EP1388867A1 - Elektrisches kabel - Google Patents

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EP1388867A1
EP1388867A1 EP03291690A EP03291690A EP1388867A1 EP 1388867 A1 EP1388867 A1 EP 1388867A1 EP 03291690 A EP03291690 A EP 03291690A EP 03291690 A EP03291690 A EP 03291690A EP 1388867 A1 EP1388867 A1 EP 1388867A1
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EP
European Patent Office
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layer
electrical cable
cable according
adhesion promoter
extruded
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Franz Dänekas
Marc Strittmatter
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Nexans SA
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Nexans SA
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30Insulators 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
    • H01B3/44Insulators 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
    • H01B3/441Insulators 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/17Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
    • H01B7/18Protection against damage caused by wear, mechanical force or pressure; Sheaths; Armouring
    • H01B7/1875Multi-layer sheaths
    • H01B7/188Inter-layer adherence promoting means

Definitions

  • the invention relates to an electrical cable according to the preamble of claim 1 and a method for producing an electrical cable according to the preamble of Claim 6.
  • WO 02/15202 describes a cable that can be laid in water and in a humid environment known with polyethylene sheath, which encloses a cable core and on one Fire protection layer is extruded.
  • the material of the fire protection layer is heavy flammable, adheres well to the polyethylene jacket and is halogen-free.
  • the fire protection layer is made flame retardant by adding special flame retardant fillers or additives to an ethylene copolymer achieved.
  • the polyethylene jacket and the fire protection layer are made in one step manufactured.
  • Base material is an ethylene copolymer
  • only a little adhesion with one Sheath surface made of polyethylene when the sheath layer and the highly filled Mixture can be extruded in two steps.
  • the cladding and the fire protection layer is a good bond between the two Layers can be achieved, but it is because of the high melt temperature during processing of the HDPE on flame retardants commonly used for cable jackets to resort to, whose flame retardant reaction sets in at temperatures that is above the melt temperature of the HDPE.
  • the present invention is therefore based on the object, the known cable to improve in that the outer fire protection layer is an essential improved property in the event of fire and improved adhesion to the has underlying polyethylene sheath, and there is the possibility almost all commercially available halogen-free flame retardant materials use.
  • FIGS. 1 and 2 Exemplary embodiments explained in more detail.
  • Figure 1 shows a side section through a cable according to the teaching of the invention.
  • the cable has a cable core 1 which, for example, insulates one or more may have electrical conductors.
  • the electrical conductors have an inner one in addition to insulation and an outer conductive layer.
  • the cable core 1 is surrounded by a cable jacket 2, which consists of a first inner Layer 2a consists of polyethylene and a second outer layer 2b, which is flame retardant and made from a highly filled thermoplastic There is a plastic mixture.
  • This third layer 2c consists of an adhesion promoter, which is an intimate connection between the first and second layers.
  • the material of the first layer is pure polyethylene with no additives worth mentioning.
  • This mixture has an oxygen index of 25 - 36%.
  • the third layer is a copolymer of ethylene, which, for example, under the Trade name Lotryl 18 MA 02 is available.
  • the copolymer is preferably a Dye masterbatch added, which, for. B. under the trade name Plasblack PE 4470 is available.
  • the mixing ratio is approximately 99 parts copolymer to 1 part Dye masterbatch.
  • the first and third layers are preferably coextruded onto the Extruded cable core.
  • the second layer can be applied immediately in the same work step extrude the still warm third layer. But it is also possible the second Apply layer in a subsequent operation.
  • the third layer can also be made from a film by longitudinal laying or winding Copolymer of ethylene can be generated on the first layer.
  • the film is sealed due to the heat of extrusion generated by the extrusion of the second layer with the first as well as with the second layer.
  • Figure 2 shows a side view of a manufacturing facility.
  • the cable core 1 running from a storage drum 3 becomes a first extruder 4 fed.
  • the extruder 4 is a so-called coextrusion extruder, which has a first Screw 4a is the material of the first layer and, via a second screw 4b, that Material of the third layer is fed. Layers 2a and 2c are shown in concentric arrangement the mouthpiece 4c of the extruder 4 fed.
  • the cable core provided with layers 2a and 2c now arrives in a second Extruder 5, which extrudes the second layer 2b onto the third layer 2c. That now Finished cable 6 is fed to a cooling basin 7 and onto a cable drum 8 wound.
  • the extrusion speed of the second extruder 5 can be less than 50% of the extrusion speed of the extruder 4, it can be advantageous to apply the second layer 2b in a separate operation.

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  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
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Abstract

Es wird ein elektrisches Kabel, bestehend aus einer Kabelseele (1) und einem die Kabelseele (1) umgebenden Mantel (2) beschrieben, wobei der Mantel (2) eine erste innere Schicht (2a) aus Polyethylen und eine zweite äußere Schicht (2b) aus Ethylen Copolymer, die durch Zugabe von speziellen flammhemmenden Füllstoffen bzw. Zusatzstoffen flammfest gemacht ist, aufweist. Zwischen der ersten inneren Schicht (2a) und der zweiten äußeren Schicht (2b) ist eine dritte Schicht (2c) aus einem Haftvermittler angeordnet, wobei der Haftvermittler der dritten Schicht (2c) keine oder nur äußerst geringe Anteile an Füllstoffen enthält. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kabel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kabels nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
Aus der WO 02/15202 ist ein im Wasser und in feuchter Umgebung verlegbares Kabel mit Polyethylenmantel bekannt, welcher eine Kabelseele umschließt und auf den eine Brandschutzschicht extrudiert ist. Das Material der Brandschutzschicht ist schwer entflammbar, haftet gut auf dem Polyethylenmantel und ist halogenfrei. Die Schwerentflammbarkeit der Brandschutzschicht wird durch Zugabe von speziellen flammhemmenden Füllstoffen bzw. Zusatzstoffen zu einem Ethylen Copolymer erreicht. Der Polyethylenmantel und die Brandschutzschicht werden in einem Arbeitsschritt hergestellt.
In vielen Anwendungsfällen z. B. bei der Verlegung von Mittelspannungskabeln in U-Bahnschächten wird ein hoher Sauerstoffindex des Mantelmaterials von über 25 % gefordert. Darüberhinaus muß das Material des Mantels halogenfrei sein. Ein solch hoher Sauerstoffindex bzw. eine so extrem hohe Schwerentflammbarkeit bei gleichzeitiger Halogenfreiheit kann nur erreicht werden, wenn dem Mantelmaterial große Mengen von Füllstoffen zugegeben wird, wie z. B. Aluminiumtrioxyhydrat, Magnesiumhydroxid etc. Insbesondere Aluminiumtrioxyhydrat hat sich als Flammschutzmittel bewährt, da bei erhöhten Temperaturen das Kristallwasser abgespalten wird und eine Sauerstoffzufuhr zum Brandherd von außen verhindert. Hochgefüllte Kunststoffmischungen, d. h. solche, die mehr als 100 Teile Füllstoff auf 100 Teile Basismaterial haben, sind zwar extrudierbar, gehen aber selbst dann, wenn das Basismaterial ein Ethylen Copolymer ist, nur eine geringe Haftung mit einer Manteloberfläche aus Polyethylen ein, wenn die Mantelschicht und die hochgefüllte Mischung in zwei Arbeitsschritten extrudiert werden. Bei einer gemeinsamen Extrusion der Mantel- und der Brandschutzschicht ist zwar eine gute Haftung zwischen den beiden Schichten erzielbar, es ist aber wegen der hohen Massetemperatur bei der Verarbeitung des für Kabelmäntel üblicherweise verwendeten HDPE auf Flammschutzmittel zurückzugreifen, deren flammhemmende Reaktion bei Temperaturen einsetzt, die oberhalb der Massetemperatur des HDPE liegt.
Der vorliegenden Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, das bekannte Kabel dahingehend zu verbessern, daß die äußere Brandschutzschicht eine wesentlich verbesserte Eigenschaft im Brandfalle und eine verbesserte Haftung zum darunterliegenden Polyethylenmantel aufweist, sowie die Möglichkeit gegeben ist, nahezu sämtlich im Handel erhältlichen halogenfreien Flammschutzmaterialien einzusetzen.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 erfaßten Merkmale gelöst.
Durch die Verwendung eines zusätzlichen Haftvermittlers zwischen dem Polyethylenmantel und der äußeren Brandschutzschicht wird trotz eines hohen Füllgrades eine gute Haftung erreicht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfaßt.
Die Erfindung ist anhand der in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Figur 1 zeigt einen seitlichen Schnitt durch ein Kabel nach der Lehre der Erfindung.
Das Kabel weist eine Kabelseele 1 auf, die beispielsweise einen oder mehrere isolierte elektrische Leiter aufweisen kann. Im Falle eines Mittel- oder Hochspannungskabels weisen die elektrischen Leiter wie an sich bekannt zusätzlich zur Isolierung eine innere und eine äußere Leitschicht auf. Über der äußeren Leitschicht kann noch eine metallische Abschirmung vorgesehen sein.
Die Kabelseele 1 ist von einem Kabelmantel 2 umgeben, der aus einer ersten inneren Schicht 2a aus Polyethylen sowie einer zweiten äußeren Schicht 2b besteht, welche schwerentflammbar ist und aus einer hochgefüllten thermoplastisch verarbeitbaren Kunststoffmischung besteht. Zwischen der ersten und der zweiten Schicht ist eine dritte Schicht 2c vorgesehen, welche die äußere Oberfläche der Schicht 2a vollflächig bedeckt. Diese dritte Schicht 2c besteht aus einem Haftvermittler, welche eine innige Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Schicht herstellt.
Die Wanddicken der Schichten betragen vorteilhafterweise
  • 1. Schicht WD = 2,5 mm
  • 2. Schicht WD = 2,00 mm
  • 3. Schicht WD = 0,15 mm.
  • Das Material der ersten Schicht ist reines Polyethylen ohne nennenswerte Zusätze.
    Die zweite Schicht setzt sich beispielsweise zusammen aus:
  • 60 - 90 Teilen Ethylenvinylacetat
  • 40 - 0 Teilen Lineares Polyethylen
  • 0 - 20 Teilen Ethylenacrylatterpolymer (EAT), welches von der Atofina unter dem Handelsnamen Lotader geliefert wird.
  • 100 - 170 Teilen Aluminiumtrioxyhydrat
  • 0,4 Teile Alterungsschutzmittel.
  • Diese Mischung weist einen Sauerstoffindex von 25 - 36 % auf.
    Die dritte Schicht ist ein Copolymer des Ethylens, welches beispielsweise unter dem Handelsnamen Lotryl 18 MA 02 erhältlich ist. Dem Copolymer wird vorzugsweise ein Farbstoffmasterbatch zugegeben, welcher z. B. unter dem Handelsnamen Plasblack PE 4470 erhältlich ist. Das Mischungsverhältnis beträgt in etwa 99 Teile Copolymer zu 1 Teil Farbstoffmasterbatch.
    Die erste und die dritte Schicht werden vorzugsweise im Coextrusionsverfahren auf die Kabelseele aufextrudiert. Die zweite Schicht kann im selben Arbeitsgang unmittelbar auf die noch warme dritte Schicht aufextrudiert werden. Es ist aber auch möglich, die zweite Schicht in einem nachfolgenden Arbeitsgang aufzubringen.
    Die dritte Schicht kann auch durch Längsauflegen oder Aufwickeln einer Folie aus einem Copolymer des Ethylens auf die erste Schicht erzeugt werden. Die Folie verschweißt infolge der durch die Extrusion der zweiten Schicht entstehende Extrusionswärme sowohl mit der ersten als auch mit der zweiten Schicht.
    Die Figur 2 zeigt eine seitliche Ansicht einer Fertigungseinrichtung.
    Die von einer Vorratstrommel 3 ablaufende Kabelseele 1 wird einem ersten Extruder 4 zugeführt. Der Extruder 4 ist ein sogenannter Coextrusionsextruder, dem über eine erste Schnecke 4a das Material der ersten Schicht und über eine zweite Schnecke 4b das Material der dritten Schicht zugeführt wird. Die Schichten 2a und 2c werden in konzentrischer Anordnung dem Mundstück 4c des Extruders 4 zugeleitet.
    Die mit den Schichten 2a und 2c versehene Kabelseele gelangt nun in einem zweiten Extruder 5, welcher die zweite Schicht 2b auf die dritte Schicht 2c extrudiert. Das nun fertige Kabel 6 wird einem Kühlbecken 7 zugeführt und auf eine Kabeltrommel 8 aufgewickelt.
    Da wegen des hohen Füllgrades die Extrusionsgeschwindigkeit des zweiten Extruders 5 weniger als 50 % der Extrusionsgeschwindigkeit des Extruders 4 betragen kann, kann es von Vorteil sein, die zweite Schicht 2b in einem gesonderten Arbeitsgang aufzubringen.
    An einer Probe des fertigen Kabels wurde die Haftung zwischen der ersten und der zweiten Schicht in Anlehnung an IEC. 19.21 gemessen und ein Wert von 21 N ermittelt.

    Claims (9)

    1. Elektrisches Kabel, bestehend aus einer Kabelseele und einem die Kabelseele umgebenden Mantel, wobei der Mantel eine erste innere Schicht aus Polyethylen und eine zweite äußere Schicht aus Ethylen Copolymer, die durch Zugabe von speziellen flammhemmenden Füllstoffen bzw. Zusatzstoffen flammfest gemacht ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten inneren Schicht und der zweiten äußeren Schicht eine dritte Schicht aus einem Haftvermittler angeordnet ist, und daß der Haftvermittler der dritten Schicht keine oder nur äußerst geringe Anteile an Füllstoffen enthält.
    2. Elektrisches Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht aus einem Polyethylen hoher Dichte (HDPE) besteht.
    3. Elektrisches Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Schicht aus Ethylenvinylacetat (EVA), Ethylenbutylacrylat (EBA) oder Ethylenmethylacrylat (EMA) besteht.
    4. Elektrisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Schicht eine Wanddicke von weniger als 0,2 mm aufweist.
    5. Elektrisches Kabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Schicht aus 95 - 99 Teilen Ethylenvinylacetat und 1 bis 5 Teilen eines Farbmasterbatches z. B. aus Polyethylen und Ruß besteht.
    6. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kabels nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Kabelseele in einem ersten Arbeitsschritt die erste und die dritte Schicht durch Coextrusion aufgebracht und in einem zweiten Arbeitsschritt die äußere hochgefüllte zweite Schicht aufextrudiert wird.
    7. Verfahren nach Anspruch 1, daß die äußere hochgefüllte zweite Schicht im selben Arbeitsgang wie die erste und die dritte Schicht auf die ungekühlte noch warme dritte Schicht aufextrudiert wird.
    8. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kabels nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf die erste Schicht die dritte Schicht in Form einer Folie aus einem Haftvermittler längseinlaufend oder durch Wickeln aufgebracht wird und die zweite Schicht auf die dritte Schicht aufextrudiert wird.
    9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie aus einem Haftvermittler mit einem Schmelzbereich zwischen 70 und 100 °C besteht.
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