EP1388867B1 - Elektrisches kabel - Google Patents

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EP1388867B1
EP1388867B1 EP03291690A EP03291690A EP1388867B1 EP 1388867 B1 EP1388867 B1 EP 1388867B1 EP 03291690 A EP03291690 A EP 03291690A EP 03291690 A EP03291690 A EP 03291690A EP 1388867 B1 EP1388867 B1 EP 1388867B1
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EP
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layer
electrical cable
production
cable
cable according
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EP1388867A1 (de
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Franz Dänekas
Marc Strittmatter
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Nexans SA
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Nexans SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • 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
    • H01B3/44—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
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/17—Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
    • H01B7/18—Protection against damage caused by wear, mechanical force or pressure; Sheaths; Armouring
    • H01B7/1875—Multi-layer sheaths
    • H01B7/188—Inter-layer adherence promoting means

Definitions

  • the invention relates to an electrical cable according to the preamble of patent claim 1 and a method for producing an electrical cable according to the preamble of claims 5 and 7.
  • an electrical cable which consists of a conductor and a surrounding the conductor plastic jacket.
  • the plastic jacket is made up of two layers of different material.
  • the plastic jacket consists of an inner layer of polyethylene and an outer layer of polypropylene.
  • the plastic shell has an inner layer of soft PVC and an outer layer of rigid PVC.
  • the outer layer should be resistant to abrasion when the cable is pulled into cable ducts.
  • a primer layer is composed, which is composed of a homogeneous mixture of the materials of the inner and outer layer.
  • WO 02/15202 From the WO 02/15202 is known in the water and in a humid environment laying cable with polyethylene jacket known which surrounds a cable core and on which a fire protection layer is extruded.
  • the material of the fire protection layer is flame retardant, adheres well to the polyethylene jacket and is halogen free.
  • the flame retardancy of the fire protection layer is achieved by adding special flame retardant fillers or additives to an ethylene copolymer.
  • the polyethylene sheath and the fire protection layer are produced in one work step.
  • Highly filled plastic mixtures ie those having more than 100 parts of filler per 100 parts of base material, are extrudable but, even if the base material is an ethylene copolymer, they have little adhesion to a clad surface of polyethylene when the cladding layer and the highly filled mixture are extruded in two steps. Although a good adhesion between the two layers is achievable in the case of coextrusion of the cladding and the fire protection layer, it is necessary to resort to flame retardants whose flame-retardant reaction begins at temperatures above that used for the high melt temperature during the processing of the HDPE normally used for cable sheaths the melt temperature of the HDPE is.
  • the present invention is therefore based on the object to improve the known cable to the effect that the outer fire protection layer has a much improved property in case of fire and improved adhesion to the underlying polyethylene jacket, and the possibility is given to use almost all commercially available halogen-free flame retardants ,
  • Figure 1 shows a side section through a cable according to the teachings of the invention.
  • the cable has a cable core 1, which may for example comprise one or more insulated electrical conductors.
  • the electrical conductors as known per se, have an inner and an outer conductive layer in addition to the insulation. Over the outer conductive layer can still be provided a metallic shield.
  • the cable core 1 is surrounded by a cable sheath 2, which consists of a first inner layer 2a made of polyethylene and a second outer layer 2b, which is flame retardant and consists of a highly filled thermoplastically processable plastic mixture. Between the first and the second layer, a third layer 2c is provided, which covers the outer surface of the layer 2a over the entire surface. This third layer 2c consists of a bonding agent, which establishes an intimate connection between the first and the second layer.
  • the material of the first layer is pure polyethylene without appreciable additives.
  • This mixture has an oxygen index of 25-36%.
  • the third layer is a copolymer of ethylene, which is available, for example, under the trade name Lotryl 18 MA 02.
  • the copolymer is preferably a Farbstoffmasterbatch added, which z. B. under the trade name Plasblack PE 4470 is available.
  • the mixing ratio is about 99 parts copolymer to 1 part dye masterbatch.
  • the first and third layers are preferably extruded onto the cable core in the coextrusion process.
  • the second layer can be extruded in the same operation directly on the still warm third layer. But it is also possible to apply the second layer in a subsequent operation.
  • the third layer may also be formed by longitudinally laying or winding a film of a copolymer of ethylene onto the first layer.
  • the film fuses with both the first and second layers due to the heat of extrusion produced by the extrusion of the second layer.
  • FIG. 2 shows a side view of a production device.
  • the running of a storage drum 3 cable core 1 is fed to a first extruder 4.
  • the extruder 4 is a so-called coextrusion extruder, to which the material of the first layer is fed via a first screw 4a and the material of the third layer via a second screw 4b.
  • the layers 2a and 2c are fed in concentric arrangement to the mouthpiece 4c of the extruder 4.
  • the cable core provided with the layers 2a and 2c now passes into a second extruder 5, which extrudes the second layer 2b onto the third layer 2c.
  • the now finished cable 6 is fed to a cooling tank 7 and wound onto a cable drum 8.
  • the extrusion rate of the second extruder 5 may be less than 50% of the extrusion rate of the extruder 4, it may be advantageous to apply the second layer 2b in a separate operation.
  • the adhesion between the first and the second layer was based on IEC. 19.21 and a value of 21 N determined.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kabel nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kabels nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 5 und 7.
  • Aus der US-A-4 514 036 ist ein elektrisches Kabel bekannt, welches aus einem Leiter und einem den Leiter umgebenden Kunststoffmantel besteht. Der Kunststoffmantel ist aus zwei Schichten unterschiedlichen Werkstoffs aufgebaut. In einem ersten Ausführungsbeispiel besteht der Kunststoffmantel aus einer inneren Schicht aus Polyethylen und einer äußeren Schicht aus Polypropylen. Nach einem zweiten Ausführungsbeispiel weist der Kunststoffmantel eine innere Schicht aus Weich-PVC und eine äußere Schicht aus Hart-PVC auf. Die jeweils äußere Schicht soll beständig gegen Abrieb sein, wenn das Kabel in Kabelkanäle eingezogen wird. Um zu vermeiden, daß der Kabelmantel bei der Kabelinstallation beschädigt wird, ist vorgesehen, daß zwischen der inneren und der äußeren Schicht eine Haftvermittlerschicht vorhanden ist, welche sich aus einer homogenen Mischung aus den Werkstoffen der inneren und äußeren Schicht zusammensetzt.
  • 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 werden, 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. 1. Schicht WD = 2,5 mm
    2. 2. Schicht WD = 2,00 mm
    3. 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 (8)

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