EP3391388A1 - Kabel sowie verfahren zur herstellung des kabels - Google Patents

Kabel sowie verfahren zur herstellung des kabels

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EP3391388A1
EP3391388A1 EP16822437.6A EP16822437A EP3391388A1 EP 3391388 A1 EP3391388 A1 EP 3391388A1 EP 16822437 A EP16822437 A EP 16822437A EP 3391388 A1 EP3391388 A1 EP 3391388A1
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Definitions

  • the two jacket layers Due to the different material properties of the two jacket layers, in particular because the plastic of the inner jacket layer is a nonpolar plastic, the two jacket layers do not or only insufficiently bond in conventional extrusion without further measures.
  • the inventive chemical functionalization of the plastic the desired (longitudinal water) density material connection is achieved with the outer jacket layer.
  • vinylsilane this is to be understood as meaning a silicon-functional vinylsilane, in particular vinyltrimethoxysilane or vinyltriethoxysilane.
  • a polarization of the surface, in particular of the polyolefinic plastic of the inner jacket layer is provided. This measure produces a good bond with the polar polyurethane.
  • the chemical functionalization is preferably carried out in the production by polymer blends / polymer blends are processed in the extrusion.
  • a weight fraction of a (blend) partner is added to the polyolefinic polymer to form the chemically functionalized polyolefinic polymer (in particular a thermoplastic, eg EVA, PP, PE, grafted with maleic anhydride and / or silicon-functional silanes).
  • the proportion of the dosed blend partner is preferably in the range between 1 and 50 wt.% And in particular in the range of 5-20 wt.%.
  • a catalyst system is generally integrated into at least one of the jacket layers, which preferably supports the chemical reaction at room temperature and / or under the influence of heat under the influence of moisture or even without moisture.
  • the activation is preferably carried out by corona treatment of the inner jacket layer of the polyolefinic material with the water-repellent egg. properties.
  • a plasma processing is provided. In this case, oxidation radicals are formed and / or there is a polarization of the surface.
  • the cable 2 is in particular an underwater cable.
  • the inner sheath layer 8 comprises a PE material, for example, HDPE (high density PE), LDPE (low density PE), and especially a MDPE (medium density PE) with silane grafting or a silane copolymer is used.
  • PE material for example, HDPE (high density PE), LDPE (low density PE), and especially a MDPE (medium density PE) with silane grafting or a silane copolymer is used.

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Abstract

Das Kabel dient insbesondere zur Verwendung als Unterwasserkabel und weist ein Zentralelement auf, welches von einem Kabelmantel umgeben ist, welcher eine innere hydrophobe Mantellage aus einem ersten Kunststoff sowie eine auf diese aufgebrachte äußere Mantellage aus einem zur inneren Mantellage verschiedenen Kunststoff aufweist, wobei für die innere Mantellage ein polyolefinischer Kunststoff verwendet ist, wobei eine der Mantellagen, insbesondere die innere Mantellage chemisch funktionalisiert ist und wobei zwischen den beiden Mantellagen eine dichte Verbindung ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Kabel sowie Verfahren zur Herstellung des Kabels
Die Erfindung betrifft ein Kabel sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kabels.
Bei Kabeln, die in feuchten oder nassen Umgebungen und speziell im Unterwasserbereich eingesetzt werden, ist die Diffusion von Wasser in den Kabelaufbau immer ein Problem, da die als Mantelwerkstoff eingesetzten Kunststoffe nicht komplett wasserdicht sind. Die Wasserdichtheit kann beispielsweise durch die Integration einer metallischen Zwischenschicht in das Kabel erzielt werden, was aber wegen der dann vorhandenen Steifigkeit des Kabels für die meisten Einsatzfälle nicht mehr geeignet wäre. Deshalb können für die Installation der Kabel beispielsweise an U-Booten nur Kabel eingesetzt werden, die über einen Kunststoff- mantel verfügen.
Es ist bekannt, dass Kunststoffe unterschiedliche Diffusions- und Sättigungsraten beim dauerhaften Einsatz im Wasser besitzen. Bekannt sind Kabelkonstruktionen mit einem Schichtenmantel aus unterschiedlichen Polyurethantypen. Diese werden bisher eingesetzt bei Kabeln, die der Übertragung von analogen Signalen dienen, wobei als innere Lage ein härterer Polyurethantyp mit einer geringeren Diffusions- und Sättigungsrate zum Einsatz kommt während die äußere Lage von einem weicheren Polyurethantyp gebildet wird, der sich gut in Steckverbindern und Gehäusen druckdicht vergießen lässt. Dies ist technisch anspruchsvoll, da durch das vielmalige Ab- und Auftauchen des U-Bootes eine ständige Druck- Belastungsänderung zwischen 1 bar (Fahrt an der Wasseroberfläche) und bis zu 100 bar erfolgt, womit der Kabelmantel und vor allem die Verbindung zwischen der inneren und der äußeren Mantelschicht ständigen mechanischen Belastungen ausgesetzt ist.
Bei neuen (Daten-) Kabeln ist eine digitale Signalübertragung insbesondere mittels Ethernetelementen vorgesehen. Diese Datenkabel (100- Ohm-Elemente) reagieren sehr empfindlich auf Wasser, das in das Kabel diffundiert, mit einer Impedanzänderung. Diese Impedanzänderung ruft wiederum eine Änderung weiterer Übertragungseigenschaften hervor, die zu einer Verschlechterung der Signalqualität bis hin zum Komplettausfall der Signalübertragung führen kann.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Kabel sowie ein Verfahren zur Herstellung des Kabels anzugeben, wobei das Kabel für Einsatzzwecke in feuchten oder nassen Umgebungen und auch für digitale Signalübertragungen, speziell bei der Verwendung als Unterwasserkabel wie beispielsweise bei U-Booten geeignet ist.
Die Aufgabe wird gemäß Erfindung gelöst durch ein Kabel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 22.
Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten. Die im Hinblick auf das Kabel angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen gelten sinngemäß gleichermaßen für das Verfahren und umgekehrt.
Das Kabel weist ein Zentralelement sowie einen als Doppelmantel ausgebildeten Kabelmantel auf, welcher eine erste, innere und hydrophobe Mantellage sowie eine auf diese aufgebrachte zweite, äußere Mantellage aufweist, welche aus einem zur ersten Mantellage verschiedenen Kunststoff besteht. Zwischen den beiden Mantellagen ist eine feste Verbindung ausgebildet. Hierzu ist zumindest eine der beiden Mantellagen, insbesondere die innere Mantellage chemisch funktiona- lisiert. Weiterhin wird die Oberfläche zumindest einer der Mantellagen, speziell die Oberfläche der inneren Mantellage bei der Herstellung aktiviert wird, so dass die beiden unterschiedlichen Mantellagen die feste Verbindung eingehen. Bei der Verbindung handelt es sich insbesondere um eine form- und druckdichte Verbindung. Unter„dichte Verbindung" wird allgemein verstanden, dass Wasser, welches durch die zweite, äußere Mantellage zur ersten, inneren Mantellage dringt, nicht in Längsrichtung zwischen den beiden Mantellagen fließen kann. Möglich wäre solch ein Wassereinbruch auch am Ende des Kabels, zum Beispiel an einem Steckverbinder. Ein solches Fließen zwischen den Mantellagen würde dazu führen, dass unter Umständen Feuchtigkeit in einem endseitigen am Kabel angeschlossenen Stecker gelangen könnte.
Druckdichtigkeit bedeutet weiterhin, dass beide Schichten fest und ohne Spalt miteinander verbunden. Es besteht kein Spalt zwischen beiden Mantellagen.
Wasser kann bei geringem und höheren Druck weder in Längsrichtung zwischen den beiden Mantellagen oder in Querrichtung von der äußeren Mantellage in einen Spalt zwischen die beiden Mantellagen fließen. Die Verbindung beider Mantellagen ist dabei derart, dass die beiden Mantellagen sich händisch oder selbständig unter Druckbelastung nicht für einen Schälversuch präparieren, also auftrennen lassen
Unter Aktivierung der Oberfläche wird allgemein verstanden, dass im Bereich der Trennebene zwischen den beiden Mantellagen zumindest in einer der Mantellagen eine spezielle Maßnahme während der Herstellung erfolgt, um die gewünschte dichte, feste Verbindung zu erzielen.
Bei dem Kunststoff für die erste, innere hydrophobe Mantellage handelt es sich um einen unpolaren polyolefinischen Kunststoff. Hierbei handelt es sich insbesondere um PE, PP, speziell wird ein Polyethylen mittlerer Dichte verwendet, welches typischerweise eine Dichte im Bereich zwischen 0,93 und 0,94 g/cm3 aufweist. Alternativ wird ein polyolefinisches Copolymer, ein polyolefinisches Elastomer oder ein polyolefinisches Blend verwendet. Beispielsweise wird ein Polyethylenco- polymer, EPDM, EVA oder EO (Ethylen-Octen Copolymer) oder ein Polyethylene- lastomer (z.B. ein Ethylen-Octen Copolymer) verwendet. Durch die hydrophobe Eigenschaft der inneren Mantellage infolge der unpolaren Eigenschaft des Kunststoffes ist die gewünschte Wasserdichtheit der inneren Mantellage gewährleistet. Im Unterschied zur inneren Mantellage wird für die äußere Mantellage ein nicht hydrophober, polarer Kunststoff verwendet, der typischerweise weicher ist als der der inneren Mantellage. Bevorzugt wird ein Polyurethan und insbesondere ein Polyether-Polyurethan für die äußere Mantellage verwendet. Hierdurch wird die Konfektion ierbarkeit, also das (dichte) Anschlagen eines Steckers oder Steckergehäuses gewährleistet. Die äußere Polyurethan- Mantellage lässt sich gut in Steckverbindern und Gehäusen druckdicht vergießen.
Aufgrund der unterschiedlichen Materialeigenschaften der beiden Mantellagen, insbesondere da es sich bei dem Kunststoff der inneren Mantellage um einen unpolaren Kunststoff handelt, verbinden sich die beiden Mantellagen bei einer herkömmlichen Extrusion ohne weitere Maßnahmen nicht oder nur ungenügend. Durch die erfindungsgemäße chemische Funktionalisierung des Kunststoffes wird die gewünschte (Längswasser-) dichte stoffliche Verbindung mit der äußeren Mantellage erreicht.
Unter chemischer Funktionalisierung oder auch Modifizierung wird allgemein die Zugabe eines Additives zu dem unpolaren polyolefinischen Kunststoff verstanden, der eine chemische Verbindung oder Reaktion mit Bestandteilen des Materials der äußeren Mantellage bewirkt. Insbesondere werden dem (Basis-) Material der Mantellage chemisch reaktive Gruppen zugegeben.
Ergänzend ist vorzugsweise vorgesehen, dass in der äußeren Mantellage noch ein Katalysatorsystem eingebracht wird, um eine chemische Reaktion zwischen den beiden Mantellagen zu unterstützen.
Die chemische Funktionalisierung erfolgt allgemein in einer der Mantellagen und die Zugabe des Katalysators in der anderen Mantellage, d.h. allgemein ist wahlweise die innere oder die äußere Mantellage chemisch funktionalisiert und der Katalysator ist in der jeweils anderen Mantellage eingebracht. Vorliegend ist vor- zugsweise - ohne Beschränkung der Allgemeinheit - die innere Mantellage chemisch funktionalisiert.
Bevorzugt ist für die chemisch funktionalisierte Mantellage ein silanmodifizierter polyolefinischer Kunststoff verwendet, Zur chemischen Funktionalisierung wird dem Polyolefin der (inneren) Mantellage hierzu ein Polymer zugegeben, welches mit siliciunnfunktionellen Gruppen reaktiv ausgerüstet ist. In einer Variante handelt es sich hierbei um ein silanvernetzbares Polymer handeln.
Sofern nachfolgend von„SNanverbindung" oder„Silan" gesprochen wird, so wird hierunter insbesondere eine chemische Funktionalisierung mit solchen reaktiven siliciunnfunktionellen Gruppen verstanden.
Insbesondere wird für den Kunststoff der inneren Mantellage ein Polymer verwendet, welches mit einer reaktionsfähigen siliciunnfunktionellen Verbindung copoly- merisiert ist. Bei der reaktionsfähigen, siliciunnfunktionellen Verbindung handelt es sich beispielsweise um ein Organoalkoxysilan.
Die reaktionsfähige siliciumfunktionelle Gruppe wird alternativ durch chemische Pfropfung einer Organo- und siliciunnfunktionellen Verbindung auf das Polyolefin aufgebracht. Bei der Organo- und Siliciunnfunktionellen Gruppe handelt es sich insbesondere um ein Vinylsilan, z.B. um Vinyltrimethoxysilan oder Vinyltriethoxy- silan oder eine ähnliche Organosilanverbindung.
Sofern nachfolgend von Vinylsilan gesprochen wird, so ist hierunter ein silicium- funktionelles Vinylsilan zu verstehen, insbesondere Vinyltrimethoxysilan oder Vi- nyltriethoxysilan.
Die hydrolyseempfindliche Gruppe (Alkoxy, Halogen, Amino, etc.) kann in feuchter Umgebung zu einer Silanolgruppe übergehen. Die Silanolgruppen können dann in einer Kondensationsreaktion zu einer Siloxanverbindung weiterreagieren. Es besteht auch die Möglichkeit, dass die reaktive, siliciumfunktionelle Verbindung der unpolaren, inneren Mantellage mit dem Stickstoffatom der Urethangruppe aus der äußeren TPU-Mantellage z.B. in einer Polyadditionsreaktion eine kovalente chemische Verbindung ausbildet.
Bei der Herstellung wird dabei vorzugsweise nach dem Aufbringen (Extrusion) der ersten Mantellage diese insbesondere durch eine Korona-Behandlung oder auch durch eine Plasmabestrahlung aktiviert, bevor anschließend in einem zweiten, separaten Arbeitsgang die äußere Mantellage aufextrudiert wird.
Speziell die Kombination der chemischen Funktionalisierung der ersten Mantellage in Verbindung mit der anschließenden Behandlung, insbesondere Korona- Behandlung führte zu einer besonders guten und dichten Verbindung zwischen den beiden Mantellagen.
Für die Aktivierung an der Oberfläche an zumindest einer der Mantellage stehen grundsätzlich unterschiedliche Möglichkeiten zur Verfügung, die teilweise auch in Kombination verwendet werden können.
Vorzugsweise ist eine Polarisierung der Oberfläche insbesondere des polyolefini- schen Kunststoffes der inneren Mantellage vorgesehen. Durch diese Maßnahme wird eine gute Verbindung mit dem polaren Polyurethan erzeugt.
Neben der Polarisierung ist in bevorzugter Ausgestaltung auch eine Ausbildung von sogenannten Oxidationsradikalen vorgesehen.
Die Polarisierung der Oberfläche und/oder die Ausbildung von Radikalen erfolgt dabei vorzugsweise durch die Koronabehandlung oder durch die Plasmabehandlung speziell der inneren polyolefinischen Mantellage.
Bei der Koronabehandlung wird allgemein die Oberfläche der Mantellage kurzfristig (Bruchteil von Sekunden) einer elektrischen Entladung ausgesetzt. Hierdurch erfolgt eine oberflächennahe Modifizierung des Kunststoffes. Speziell erfolgt hier- bei eine Sauerstoffanreicherung in einer oberflächennahen Schicht, wodurch insgesamt die Oxidationsradikale ausgebildet werden.
Generell ist vorgesehen, dass die innere Mantellage nach deren Extrusion aktiviert wird, bevor nachfolgend die äußere Mantellage aufextrudiert wird.
Zur chemischen Funktionalisierung wird bevorzugt ein silanmodifizierter, polyole- finischer Kunststoff verwendet, vorzugsweise ein mit einem siliciumfunktionellen Vinylsilan, speziell ein mit Vinyltrialkoxysilan (oder vergleichbaren Silanen) copo- lymerisiertes Polyolefin. Bei diesem handelt es sich insbesondere um ein Polyethylen, speziell um ein Polyethylen mittlerer Dichte (PE-MD).
Bei dem silanmodifizierten Polyolefin ist das Polyolefin-Polymer mit einer reaktiven Silangruppe, beispielsweise einer Alkoxylsilanverbindung gepfropft.
Die chemische Funktionalisierung kann auch erfolgen, indem auf die Mantellage ein silanhaltiger Haftvermittler aufgebracht wird, also ein Haftvermittler, der sili- ciumfunktionelle Silane enthält.
Als reaktive funktionale Gruppe zur chemischen Funktionalisierung wird alternativ zur Silanmodifizierung dem Polyolefin-Polymer, insbesondere ein Polyethylen mittlerer Dichte, eine Maleinsäure oder eine vergleichbare Säure zugegeben. Bei der Herstellung wird hierzu insbesondere ein Maleinsäureanhydrid zugegeben.
Die chemische Funktionalisierung erfolgt bei der Herstellung vorzugsweise dadurch, dass Polymermischungen / Polymerblends in der Extrusion verarbeitet werden. Hierfür wird für das Mantelmaterial dem polyolefinischen Polymer ein Gewichtsanteil eines (Blend-) Partners zudosiert zur Ausbildung des chemisch funktionalisierten polyolefinischen Polymers (insbesondere ein Thermoplast, z.B. EVA, PP, PE, gegraftet mit Maleinsäureanhydrid und/oder siliciumfunktionelle Silanen). Der Anteil des zudosierten Blendpartners liegt dabei vorzugsweise im Bereich zwischen 1 - 50 Gew.% und insbesondere im Bereich von 5-20 Gew.%.
Im Falle eines silanmodifizierten Polymers liegt der Gewichtsanteil der silicium- funktionellen Silane allgemein bevorzugt im Bereich zwischen 0,1 - 5,0 Gew. %.
Bei der Verwendung einer reaktiven funktionalen Gruppe, insbesondere Maleinsäureanhydrid, liegt der zudosierte Gewichtsanteil allgemein im Bereich zwischen 0,1 bis 3,0 Gew. %.
Die angegebenen Gewichtsanteile sind jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der für die jeweilige Mantellage, insbesondere innere Mantellage, verwendeten Materialien bei der Herstellung, also bezogen auf die Ausgangsmaterialien.
Durch diese beschriebenen Maßnahmen zur chemischen Funktionalisierung wird in bevorzugter Weise ein vernetzungsfähiges System etabliert, welches dann beispielsweise durch eine entsprechende weitergehende Aktivierung eine Vernetzung mit der weiteren Mantellage für die angestrebte feste und dichte Verbindung eingeht.
Zweckdienlicherweise ist für diese chemische Vernetzungsreaktion allgemein ein Katalysatorsystem in zumindest eine der Mantellagen integriert, welches vorzugsweise unter Feuchtigkeitseinfluss oder auch ohne Feuchtigkeitseinfluss die chemische Reaktion bei Raumtemperatur und/oder unter Wärmezufuhr unterstützt.
Bei dem Katalysatorsystem handelt es sich dabei bevorzugt um eine Brönsted oder eine Lewis Säure. Bevorzugt wird als Katalysator eine Sulfonsäure, z.B. Do- decylbenzolsulfonsäure verwendet, wie sie beispielsweise aus der DE 694 23 002 T2 zu entnehmen ist.
Alternativ oder ergänzend wird für das Katalysatorsystem eine zinnorganische Verbindung verwendet. Das Katalysatorsystenn wird dabei vorzugsweise in die äußere, zweite Mantellage eingebracht. Der Gewichtsanteil des bei der Herstellung zudosierten Katalysator- systems liegt dabei vorzugsweise im Bereich von 0,01 - 5,0 Gew. % und insbesondere im Bereich von 0,01 bis 2 Gew.% bezogen auf das Gesamtgewicht der Ausgangskomponenten für die Mantellage.
Besonders bevorzugt ist eine Kombination der Koronaaktivierung der inneren, chemisch funktionalisierten polyolefinischen Mantelschicht - insbesondere aus einem PE mittlerer Dichte und copolymerisiert mit Vinylsilan, z.B. Vinylaloxysilan oder gegraftet mit Silangruppen (siliciumfunktionelle Silane oder reaktive Silan- gruppen) - mit der Integration des Katalysatorsystems in die äußere Polyurethan Mantellage.
Typischerweise ist der Wert des Isolationswiderstands der ersten, inneren Mantellage dabei mindestens um den Faktor 10 größer als der Isolationswiderstand der zweiten, äußeren Mantellage.
Das Kabel weist insgesamt einen Gesamtdurchmesser auf, der je nach Anwendungsfall zwischen 5 mm und 45 mm liegt. Beim Kabel handelt es sich insbesondere um ein Datenkabel vorzugsweise mit mehreren Datenkanälen, die jeweils beispielsweise durch ein Adernpaar gebildet sind.
Vorzugsweise liegt die Wanddicke der inneren Mantellage zwischen 0,1 mm bei einem kleinen Gesamtdurchmesser bis 1 ,5 mm bei einem großen Gesamtdurchmesser. Die Wanddicke nimmt dabei vorzugsweise korrespondierend zum Gesamtdurchmesser proportional oder zumindest annähernd proportional zu.
Die äußere Wanddicke der äußeren Mantellage liegt weiterhin vorzugsweise zwischen 0,2 mm bei einem kleinen Gesamtdurchmesser bis 2,0mm bei großem Gesamtdurchmesser. Die Wanddicke nimmt dabei vorzugsweise korrespondierend zum Gesamtdurchmesser proportional oder zumindest annähernd proportional zu. Bevorzugt ist die äußere Wanddicke größer als die innere Wanddicke, insbesondere um den Faktor 1 ,5 bis 2,5. Das Kabel ist vorzugsweise druckbeständig für mehrere 10 bar, insbesondere bis zumindest 100 bar, speziell auch beständig gegen Druckwechselbeanspruchungen.
Für eine, vorzugsweise für beide Mantellagen ist vorzugsweise eine flammwidrige Kunststoffmischung verwendet, insbesondere ein Polyurethan auf Etherbasis, gegebenenfalls mit einem Flammschutz-Additiv.
Aufgrund der dichten Verbindung zwischen den beiden Mantellagen ist der Mantel insgesamt ausreichend dicht und es ist bevorzugt auf weitere Maßnahmen zur Abdichtung verzichtet. Insbesondere ist zwischen den beiden Mantellagen keine Trennlage angeordnet und es ist auch auf ein Quellvlies oder auf Füllstoffe verzichtet.
Das Kabel wird allgemein vorzugsweise in feuchten oder nassen Umgebungen eingesetzt, insbesondere auch unter erheblichen Druckbeanspruchungen speziell als Unterwasserkabel beispielsweise bei U-Booten. Daneben wird das Kabel auch als Bodenkabel zur Verlegung im Boden (Erde) verwendet oder zur Verlegung in beispielsweise wasserführenden oder wasserenthaltenden Bereichen, wie beispielsweise Kanäle, Behälter oder wasserführendes Erdreich. Das Kabel ist insbesondere als Datenkabel ausgebildet und verwendet, über das im Betrieb Datensignale übertragen werden.
Das Datenkabel gewährleistet einerseits eine sichere Übertragung von digitalen Signalen. Hierzu ist die innere Polyethylenschicht mit geringer Sättigungsrate von Bedeutung. Andererseits ist gewährleistet, dass das Kabel mittels Vergießen weiterverarbeitbar ist. Hierzu ist die äußere Polyurethanschicht wesentlich. Darüber hinaus ist durch die chemische Funktionalisierung mit der Koronabehandlung gewährleistet, dass beide Mantellagen druckdicht miteinander verbunden sind, so dass ein Fließen von Wasser zwischen den beiden Mantellagen, z.B. bei oberflächlichen Mantelbeschädigungen oder über Undichtigkeiten im Steckverbinder verhindert sind. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der einzigen Figur beschrieben.
Diese zeigt in vereinfachter Darstellung einen Querschnitt durch ein Kabel 2 mit einem Zentralelement 4, welches von einem doppelwandigen Mantel 6 umgeben ist. Dieser weist eine innere Mantellage 8 auf, die unmittelbar auf das Zentralelement 4 insbesondere durch Extrusion aufgebracht ist. Die innere Mantellage 8 ist unmittelbar von einer äußeren Mantellage 10 umgeben, die auf die innere Mantellage 8 ebenfalls vorzugsweise durch Extrusion aufgebracht ist. Der Mantel 6 weist eine Gesamtdicke D auf, die im Bereich zwischen 5 mm und 45 mm liegt. Die innere Mantellage 8 weist eine innere Wanddicke d1 im Bereich von 0,1 mm bis 1 ,5 mm auf. Die äußere Mantellage 10 weist eine äußere Wanddicke d2 im Bereich von 0,2 mm bis 2 mm auf. Der Aufbau kann von einem weiteren Außenmantel umgeben sein bzw. mehrere derartige Kabel 2 insbesondere auch in Kombination mit anderen Elementen bilden einen Verbund, der von einem gemeinsamen Außenmantel umgeben ist. Bevorzugt bildet jedoch die äußere Mantellage 10 einen Außenmantel.
Bei dem Zentralelement 4 handelt es sich insbesondere um eine Kabelseele aus einzelnen Kabelelementen. Speziell handelt es sich bei dem Kabel 2 um ein Datenkabel mit mehreren Datenübertragungsadern, die die Kabelseele 4 bilden. Es liegen bevorzugt also ausschließlich Datenübertragungselemente in der Kabelseele 4 vor. Prinzipiell ist es auch möglich, dass neben den Datenübertragungselementen auch Leistungselemente integriert sind. Bei den Datenübertragungselementen handelt es sich insbesondere um elektrische Leitungsadern, die vorzugsweise paarweise für eine symmetrische Datenübertragung angeordnet sind. Ein jeweiliges Adernpaar ist dabei verseilt oder unverseilt und mit oder ohne einer Paarschirmung versehen. Daneben können auch optische Übertragungselemente integriert sein.
Allgemein wird ein Eindiffundieren von Wasser in das Zentralelement 4 dadurch vermieden oder zumindest ausreichend reduziert, indem für die innere Mantellage 8 ein Kunststoff als Mantelwerkstoff ausgewählt wird, der eine sehr geringe Diffu- sions- und Sättigungsrate besitzt. Hier kommen vor allem halogenfreie, polyolefi- nische Materialien mit hydrophoben Eigenschaften in Frage, wie z.B. Polyethylen, Polypropylen oder polyolefinische Elastomere (POE).
Da auch weiterhin die Forderung besteht, dass das Kabel einerseits flexibel ist und sich andererseits gut in Steckverbindern und Gehäusen druckdicht mittels einer Polyurethan basierten Vergussmasse vergießen lassen muss, wird für die äußerer Mantellage ein weiches Polyurethan, vorzugsweise mit einer Shorehärte zwischen 64D und 95A, verwendet.
Es ist eine physikalische Grundeigenschaft, dass polyolefinische Werkstoffe eine geringe Oberflächenspannung besitzen und daher eine sehr geringe Neigung zeigen, sich mit dem polaren Polyurethan, welches eine hohe Oberflächenspannung aufweist, zu verbinden.
Extrudiert man das Polyurethan auf ein Kabel mit einer normalen polyolefinischen wasserabweisenden Schicht, liegen beide Mäntel nahezu unverbunden aufeinander und können ohne große Schälkraft voneinander getrennt werden. Die Verbindung ist nicht formschlüssig und auch nicht druckdicht in Längsrichtung.
Das würde jedoch bedeuten, dass Wasser, das durch den äußeren Polyurethanmantel diffundiert ist, auf dem inneren Polyethylen- bzw. Polypropylenmantel in Längsrichtung fließt und so in die Steckverbinder oder Gehäuse gelangen würde.
Um dieses Problem zu vermeiden ist daher erfindungsgemäß eine chemische Funktionalisierung des Polymers der inneren Mantellage 8 sowie eine Aktivierung insbesondere der Oberfläche der inneren Mantellage 8 vorgesehen, und zwar derart, dass sich die Polyurethanschicht, die in einem weiteren Arbeitsgang auf den inneren Polyethylen- bzw. Polypropylenmantel aufextrudiert wird, mit der inneren Schicht form- und druckdicht verbindet.
Die Aktivierung erfolgt vorzugsweise durch eine Koronabearbeitung der inneren Mantellage aus dem polyolefinischen Werkstoff mit den wasserabweisenden Ei- genschaften. Alternativ ist eine Plasmabearbeitung vorgesehen. Hierbei werden Oxidationsradikale ausgebildet und / oder es erfolgt eine Polarisierung der Oberfläche.
In weiteren Alternativen wird ein Haftvermittlers oder ein Kleber aufgetragen.
Zur chemischen Funktionalisierung wird der polyolefinische Werkstoff modifiziert. Gemäß einer ersten Variante werden polyolefinische Werkstoffe verwendet, die mit Maleinsäureanhydrid gegraftet sind. Gemäß einer zweiten Variante werden polyolefinische Werkstoffe verwendet, die mit reaktiven oder funktionalisierten oder siliciumfunktionellen Silanen (z.B. Alkoxysilanverbindungen) gepfropft oder copolymerisiert sind. Speziell wird ein Polyethylen mittlerer dichte verwendet, welches mit Vinylsilan, insbesondere Vinylalkosysilan copolymerisiert ist oder gepfropft ist.
Die Ausbildung der dichten Verbindung zwischen den Mantellagen 6,8 wird ergänzend unterstützt durch ein in die äußere Mantellage 8 eingebrachtes Katalysatorsystem. Als Katalysatorsystem wird in das Material für die äußere Mantellage 10 beispielsweise eine zinnorganische Verbindung, vorzugsweise jedoch eine Sul- fonsäure eingearbeitet.
Insgesamt kommt es zu einer (chemischen) Reaktion zwischen der (koronaaktivierten) polyolefinischen MDPE Mantelschicht und der mit dem Katalysator versehenen TPU Mantelschicht.
Vorstellbar ist z.B., dass die koronaaktivierte polyolefinische Mantelschicht mit den Amidgruppen der Urethangruppe reagiert und dies durch den Katalysator, welche dem Polyurethanmantel zugegeben wurde, beschleunigt wird.
Bei einer Musterfertigung wurde ein Kabel 2 mit einer silanmodifizierten inneren Mantellage 8 mit einer äußeren TPU- Mantellage 10 mit einer Sulfonsäure als Katalysatorsystem hergestellt. Der Durchmesser des Zentralelements (Kabelseels 4) betrug 14 mm. Die innere Wanddicke d1 betrug ca. 1 mm. Die Korona-Elektroden wurden derart positioniert, dass sie den gesamten Kabelumfang überlappend behandelt haben. Bevorzugt werden 3 Elektroden eingesetzt. Die Koronaspannung betrug 7 kV. Die Koronabehandlung erfolgt Inline nachfolgend zur Extrusion der inneren Mantellage 8, d.h. unmittelbar nach der Extrusion und kontinuierlich während der Herstellung. Nachfolgend zur Koronabehandlung wurde die äußere Mantellage aufextrudiert. Die äußere Mantellage 10 wurde mit einer (Linien-) Geschwindigkeit von 2,4 m/min aufextrudiert. Die äußere Wanddicke d2 betrug ebenfalls etwa 1 mm.
Das Kabel 2 ist insbesondere ein Unterwasserkabel.
Es weist mindestens ein Element auf, das eine definierte Impedanz besitzt (Ethernet, Cat 6, Cat 7 mit jeweils 100-Ohm-Elementen; Profibus, Profinet, Canbus mit 120- bzw. 150 Ohm-Elementen; Koaxialkabel) sowie ggf. weitere Elemente als Hybridkabel. Es ist aber auch möglich, das Prinzip für weitere Unterwasserkabelaufbauten, zum Beispiel für Lichtwellenleiterkabel, aber auch Signal- und Energiekabel einzusetzen. Möglich ist auch der Einsatz der Erfindung für alle Kabel, die in erhöhtem Maße vor dem Eindringen von Wasser oder Feuchtigkeit geschützt werden müssen. Ebenso ist es denkbar, die vorgeschlagene Materialkombination und den Schichtaufbau zu wählen um weitere Eigenschaftenkombinationen zu erzielen wie zum Beispiel eine bessere mechanische Einsetzbarkeit des Kabels oder eine Verbesserung der Abriebfestigkeit.
Als Mantelwerkstoffe können prinzipiell flammwidrige und nicht flammwidrige Mischungen eingesetzt werden. Vorzugsweise weist die innere Mantellage 8 ein PE- Material beispielsweise HDPE (PE hoher Dichte), ein LDPE (PE geringer Dichte) und insbesondere ein MDPE (PE mittlerer Dichte) mit Silanpfropfung auf oder es ist ein Silancopolymer verwendet.
Die innere Mantellage weist vorzugsweise allgemein eine Shorehärte von 45 D bis 65 D auf. Für die äußere Mantellage 10 wird als bevorzugtes Material ein Polyurethan mit Shorehärten von 80A bis 64D eingesetzt. Bei Untersuchungen zeigten sich die besten Eigenschaften bei der Verwendung eines silanmodifizierten Polyethylens mittlerer Dichte in Kombination mit einem TPU, das mit einem Katalysatorsystem, insbesondere mit einer Sulfonsaure, versetzt war. Insbesondere wurde für die innere Mantellage das unter dem Handels- namen Visico ME4425 erhältliche Copolymer und für die äußere Mantellage das unter dem Handelsnamen Elastollan 1 185A10 beziehungsweise Elastollan 1 185A10FHF erhältliche TPU, versetzt mit 6 bis 10%Ambicat verwendet.

Claims

Ansprüche
1 . Kabel mit einem Zentralelement und einem Kabelmantel, welcher eine innere hydrophobe Mantellage aus einem ersten Kunststoff sowie eine auf diese aufgebrachte äußere Mantellage aus einem zur inneren Mantellage verschiedenen Kunststoff aufweist, wobei für die innere Mantellage ein polyole- finischer Kunststoff verwendet ist, wobei eine der Mantellagen, insbesondere die innere Mantellage chemisch funktionalisiert ist, wobei zwischen den beiden Mantellagen eine dichte Verbindung ausgebildet ist.
2. Kabel nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem für die innere Mantellage ein Polyethylen mittlerer Dichte copolymerisiert mit Vinylsilan und für die äußere Mantellage ein Polyurethan mit einem Katalysator verwendet wird.
3. Kabel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem für die chemisch funkti- onalisierte Mantellage ein silanmodifizierter polyolefinischer Kunststoff mit siliciumfunktionellen Gruppen verwendet ist.
4. Kabel nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Anteil der Silane in der chemisch funktionalisierten Mantellage im Bereich zwischen 0,1 - 5,0 Gew.% liegt.
5. Kabel nach Anspruch 1 , bei dem zur chemisch Funktionalisierung ein
Kunststoff mit einer reaktiven funktionalen Gruppe, insbesondere Maleinsäure verwendet ist.
6. Kabel nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Anteil der reaktiven funktionalen Gruppe an der chemisch funktionalisierten Mantellage im Bereich zwischen 0,01 - 3,0 Gew.% liegt.
7. Kabel nach einem der vorhergenenden Ansprüche, bei dem für die innere chemisch funktionalisierte Mantellage ein Polyolefin wie PE, EVA, oder PP mit einem Blendpartner verwendet wird, vorzugsweise ein Polyethylen mittlerer Dichte copolymerisiert mit Vinylsilan.
8. Kabel nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Anteil des Blendpartners im Bereich von 1 - 50 Gew.%, bevorzugt im Bereich von 5-20 Gew.% liegt.
9. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem für die äußere Mantellage ein Polyurethan, insbesondere ein TPU, oder ein anderes thermoplastisches Elastomer verwendet ist.
10. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Ausbildung der dichten Verbindung zwischen den Mantellagen in eine der Mantellagen, insbesondere in die äußere Mantellage ein Katalysatorsystem eingebracht ist.
1 1 . Kabel nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem als Katalysatorsystem eine Brönsted oder eine Lewis Säure verwendet ist.
12. Kabel nach einem der beiden dem vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Sulfonsäurekatalysator verwendet ist.
13. Kabel nach einem der beiden Ansprüche 10 bis 1 1 , bei dem ein zinnorganischer Katalysator verwendet ist.
14. Kabel nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Katalysatorsystens im Bereich von 0,1 - 5,0 Gew.% liegt.
15. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Mantellage eine Shorehärte von 45D bis 65D und / oder die äußere Mantellage eine Shorehärte von 70A bis 70D aufweist.
16. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabel einen Gesamtdurchmesser zwischen 5 mm bis 45 mm aufweist.
17. Kabel nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Mantellage eine innere Wanddicke aufweist, die zwischen 0,1 mm bei einem kleinen Gesamtdurchmesser bis 1 ,5 mm bei einem großen Gesamtdurchmesser liegt.
18. Kabel nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Mantellage eine äußere Wanddicke aufweist, die zwischen 0,2 mm bei einem kleinen Gesamtdurchmesser bis 2,0 mm bei großem Gesamtdurchmesser liegt.
19. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es druckbeständig ist für mehrere 10bar, speziell auch beständig gegen Druckwechselbeanspruchungen.
20. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoff für zumindest eine Mantellage eine flammwidrige Kunststoffmischung verwendet ist.
21 . Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf weitere Maßnahmen zur Gewährleistung der Dichtigkeit, wie eine Trennlage zwischen den Mantellagen, ein Quellvlies oder Füllstoffe verzichtet ist.
22. Verfahren zur Herstellung eines Kabels, bei dem auf einem Zentralelement ein Kabelmantel aufgebracht wird, der eine innere hydrophobe Mantellage sowie eine auf diese aufgebrachte äußere Mantellage aus einem zur inneren Mantellage verschiedenen Kunststoff aufweist, wobei für die innere Mantellage ein polyolefinischer Werkstoff verwendet wird, welcher chemisch funktionalisiert ist, und wobei zwischen den beiden Mantellagen eine dichte Verbindung ausgebildet wird.
23. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem für die innere Mantellage ein Polyethylen mittlerer Dichte copolymerisiert mit einem reaktiven Vinylsilan und für die äußere Mantellage ein Polyurethan mit einem Katalysator verwendet wird. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, bei dem die innere Mantellage vor dem Aufbringen der äußeren Mantellage aktiviert wird, indem die Oberfläche der inneren Mantellage einer Koronabehandlung oder einer Plasmabehandlung unterzogen wird.
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