DE918871C - Verfahren zur Herstellung von alterungsbestaendigen und kaeltefesten Leitungen und Kabeln - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von alterungsbeständigen und kältefesten Leitungen und Kabeln Es gibt thermoplastische Kunststoffe, wie z. B. Polyisobutylen, die in reinem Zustand, also ohne Zusatzstoffe, gute elektrische Werte und eine ausreichende Kältefestigkeit haben. Andererseits gibt es auch solche thermoplastische Stoffe, wie z. B. Polyvinylchlorid (PVC), die bei Zimmertemperatur zwar beweglich, bei niedrigen Temperaturen, z. B. unter o° C, aber steif sind. Sie können durch den Zusatz von Weichmachern, das sind geeignete flüssige oder feste Stoffe, so geschmeidig gemacht werden, daß die Mischungen auch bei den geforderten tieferen Temperaturen noch beweglich sind. Man spricht dann von einer gewissen Kältefestigkeit, die durch den Weichmacherzusatz erreicht worden ist. Je nach Art und Menge des Weichmachers entsteht eine mehr oder weniger weiche Mischung, die im allgemeinen geringere elektrische Werte als der reine Grundstoff hat. Denn mit der Weichmachung des isolierenden Grundstoffes ist zwangläufig eine Herabsetzung des spezifischen Widerstandes verbunden. So kann die Erhöhung des Weichmacherzusatzes in PVC-Mischungen um 2 bis 3 °/o unter Umständen den spezifischen Widerstand um eine Zehnerpotenz verringern. Die Beweglichkeit geladener Teilchen, die den Stromfluß in Isolierstoffen ausmachen, hängt von der Weichheit des Isolierstoffes ab. Um die Verschlechterung der Isolierung zu vermeiden, wird daher ein elektrisches Kabel beispielsweise vielfach aus mehreren weichgemachten Isolierschichten mit unterschiedlichem Weichmachergehalt aufgebaut und dabei die Schicht mit dem geringsten Weichmacheranteil als Isolierschicht unmittelbar am Leiter, die mit dem größten Weichmacheranteil als Außen- oder Mantelschicht angeordnet, wobei dieser äußeren Schicht unter Umständen nur noch die Aufgabe des chemischen und mechanischen Schutzes zufallen kann, eine Aufgabe, die mit einer elektrisch hochwertigen, aber zwangläufig wesentlich härteren Schicht aus dem gleichen Grundstoff erfahrungsgemäß nicht zu lösen ist. Dieser Aufbau aus weichgemachten Isolierstoffen liefert verständlicherweise hochwertige Leitungen. Denn die unmittelbar am Leiter anliegende Isolierschicht braucht ja nicht so biegsam wie die Außenschicht zu sein, die aus elektrisch weniger wertvollem Isolierstoff bestehen darf, aber genügend biegsam sein muß.
• Bei einer solchen Stoffkombination, also der Hintereinanderschaltung verschiedener Stoffe, können die einzelnen Schichten entweder aus verschiedenartigen Grundstoffen oder Stoffgemischen hergestellt werden, die sich in ihrer chemischen Zusammensetzung grundsätzlich voneinander unterscheiden oder auch aus dem gleichen Grundstoff bestehen, wie z. B. Polyvinylchlorid (PVC). Dem Grundstoff werden zur Erzielung der verschiedenen Weichheitsgrade verschiedene oder gleiche Weichmacher in verschiedenem Anteil zugesetzt. Leitungen mit solchen Isolier- und Mantelschichten sind erfahrungsgemäß nicht alterungsbeständig. Sie verlieren nämlich im Laufe der Zeit ihre hervorragenden isolierenden Eigenschaften und auch ihre Biegsamkeit.
• Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, hochwertige, alterungsbeständige Kabel und Leitungen aus weichgemachten Isolierstoffen, insbesondere weichgemachten Kunststoffen, z. B. auf der Grundlage von Polyvinylchlorid (PVC) zu schaffen: Sie geht dabei von der Erkenntnisaus, daß die Unbeständigkeit bei der Alterung auf die Weichmacherdiffusion zurückzuführen ist, durch die der Weichmacher aus den weichen Schichten in die benachbarten harten entweicht. So haben Untersuchungen über die beschleunigte Alterung bei 1o5° C ergeben, daß ein Ausgleich des Weichmachers bei benachbarten Isolierstoffen mit unterschiedlichem Weichmachergehalt bereits nach wenigen Tagen eingetreten war. Zu dem Versuch wurden zwei sich innig berührende Platten aus dem gleichen Grundstoff Polyvinylchlorid benutzt. Die eine Platte enthielt 2o ()/o, die andere 4o % des gleichen Weichmachers. Bereits nach 5 Tagen waren zo Teile Weichmacher aus dem 4o °/oigen Fell in das 2o°/oige Fell diffundiert. Der ursprüngliche Unterschied. der Weichmacherkonzentration hatte sich also bereits in solch kurzer Zeit nahezu ausgeglichen.
• Die Diffusion des Weichmachers in benachbarte Isolierschichten wird erfindungsgemäß vermieden und eine Alterungsbeständigkeit der geschichteten Isolierstoffe erreicht, wenn alle Schichten, also Isolier- und Mantelschichten, den gleichen oder äquivalenten *) Anteil an diffundierendem Weichmacher erhalten und der erforderliche unterschiedliche Weichheitsgrad durch den Zusatz von nicht diffundierenden Weichmachern eingestellt wird. Dabei können als Zusatzkomponenten solche nichtdiffundierende Weichmacher benutzt werden, die nur zusammen mit einem der gebräuchlichen diffundierenden Weichmacher eine zusätzliche Erweichung bewirken. In gewissen Fällen kann der diffundierende Weichmacher auch ganz weggelassen werden.
• Dünnflüssige Weichmacher, wie z. B. Dibutylplithalat, Dioktylphthalat und alle bekannten, leistungsfähigen flüssigen Weichmacher sind diffusionsfähig. Wie Leilich (K. Leilich: »Über die Wirkung der Weichmacher auf Polyvinylchlorida Kolloid-Zeit-Schrift 99 [194z] S. 107) für PVC-Mischungen gezeigt hat und wie die Erfahrung fast ausnahmslos bewiesen hat, sind besondere Weichmachungseffekte mit Produkten niedriger Viskosität zu erreichen. Daher verzichtet man gerade auf diese dünnflüssigen Stoffe trotz ihrer Diffusionsfreudigkeit nicht gern. Diffusionsunfähig sind meist zähflüssige oder feste Stoffe, die infolge ihrermolekularen Struktur ganz oder wenigstens sehr weitgehend am Diffundieren gehindert sind. Solche festen Weichmacher für PVC sind z. B. Verbindungen, die den nachfolgend gekennzeichneten Stoffgruppen angehören und zu denen unter anderem auch das unter dem Handelsnamen »Palamollu früher erhältliche I. G.-Produkt zu zählen ist: Mischpolymerisate aus Olefindikarbonsäuren oder deren Estern oder Abkömmlingen beider Stoffe einerseits, wie z. B. aus Fümarsäure und Fumarsäureester oder deren Abkömmlingen mit Vinylderivaten oder Butadienkolhlenwasserstoffen oder Abkömmlingen dieser beiden Körperklassen andererseits, wie z. B, mit Acrylsäureester, Acrylnitril.
• Verständlicherweise kann ein diffusionsfähiger Weichmacher bei geschichteten Isolierstoffen nicht in eine Isolierschicht diffundieren, wenn alle Schichten den gleichen oder äquivalenten Anteil an diffusionsfähigem Weichmacher, im übrigen aber nichtdiffusionsfähige Weichmacher enthalten.
• Untersuchungen über die beschleunigte Alterung von solchen geschichteten Isolierstoffen bei einer Temperatur von 1o5° C haben folgendes ergeben: Die Weichmacherdiffusion war praktisch gleich Null bei einem geschichteten Isolierstoff von folgender Zusammensetzung: die eine Isolierschicht auf der Grundlage von Polyvinylchlorid enthielt 2o % diffu-*) Der Begriff des gleichen oder äquivalenten Anteils an diffundierendem Weichmacher in benachbarten Schichten sei hier an folgenden Beispielen erläutert: Es mögen die beiden Mischungen i und 2 in inniger Berührung stehen.
• Mischung i. 2o 0/a diffusionsfähiger Weichmacher, 2o °/o diffusionsunfähiger Weichmacher, 6o11/0 PVC; Mischung 2. 2o °/a diffusionsfähiger Weichmacher, So % PVC.
• Falls der diffusionsfähige Weichmacher dieselbe Affinität zum Gemisch PVC-diffusionsunfähiger Weichmacher wie zum reinen PVC hat, was nicht immer der Fall zu sein braucht, sind die Mischungen bereits im Diffusionsgleichgewicht. Es treten dann keine Änderungen in der Konzentration mehr ein. Meist wird bei derartigen Mischungen aber nicht von Anfang an Gleichgewicht bestehen. Nimmt man z. B: an, daß der diffusionsfähige Weichmacher zum Gemisch PVC-diffusionsunfähiger Weichmacher eine etwas größere Affinität hat als zum reinen PVC, so tritt das Diffusionsgleichgewicht erst dann ein, wenn ein gewisser Teil w des diffusionsfähigen Weichmachers nach Mischung i übergetreten ist, d. h. wenn der Gehalt an diffusionsfähigem Weichmacher in Mischung i auf 2o + w angestiegen und in Mischung 2 auf 20 - w abgesunken ist. Diese Weichmachergehalte stellen sich bei inniger Berührung von selbst ein und sind experimentell sehr leicht zu bestimmen. Sie werden hier als äquivalente Anteile bezeichnet. sionsfähigen Weichmacher und 8o % Polyvinyl-Chlorid, die andere 2o °/o diffusionsfähigen, 2o % nichtdiffusionsfähigen Weichmacher und 6o °/o Polyvinylchlörid.
• Nach diesen Grundsätzen lassen sich Kabel mit einer großen Kältefestigkeit herstellen, die hohe Isolationswerte, geringe Kapazität und geringe dielektrische Verluste haben. Zu dem Zweck wird die Isolierhülle in zwei oder mehrere Schichten unterteilt, die um so weicher eingestellt werden, je weiter sie vom Leiter entfernt sind. Als diffusionsfähige Weichmacher für das Einstellen der unterschiedlichen Weichheitsgrade haben sich die bereits obenerwähnten bestens bewährt.
• Der Erfindungsgedanke läßt sich ganz allgemein da anwenden, wo es darauf ankommt, die Diffusion in geschichteten Werkstoffen zu vermeiden.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von alterungsbeständigen, weichmacherhaltigen, geschichteten Werkstoffen, insbesondere Isolierstoffen für elektrotechnische Zwecke, und zwar vorzugsweise von Kabelisolierungen und -ummantelungen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schicht den gleichen oder äquivalenten Anteil an diffusionsfähigem Weichmacher erhält und der verschiedene Weichheitsgrad der einzelnen Schichten durch entsprechenden Zusatz von diffusionsunfähigen Weichmachern eingestellt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als diffusionsunfähige Weichmacher Körper, die aus folgenden Stoffklassen stammen, benutzt werden: Mischpolymerisate aus Olefindikarbonsäuren oder deren Estern oder Abkömmlingen beider Körper einerseits, wie z. B. aus Fumarsäure und Fumarsäüreestern oder deren Abkömmlingen mit Vinylderivaten oder Butadienkohlenwasserstoffen mit Abkömmlingen dieser beiden Körperklassen andererseits, wie z. B. mit Acrylsäureester, Acrylnitril.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i und 2, gekennzeichnet durch die Verwendung von Polyvinylchlorid als Grundstoff für die Herstellnng des geschichteten Werkstöffes.
4. 4. Verfahren zur Herstellung von Kabelisolierungen und -ummantelungen nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch hochwertigsten Schichten mit dem kleinsten Weichmacheranteil in unmittelbarer Leiternähe und die biegsameren mit steigendem Weichmacheranteil um diese Isolierschicht angeordnet werden.
5. 5. Verfahren zur Herstellung von alterungs- und kältebeständigen biegsamen Werkstoffen, insbesondere Isolierungen und Ummantelungen für kabeltechnische Zwecke, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolier- und Mantelhüllen in mehrere Schichten unterteilt und gemäß Anspruch i bis 4 um so weicher eingestellt werden, je weiter sie vom Leiter entfernt sind. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 655 091; USA.-Patentschriften Nr. 2 093 501, 2 1o5 362, 2 297194; Kunststoffe, 1948 H. 7, S. 116 und i43/4; Kautschuk und Gummi, 1948 H. ii, S. 3i2/3; Taschenbuch »IG-Kunststoffe für die verarbeitende Industrie«, 1942 S.48.