DE60111933T2

DE60111933T2 - Gel zusammensetzungen

Info

Publication number: DE60111933T2
Application number: DE60111933T
Authority: DE
Inventors: Singh Mukhtiar SOHAL
Original assignee: Unigel Ltd
Current assignee: Unigel Ltd
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: GB2360781B; US7816427B2; HK1057506A1; GB0007827D0; CN1441695A; ATE299395T1; EP1274502A1; US7253217B2; DE60111933D1; DK1274502T3; ES2246316T3; GB2360781A8; AU4263201A; CN1219591C; WO2001074480A1; GB2360781B8; US20080076854A1; GB2360781A; US20040063812A1; EP1274502B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Gel-Zusammensetzungen, die Mikrosphären oder Mikrokügelchen enthalten, zum Füllen von Kabeln, wie z. B. von Kommunikationskabeln, sowie auf Verfahren der Zubereitung derartiger Gele.
Hintergrund der Erfindung
Kommunikationskabel umfassen typischerweise einen Signale leitenden Kern, der von einem Schutzmantel oder einer Schutzhülle umgeben ist. Der Kern kann beispielsweise Lichtsignale oder elektrische Signale leiten. In vielen Kabeln enthält der Raum zwischen dem Leiter und dem Mantel ein Füllmaterial, dessen Aufgabe darin besteht, den Kern gegenüber externen Kräften zu schützen und zu polstern, die beispielsweise durch Biegen oder Aufwickeln hervorgerufen werden können, insbesondere im Fall von Lichtleitfaser-Kabeln. Eine weitere Aufgabe des Füllmaterials besteht im Verhindern des Eintritts von Wasser, was von besonderer Bedeutung ist, wenn der Kern ein Metall, wie z. B. Kupfer, umfasst. Um diese Anforderungen zu erfüllen, muss das Füllmaterial eine Anzahl von Charakteristiken aufweisen. Das Füllmaterial muss eine ausreichende Viskosität haben, um eine seitliche Bewegung des Kerns zu ermöglichen, die beispielsweise während des Biegens, Aufrollens oder Verlegens auftritt. Die Viskosität darf jedoch nicht so niedrig sein, dass sie einen tropfenweisen Verlust des Füllmaterials während des vertikalen Verlegens von Kabeln ermöglicht. Weiterhin muss dieser Ausgleich von Eigenschaften über einen Temperaturbereich von –40°C bis +8°C aufrechterhalten werden. Das Füllmaterial muss so zusammengesetzt sein, dass es chemisch mit Polymeren von Kabelqualität kompatibel ist, was nicht nur den Kabelmantel sondern auch Beschichtungen einschließt, die sich typischerweise auf Lichtleitfasern finden. Das Füllmaterial sollte auch einen hohen Grad an Elastizität aufweisen, um die Kraft von Stößen oder Schlägen zu absorbieren, die auf den Kabelmantel während seiner Betriebslebensdauer einwirken können. Bei der Herstellung derartiger Kabel können relativ hohe Umgebungstemperaturen erreicht werden, die zu einer thermischen Ausdehnung des Füllmaterials führen, was dann zu der Bildung von Löchern und Hohlräumen beim Abkühlen führt. Derartige Löcher und Hohlräume können möglicherweise zu einem Wasserpfad werden, was bei Lichtleitfaser-Kabeln zur Dämpfung des Lichtwellenleiters führen kann. Somit sollten Kabel-Füllmaterialien in idealer Weise eine niedrige thermische Leitfähigkeit aufweisen. Für elektrische Anwendungen oder Kerne, die elektrische Signale übertragen, ist es vorteilhaft, wenn das Füllmaterial eine niedrige Permittivität hat, so dass der leitende Kern isoliert wird. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass das Füllmaterial hydrophob gemacht wird, so dass der Kern gegen das Eindringen von Wasser geschützt wird. Die Anti-Tropf-Beständigkeit von Füllmaterialien kann durch Verringern ihres spezifischen Gewichtes verbessert werden. Schließlich ist es für eine einfache Handhabung vorzuziehen, wenn das Füllmaterial bei Berührung halb-trocken und nicht klebrig ist.
Vorhandene Füllmaterialien, die in Telekommunikations-Kabeln verwendet werden, schließen Öl-Gele ein, die hauptsächlich Mischungen von Ölen und Geliermitteln sind. Bei ihrer Anwendung durchdringen sie Bündel von beispielsweise dicht gepackten isolierten Kupferleitern und isolieren diese hierbei gegen Feuchtigkeit. Das Öl, das einen Hauptteil der Mischung bildet, kann Naphthen- oder Paraffin-Verarbeitungsöl, ein Mineral-Öl, ein synthetisches Produkt, wie z. B. Polybutan, oder ein Silikon-Öl sein. Geliermittel schließen Wachse, Kieselsäurepulver (Silika-Gele), Quarzstaub, Fettsäure-Seifen und thermoplastische Elastomere ein. Typischerweise umfasst das Geliermittel weniger als 10% der Gesamtmasse.
Eine spezielle Familie von thermoplastischen Elastomeren, die unter dem Warenzeichen „Kraton" (Shell Chemical Company) vertrieben wird, umfasst Di-Block-, Tri-Block- oder Multi-Arm-Molekülkonfigurationen aus Kautschuk- oder Polystyren-Segmenten.
Die US 5 657 410 beschreibt ein optisches Übertragungselement, das ein Füllmaterial einschließt, das zwischen 80 Gewichtsprozenten und 95 Gewichtsprozenten eines monomeren Plastifizierers umfasst, der ein Molekulargewicht im Bereich von 200–2000 Gramm pro Mol aufweist. Derartige monomerische Plastifizierer schließen Phtalat-Ester, Trimellitate, Phosphate und Fett-Ester ein. Zusätzliche Substanzen können weiterhin als Verdickungsmittel hinzugefügt werden. Das Verdickungsmittel kann die Form von kleinen Kugeln haben.
Hohlkugeln werden aufgrund ihrer hohen Komprimierbarkeit und leichten Verarbeitbarkeit bevorzugt. Thixotrope Mittel können ebenfalls in vorteilhafter Weise hinzugefügt werden. Sie schließen fein verteilte oder pyrogene Kieselsäure, Aluminiumoxid und Bentonit sowie Mischungen dieser Substanzen ein.
Die Verwendung von Mikrokügelchen, beispielsweise hohlen Mikrokügelchen in Kabelfüll-Zusammensetzungen ist auch in der US 5 698 615 beschrieben. In dieser Veröffentlichung umfasst das Kabel-Füllmaterial eine im Wesentlichen trockene hydrophile Zusammensetzung, die unter anderem zusätzlich zu den Mikrokügelchen oder Mikrospären wasserabsorbierende quellfähige Pulverteilchen, vorzugsweise in einem Teilchengrößenbereich von 1–30 μm und ein „Trennpulver" mit Teilchen von vorzugsweise einem Hundertstel der Größe der quellfähigen Pulverteilchen einschließt. Aufgrund der hydrophilen Eigenart der quellfähigen Pulverteilchen enthält die Zusammensetzung immer eine gewisse Menge von Wasser. Die Trennpulverteilchen sind zwischen den quellfähigen Pulverteilchen angeordnet, um ein Verklumpen zu verhindern, wenn die quellfähigen Polymerteilchen Wasser absorbieren. Geeignete quellfähige Pulverteilchen sind diejenigen, die auf Polyacrylsäure-Natriumsalz basiert sind. Die Trennpulverteilchen sind typischerweise anorganische Pulver, wie z. B. Talkum, Glimmer, Graphit und Silikate. Die Absorption von Wasser durch die quellfähigen Pulverteilchen wandelt die trockene Zusammensetzung in ein Gel um, das den Kern gegen den weiteren Eintritt von Wasser abdichtet. Die Zusammensetzungen können auch eine kleine Menge eines Öls oder eines Klebemittels enthalten, um irgendeine mögliche Staubgefahr zu verringern.
Die WO 99/15582 beschreibt eine Zusammensetzung, die expandierbare hohle Mikrokügelchen zur Verwendung beim Einkapseln von beispielsweise Halbleiter-Chips einschließt. Derartige hohle Mikrokügelchen, die in ihrer Morphologie ähnlich den Mikrokügelchen sind, wie sie in dem US 5 657 410 und US 5 698 615 beschrieben sind, umfassen eine Polymer-Hülle, die ein Treibmittel einkapselt. Beim Erhitzen erweicht sich die Polymer-Hülle der expandierbaren Mikrokugeln graduell, und das flüssige Treibmittel, typischerweise Isobutan, beginnt zu verdampfen, wodurch die Mikrokügelchen expandiert werden.
Eine Lichtwellenleiter-Leitung ist in der US 5 335 302 beschrieben, die zumindest einen Lichtwellenleiter umfasst, der in einen Schutzmantel aufgenommen und in ein pastöses Füllmaterial eingebettet ist, das kleine Mikrokügelchen enthält. Die kleinen Mikrokügelchen, die massiv und starr, massiv und elastisch oder hohl und elastisch sein können, sind als Füllmaterialien enthalten, um die Kosten zu verringern und um verbesserte Theologische und Puffereigenschaften zu liefern. Ein bevorzugtes Füllmaterial umfasst ein Öl, ein tixotropes Mittel (beispielsweise pyrogenes Kieselsäurepulver oder Quarzstaub) und ein nicht im Einzelnen angegebenes organisches Eindickungsmittel.
Zusammenfassung der Erfindung
In einem Gesichtspunkt ergibt die vorliegende Erfindung eine Zusammensetzung, insbesondere eine Zusammensetzung, die zur Verwendung als ein Kabel-Füllmaterial geeignet ist, die eine Dispersion von hohlen expandierten Mikrosphären oder Mikrokügelchen in einem Gel umfasst, das eine ölige Grundlage und ein thermoplastisches Elastomer umfasst, wobei die Mikrosphären jeweils eine Hülle aufweisen, die aus einem Copolymer aus Acrylonitril und Methacrylonitril mit der Chemical Abstract Nr. 38742-70-0 gebildet wurde.
Vorzugsweise ist die Zusammensetzung im Wesentlichen frei von Siliziumdioxid, beispielsweise von pyrogenem Kieselsäure-Pulver oder Quarzstaub.
Die Gele der Erfindung können zusätzlich ein Antioxidationsmittel enthalten.
Die ölige Grundlage kann ein Kohlenwasserstoff-Öl oder ein Silikon-Öl umfassen. Besonders bevorzugte Kohlenwasserstoff-Öle schließen weiße Mineral-Öle und synthetische Poly(α-olefin-)-Öle ein. Die ölige Grundlage bildet typischerweise 1–99 Gewichtsprozente des Gels, besonders bevorzugt 50–99 Gewichtsprozente des Gels und insbesondere 80–99 Gewichtsprozente des Gels.
Beispiele von thermoplastischen Elastomeren schließen thermoplastischen Kautschuk ein. Das thermoplastische Elastomer kann ein Copolymer, beispielsweise ein Block-Copolymer sein, der eine Di-Block-, eine Tri-Block- oder eine Multiarm-Molekularkonfiguration hat. Bei eine speziellen Ausführungsform bestehen die Blöcke aus entweder Kautschuk oder Polystyrol. Der Kautschuk kann ein gesättigter Olefin-Kautschuk sein, der aus Ethylen-, Propylen- oder Butylen-Monomer-Einheiten besteht. Alternativ kann der Kautschuk ein ungesättigter Olefin-Kautschuk sein, der Butadien- oder Isopren-Monomer-Einheiten umfasst.
Spezielle Beispiele von thermoplastischen Elastomeren schließen Styrol-Ethylen-/Butylen-Styrol-Tri-Block-Copolymere (SEBS), Styrol-Ethylenpropylen-Di-Block-Copolymer (SEP), Ethylen/Propylen-Multiarm-Copolymer (EP), Styrol-Butadien-Styrol-Tri-Block-Copolymer (SBS) und Styrol-Isopren-Styrol-Tri-Block-Copolymer (SIS) ein.
Im Handel erhältliche thermoplastische Elastomere schließen die Copolymere ein, die unter dem Warenzeichen „Kraton" von Shell erhältlich sind.
Das thermoplastische Elastomer wird typischerweise in Anteilen im Bereich von 1–10 Gewichtsprozenten der Zusammensetzung verwendet, stärker bevorzugt im Bereich von 2–9 Gewichtsprozenten der Zusammensetzung, insbesondere in dem Bereich von 3–8 Gewichtsprozenten der Zusammensetzung.
Die Erfindung verwendet komprimierbare Mikrokügelchen, die jeweils eine Polymerhülle umfassen, die ein Treibmittel einkapselt. Die Polymerhülle ist aus einem Copolymer gemäß Anspruch 1 gebildet. Das Treibmittel kann beispielsweise Isobutan oder Isopentan sein. Zusätzlich werden die Mikrokügelchen expandiert.
Derartige hohle Mikrokügelchen weisen ein hohes Ausmaß an Elastizität auf, und sie haben zusätzlich ein niedriges spezifisches Gewicht. Die Verwendung derartiger Mikrokügelchen in den in dieser Erfindung offenbarten Gelen ist vorteilhaft, weil sie das spezifische Gesamtgewicht der Gele erniedrigen und damit das Austropfen während des vertikalen Verlegens des Kabels beseitigen.
Die hohle Eigenart der Mikrokügelchen bedeutet, dass der Anteil an massivem Material verglichen mit dem Volumen sehr niedrig ist. Daher führt ihre Hinzufügung zu den Gelen der Erfindung zu einer Verringerung der thermischen Gesamtleitfähigkeit und zu einer verringerten Wahrscheinlichkeit der Zersetzung irgendeiner der Komponenten des Gels oder der Bildung von Hohlräumen unter den erhöhten Temperaturen, die während der Kabelherstellung erreicht werden. Die überragenden elastischen Eigenschaften der hohlen Mikrokügelchen gegenüber ihren massiven Gegenstücken ergeben einen verbesserten Schutz beispielsweise für Lichtwellenleiter während des Transports, des Aufrollens oder des Verlegens. Zusätzlich wird das Problem der Dämpfung von Lichtwellenleitern aufgrund des Vorhandenseins von Löchern oder Hohlräumen innerhalb der Kabelfüllung ebenfalls verringert, weil jeder Anstieg des Volumens der Masse des Füllmaterials aufgrund des Erhitzens während der Kabelherstellung durch eine entgegengesetzte Verringerung des Volumens der hohlen Mikrokügelchen ausgeglichen wird. Aufgrund der komprimierbaren Eigenschaft derartiger hohler Mikrokügelchen sind ihre typischen Durchmesser größer als die ihrer massiven Gegenstücke. In Lichtwellenleiter-Kabelanwendungen können Durchmesser im Bereich des Durchmessers des Lichtwellenleiters verwendet werden. Die Durchmesser der expandierten hohlen Mikrokügelchen liegen typischerweise im Bereich von 1–200 μm, üblicher von weniger als 100 μm und typischerweise weniger als 75 μm, beispielsweise 15–55 μm.
Die verwendeten Mikrokügelchen liegen typischerweise im Bereich von 1–95 Volumenprozent, besonders bevorzugt 5–95 Volumenprozent, insbesondere 50–95 Volumenprozent vor, wobei sich die vorstehenden Werte auf die expandierten Volumen beziehen.
Das Antioxidans kann aus denen ausgewählt werden, die allgemein in der Technik verwendet werden. Phenolische Antioxidantien werden bevorzugt. Das Antioxidans liegt typischerweise in einer Menge von 0,01–1 Gewichtsprozenten, beispielsweise 0,1–1 Gewichtsprozenten vor.
In einem weiteren Gesichtspunkt ergibt die Erfindung eine Zusammensetzung, wie sie vorstehend definiert wurde, zur Verwendung als ein Kabel-Füllmaterial.
In einem weiteren Gesichtspunkt ergibt die Erfindung ein Kabel, wie z. B. ein Kommunikationskabel, das ein Füllmaterial enthält, wie es vorstehend definiert wurde.
In einem weiteren Gesichtspunkt ergibt die Erfindung ein Kabel, das einen leitenden Kern umfasst, der von einer Hülle oder einem Mantel umgeben ist, wobei eine Zusammensetzung, wie sie vorstehend definiert wurde, zwischen dem leitenden Kern und dem Mantel angeordnet ist. Der leitende Kern kann beispielsweise ein elektrischer Leiter oder ein Lichtleiter sein. Der elektrische Leiter kann beispielsweise ein Leiter zum Leiten elektrischer Signale, wie z. B. von Telefonsignalen sein.
In einem weiteren Gesichtspunkt ergibt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Kabels, das einen leitenden Kern und einen Mantel umfasst, wobei das Verfahren den Schritt des Extrudierens des Kabelmantels auf den leitenden Kern und das Einfügen einer Zusammensetzung, wie sie vorstehend definiert wurde, zwischen dem leitenden Kern und dem Mantel während des Extrudierungsschrittes umfasst.
In einem weiteren Gesichtspunkt ergibt die Erfindung ein Verfahren zur Zubereitung eines Gels, wie es vorstehend definiert wurde, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:

a) Erhitzen der öligen Grundlage auf eine Temperatur im Bereich von 110°C bis 120°C;
b) Zusetzen des thermoplastischen Elastomers zur öligen Grundlage und Mischen zur Bildung eines Gemisches;
c) Abkühlen des Gemisches auf eine Temperatur von weniger als 90°C;
d) Zusetzen und Einmischen der Mikrokügelchen oder Mikroshären; und wahlweise
e) Zusetzen und Mischen eines Antioxidans; und/oder
f) Halten des Gemisches unter Vakuum, um eingefangenes Gas zu entfernen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren:

i) Mischen von zumindest einem Öl in einem Heizmischtank;
ii) Erhitzen der gemischten Öle auf 110°C bis 120°C in einem gerührten Heizmischtank;
iii) Zusetzen und Mischen des thermoplastischen Elastomers zur öligen Grundlage unter hoher Scherung für nicht mehr als eine Stunde nach der Übertragung der öligen Grundlage auf einen Misch-Kühltank, wodurch die Temperatur der Mischung auf mehr als 120°C bis 130°C ansteigen kann;
iv) Abkühlen des Gemisches auf < 90°C und Übertragen auf einen gerührten Hauptreaktor;
v) Zusetzen und Vermischen mit einem Antioxidans;
vi) Zusetzen und Vermischen der Mikrokügelchen, die in den Reaktor unter Vakuum oder durch Pumpen eingezogen wurden, für zumindest zwei Minuten;
vii) Aufrechterhalten des Vakuums für zumindest weitere 10 Minuten, um eine Entfernung von Luftblasen vor der Freisetzung des fertiggestellten Gels zu bewirken.

Obwohl die Temperatur der Mischung typischerweise < 90°C nach dem Abkühlen beträgt, ist sie stärker bevorzugt < 80°C, und insbesondere ist sie < 70°C.
Weitere und spezielle Gesichtspunkte der Erfindung sind so, wie sie in den beigefügten Ansprüchen angegeben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nunmehr ohne Beschränkung unter Bezugnahme auf die speziellen Ausführungsformen erläutert, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind, in denen:
1 eine Querschnittsansicht eines elektrischen Kabels zeigt; und
2 eine Querschnittsansicht eines optischen Kabels zeigt;
3 eine grafische Darstellung der Viskosität gegenüber der Schergeschwindigkeit für die Zusammensetzung des Beispiels 1 bei 25°C ist; und
4 eine grafische Darstellung der Viskosität gegen die Schergeschwindigkeit für die Zusammensetzung nach Beispiel 2 bei 25°C ist.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1 zeigt eine Querschnittsansicht eines elektrischen Kabels 11, das in diesem Beispiel vier elektrische Leitungen 13 umfasst, die in einer Hülle oder einem Mantel 12 umschlossen sind. Die elektrischen Leitungen 13 selbst umfassen einen elektrischen Leiter 14, vorzugsweise aus Kupfer, und eine äußere Isolation 15, typischerweise aus Polyethylen. Zwischen den elektrischen Leitungen 13 und dem Außenmantel 12 ist eine Füllmaterial-Gel-Zusammensetzung 16 eingefügt. Bei dieser Ausführungsform kann die Füllmaterial-Zusammensetzung eine ölige Grundlage, einen thermoplastischen Kautschuk als thermoplastisches Elastomer und darin verteilte Mikrosphären oder Mikrokügelchen und wahlweise ein Antioxidationsmittel oder Antioxidans umfassen. Das elektrische Kabel, das typischerweise einen Kupferkern umfasst, kann für die Zwecke der Telekommunikation oder der Verteilung von Elektrizität verwendet werden.
Obwohl 1 eine Querschnittsansicht eines elektrischen Kabels zeigt, das vier Leiter in einer sternförmigen Vierfachkonfiguration umfasst, ist es verständlich, das Kabel mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Konfigurationen als Alternativen zu der gezeigten Konfiguration verwendet werden können.
2 zeigt ein optisches Kabel 21, das drei Lichtleitfaser-Pufferrohre 23 umfasst, die in einer Ummantelung 22 enthalten sind. Die Lichtleiterfaser-Pufferrohre 23 selbst bestehen aus einer Lichtleitfaser 24, die mit einer Schutzbeschichtung 26 und einer Schutzhülle 25 versehen ist. Die Füllmaterial-Zusammensetzung 27 ist zwischen der beschichteten Lichtleitfaser und der Schutzhülle angeordnet. Zusätzlich füllt sie die Zwischenräume, die zwischen einzelnen Pufferrohren und zwischen Pufferrohren und der Innenoberfläche des Kabelmantels gebildet sind.
Beispiele von speziellen Gelen, die zur Verwendung in Kabeln, wie z. B. den in den 1 und 2 gezeigten Kabeln geeignet sind, sind wie folgt:
BEISPIEL 1
Ein Gel-Füllmaterial wurde zubereitet, das die folgende Zusammensetzung hat:
Das Gel-Füllmaterial dieses Beispiels ist zum Füllen der Zwischenräume zwischen den Rohren und Leitern (Fluten) geeignet und steht nicht in direktem Kontakt mit den Lichtleitfasern.
Das Gel wurde wie folgt zubereitet:
Die ölige Grundlage wurde in einen gerührten Heiz-Misch-Tank eingeleitet und auf 110°C bis 120°C vor der Überführung in einen Misch-Kühl-Tank mit hoher Scherung erhitzt, worauf das thermoplastische Elastomer (Kraton) (in Form von Granulaten) hinzugefügt wurde. Die Mischung wurde unter Bedingungen einer hohen Scherung unter Verwendung eines Mehrzweck-Eintauchtyp-Mischer-Emulsifikators (Silverson Machines Limited, Model GDD 25) über nicht mehr als 60 Minuten gemischt. Während des Mischvorganges wurde ein Anstieg der Temperatur der Mischung auf 120°C bis 130°C zugelassen. Die Mischung wurde mit Hilfe eines Kaltwasser-Kühlsystems abgekühlt, und die abgekühlte Mischung wurde in einen gerührten Hauptreaktor überführt, in dem das Antioxidans hinzugefügt wurde. Ein Vakuum wurde dann im Inneren des Reaktors geschaffen, um die Mikrosphären einzusaugen, die in die Mischung über eine Zeitperiode von zumindest zwei Minuten eingemischt wurden. Das Vakuum wurde für zumindest weitere 10 Minuten aufrechterhalten, um die Entfernung irgendwelcher Luftblasen zu bewirken. Das Vakuum wurde dann aufgehoben, die Rührvorrichtung abgeschaltet, und es wurden Proben vor der Abgabe des fertigen Gels aus dem Hauptreaktor genommen.
Das Produkt wurde durch eine Anzahl von Tests charakterisiert, deren Ergebnisse in der nachfolgenden Tabelle 1 zusammengefasst sind. Die thermischen Leitfähigkeiten, die in der Tabelle genannt sind, wurden wie folgt bestimmt:
Probenscheiben wurden durch Schöpfen des Gels in ein Paar von Nylonringen mit einem mittleren Innendurchmesser von 70,1 Millimetern und einer mittleren Dicke von 10,03 Millimetern und durch Anbringen einer Haftfolie oberhalb und unterhalb geschaffen. Eine kleine Korrektur wurde durchgeführt, um die zusätzliche Grenzfläche zu berücksichtigen, die durch die Haftfolie eingeführt wurde. Die thermische Leitfähigkeit der Proben wurde unter Verwendung einer geschützten Wärmeplatte mit 76 Millimetern gemessen. Ein Paar der Probenscheiben wurde unter dem Druck von zwei gekühlten Platten auf jeder Seite der geschützten Wärmeplatte befestigt. Die gekühlten Platten wurden auf einer konstanten Temperatur von besser als ±0,05°C gehalten. Die Oberflächen der Platten hatten eine spezifische Ausstrahlung von besser als 0,9. Die Temperatur des ringförmigen Schutzes auf der Wärmeplatte wurde an die des Mittelteils auf besser als ±0,01°C angepasst, um eine laterale Wärmeströmung in den Proben zu einem Minimum zu machen. Die Wärmeplatte und die Proben wurden mit einer Glasfaser-Umhüllung isoliert, um Rand-Wärmeverluste weiter zu verringern. Der Temperaturabfall durch die Proben wurde auf 14°C festgelegt und ungefähr 5 Stunden wurden zur Verfügung gestellt, um ein thermisches Gleichgewicht auszubilden, bevor die abschließenden Messungen gewonnen wurden.
Der Alterungstest war von YD/T839.4-1996 (PRC-Verfahren) abgeleitet, jedoch mit der Ausnahme, dass die Temperatur und die Dauer des Tests geändert wurde.
Tabelle 1
Die Tabelle 1 zeigt, dass die Dichte des Gels niedrig ist, was zu guten Anti-Tropf-Eigenschaften (gemessen bei 80°C) beitrug. Das Niedrigtemperatur-Betriebsverhalten wurde durch die Konuspenetration bei –40°C abgeschätzt, während das Hochtemperatur-Betriebsverhalten durch eine Kombination des Tropftestes, der Öltrennung und der Tests auf Verluste von flüchtigen Bestandteilen getestet wurde, die alle bei 80°C durchgeführt wurde, während der Oxidations-Induktionstest bei 190°C durchgeführt wurde. Eine Oxidations- Induktionszeit von mehr als 20 Minuten ist wünschenswert. Die Ergebnisse zeigen an, dass das Gel einen Arbeitstemperaturbereich von –40°C bis +80°C hat. Weiterhin ist das Theologische Verhalten des Gels, wie es in 3 gezeigt ist, thixotrop (Scherungs-Verdünnung), was ein Kaltpumpen und Verarbeiten ermöglicht, und somit ein Füllen des Kabels bei Fehlen von Hohlräumen, die durch Schrumpfen des Gels hervorgerufen werden.
Die thermische Leitfähigkeit wurde bei 23°C und 80°C bestimmt. Die Werte für die Leitfähigkeit waren niedrig, was die niedrige Dichte des Gels wiedergibt, und sie änderte sich nur wenig mit der Temperatur, was ein Material nahelegt, das eine ungeordnete Struktur aufweist. Die guten Isoliereigenschaften zeigten ein Material an, das eine gute Beständigkeit gegenüber einer thermischen Zersetzung hat, die bei hohen Temperaturen auftreten kann, die während der Kabelherstellung erreicht werden. Zusätzlich würde das Gel weniger empfindlich gegenüber der thermischen Ausdehnung und Zusammenziehung sein, die während der Kabelherstellung auftreten kann und zu der Bildung von Hohlräumen in dem Kabel-Füllmaterial führen könnte. Zu Vergleichszwecken sind die thermischen Leitfähigkeiten eines Bereichs von Materialien in der Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 2
Das Gel zeigte gute Alterungseigenschaften und UV- und Temperaturbeständigkeit. Es ergab sich weiterhin eine niedrige Wasserstoff-Gaserzeugung.
BEISPIEL 2
Ein ähnliches Gel-Füllmaterial wurde in einer ähnlichen Weise zubereitet, wie sie im Beispiel 1 beschrieben wurde, jedoch mit einer anderen Güte des Mineralöls. Das Gel war zur Verwendung in kleinen gepaarten Telefon-Kupferkabel-Füll- und Flutungsanwendungen geeignet.
Das Gel wurde einer Anzahl von physikalischen Tests unterworfen. Die Ergebnisse der physikalischen Tests waren ähnlich zu denen der Zusammensetzung nach 1, so dass hier lediglich die elektrischen Eigenschaften in der Tabelle 3 angegeben sind.
Tabelle 3
Das Gel ist durch eine niedrige relative Permittivität (1,62) und einen hohen spezifischen Volumenwiderstand (2,8 × 10^–5 Ohm·cm) gekennzeichnet. Zu Vergleichszwecken sind die relativen Permittivitäten einer Anzahl von Materialien in der Tabelle 4 angegeben.
Tabelle 4
BEISPIEL 3
Ein zum Füllen von losen Rohren und zur Zwischenraumfüllung zwischen den Bändern und offenen geschlitzten Kernen wurde in einer ähnlichen Weise zubereitet, wie sie für das Beispiel 1 beschrieben wurde. Die Formel für dieses Gel ist nachfolgend angegeben:

^a Das Poly-α-Olefin-Öl wird ebenfalls von BP/Mobil als SHF 61 geliefert.

Das Gel wurde einer Anzahl von physikalischen Tests unterworfen. Die Ergebnisse der physikalischen Tests, die ähnlich zu den Ergebnissen der Zusammensetzung nach 1 sind, sind in der Tabelle 5 gezeigt.
Zusätzlich wurde die Zugfestigkeit und die Beschichtungs-Abstreifkraft der Lichtleiterfasern nach den Normen FOTP-28 bzw. FOTP-178 getestet. Die Lichtleiterfaser war CPC6, die von Siecor hergestellt wird. Die Tests wurden nach einer Alterung der Lichtleiterfasern in Kammern mit erzwungener Luftströmung über 30 Tage bei 85 ± 1°C ausgeführt, während sie in dem Gel eingetaucht waren. Messungen wurden bei 20°C und 70% relativer Luftfeuchtigkeit ausgeführt. Die Zugfestigkeit wurde an dreissig 0,5 mm-Proben von vier unterschiedlichen Gruppen mit einer Dehnungsgeschwindigkeit von 500 ± 50 mm/min gemessen. 50 mm Proben wurden für die Beschichtungs-Abstreif-Krafttests unter Verwendung eines Abstreifwerkzeuges mit einer Geschwindigkeit von 500 ± 50mm/min verwendet. Die mittlere Zugfestigkeit und die Beschichtungs-Abstreifkraft-Werte für eine Kontrollprobe waren 68,89 N bzw. 3,61 N.
Tabelle 5
Das scherabhängige Verhalten der Viskosität ist in 4 gezeigt und zeigt, dass das Gel thixotrop ist bzw. eine Scherverdünnung aufweist. Dieses Gel bestand, obwohl es eine niedrigere Viskosität als das Gel nach Beispiel 1 hatte, immer noch den Ausström-Test. Das Niedrigtemperatur-Verhalten, das durch die Konuspenetration bei –40°C gekennzeichnet ist, war außergewöhnlich. Dies ist besonders wichtig, weil dieses Gel in direktem Kontakt mit Lichtleiterfasern verwendet wird und eine Flexibilität bei niedrigen Temperaturen aufrechterhalten muss, um das Ausüben von Kräften auf die genannten Lichtleiterfasern oder ein Mikro-Biegen zu vermeiden, das durch Zusammenziehungen hervorgerufen wird, was zu einer Vergrößerung der Dämpfung führen kann. Die Zugfestigkeits- und Beschichtungs-Abstreifkraft-Ergebnisse deuten an, dass keine Beeinträchtigung der mechanischen Festigkeit der Faser oder eine Beeinträchtigung der Faserbeschichtung nach der Beaufschlagung mit dem Gel auftrat.

Claims

Zusammensetzung, die eine Dispersion von hohlen, expandierten oder Mikrosphären (Mikrokügelchen) in einem Gel umfasst, das eine ölige Grundlage und ein thermoplastisches Elastomer umfasst, wobei die Mikrosphären jeweils eine Hülle aufweisen, die aus einem Copolymer aus Acrylonitril und Methacrylonitril mit der Chemical Abstract Nr. 38742-70-0 gebildet wurde.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung im Wesentlichen frei von Siliziumdioxid, beispielsweise von Quarzstaub ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die ölige Grundlage zumindest ein Öl umfasst, ausgewählt aus Erdöl auf Naphtenbasis oder paraffinischem Verarbeitungs-Öl, Mineral-Öl, synthetischen Ölen, wie beispielsweise synthetischem Poly(α-olefin-)Öl und Silikon-Öl.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ölige Grundlage in einer Menge im Bereich von 1 bis 99 Gewichtsprozent der Zusammensetzung vorliegt.
Zusammensetzung nach Anspruch 4, wobei die ölige Grundlage in einer Menge im Bereich von 50 bis 99 Gewichtsprozent der Zusammensetzung, beispielsweise im Bereich von 80 bis 99 Gewichtsprozent der Zusammensetzung vorliegt.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das thermoplastische Elastomer ein thermoplastischer Kautschuk ist.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das thermoplastische Elastomer in einer Menge im Bereich von 1 bis 10 Gewichtsprozent der Zusammensetzung, beispielsweise im Bereich von 2 bis 9 Gewichts prozent der Zusammensetzung, vorzugsweise in einer Menge im Bereich von 3 bis 8 Gewichtsprozent der Zusammensetzung vorliegt.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine oder mehrere Antioxidantien enthält.
Kabel, beispielsweise Kommunikationskabel, das als Füllmaterial eine wie in einem der Ansprüche 1 bis 8 definierte Zusammensetzung enthält.
Kabel nach Anspruch 9, das einen leitenden Kern umfasst, der von einer Hülle umgeben ist, wobei eine wie in einem der Ansprüche 1 bis 8 definierte Zusammensetzung zwischen dem leitenden Kern und der Hülle angeordnet ist.
Kabel nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, wobei der leitende Kern ein elektrischer Leiter oder ein Lichtleiter ist.
Verfahren zur Herstellung eines Kabels, das einen leitenden Kern und eine Hülle umfasst, wobei das Verfahren den Schritt des Extrudierens der Kabelhülle auf den leitenden Kern und ein dazwischen Einbringen einer Zusammensetzung wie in einem der Ansprüche 1 bis 10 definiert zwischen den leitenden Kern und die Hülle während des Extrusionsschrittes umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung wie in einem der Ansprüche 1 bis 8 definiert; wobei das Verfahren Folgendes umfasst: (a) Erhitzen der öligen Grundlage auf eine Temperatur im Bereich von 110°C bis 120°C; (b) Zusetzen des thermoplastischen Elastomers zur öligen Grundlage und Mischen zur Bildung eines Gemisches; (c) Abkühlen des Gemisches auf eine Temperatur von weniger als 90°C; (d) Zusetzen und Einmischen der Mikrosphären; und wahlweise (e) Zusetzen und Einmischen eines Antioxidans; und/oder (f) Halten des Gemisches unter Vakuum, um ein eingefangenes Gas zu entfernen.
Verfahren nach Anspruch 13 zur Herstellung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: (i) Mischen zumindest eines Öles in einem Heizmischtank, (ii) Erhitzen der gemischten Öle auf 110°C bis 120°C in einem gerührten Heizmischtank, (iii) Zusetzen und Mischen des thermoplastischen Elastomers zur öligen Grundlage unter hoher Scherung für nicht mehr als 1 Stunde nach Übertragung der öligen Grundlage auf einen Misch-Kühltank, wodurch die Temperatur der Mischung auf mehr als 120°C bis 130°C ansteigen kann, (iv) Abkühlen des Gemisches auf < 90°C und Übertragen auf einen gerührten Hauptreaktor, (v) Zusetzen und Einmischen einer antioxidativen Verpackung, (vi) Zusetzen und Vermischen der Mikrosphären, die in den Reaktor unter Vakuum oder Pumpen eingezogen wurden, für zumindest zwei Minuten, (vii) Aufrechterhalten des Vakuums für zumindest weitere 10 Minuten, um eine Entfernung von Luftblasen vor der Freisetzung der endgültigen Zusammensetzung zu bewirken.