EP0294543A2 - Elektrischer Isolierstoff mit hoher elektrischer Zeitstandfestigkeit - Google Patents
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- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
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- H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
- H01B3/30—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
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- H01B3/441—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes vinyl resins; acrylic resins from alkenes
Definitions
- the invention relates to an electrical insulating material with high electrical creep rupture strength and to a method for improving the electrical creep rupture strength of peroxidically crosslinked polyethylene-based plastics.
- VPE cross-linked polyethylenes
- cross-linked polyethylenes of this type are already used for the production of electrical insulation due to their high resistance to stress cracks, resistance to organic solvents and high electrical resistance, their electrical creep rupture strength still leaves much to be desired.
- the object of the invention is to improve a peroxidically cross-linked plastic based on polyethylene with regard to its electrical creep rupture strength, that is to say to reduce or even avoid undesired signs of aging.
- the invention consists in that the peroxidically crosslinked polyethylene-based plastic has a content of organosilicon compounds not involved in the crosslinking, in particular silicon hydrogen compounds, in the range between 0.1 and 10 percent, based on the plastic and calculated in percent by weight. A content between 0.2 and 5 percent is particularly advantageous.
- Such improved electrical insulating materials with regard to the electrical creep resistance are particularly suitable for the production of power cables.
- the method according to the invention for improving the electrical creep rupture strength of peroxidically crosslinked polyethylene-based plastics is based on the known method in which starting materials forming polyethylene or polyethylene are mixed with peroxides, silanes and optionally catalysts and / or additives or fillers and crosslinked under or after shaping will.
- an active ingredient in the form of silane in particular alkyl- or alkoxy-substituted vinylsilanes, is added to the starting substances of the peroxide to be crosslinked polyethylene in such a proportion that this active ingredient and / or its reaction secondary products after the peroxidic crosslinking Involvement of moisture contribute to a structural change.
- the present problem can be solved if the peroxide content is not less than 0.75 percent, but rather a higher content of between 1.5 and 4, which is sufficient for peroxidic crosslinking.
- the silane used in the invention is not the crosslinking agent, but an additional active ingredient. This active ingredient can be fixed to the molecules of the plastic during peroxidic crosslinking, for which purpose grafting onto the macromolecules of polyethylene is also possible. However, this grafting is not crosslinking, since the process according to the invention is a conventional peroxidic crosslinking of the polyethylene.
- hydrolysis catalysts for example metal salts of organic acids, but also other organometallic compounds, are used in the production of the crosslinked polyethylene.
- a starting mixture is prepared for the peroxidic crosslinking of the polyethylene, for example 100 parts of polyethylene 2 parts of dicumyl peroxide and 3 parts of alkoxy-substituted vinylsilane as the creep resistance active ingredient 0.2 parts anti-aging agent be mixed. After the shaping, the peroxidic crosslinking takes place, which takes about 5 minutes at about 200 ° C.
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Abstract
Peroxidisch vernetzte Polyethylene (VPE) erhalten dadurch eine höhere elektrische Zeitstandfestigkeit, daß ihnen keine Vernetzung bewirkende Organosiliziumverbindungen bzw. Siliziumwasserstoffverbindungen in einem Anteil zwischen 0,1 and 10 Prozent (bezogen auf den Kunststoff) als Wirkstoffe einverleibt sind.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Isolierstoff mit hoher elektrischer Zeitstandfestigkeit und auf ein Verfahren zum Verbessern der elektrischen Zeitstandfestigkeit von peroxidisch vernetzten Kunststoffen auf Polyethylenbasis.
- Es ist bereits bekannt, vernetzte Polyethylene (VPE) unter Verwendung von Peroxid als Vernetzungsmittel herzustellen. Dabei vernetzen die Polymerisate durch Einwirkung der freie Radikale erzeugenden organischen Peroxide.
- Obwohl vernetzte Polyethylene dieser Gattung aufgrund ihrer hohen Widerstandsfähigkeit gegen Spannungsrisse, Beständigkeit gegen organische Lösungsmittel und hohen elektrischen Widerstand auch bereits zur Herstellung elektrischer Isolierungen verwendet werden, läßt deren elektrische Zeitstandsfestigkeit vielfach noch zu wünschen übrig.
- Andererseits ist es auch bereits bekannt (US-PS 3 075 948, DE-PS 1 794 028, 1 963 571, 2 255 115), die Vernetzung mit Hilfe von Silanen zu bewirken. Im Unterschied zur peroxidischen Vernetzung läuft die Umsetzung zwischen dem Polyolefin und dem Silan verhältnismäßig schnell ab; dabei sind nur geringe Anteile an Radikale erzeugenden Verbindungen, wie organische Peroxide und Perester, in einer geringen Menge von vor zugsweise weniger als 0,75 Gewichtsprozenten zuzusetzen, um zu verhindern, daß eine konventionelle peroxidische Vernetzung stattfindet.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen peroxydisch vernetzten Kunststoff auf Polyethylenbasis hinsichtlich seiner elektrischen Zeitstandfestigkeit zu verbessern, das heißt unerwünschte Alterungserscheinungen zu vermindern oder gar zu vermeiden.
- Die Erfindung besteht darin, daß der peroxidisch vernetzte Kunststoff auf Polyethylenbasis einen Gehalt von nicht an der Vernetzung beteiligten Organosiliziumverbindungen, insbesondere Siliziumwasserstoffverbindungen, im Bereich zwischen 0,1 und 10 Prozent, bezogen auf den Kunststoff und berechnet in Gewichtsprozent, aufweist. Besonders vorteilhaft ist ein Gehalt zwischen 0,2 und 5 Prozent.
- Derartige hinsichtlich der elektrischen Zeitstandfestigkeit verbesserte elektrische Isolierstoffe eignen sich vor allem zur Herstellung von Starkstromkabeln.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verbessern der elektrischen Zeitstandfestigkeit peroxidisch vernetzter Kunststoffe auf Polyethylenbasis geht von dem bekannten Verfahren aus, bei dem Polyethylen bzw. Polyethylen bildende Ausgangsstoffe mit Peroxiden, Silanen und gegebenenfalls Katalysatoren und/oder Zusätzen bzw. Füllstoffen gemischt und unter oder nach dem Formgeben vernetzt werden. Im Unterschied zu diesem bekannten Verfahren wird den Ausgangssubstanzen des peroxidisch zu vernetzenden Polyethylens ein Wirkstoff in Form von Silan, insbesondere Alkyl- oder Alkoxy-substituierte Vinylsilane in einem solchen Anteil zugegeben, daß dieser Wirkstoff und/oder dessen Reaktions-Folgeprodukte nach dem peroxidischen Vernetzen unter Beteiligung von Feuchtigkeit zu einer Strukturänderung beitragen.
- Im Gegensatz zur Lehre der Fachwelt (DE-PS 1 963 571) ist die vorliegende Aufgabe lösbar, wenn der Peroxidanteil nicht etwa weniger als 0,75 Prozent beträgt, sondern vielmehr einen zur peroxidischen Vernetzung ausreichenden höheren Anteil zwischen etwa 1,5 und 4,0 aufweist. Das bei der Erfindung zur Anwendung gelangende Silan ist nicht das Vernetzungsmittel, sondern ein zusätzlicher Wirkstoff. Dieser Wirkstoff kann beim peroxidischen Vernetzen an die Moleküle des Kunststoffs fixiert werden, wozu auch ein Anpfropfen an die Makromoleküle des Polyethylens möglich ist. Dieses Anpfropfen ist jedoch keine Vernetzung, da es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um eine konventionelle peroxidische Vernetzung des Polyethylens handelt.
- Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß das elektrische Isoliervermögen noch nach langer Gebrauchszeit von beispielsweise zehn Jahren nicht merklich beeinträchtigt wird. Im Vergleich zu klassischem VPE wurde eine erhebliche Verbesserung der elektrischen Zeitstandfestigkeit ermittelt. Die Ursache hierfür dürfte eine strukturelle Änderung des peroxidisch vernetzten Polyethylens bei Hinzutreten von Feuchtigkeit, insbesondere Wasser, sein; dabei treten die gewissermaßen eingebauten Organosiliziumverbindungen bzw. Siliziumwasserstoffe oder Silan als strukturverändernder Wirkstoff in Erscheinung. Hierdurch kann die Bildung unerwünschter "Wasserbäumchen" verhindert werden.
- Es empfiehlt sich, wenn bei der Herstellung des vernetzten Polyethylens Hydrolysekatalysatoren, beispielsweise Metallsalze organischer Säuren, aber auch andere organometallische Verbindungen, verwendet werden.
- Für die peroxidische Vernetzung des Polyethylens wird eine Ausgangsmischung hergestellt, für welche beispielsweise
100 Teile Polyethylen
2 Teile Dicumylperoxid und
3 Teile Alkoxy-substituiertes Vinylsilan als die Zeitstandfestigkeit verbessernder Wirkstoff
0,2 Teile Alterungsschutzmittel
gemischt werden. Anschließend erfolgt nach der Formgebung die peroxidische Vernetzung, die bei etwa 200°C ca. 5 Minuten in Anspruch nimmt.
Claims (6)
1. Elektrischer Isolierstoff mit hoher elektrischer Zeitstandfestigkeit aus peroxidisch vernetztem Kunststoff auf Polyethylenbasis (VPE), gekennzeichnet durch einen Gehalt von nicht an der Vernetzung beteiligten Organosiliziumverbindungen im Bereich zwischen 0,1 und 10 Prozent (bezogen auf den Kunststoff).
2. Elektrischer Isolierstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt von Siliziumwasserstoffverbindungen im Bereich zwischen 0,2 und 5 Prozent.
3. Verwendung eines Isolierstoffs nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung von Starkstromkabeln.
4. Verfahren zum Verbessern der elektrischen Zeitstandfestigkeit von peroxidisch vernetzten Polyethylenen (VPE), bei dem Polyethylen mit Peroxid, Silan und gegebenenfalls Katalysatoren, Zusätzen und/oder Füllstoffen gemischt und unter Druck und/oder nach Formgeben vernetzt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangssubstanzen eines peroxidisch vernetzenden Polyethylens mit Silan als die elektrische Zeitstandfestigkeit verbesserndem Wirkstoff in einem solchen Anteil gemischt wird, daß dieser Wirkstoff und/oder dessen Reaktions-Folgeprodukte noch nach dem peroxidischen Vernetzen unter Beteiligung von Feuchtigkeit zu einer Strukturänderung beiträgt.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangssubstanzen eines peroxidisch vernetzenden Polyethylens mit Silan als die elektrische Zeitstandfestigkeit verbesserndem Wirkstoff in einem solchen Anteil gemischt wird, daß dieser Wirkstoff und/oder dessen Reaktions-Folgeprodukte noch nach dem peroxidischen Vernetzen unter Beteiligung von Feuchtigkeit zu einer Strukturänderung beiträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß Alkyl- oder Alkoxy-substituierte Vinylsilane als Silane verwendet werden.
dadurch gekennzeichnet,
daß Alkyl- oder Alkoxy-substituierte Vinylsilane als Silane verwendet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß Metallsalze organischer Säuren und/oder andere organometallische Verbindungen als Katalysatoren verwendet werden.
dadurch gekennzeichnet,
daß Metallsalze organischer Säuren und/oder andere organometallische Verbindungen als Katalysatoren verwendet werden.
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