EP0039867A2 - Längswasserdichtes Kabel, insbesondere Nachrichtenkabel - Google Patents

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EP0039867A2
EP0039867A2 EP81103352A EP81103352A EP0039867A2 EP 0039867 A2 EP0039867 A2 EP 0039867A2 EP 81103352 A EP81103352 A EP 81103352A EP 81103352 A EP81103352 A EP 81103352A EP 0039867 A2 EP0039867 A2 EP 0039867A2
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EP
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cable according
cable
gas bubbles
rubber
filling
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EP0039867A3 (en
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Günter Dr. Dipl.-Ing. Zeidler
Gerhard Dipl.-Chem. Lange
Helmut Saller
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
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    • H01B7/17—Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
    • H01B7/28—Protection against damage caused by moisture, corrosion, chemical attack or weather
    • H01B7/282—Preventing penetration of fluid, e.g. water or humidity, into conductor or cable
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    • Y10T428/2975—Tubular or cellular

Definitions

  • the invention relates to a longitudinally watertight cable, in particular communication cable, in the interior of which a filling compound containing a water-repellent substance is provided, in which gas bubbles are embedded.
  • a longitudinally sealed cable of this type is known from DE-OS 27 16 524.
  • their position in the filling compound is not readily stable and there is therefore the risk that larger gas bubbles may form at certain points due to migration of the gas bubbles, which adversely affect the electrical properties of the cable. It is therefore provided in the known arrangement that the air inclusions are stabilized in their position by supporting components in fiber form.
  • the present invention which relates to a longitudinally watertight cable of the type mentioned, is based on the object of creating a cable which is particularly simple to manufacture and in which the filling compound and also the gas which is enclosed. bubbles are secured as far as possible against segregation or displacement.
  • the filling compound contains an admixture of thermoplastic rubber or rubber-like thermoplastics which melts at its processing temperature within the framework of the cable filling, the condition of which in the operating temperature range of the cable by linking, hooking or connection via thermoplastic blocks with a correspondingly low, ie the melting range lying just below the filling temperature is solidified and that the gas bubbles are held in place by the rubber network thus formed in the filling material in such a way that its connection points can take over the buoyancy forces of the gas bubbles without tearing.
  • the filling process can be carried out in a simple manner.
  • the cable filling compounds are melted and, for example, filled into the cable core at temperatures around 80 ° C under pressure.
  • the thermoplastic blocks of the block polymer also melt, which is therefore also easy to process.
  • the cable thus obtained has in the operating area (working area) a rubber network which is formed, which is held in that the nodes of the solidified thermoplastic end blocks rule a movement of the rubber network prevent.
  • this rubber network By means of this rubber network, the gas bubbles are simultaneously fixed in their respective positions, and this prevents migration of the gas bubbles from occurring or even gradually forming larger gas bubbles. The mass foam produced is therefore sufficiently stabilized.
  • Polyolefins with a chain length of 25 to 45 carbon atoms can preferably be used as thermoplastic blocks, in particular low molecular weight PE or paraffin wax.
  • saturated, linear polyesters with a sufficiently low molecular weight can also be used as thermoplastic blocks.
  • low molecular weight isotactic polymers can also be provided for the formation of the thermoplastic blocks, which have side chains with more than two methyl groups.
  • the rubber-elastic molecular chains can have a linear structure and better also branch in a star shape and advantageously consist of the usual diene polymers, in particular butadiene.
  • a correspondingly constructed, special plastic rubber is melted together with the cable filling compound (usual mixture of waxes and oils), mixed and filled hot into the cable.
  • the gas bubbles are advantageously mixed in (as in cell PE production) either by gas injection, ie nitrogen or free gas is added to the mass flow under high pressure before the actual filling pipe.
  • a blowing agent with a suitable temperature-pressure dependence
  • the size of these gas bubbles should be a few tenths of a millimeter to a maximum of 1 mm.
  • the cable filling compound When the cable is cooled, e.g. After the downstream extruder, as already mentioned, a rubber network forms in the cable filling compound, the nodes of which are mainly formed by the then solidified thermoplastic blocks.
  • the gas bubbles in the oil mass are held in place by the network threads.
  • the proportion of the rubber or the rubber-like substance must be sufficiently high, preferably between 3 to 30 percent by weight.
  • the filler must be sufficiently viscous, advantageously above 5000 cP.
  • Non-crosslinked polymers with rubber-like properties are particularly suitable for this. These include above all polymers from atactic, highly branched molecules such as atactic PP or polyisobutylene.
  • the molecular chains can get caught in such a way that the properties of the spatially cross-linked rubber can be approximated.
  • thermoplastic blocks TB are provided, which are formed, for example, by PE waxes. These thermoplastic blocks link the existing rubber-elastic molecular threads of the rubber network, which in turn causes the gas bubbles present in the filling compound to be held in place.
  • thermoplastic rubber composition forming the network is produced by block polymerization of thread-like, rubber-elastic molecules with the thermoplastics melting at about 60 to 80 ° C. Below their melting temperature, these thermoplastic blocks attach to one another and thus contribute to the formation of networks.
  • the velocity increases with the square of the bubble size and decreases with the viscosity q.
  • the bubbles must be as small as possible, ideally less than a tenth of a mm, and the viscosity Yt should be as high as possible. It is not the dynamic viscosity that is important, but the resting viscosity that arises at very low shear rates and speeds. This rest value is the greater than the dynamic value (which determines the processability), if the "liquid" is all the more thread-like, elongated. contains ingredients. The resting value can become very large to infinite if the threads can form a real gel by cross-linking. The mass then behaves like a solid body of extremely low strength for small mechanical loads.
  • the rubber-like mass described behaves differently than the flowable mass of non-crosslinked polymers.
  • both the network that provides stability at rest and the added liquid must be taken into account.
  • the network In the idle state, however, the network can only absorb tensile and shear stresses up to a very low breaking point, while the liquid phase remains mobile within the mesh and approximates the laws of hydrostatics.
  • the bubbles embedded in the liquid in turn experience a buoyancy which is transmitted to the network via the surface tension in the vicinity of the bubble and puts it under tensile, shear and possibly also compressive stresses.
  • the fracture mechanics of the network must be used here.
  • the tensile stress ( ⁇ Z below the bubble is approximate, for example
  • the buoyancy K can thus be adjusted in a particularly simple manner by the choice of the bubble size so that the network structure cannot be torn by this driving force K.
  • the still permissible bubble size for a given substance can be determined simply by preparing samples with gas bubbles of different sizes and by observing which diameter value no longer occurs.
  • the spatial lattice structure formed by linking, hooking or connection via thermoplastic blocks is designed in such a way that the gas bubbles are as solid as possible Stop is reached. This securing of the gas bubbles against movement is necessary in order to prevent the gas bubbles from moving over a longer period of time and possibly under the influence of the prevailing temperature and pressure conditions and combining to form larger gas bubbles.
  • the invention is based on / the object of specifying an admixture which is particularly advantageous both in terms of its processability and in terms of the spatial lattice structure formed by it. According to the invention, this object is achieved in a longitudinally watertight cable of the type mentioned in that the admixture consists of a polyolefin powder, in particular a polyethylene powder.
  • the use of a powdery admixture has the advantage that it dissolves more quickly in the filling compound, while at the same time ensuring that the admixture is distributed evenly throughout the entire filling compound.
  • the formation of the spatial lattice structure from the admixture due to the smaller particles of the admixture and their better mixing with the filling compound is also favorably influenced.
  • the longitudinally watertight cable thus constructed shows particularly favorable properties with regard to the strength and temporal stability of its lattice structure and the manufacturing possibilities.
  • the proportion of the gas bubbles in the filling mass is chosen between 10 and 80% (volume percent).
  • polyethylene powder When using a polyethylene powder, it is expedient to select a polyethylene whose starting material has between about 5000 and 200,000 carbon atoms per molecule.
  • the invention further relates to a method for. Production of a longitudinally watertight cable, which is characterized in that the heated filler is added with stirring the necessary amount of polyolefin pul y er and this is homogeneously distributed, that gas is introduced under pressure into the filler containing the molten powder, and that after relaxing and Cooling gas bubbles are formed in a fine, even distribution.
  • the admixture does not crystallize again in discrete areas or unevenly, but rather forms a spatial lattice structure that largely fulfills the entire filling mass and secures the gas bubbles against movement.
  • the lowest limit for adding a powder is about 5% of polyolefin or polyethylene, while the upper limit is about 30% (percent by weight).
  • An expedient range in percentages by weight for the powdery admixture is between 6 and 20%, optimal values having been achieved by admixture between 8 and 10 percent by weight.
  • compositions which consist entirely / in mixtures of petrolates, hydrocarbon waxes, aliphatic or cycloalophatic paraffins or polymeric olefins.
  • the filling compound is first heated to 140-150 ° C.
  • the required amount of polyolefin powder, in particular polyethylene powder, is added with constant stirring.
  • the stirring process is complete when the powder is melted and homogeneously distributed in the filling compound.
  • the mass is placed in a conventional foaming device and a gas (CO 2 , N 2 ) is dissolved under pressure (1.5-15 barg) at about 140 ° C.
  • a gas CO 2 , N 2
  • the gas bubbles are formed in a correspondingly finely divided manner and have a diameter in the range from 1 / u to 1500 ⁇ , preferably between 20 and 200 ⁇ .
  • the gas bubbles are advantageously formed in a temperature range from 80 to 120 ° C.
  • the described foaming of the mass can take place either by means of a filling pipe in the cable core or in the stranding point.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein längswasserdichtes Kabel, insbesondere Nachrichtenkabel, in dessen Innerem eine eine wasserabweisende Substanz enthaltende Füllmasse (FM) vorgesehen ist, in die Gasbläschen (GB) eingelagert sind. Die Füllmasse (FM) enthält eine bei ihrer Verarbeitungstemperatur im Rahmen der Kabelfüllung schmelzende Beimengung aus thermoplastischem Gummi oder gummiartigen Thermoplasten, deren Zustand im Betriebstemperaturbereich des Kabels durch Verknüpfen, Verhaken oder eine Verbindung über thermoplastische Blöcke (TB) mit einem entsprechend niedrigem, d.h. knapp unter der Fülltemperatur liegenden Schmelzbereich verfestigt ist. Die Gasbläschen (GB) werden durch das sich so in der Füllmasse ausbildende Gumminetzwerk (GF) dadurch festgehalten, daß dessen Verknüpfungsstellen die Auftriebskräfte der Gasbläschen (GB) ohne Zerreißen übernehmen können.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein längswasserdichtes Kabel, insbesondere Nachrichtenkabel, in dessen Innerem eine eine wasserabweisende Substanz enthaltende Füllmasse vorgesehen ist, in die Gasbläschen eingelagert sind.
  • Ein längsdichtes Kabel dieser Art ist aus der DE-OS 27 16 524 bekannt. Bei der Einlagerung von Gasbläschen ist deren-Lage in der Füllmasse nicht ohne weiteres stabil und es besteht somit die Gefahr, daß durch Wandern der Gasbläschen sich an bestimmten Stellen größere Gasblasen bilden, welche die elktrischen Eigenschaften des Kabels ungünstig beeinflussen. Deshalb ist bei der bekannten Anordnung vorgesehen, daß die Lufteinschlüsse durch stützende Bestandteile in Faserform in ihrer Lage stabilisiert werden.
  • Die Aufbereitung dieser beigemischten Fasern und ihre Einbringung in die wasserabweisende Füllmasse erfordern einen zusätzlichen Aufwand, wobei die Wirkung dieser Fasern nur dann gesichert ist, wenn die Fasergröße etwa in der Größenordnung der Bläschengröße liegt. Allzu große Fasern stören zudem die elektrischen Eigenschaften des Kabels in unerwünschter Weise, so daß aufgrund dieser Gesichtspunkte eine sehr feine Auffaserung der zusätzlichen Bestandteile notwendig wird.
  • Der vorliegenden Erfindung, welche sich auf ein längswasserdichtes Kabel der eingangs genannten Art bezieht, liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kabel zu schaffen, das besonders einfach herstellbar ist und bei dem die Füllmasse und auch die die eingeschlossenen Gas-. bläschen möglichst weitgehend gegen eine Entmischung oder Verlagerung gesichert sind. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Füllmasse eine bei ihrer Verarbeitungstemperatur im Rahmen der Kabelfüllung schmelzende Beimengung aus thermoplastischem Gummi oder gummiartigen Thermoplasten enthält, deren Zustand im Betriebstemperaturbereich des Kabels durch Verknüpfen, Verhaken oder eine Verbindung über thermoplastische Blöcke mit einem entsprechend niedrigem, d.h. knapp unter der Fülltemperatur liegenden Schmelzbereich verfestigt ist und daß die Gasbläschen durch das sich so in der Füllmasse ausbildende Gumminetzwerk dadurch festgehalten sind, daß dessen Verknüpfungsstellen die Auftriebskräfte der Gasbläschen ohne Zerreißen übernehmen können.
  • Da die der Füllmasse zugefügte Beimengung aus thermoplastischem Gummi oder gummiähnlichen Substanzen bei der Fülltemperatur, beispielsweise um 80°C noch thermoplastisch verarbeitbar ist, kann der Füllvorgang in einfacher Weise durchgeführt werden. Hierzu werden die Kabelfüllmassen aufgeschmolzen und beispielsweise bei Temperaturen um 80°C unter Druck in die Kabelseele eingefüllt. Bei den Verarbeitungstemperaturen schmelzen auch die Thermoplastblöcke des Blockpolymeres, das somit ebenfalls gut zu verarbeiten ist.
  • Nach dem eigentlichen Füllvorgang hat das so erhaltene Kabel im Betriebsbereich (Arbeitsbereich) jedoch ein sich ausbildendes Gumminetzwerk, welches dadurch gehalten wird, daß die Knoten der erstarrten thermoplasti schen Endblöcke eine Bewegung des Gumminetzwerkes verhindern. Durch dieses Gumminetzwerk werden gleichzeitig auch die Gasbläschen in ihrer jeweiligen Lage fixiert und es ist dadurch verhindert, daß sich im Lauf der Zeit Wanderungen der Gasbläschen ergeben oder gar allmählich größere Gasblasen bilden. Der erzeugte Masseschaum ist also ausreichend stabilisiert.
  • Als Thermoplastblöcke können bevorzugt Polyolefine in einer Kettenlänge von 25 bis 45 C-Atomen verwendet werden und zwar insbesondere niedermolekulares PE oder Paraffinwachs.
  • In diesem Zusammenhang kommen auch gesättigte, lineare Polyester mit einem ausreichend niedrigen Molekulargewicht als Thermoplastblöcke in Frage.
  • Schließlich können für die Bildung der Thermoplastblöcke auch niedermolekulare isotaktische Polymere vorgesehen werden, die Seitenketten mit mehr als zwei Methylgruppen aufweisen.
  • Die gummielastischen Molekülketten können.linear aufgebaut sein und sich besser auch sternförmig-verzwei-gen und vorteilhaft aus den üblichen Dien-Polymeren, insbesondere Butadien bestehen.
  • Ein entsprechend aufgebauter, spezieller plastischer Gummi wird zusammen mit der Kabelfüllmasse (übliches Gemisch.aus Wachsen und Ölen) aufgeschmolzen, vermengt und heiß in das Kabel eingefüllt..
  • Die Gasblasen werden vorteilhaft (wie bei der Zell-PE-Herstellung) entweder durch Gasinjektion eingemischt, d.h. vor dem eigentlichen Füllrohr wird in den Massestrom unter hohem Druck Stickstoff- oder Freongas zugegeben. Es ist jedoch auch möglich, durch ein Treibmittel geeigneter Temperatur-Druckabhängigkeit die Gasblasen zu erzeugen. Wichtig ist dabei, daß die Gasblasen in der Füllapparatur noch verschwindend klein sind (dieses wird durch Zugabe von Ti02 oder SiO2 als Kicker erreicht) und somit in alle Zwickel der Kabelseele gleichmäßig transportiert werden können, aber nach Entspannen der Masse auf Normaldruck d.h. nach dem Austritt der gefüllten Seele aus dem Füllrohr oder den nachgeschalteten Mantelextruder auf ihre Endgröße expandieren. Beim fertigen, d.h. abgekühlten Kabel sollte die Größe dieser Gasbläschen einige zehntel Milimeter bis maximal 1 mm betragen.
  • Wenn das Kabel abgekühlt wird, z.B. nach dem nachgeschalteten Extruder bildet sich, wie bereits erwähnt, in der Kabelfüllmasse ein Gumminetzwerk aus, dessen Knoten hauptsächlich durch die dann erstarrten thermoplastischen Blöcke gebildet werden. Die in der Ölmasse befindlichen Gasblasen werden von den Netzwerkfäden festgehalten. Dazu muß der Anteil des Gummi oder der gummiartigen Substanz ausreichend hoch sein und zwar vorzugsweise zwischen 3 bis 30.Gewichts-Prozenten. Darüber hinaus muß die Füllmasse ausreichend-viskos sein, und zwar vorteilhaft über 5000 cP.
  • Neben den eigentlichen, über thermoplastischen Bereichen vernetzten Gummi-Substanzen können auch andere gummiähnliche Materialien verwendet werden. Hierzu eignen sich insbesondere nichtvernetzte Polymere mit gummiähnlichen Eigenschaften. Hierzu sind vor allem zu zählen Polymere aus ataktischen, starkverzweigten Molekülen wie z.B. ataktisches PP oder auch Polyisobutylen.
  • Bei diesen gummiartigen Substanzen können die Molekülketten sich so verhaken, daß die Eigenschaften des räumlich vernetzten Gummis angenähert werden können.
  • In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, diese Polymere in Gummi-, Bitumen- oder Kabelmassemischungen einzuarbeiten, um spezielle Eigenschaften, wie Klebrigkeit.oder Dichtheit zu unterstützen. Auch in der oben beschriebenen elastomerhaltigen Kabelmasse empfehlen sich diese Zusätze.
  • Es ist aus Gründen der Kosten gegebenenfalls vorteilhaft, nur diese gummiähnlichen Polymere in die Ölmasse einzuarbeiten und mit dem dadurch entstehenden, ver= knäulten Netzwerk Gasblasen festzuhalten. Um zu vermeiden, daß die Gasblasen sich im Laufe der Zeit (insbesondere bei höheren Kabeltemperaturen) sammeln und größere Hohlräume bilden, ist durch spezielle Massenzusammensetzung dafür zu sorgen, daß diese Zeit (Standzeit) bis zum Zusammenfallen des Masseschaums-länger. ist als die Kabellebensdauer. Dazu ist es zweckmäßig, daß in der gummiähnlichen Beimischung Polymerketten mit einer hinreichenden Länge vorhanden sind. Diese höhermolekularen Polymere haben einen Aufschmelzbereich von etwa 130 bis 200 °C, der normalerweise oberhalb des Schmelzbereiches der üblichen Kabelfüllmassen liegt. Es ist deshalb zweckmäßig, diese Polymere bei höheren Temperaturen aufzuschmelzen und mit niedermolekularen Bestandteilen ( insbesondere Paraffinöl, niedermolekularem PE oder anderen Ölen) in heißem Zustand zu vermengen. Diese Vormischung aus den notwendigen höhermolekularen Ketten und den niedermolekularen Weichmachern bleibt auch bei niedrigen Temperaturen plastisch und kann in die Füllmasse eingearbeitet werden.
  • Zur Erläuterung der Erfindung wird auf eine Zeichnung Bezug genommen, in der eine Gasblase GB dargestellt ist, welche sich in einer Füllmasse FM eines Kabels ausgebildet hat. Diese einige Zehntel bis maximal einen Millimeter große Gasblase GB wird in der Füllmasse FM gehalten durch gummielastische Molekülfäden GF, welche beispielsweise aus Dien-Ketten gebildet werden. Da diese Fäden GF jedoch innerhalb der Öl- und/oder Wachs enthaltenden Füllmasse FM nicht ausreichend lagestabil wären und dadurch ein Wandern der Gasblasen, z.B. infolge der Auftriebskraft zulassen würden, sind thermoplastische Blöcke TB vorgesehen, welche z.B. durch PE-Wachse gebildet werden. Diese thermoplastischen Blöcke verknüpfen die vorhandenen gummielastischen Molekülfäden des Gumminetzwerkes, was seinerseits bewirkt, daß die in der Füllmasse vorhandenen Gasblasen an ihrem Ort festgehalten werden.
  • Die kurze Zeit nach der Herstellung bei der noch höhere Temperaturen (bis zur Abkühlung) vorhanden sind und bei der sich thermoplastische Blöcke TB durch Abkühlung noch nicht gebildet haben, ist unschädlich, weil in diesen kleinen Zeiträumen eine unerwünscht große Wanderungsbewegung der Gasbläschen nicht eintritt. Die das Netzwerk bildende, thermoplastische Gummimasse wird durch Blockpolymerisation von fadenförmigen, gummielastischen Molekülen mit den bei etwa 60 bis 80 °C schmelzenden Thermoplasten hergestellt. Unterhalb ihrer Schmelztemperatur lagern sich diese thermoplastischen Blöcke aneinander an und tragen so zur Netzwerkbildung bei.
  • Bezüglich der erzielbaren Langzeitstabilität von auf diese Art und Weise gebildeten schaumartigen Füllmassen sind die nachfolgenden Überlegungen zu beachten:
    • Ein Gasbläschen mit Radius r wird durch die Auftriebskraft K bei einer Viskosität i mit einer Geschwindigkeit
      Figure imgb0001
      in einem fließfähigen Körper bewegt. Mit dem Auftrieb (
      Figure imgb0002
      = Dichte; g = Fallbeschleunigung)
      Figure imgb0003
      folgt
      Figure imgb0004
  • Die Geschwindigkeit nimmt also mit dem Quadrat der Blasengröße zu und mit der Viskosität q ab. Die Blasen müssen also so klein wie möglich sein, am besten unter einem Zehntel mm, die Viskosität Yt soll so hoch wie möglich sein. Dabei ist nicht die dynamische Viskosität bedeutend, sondern die Ruheviskosität, die sich bei sehr kleinen Schergefällen und Geschwindigkeiten einstellt. Dieser Ruhewert ist um so größer als der dynamische Wert (der ja die Verarbeitbarkeit bestimmt), wenn die "Flüssigkeit" um so mehr fadenförmige, längli-. che Bestandteile enthält. Der Ruhewert kann sehr groß bis unendlich werden, wenn die Fädchen durch Vernetzen ein echtes Gel bilden können. Die Masse verhält sich dann für kleine mechanische Beanspruchungen wie ein fester Körper extrem niedriger Festigkeit. Die Masse aus Gummimischungen würde etwa diesem Bild entsprechen, während die Massen aus nichtvernetzten Polymeren mit gummiähnlichen Eigenschaften eher als Flüssigkeiten mit hoher Ruheviskosität anzusehen sind. Das Einbringen von fadenförmigen Bestandteilen hat neben der Erhöhung der Ruheviskosität noch einen weiteren Vorteil im Hinblick auf die Blasenstabilität: Die Bläschen erleiden bei ihrer Bewegung ständige Umlenkungen und Richtungsänderungen, so daß der effektiv zürückgelegte Weg wesentlich kleiner als der tatsächlich zurückgelegte Weg ist. Nehmen wir z.B. an, daß aus diesem Grund ein tatsächlicher Weg von 1 mm in 30 Jahren erlaubt ist, so folgt aus (3) eine notwendige Ruheviskosität von über 107 Poise für einen Blasendurchmesser von etwa 0,05 mm.
  • Die beschriebene gummiartige Masse verhält sich anders als die fließfähige Masse aus nichtvernetzten Polymeren. Es liegt ein Netzwerk aus Gummifäden vor, dessen weite Maschen von den öl- oder Wachsbestandteilen ausgefüllt sind. Bei der Analyse dieses 2-Phasen-Systems ist sowohl das die Ruhefestigkeit bewirkende Netzwerk als die beigemischte Flüssigkeit zu beachten. Im Ruhezustand kann das Netzwerk Zug- und Scherspannungen allerdings nur bis zu einer recht niedrig liegenden Reißgrenze aufnehmen, während die Flüssigphase innerhalb der Maschen beweglich bleibt und angenähert den Gesetzen der Hydrostatik folgt. Die in die Flüssigkeit eingebetteten Blasen erfahren wiederum einen Auftrieb, der im Nahbereich der Blase über die Oberflächenspannung auf das Netz übertragen wird und es unter Zug-, Scher- und eventuell auch Druckspannungen setzt. Anstelle der oben durchgeführten Viskositätsanalyse muß hier die Bruchmechanik des Netzes treten. Die Zugspannung (σZ unterhalb der Blase beträgt z.B. angenähert
    Figure imgb0005
  • Außer von der Erdbeschleunigung g und der Dichtedifferenz f hängt sie nur noch vom Blasenradius ab. Für r - 0,05 mm folgt eine Zugbeanspruchung von nur
    Figure imgb0006
    . Die genaue Analyse muß den vollständigen Spannungszustand (inklusive Scherbeanspruchung) rund um die Blase einschließen und wird zu niedrigeren lokalen Beanspruchungen führen. Eine Massendimensionierung nach (4) ist deshalb zunächst ausreichend. Für jede Ruhefestigkeit (beeinflußbar durch Art und Mengenanteil des Netzwerks) folgt aus (4) eine maximal erlaubte Blasengröße, oder, wenn diese technologisch vorgegeben ist, folgt wegen (4) ein mindestens notwendiges Mengenverhältnis für die Beimischung eines vorgegebenen Netzwerkbildners.
  • Da die Größe der Auftriebskraft vom Durchmesser der Gasbläschen abhängt, ist somit in besonders einfacher Weise durch die Wahl der Bläschengtöße die Auftriebskraft K so einzustellen, daß die Netzstruktur durch diese Antriebskraft K nicht zerrissen werden kann. Im übrigen läßt sich die noch zulässige Bläschengröße für eine gegebene Substanz einfach dadurch bestimmen, daß Proben mit unterschiedlich großen Gasbläschen erstellt werden und durch Beobachtung festgestellt wird, unterhalb welchen Durchmesserwertes keine Wanderung mehr auftritt.
  • Für die Auswahl der Beimengung ergibt sich die Forderung, daß diese einerseits möglichst licht zu verarbeiten sein soll und andererseits die durch Verknüpfen, Verhaken oder eine Verbindung über thermoplastische Blöcke gebildete räumliche Gitterstruktur so ausgebildet ist, daß für die Gasbläschen ein möglichst fester Halt erreicht wird. Diese Sicherung der Gasbläschen gegen eine Bewegung ist notwendig, damit verhindert wird, daß sich die Gasbläschen im Lauf der längeren Zeit und ggf. unter dem Einfluß der herrschenden Temperatur- und Druckbedingungen in Bewegung setzen und zu größeren Gasblasen vereinigen.
  • Der Erfindung liegt/die Aufgabe zu Grunde, eine Beimengung anzugeben, die sowohl hinsichtlich ihrer Verarbeitbarkeit als auch hinsichtlich der durch sie gebildeten räumlichen Gitterstruktur besonders vorteilhaft ist. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem längswasserdichten Kabel der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Beimengung aus einem Polyolefinpulver, insbesondere einem Polyäthylenpulver besteht.
  • Die Verwendung einer pulverförmigen Beimengung hat den Vorteil, daß diese sich schneller in der Füllmasse auflöst, wobei gleichzeitig sichergestellt ist, daß die Beimengung gleichmäßig in der ganzen Füllmasse verteilt wird. Ausgehend von dieser Anfangssituation wird auch die Bildung der räumlichen Gitterstruktur aus der Beimengung infolge der kleineren Teilchen der Beimengung und deren besserer Vermengung mit der Füllmasse günstig beeinflußt. Das so aufgebaute längswasserdichte Kabel zeigt somit bezüglich der Festigkeit und zeitlichen Stabilität seiner Gitterstruktur und der Herstellungsmöglichkeiten besonders günstige Eigenschaften.
  • Es ist zweckmäßig, wenn der Anteil der Gasbläschen an der Füllmasse zwischen 10 und 80% (Volumenprozente) gewählt ist.
  • Besonders vorteilhafte Werte hinsichtlich der elektrischen und mechanischen Eigenschaften sowie bezüglich des Materialverbrauchs an Füllmasse und Beimengung ergeben sich dann, wenn die Gasbläschen einen Volumenanteil zwischen 50 und 70% der Füllmasse ausmachen.
  • Die Beimengung der Gasbläschen sowie die Auswahl der Füllmasse werden zweckmäßig so vorgenommen, daß sich möglichst niedrige relative Dielektrizitätszahlen nicht über 1,5 bis 1,7 ergeben.
  • Bei Verwendung eines Polyäthylenpulvers ist es zweckmäßig, ein Polyäthylen auszuwählen, dessen Ausgangsmaterial zwischen etwa 5000 und 200.000 C-Atome pro Molekül aufweist.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur. Herstellung eines längswasserdichten Kabels, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der erhitzten Füllmasse unter Umrühren die notwendige Menge an Polyolefinpulyer zugegeben und dieses homogen verteilt wird, daß Gas unter Überdruck in die das geschmolzene Pulver enthaltende Füllmasse eingebracht wird, und daß nach dem Entspannen und Abkühlen Gasbläschen in feiner, gleichmäßiger Verteilung gebildet werden.
  • Eine Füllmasse für die Beimengung des pulverförmigen Zusatzes kann beispielsweise folgendermaßen aufgebaut sein:
    • 77 % Paraffin-Öl
    • 19,9% Polypropylen
    • 3 % feindisperse Kieselsäure
    • 0,1% Stabilisator (zum Schutz-gegen Oxydation)
  • Gemäß der Erfindung wird die Stabilisierung der Gasbläschen in der beschriebenen Füllmasse durch eine pulverförmige Zugabe von Polyolefin, insbesondere Polyäthylen mit einem Dichtebereich von 0,915 bis etwa 0,96 g/ml erreicht. Diese erfolgt vorzugsweise in fein verteilter Form, d.h. mit etwa 20-600/u Korngröße. Die Zugabe erfolgt bei einer Temperatur der übrigen Mischungskomponenten, die über dem Kristallit-Schmelzpunkt des zugesetzten Polyolefins, d.h. oberhalb ca 135°C, liegt. Dann wird unter entsprechendem Überdruck Gas, beispielsweise C02, N2,/Luft in der heißen Mischung gelöst. Beim gleichzeitigen Abkühlen und Entspannen (d.h. Überdruck wird aufgehoben) der Mischung bilden sich nunmehr feinverteilte Gasblasen aus, die durch das zusammenhängende flexible Gerüst aus im we-. sentlichen Kohlenwasserstoffen fixiert werden. Beispiel:
    • 69,8% Paraffin-Öl
    • 18,1% (ataktisches) Polypropylen
    • 2,7% (feindisperse) Kieselsäure
    • 0,3% Stabilisator (Schutz gegen Oxydation u.a. des PE)
    • 9,1% Polyäthylen-Pulver
  • Bei einer so aufgebauten Mischung kristallisiert die Beimengung nicht.wieder in diskreten Bereichen oder ungleichmäßig aus, sondern bildet eine die ganze Füllmasse weitgehend gleichmäßig erfüllende räumliche Gitterstruktur, welche die Gasbläschen ]gegen Bewegung sichert.
  • ·Die unterste Grenze für den Zusatz eines Pulvers liegt bei etwa 5% von Polyolefin bzw. Polyäthylen, während die obere Grenze etwa 30% (Gewichtsprozente) beträgt. Ein zweckmäßiger Bereich in Gewichtsprozenten für die pulverförmige Beimengung liegt zwischen 6 und 20%, wobei optimale Werte durch Beimengung zwischen 8 und 10 Gewichtsprozenten erreicht worden sind.
  • Für die Füllmassen sind an sich keine einschränkenden Bedingungen zu beachten. Es ist lediglich darauf zu achten, daß die Füllmasse nicht die Bildung der räumlichen Gitterstruktur bei der Beimengung verhindert. So lassen sich beispielsweise vorteilhaft solche Massen verwenden, die ganz/in Gemischen aus Petrolaten, Kohlenwasserstoff-Wachsen, aliphatischen oder cykloalophatischen Paraffinen oder polymeren Olefinen bestehen.
  • Bei der Herstellung wird die Füllmasse zunächst auf 140 - 150°C erhitzt. Unter ständigem Rühren wird die erforderliche Menge Polyolefinpülver, insbesondere Polyäthylenpulver zugegeben. Der Rührprozeß ist abgeschlossen, wenn das Pulver geschmolzen und homogen in der Füllmasse verteilt ist. Bei direkter Weiterverarbeitung wird die Masse in eine herkömmliche Verschäumvorrichtung gegeben und ein Gas (CO2, N2) wird unter Druck (1,5 - 15 barü) bei etwa 140 C gelöst. Nach Entspannen und gleichzeitigem Abkühlen der Masse bilden sich dann entsprechend feinverteilt die Gasbläschen, die einen Durchmesser im Bereich von 1/u - 1500 µ, vorzugsweise zwischen 20 und 200 µ aufweisen. Die Gasbläschenbildung erfolgt vorteilhaft in einem Temperaturbereich von 80 - 120°C. Das beschriekene Aufschäumen der Masse kann entweder mittels Füllrohr in der Kabelseele oder im Verseilpunkt erfolgen.
  • Es ist aber auch möglich, den Vorgang nach dem Einbringen und Verrühren des Pulvers abzubrechen und die Masse im erkalteten Zustand zu lagern.

Claims (34)

1. Längswasserdichtes Kabel, insbesondere Nachrichtenkabel, in dessen Innerem eine eine wasserabweisende Substanz enthaltende Füllmasse vorgesehen ist, in die Gasbläschen eingelagert sind, dadurch gekennzeichnet , daß die Füllmasse (FM) eine bei ihrer Verarbeitungstemperatur im Rahmen der Kabelfüllung schmelzende Beimengung aus thermoplastischem Gummi oder gummiartigen Thermoplasten enthält, deren Zustand im Betriebstemperaturbereich des Kabels durch Verknüpfen, Verhaken oder eine Verbindung über thermoplastische Blöcke mit einem entsprechend niedrigem, d.h. knapp unter der Fülltemperatur liegenden Schmelzbereich verfestigt ist und daß die Gasbläschen (GB) durch das sich so in der Füllmasse ausbildende Gumminetzwerk dadurch festgehalten sind, daß dessen Verknüpfungsstellen die Auftriebskräfte der Gasbläschen ohne Zerreißen übernehmen können.
2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Thermoplastblöcke Polyolefine in einer Kettenlänge von 25 bis 45 C-Atomen, insbesondere niedermolekulares PE oder Paraffinwachs verwendet sind.
3. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Thermoplastblöcke gesättigte, lineare Polyester mit einem ausreichend niedrigen Molekulargewicht vorgesehen sind.
4. Kabel nach Ansprüch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß als Thermoplastblöcke niedermolekulare isotaktische Polymere vorgesehen sind, die Seitenketten mit mehr als zwei Methylgruppen enthalten.
5. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen den Thermoplastblöcken gummielastische Molekülketten vorgesehen sind, die linear- und/oder sternförmig ausgebildet sind.
6. Kabel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die gummielastischen Molekülketten aus Dien-Polymeren, insbesondere Butadien, bestehen.
7. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a-durch gekennzeichnet, daß die Kabelfüllmasse aus einem Gemisch aus Wachsen und Ölen besteht.
8. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Gasblasen durch Gasinjektion unter hohem Druck, insbesondere in Form von Stickstoff- oder Freongas eingemischt sind.
9. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis.7, dadurch gekennzeichnet , daß die Gasblasen durch Treibmittel geeigneter Temperatur-Druckabhängigkeit erzeugt sind.
10. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Gasblasen in der Füllapparatur während des Verarbeitungsvorganges noch verschwindend klein sind und dadurch über alle Zwickel der Kabelseele gleichmäßig verteilt sind.
11. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Elastomeranteil in der Füllmasse ausreichend hoch gewählt ist und vorzugsweise zwischen drei und dreißig Gewichtsprozente liegt.
12. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Füllmasse eine Viskosität deutlich über 5000 cP aufweist.
13. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß eine thermoplastische Gummibeimengung auf der Basis von Naturgummi verwendet wird.
14. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß als Gummibeimengung nicht vernetzte Polymere mit gummiähnlichen Eigenschaften und einer hinreichend großen Kettenlänge (größer als 50 C-Atome) verwendet sind.
15. Kabel nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß Polymere aus ataktischen, stark verzweigten Molekülen, insbesondere ataktische PS oder PP vorgesehen sind.
16. Kabel nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß als gummiähnliche Substanz Polyisobuten bzw. Polybuten vorgesehen ist.
17. Kabel nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß diese Polymere in Gummi-Bitumen- oder Kabelmassebeimischungen bei höheren Temperaturen eingearbeitet werden, um die gewünschten Eigenschaften insbesondere Klebrigkeit oder Dichtheit zu erreichen.
18. Kabel nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet , daß die gummiähnlichen Polymere in die in der Füllmasse enthaltenen Ölmasse eingearbeitet sind und mit dem dadurch entstehenden, verknäulten Netzwerk die Gasblasen festhalten.
19. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß aus den höhermolekularen Polymerketten und aus niedermolekularen Bestandteilen, insbesondere in Form von Parafinöl, niedermolekulare PE oder ataktischen PP eine Vormischung hergestellt wird, die infolge der niedermolekularen Weichmacher auch bei noch relativ niedrigen Verarbeitungstemperaturen plastisch bleibt und in die Füllmasse einarbeitbar ist.
20. Längswasserdichtes Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Beimengung aus einem Polyolefinpulver, insbesondere einem Polyäthylenpulver besteht.
21. Längswasserdichtes Kabel nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß der Volumenanteil der Gasbläschen an der Füllmasse zwischen 10 und 80 % gewählt ist.
22. Längswasserdichtes Kabel nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß der Volumenanteil der Gasbläschen zwischen 50 und.70 % der Füllmasse beträgt.
23. Längswasserdichtes Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Beimengung der Gasbläschen sowie die Auswahl der Füllmasse so vorgenommen sind, daß sich relative Dielektrizitätszahlen nicht über 1,5 bis 1,7 ergeben.
24.Längswasserdichtes Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß bei Verwendung eines Polyäthylenpulvers ein Material ausgewählt wird, das zwischen etwa 5000 und 200.000 C-Atome pro Molekül aufweist.
25.Längswasserdichtes Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das als Beimengung verwendete Pulver in einem Dichtebereich zwischen 0,915 bis 0,96 g/ml liegt.
26.Längswasserdichtes Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das als Beimengung verwendete Pulver in einer Korngröße zwischen 20 bis 600 µ vorgesehen ist.
27.Längswasserdichtes Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Kristallit-Schmelzpunkt des zugesetzten Polyolefinpulvers über der Verarbeitungstemperatur der übrigen Komponenten der Füllmasse liegt.
28. Längswasserdichtes Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Anteil des pulverförmigen Polyolefins zwischen 5 und 30 Gewichtsprozent der Füllmasse liegt.
29. Längswasserdichtes Kabel nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet , daß die pulverförmige Beimengung zwischen 6 und 20 Gewichts-. prozent, vorzugsweise zwischen 8 und 10 Gewichtsporzenz liegt.
30. Längswasserdichtes Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Durchmesser der Gasbläschen zwischen 1 µ und 1500 µ, vorzugsweise zwischen 20 µ und 200 µ liegt.
31. Verfahren zur Herstellung eines längswasserdichten Kabels nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der erhitzten Füllmasse unter Umrühren die notwendige Menge an Folyolefinpulver zugegeben und dieses homogen verteilt wird,
daß Gas unter Überdruck in die das geschmolzene Pulver enthaltende Füllmasse eingebracht wird, und daß nach dem Entspannen und Abkühlen Gasbläschen in feiner, gleichmäßiger Verteilung gebildet werden.
32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllmasse bei Zugabe des Polyolefinpulvers auf eine Temperatur von 140°C bis 150°C erhitzt wird.
33. Verfahren nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet , daß das Gas bei einem Druck von etwa 1,5 bis 15 barü und bei einer Temperatur von etwa 140°C gelöst wird.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet , daß die Bildung der Gasbläschen im Temperaturbereich zwischen 80°C und 120°C vorgenommen wird.
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