SE417655B

SE417655B - PROCEDURE FOR VOLCANIZATION OF THE ISOLAR LAYER ON AN ELECTRIC CABLE

Info

Publication number: SE417655B
Application number: SE7714979A
Authority: SE
Inventors: S G Wretemark
Original assignee: Ericsson Telefon Ab L M
Priority date: 1977-12-30
Filing date: 1977-12-30
Publication date: 1981-03-30
Also published as: DK332179A; NO784439L; FI783994A; GB2036034B; DK144609C; FI65340B; NL7812591A; WO1979000463A1; DK144609B; FI65340C; NO149122C; SE7714979L; GB2036034A; JPS55500029A; NO149122B

Description

'7714979-7 i vid förhöjd tvnpvrulur i en 1ry kammnrcnhar vanligen formen av en lﬁngsträckt tub, vars längdaxel givits kedjelínjens form och i vilkcﬁ kabeln fritt hängande matas'fram längs tubens centrumlinje utan att Vidïöïadess väggar. Tubons inmatningsöppning, som är place~ rad högre än utmatningsöppningen, är direkt och trycklätï ansluten till mun- stycket på en sprutpressmaskin. Polymermassan påsprutas kabeln vid en qemperatur av ca l30°C, varefter temperaturen vid den direkt efterföljande vulkaniseringsr processen i högtryckstuben höjes till ca 200°C. Innan kabeln når utmatningsöpp- ningen, måste dess isolerskikt nedkylas till en temperatur, som,meBger att kabeln kan passera ut ur tuben utan risk för blåsbildning i isolerskiktet till följd av den trycksänkning kabeln utsättes för, när den lämnar tuben. 7714979-7 in the case of a raised elevation in a single chamber usually has the shape of an elongated tube, the longitudinal axis of which is given the shape of the chain line and in which the cable is freely hung along the center line of the tube without the walls of the tube. The inlet opening of the tube, which is located higher than the outlet opening, is directly and pressure-easily connected to the nozzle of an injection molding machine. The polymer mass is sprayed on the cable at a temperature of about 130 ° C, after which the temperature in the immediately following vulcanization process in the high-pressure tube is raised to about 200 ° C. Before the cable reaches the discharge opening, its insulating layer must be cooled to a temperature which allows the cable to pass out of the tube without risk of blistering in the insulating layer as a result of the pressure drop to which the cable is subjected when it leaves the tube.

Under processens första skede i tryckkammaren antar polymermaterialet en halv- smält, trögflytandekonsístens innan tvärbindningsreaktionen hunnit sätta in, vilket sker vid ca l50°C. Härvid kan en besvärande formförändring av och excentri- citet hos isolerskiktet kring ledaren uppkomma. En känd metod att undvika detta problem är att låta hela processen ske i vertikalled. Mycket höga bygghöjder måste då tillgripas och detta ställer sig dyrbart. Vid en horisontell process gäller i princip att ju snabbare man kan värma isoleringen ju mindre blir den skadliga formförändringen genom flytning. Värmningen sker enligt några nu kända metoder med bl a cirkulerande gas, strålvärme, kondenserande vattenånga eller vätska under tr§ckunphettad'till över 200°C.During the first stage of the process in the pressure chamber, the polymeric material assumes a semi-molten, viscous consistency before the crosslinking reaction has had time to set in, which takes place at about 150 ° C. This can cause a troublesome change in the shape and eccentricity of the insulating layer around the conductor. A known method of avoiding this problem is to let the whole process take place vertically. Very high construction heights must then be resorted to and this is expensive. In a horizontal process, the principle is that the faster you can heat the insulation, the less the harmful shape change due to flow. The heating takes place according to some now known methods with, among other things, circulating gas, radiant heat, condensing water vapor or liquid under pressure heat to over 200 ° C.

De senare metoderna är tveklöst effektivast vad beträffar snabbheten men har den nackdelen att vattenångaeller kondens avannan för härdníngsprocessen använd vätska under det höga trycket och den höga temperaturen det här är fråga om tränger in i isolerskiktet och där bildar s k mikroblåsor, vilka bedömes nedsätta den elektriska kvaliten på isolerskiktet, specillt för höga spänningar.The latter methods are undoubtedly effective in terms of speed but have the disadvantage that water vapor or condensation used for the curing process liquid under the high pressure and the high temperature in question penetrates into the insulating layer and there form so-called microbubbles, which are judged to reduce the electrical quality. on the insulating layer, especially for high voltages.

Enligt moderna metoder förses kàbelisoleringen i en och sama sprutoperation med elektriskt ledande beläggníngar av polymerplast på såväl inner- som ytteryta.According to modern methods, the cable insulation is provided in one and the same spraying operation with electrically conductive coatings of polymer plastic on both the inner and outer surface.

Dessa ledande ytskikt av någon míllimeters tjocklek har till uppgift att utjämna det elektriska fältet i isoleringen. Ledningsförmågan i dess skikt kan varieras inom vida gränser. Kännetecknande för skiktet är att motståndet har negativ tempe~ ratur koefficient vid temperaturer över ca l30°C. Detta råkar vara just den tem- ' peratur, vid vilken plasten lämnar sprutans munstycke.These conductive surface layers of a few millimeters in thickness have the task of leveling the electric field in the insulation. The conductivity of its layers can be varied within wide limits. Characteristic of the layer is that the resistor has a negative temperature coefficient at temperatures above about 130 ° C. This happens to be exactly the temperature at which the plastic leaves the nozzle of the syringe.

Föreliggande uppfinning avser ett förfarande för tillföring av den för vulkani- seríng erforderliga processvärmen på ett sätt, someliminerar de ovan påtalade nack- delarna. Genom den snabbhet i värmetillförseln, som förfarandet medger,undvikes 771læ979-'7 eller reduveras formiörändringir av och cxuentricitet hos isolerskiktot och gwnum avsaknaden av vätskor och vattenånga förhindras'uppkomsten av microblåsor i isoler- skiktet. Förfarandet, som bygger på ett utnyttjande av det utanpå isolerskíklet sprutade ledande skiktet, kännetecknas därav att den erforderliga proaessvärmon helt eller delvis tillföres den genom tryckkammaren franmatade kabelns isoler- skikt i form av elektrisk motståndsvärme alstrad av elektrisk energi, som till- föres det utanpå isoleringen anbragta ledande skiktet.The present invention relates to a process for supplying the process heat required for vulcanization in a manner which eliminates the above-mentioned disadvantages. Due to the speed of heat supply which the process allows, changes in shape and eccentricity of the insulating layer are avoided or reduced, and the absence of liquids and water vapor prevents the formation of microblisters in the insulating layer. The method, which is based on an utilization of the conductive layer sprayed on the outer insulating shell, is characterized in that the required process heat is supplied in whole or in part to the insulating layer of the cable fed through the pressure chamber in the form of electrical resistance heat generated by electrical energy applied to the outer insulation. applied the conductive layer.

Uppfínningen skall närmare förklaras under hänvisning till bifogade ritning, i vilken fig 1 visar överdelen av en tubformad tryckkammare jämte ett förfarande i enlighet med uppfinningen för överförande av elektrisk ström till det ledande ytskiktet på en genom tuben passerande kabel och fig 2 visar överdelen av en tubformad tryckkammare jämte ett andra förfarande enligt uppfinningen för överförande av elektrisk ström till en genom tuben passerande kabels ytskikt.The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawing, in which Fig. 1 shows the upper part of a tubular pressure chamber together with a method according to the invention for transmitting electric current to the conductive surface layer on a cable passing through the tube and Fig. 2 shows the upper part of a tubular pressure chamber together with a second method according to the invention for transmitting electric current to the surface layer of a cable passing through the tube.

I fig 1, som visar överdelen av en tubformad tryckkammare, betecknar l tuben, vars ändparti övergår i en fläns och är ansluten till ett munstycke 2 på en ej visad sprutpressmaskin. Genom munstrycket 2 föres en kabel 3 in i tuben l.In Fig. 1, which shows the upper part of a tubular pressure chamber, 1 denotes the tube, the end portion of which merges into a flange and is connected to a nozzle 2 on an injection molding machine (not shown). Through the nozzle 2 a cable 3 is inserted into the tube 1.

Kabeln 3 omfattar en metalltrådskärna, ett tunnt närmast kärnan liggande halvledande skikt, ett tjockare isolationskikt och ytterst ett isolations- skiktet omgivande tunnt ledande ytskikt. I väggen till tuben 1 är en eller flera av isolatorer uppburna elektroder 4.5 anordnade, vilka i det visade utföríngsexemplet är utformade som mjuka metallborstar, vilka ligger an mot det ledande ytskíktet. Via elektroden 4 tillföras ytskiktet elektrisk ström, vilken ledes i skiktet fram mot munstycket3, som är jordförbundet och således fungerar som en andra elektroda Vid lämpligt vald spänning och lämpligt avstånd mellan mun- SIYCRE 0Ch 21Ektr0ﬂ käﬂ en Optímäl effekt tillföras kabelkroppen, varvid den högsta effekten per längdenhet inträffar i området med det högsta motståndet per längdenhet, dvs närmast sprutan där temperaturen är lägst. Man uppnår med andra ord snabbast möjliga värmetillförsel till isolerskiktet i tidigast möjliga skede, vilket är en betydelsefull fördel vid speciellt tjocka isolerskikt. Eftersom genom- värmníngen avpolymermaterialetvid tjockare skikt tar lång tid, kan det vara fördel aktigtatt placera in ytterligare någon elektrod 5, som matar in effekt i en längre bort belägen punkt, varvid spänningen relativt mellanelektroden 4 får avpassas med hänsyn till det motståndsvärde, som gäller inom detta intervall. All värmeeffekt behöver inte tillföras genom det elektriskt belastade ytskiktet. Trycktubens vägg kan ävenledes värmas utifrån och skall i varje fall vara värmeisolerad, varigenom gastemperaturen i tuben kan förutsättas hållas vid en så hög temperatur att visst konvektionsvärme kan överföras till kabelkroppen. Temperaturkontrollen under proces sen kan ske med t ex en optisk strålningsmätare 6, som avkänner temperaturen på kabelns '7714979-7 ¿;_~ yta och lämpligun är unhlingad intill dun sista elvktrudvrna, där l når sitt högsta värde.The cable 3 comprises a metal wire core, a thin semiconductor layer lying closest to the core, a thicker insulating layer and at the end an insulating layer surrounding a thin conductive surface layer. Arranged in the wall of the tube 1 are one or more electrodes 4.5 supported by insulators, which in the embodiment shown are designed as soft metal brushes, which abut against the conductive surface layer. Via the electrode 4 an electric current is supplied to the surface layer, which is conducted in the layer towards the nozzle 3, which is earthed and thus functions as a second electrode. At the suitably selected voltage and the suitable distance between the nozzle, the optimum power is applied to the cable body. per unit of length occurs in the area with the highest resistance per unit of length, ie closest to the syringe where the temperature is lowest. In other words, the fastest possible heat supply to the insulating layer is achieved at the earliest possible stage, which is a significant advantage with particularly thick insulating layers. Since the heating of the polymer material at thicker layers takes a long time, it may be advantageous to place an additional electrode 5, which supplies power to a more remote point, the voltage relative to the intermediate electrode 4 having to be adjusted with regard to the resistance value which applies within this interval. All heating power does not have to be supplied through the electrically charged surface layer. The wall of the pressure tube can also be heated from the outside and must in any case be heat-insulated, whereby the gas temperature in the tube can be assumed to be kept at such a high temperature that a certain convection heat can be transferred to the cable body. The temperature control during the process can then take place with, for example, an optical radiation meter 6, which senses the temperature on the surface of the cable and is suitably unhinged next to the last electric wire, where l reaches its highest value.

Fig 2 visar även den överdelen av en tubformad tryckkanmare 1, som är ansluten till ett munstycke 2 på en ej visad sprutmaskin,från vilken en kabel 3 av sanma typ som den i anslutning till fig l beskrivna kabeln matas in i tuben. Strömtill- förseln sker här via diametralt anbríngade elektrodpar 7, varvid strömbanan går transversellt från ena sidan till den andra av kabelkroppen. För att fördela värmen på tillräckligt lång sträcka krävs ett flertalytterligare elektrodpar 8-10 längs kabeln. Fördelen med detta system är att den påtryckta spänningen kan hållas betydligt lägre pga de korta strömbanorna. I figuren visas elektrodpa- ren vertikalt orienterade, men för att få en jämnare värmefördelning i isoler- skiktet kan lämpligen varannat par orientera; horisontellt.Fig. 2 also shows the upper part of a tubular pressure chamber 1, which is connected to a nozzle 2 on a spraying machine (not shown), from which a cable 3 of the same type as the cable described in connection with Fig. 1 is fed into the tube. The current supply here takes place via diametrically arranged electrode pairs 7, the current path running transversely from one side to the other of the cable body. To distribute the heat over a sufficiently long distance, an additional pair of electrodes 8-10 is required along the cable. The advantage of this system is that the applied voltage can be kept significantly lower due to the short current paths. The figure shows the electrode pairs vertically oriented, but in order to obtain a more even heat distribution in the insulating layer, every other pair can suitably orient; horizontally.

Elektrodanordningarna kan utföras på ett flertal olika sätt. Den yta som skall mottaga den överförda strömmen är relativt högohmig, varför det är ändamåls- enligt att uppdela kontaktelementet i ett flertal delelement, ett slag borste, där varje enskilt borst svarar för en liten del av övergångsströmmen, som därvid blir fördelad på en lämpligt stor yta med motsvarande låg strömtäthet. Polymer- ytan ärdessutonlömtålig för tryck och repor vid höga temperaturer, varför materialvalet och anläggningstrycket hos elektroden måste ägnas särskild omsorg.The electrode devices can be designed in a number of different ways. The surface which is to receive the transmitted current is relatively high-impedance, so it is expedient to divide the contact element into a plurality of sub-elements, a kind of brush, where each individual brush accounts for a small part of the transition current, which is thereby distributed on a suitably large surface with a correspondingly low current density. The polymer surface is extremely susceptible to pressure and scratches at high temperatures, so special care must be taken with the choice of material and the installation pressure of the electrode.

En gynnsam omständighet enligt anordningen i fig l är att elektroden 4 (liksom 5) arbetar i områden där polymeren hunnit tvärbinda och således antagit stabilare mekaniska egenskaper, Den "elektrod" som arbetar på icke tvärbunden polymer, dvs på halvplastiskt ytskikt, utgöres av sprutans munstycke 2,som därmed betraktas kan som problemfri. Överföringen av för uppvärmningen erforderlig elektrisk ström till det ledande ytskiktet kan även ske utan direkt galvanisk kontakt med ytan. Man kan sålunda anordna kapacitiva elektroder i närheten av ytskiktet på kabeln. Om man härvid använder förhöjd frekvens är det möjligt att överföra den effektmängd, som kräves för värmningen av polymerskiktet. Elektroderna utformas då lämpligen som ringar, vilka omger kabeln. Dessa ringar kan vara mer eller mindre integrerade i tryckkam- marens vägg. Den inmatade kapacitiva strömmen går i detta fall huvudsakligen som' kapacitiv läckström till kabelns metalledare, som har jordpotential. Värmen utvecklas i det ledande ytskíktet vid strönmæns fördelning longitudinellt från den ringformade elektroden.A favorable circumstance according to the device in Fig. 1 is that the electrode 4 (as well as 5) operates in areas where the polymer has had time to crosslink and thus assumed more stable mechanical properties. The "electrode" operating on non-crosslinked polymer, ie on semi-plastic surface layer, is the syringe nozzle 2, which can thus be considered as problem-free. The transmission of electric current required for heating to the conductive surface layer can also take place without direct galvanic contact with the surface. Thus, capacitive electrodes can be arranged in the vicinity of the surface layer of the cable. If an elevated frequency is used in this case, it is possible to transfer the amount of power required for the heating of the polymer layer. The electrodes are then suitably designed as rings, which surround the cable. These rings can be more or less integrated in the wall of the pressure chamber. The input capacitive current in this case goes mainly as a 'capacitive leakage current to the metal conductor of the cable, which has earth potential. The heat is developed in the conductive surface layer by the distribution of the strands longitudinally from the annular electrode.

Man kan även tillämpa tekniken mednmgnetisktalstrat virvelströmsvärme i det halvledande ytskiktet. Även i dessa fall sker överföringen utan direktkontakt med 7714979-7 kabulytnn. Frekvensen bör i detta fall likaledes väljas hüg.It is also possible to apply the technique with magnetically generated eddy current heat in the semiconducting surface layer. Even in these cases, the transmission takes place without direct contact with 7714979-7 kabulytnn. The frequency should in this case also be chosen high.

Av de beskrivna metoderna för att i enlighet med uppfinningen tillföra en kabel proccssvärme ger den förstnämnda, longitudinella strömvärmningen den läupligaste effektfördelningen, dvs högst effekt i det kallaste partiet av kabeln. Den kapa- cítiva metoden ger likaledes mera effekt i kallare zoner. Den transversella strömgenomgången i ytskiktet vid diametralt anordnade elektrodpar ger däremot lägre effekt i de kallare zonerna. Detta gäller även den magnetiska virvelströmsmetoden.Of the described methods for supplying a cable process heat in accordance with the invention, the first-mentioned, longitudinal current heating gives the most efficient power distribution, ie the highest power in the coldest part of the cable. The capacitive method also gives more effect in colder zones. The transverse current passage in the surface layer at diametrically arranged electrode pairs, on the other hand, gives lower power in the colder zones. This also applies to the magnetic eddy current method.

Processen enligt den beskrivna anordníngen har dessutom ett par ytterligare för- delar. Den erforderliga totala energin blir den minsta möjliga eftersom värme alstras just i det område där deterfordras. Extra överföringsförluster orsakade av ofördelaktiga emissions- eller konvektionskoefficienter har eliminerats. Vida- re kan gasmedíet i området närmast sprutans munstycke hållas vid låg temperatur, vilket visat sig speciellt viktigt för att undvika förhöjd temperatur i sprutans munstycke med materialvidhäftning som följd.The process according to the described device also has a couple of additional advantages. The required total energy will be the smallest possible because heat is generated precisely in the area where it is required. Extra transmission losses caused by unfavorable emission or convection coefficients have been eliminated. Furthermore, the gaseous medium in the area closest to the syringe nozzle can be kept at a low temperature, which has proved to be particularly important in order to avoid elevated temperature in the syringe nozzle with consequent material adhesion.

Claims

A method for in a continuous process for producing a vulcanized insulating layer of preferably plastic material on a cable of the type comprising an outer layer and preferably simultaneously with the insulating layer sprayed Conductive layer, in a gas-filled pressure chamber process heat required for its vulcanization, characterized in that the required process heat is supplied in whole or in part to the insulating layer of the cable supplied through the pressure chamber in the form of electrical resistance heat generated by electrical energy supplied to the conductive material applied to the insulation. the conductive layer is selected a material whose resistivity has a negative temperature coefficient at temperatures above 13000.

2. A method according to claim 1, characterized in that the electrical energy is supplied to the conductive layer arranged on the outside of the insulation by means of electrodes abutting against the layer.

3. A method according to claim 1, characterized in that the electrical energy is supplied to the conductive layer arranged on the outside of the insulation in a capacitive manner by means of at least one electrode arranged adjacent to but not in contact with the conductive layer.

4. A method according to claim 3, characterized in that the electrical energy is supplied to the conductive layer by capacitive means, the conductor of the cable forming one of the electrodes. Method according to claims 2-3, characterized in that one of the electrodes for supplying the electrical energy consists of a nozzle arranged in the inlet opening of the pressure chamber. 'REFERENCE PußL1KAT1oNER = Sweden pefenlansakan 7310296-4, 97 304 (B29H 5/26), 131 131 (B29H 5/26) Switzerland 560 954 (Ho1B 13/24) Great Britain 545 173 (B29H 5/23) Germany 2 232 693 ( e29H 5/26) us 3 393 257 (264-27), 3 479 419 (264-25)