetzungsvorgang unkontrolliert stören.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dienen die nachfol genden Mischungsbeispiele. Beispiel I stellt eine geeig nete Mischungszusammensetzung dar.

Beispiel I

Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPR)50 Teile Ethylen-Vinylacetat-Copolymer
(Monomeranteil 20 Gew.-%)50 Teile Füllstoffe als Flammschutz
(Aluminiumoxidhydrat)100 Teile Silan (Vinyltrimethoxysilan)2 Teile Peroxid0,05 Teile Kondensationskatalysator
(Dibutylzinndilaurat)0,05 Teile Weichmacher (naphten Öl)10 Teile Gleitmittel, Verarbeitungshilfen (Wachs)5 Teile Stabilisator (TMQ-Tetramethyl-
dihydrochinolin)0,4 Teile

Einen möglichen Verfahrensweg veranschaulicht das Ausführungsbeispiel:

Beispiel II

A: Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPR)45 Teile Silan2 Teile Peroxid0,05 Teile

Pfropfen des EPR

B: Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVA)
(Monomeranteil 20 Gew.-%)100 Teile Silan2 Teile Peroxid0,04 Teile

Pfropfen des Copolymeren

C: Füllstoffbatch
5 Teile EPR, 5 Teile EVA10 Teile Aluminiumoxidhydrat120 Teile Weichmacher10 Teile Verarbeitungshilfen5 Teile Stabilisator0,8 Teile

Compoundieren des Batch

D: A60 Teile B40 Teile C150 Teile Katalysator (ggf. als Batch)0,05 Teile

Mischen

Dieses Ausführungsbeispiel 1 ist insbesondere in all den Fällen vorzuziehen, bei denen flammwidrig machende Füll stoffe verwendet werden, die, wie beispielsweise das Alu miniumoxidhydrat, bei erhöhten Temperaturen Wasser abspal ten.

Hier wird man so vorgehen, daß man die Verschnittkompo nenten zunächst jede für sich mit dem Silan pfropft und dann die gepfropften Komponenten zusammen mit dem Füll stoffbatch (C) mischt, etwa in einem Kaltmischprozeß, oder bereits dosiert dem Trichter eines Verarbeitungsextruders zuführt. Das Aufschmelzen, Homogenisieren und Ausformen kann in diesem einen Arbeitsschritt erfolgen, die Vernet zung des ausgeformten Mantels, der Isolierung oder dergl. wird durch anschließende Wasserlagerung vorgenommen oder einfach dadurch, daß das Produkt der Luftfeuchtigkeit über längere Zeit ausgesetzt wird.

Claims

1. Halogenfreie und durch geeignete Füllstoffe schwer ent flammbare Umhüllung für langgestrecktes Gut, wie elek trische Kabel, Rohrbündelkabel oder Rohrleitungen, aus einem extrudierten und vernetzten Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Kunststoffes ein Ver schnitt ist aus Ethylen-Propylen-Kautschuk sowie Copoly meren des Ethylens mit einem Comonomeranteil bis zu 35 Gew.%, oder auch Polyethylen mit einer Dichte von weniger als 0,915 g/cm³ allein oder im Verschnitt mit den Copolymeren, wobei der Polymerverschnitt mit einem flammwidrig machenden Füllstoff gefüllt und durch Auf pfropfen von ungesättigten Organosilanen durch Feuchtig keitseinwirkung vernetzbar ist.

2. Umhüllung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymere des Ethylens ein Acetat mit einem Como nomeranteil von 5 bis 35 Gew.% ist.

3. Umhüllung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymere des Ethylens ein Acrylat mit einem Como nomeranteil von 5 bis 20 Gew.% ist.

4. Umhüllung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte des Polyethylens bei 0,890 bis 0,915 g/cm³ liegt.

5. Umhüllung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, da durch gekennzeichnet, daß das Verschnittverhältnis von Ethylen-Propylen-Kautschuk zu Ethylen-Copolymeren bzw. Polyethylen niederer Dichte (VLDPE) 40 : 60 bis 60 : 40 be trägt.

6. Umhüllung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, da durch gekennzeichnet, daß der Kunststoff den flammwidrig machenden Füllstoff in einer Menge von 80 bis 180 Teilen, vorzugsweise 90 bis 120 Teilen, bezogen auf 100 Teile Basisverschnitt, enthält.

7. Umhüllung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, da durch gekennzeichnet, daß der Verschnitt weitere Poly mere, Additive, Verarbeitungshilfen und ggf. Farbzu sätze enthält.

8. Verfahren zur Herstellung einer Umhüllung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Verschnittkomponenten zunächst für sich mit den Organosilanen gepfropft wird und anschlie ßend die Komponenten mit dem flammwidrig machenden Füll stoff sowie weiteren Zusätzen und üblichen Verarbeitungs hilfen gemischt werden, wobei in einem nachgeschalteten Arbeitsgang ausgeformt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der flammwidrig machende Füllstoff in Form einer hochkonzentrierten Mischung (Füllstoffbatch) den Ver schnittkomponenten zugemischt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischen der Verschnittkomponenten mit dem Füllstoffbatch und weiteren Zusätzen, das Aufschmel zen sowie das Ausformen zur Umhüllung in einem Ar beitsgang erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 8 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Feuchtig keitsvernetzung notwendige Kondensationskatalysator als Batch unmittelbar vor dem Arbeitsgang Ausformen zugegeben wird.

12. Verfahren nach Anspruch 8 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als flammwidrig machende Füllstoffe Aluminiumoxidhydrate verwendet werden.

13. Verfahren nach Anspruch 8 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als flammwidrig machen der Füllstoff Magnesiumhydroxid allein oder im Ver schnitt mit Aluminiumoxidhydrat verwendet wird.