Verfahren zur Herstellung einer Imprägniermischung, nach dem Verfahren hergestellte Mischung und Verwendung einer nach dem Verfahren hergestellten Mischung zur Herstellung von imprägnierten elektrischen Kabeln Imprägniermittel für elektrische Kabel, die als Dielektrikum imprägniertes Fasermaterial, im allge meinen Papier, enthalten, und voll imprägnierte, nicht abtropfende Kabel sind bekannt.
Solche Imprägnier mittel enthalten als den oder einen ihrer Haupt bestandteile mikrokristallines Petroleumwachs und werden nachstehend als Imprägniermittel auf Basis von mikrokristallinem Petroleumwachs bezeichnet.
Die Angabe, dass das papierisolierte Kabel voll imprägniert sei, will besagen, dass dasselbe soviel des Imprägniermittels als möglich enthält, wobei das Pa pier imprägniert ist und die Zwischenräume zwischen den Windungen und den Schichten der Papierumwick lung mit dem Imprägniermittel ausgefüllt sind, da mit Hohlräume in der den Leiter umgebenden Hülle möglichst vermieden werden.
Als nicht abtropfend wird das Kabel dann betrachtet, wenn bei einem in vertikaler Lage gehaltenen, an beiden Enden offenen Stück des Kabels von 9 m Länge oder mehr bei 7tägigem Erhitzen auf die maximale Arbeitstempera tur des Kabels die Volumenmenge des abgetropften Imprägniermittels nicht mehr als 0,1% des von der Kabelhülle eingenommenen Volumens beträgt.
Im britischen Patent Nr. 581830 wird ein voll imprägniertes, nicht abtropfendes Kabel beschrieben und beansprucht, das als Imprägniermittel eine unter normalen Bedingungen plastische, feste Mischung enthält, die aus mikrokristallinem Petroleumwachs vom Schmelzpunkt von mindestens 80 C und einem Mineralöl für Kabelimprägnierung oder einem Plasti- fizierungsmittel aus der Gruppe der Polyisobutylene mit mittlerem Molekulargewicht von 20 000 bis 100 000 und des Kolophoniums oder einer Mischung eines solchen Öls mit einem oder beiden der Plasti- fiziermittel besteht,
wobei der Anteil des mikro- kristallinen Wachses in der Mischung mindestens 55 Gewichtsprozent beträgt. Ferner ist in der schweize rischen Patentschrift Nr. 311944 ein Kabel beschrie ben, bei dem ein mikrokristallines Petroleumwachs verwendet wird, das einen Schmelzpunkt von .etwa 88 C, eine Nadelpenetration von etwa 5 bei 25 C und etwa 35 bei 70 C aufweist, oder eine Mischung eines solchen Wachses mit mikrokristallinen Petro leumwachsen mit höheren Penetrationswerten bei hö heren Temperaturen, welche Mischung einen Schmelz punkt von 85-90 C und eine Nadelpenetration von etwa 5-6 bei 25 C und 35-50 bei 70 C besitzt,
wobei der Anteil an mikrokristallinem Wachs in der Imprägniermischung mindestens 48 Gewichtsprozent beträgt, wenn das Wachs bei 70 C eine Penetration von 35 besitzt, und nicht weniger als etwa 50 Ge wichtsprozent, wenn die angeführte Wachsmischung verwendet wird.
Mikrokristallines Petroleumwachs ist ein mikro kristallines Produkt von wachsartiger Beschaffen heit, das auch als Ceresin oder Erdwachs bezeichnet wird (vgl. Journal of the Institute of Petroleum, Bd. 29, No. 240, 1943, S. 361-63).
Diese Produkte haben im Vergleich zu den Wach sen der Paraffinwachsgruppe verhältnismässig kleine Kristalle und haben einen Erstarrungspunkt, der im allgemeinen nicht unter 71 C liegt. Die oben er wähnten Nadelpenetrationswerte sowie die im fol genden noch angegebenen werden nach der Methode 1. P. - 49,46 des Institute of Petroleum bestimmt.
Die in den genannten Patenten sowie im nach stehenden erwähnten Mineralöle zur Kabelimprägnie rung sind solche, die zur Zeit der Anmeldung des genannten Patentes Nr. 581830 den Kabelfabrikan- ten allgemein für die Imprägnierung von papier isolierten elektrischen Kabeln bekannt waren. Sie sind z.
B. in der Sammlung von Veröffentlichungen über Isolieröle im Journal of the Institution of Elec- trical Engineers, Teil 1I, S.3-64, Vol. <B>90,</B> 1943 kritisch beschrieben. Ihre Viskosität liegt zwischen etwa<B>11000</B> Centistokes oder mehr bei 0 C und der der sogenannten Hohlkern-Kabelöle mit .einer Visko sität von etwa 140 Centistokes bei 0 C.
Es wurde nun gefunden, dass man bessere Im prägniermischungen für nichtabtropfende Kabel er halten kann durch Kombination von mikrokristallinem Petroleumwachs mit einem synthetischen Kohlen wasserstoffwachs mit niedrigen dielektrischen Ver lusten und einem Schmelzpunkt im Bereich von 85 bis 120 C. Unter einem Wachs mit niedrigen dielek- trischen Verlusten wird ein solches verstanden, dessen Verlustfaktor bei 100 C und 50 Perioden/Sek. so wie einer Feldstärke von 8 kV/cm nicht mehr als 0,005 ist.
Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mikrokristallines Petroleumwachs enthaltenden Imprägniermischung, das dadurch ge kennzeichnet ist, dass man eine Mischung, die mikro kristallines Petroleumwachs und zwischen 85 und 120 C schmelzendes synthetisches Kohlenwasser stoffwachs mit niedrigem dielektrischem Verlust ent hält, unter Homogenisierung erhitzt.
Die Erfindung bezieht sich auch auf die Ver wendung einer so erhaltenen Mischung mit einem Gehalt an dem genannten synthetischen Kohlenwas serstoffwachs von 1-40 Gewichtsprozent zur Her stellung von vollimprägnierten, nicht abtropfenden, papierisolierten elektrischen Kabeln.
Ein bevorzugtes Beispiel eines synthetischen Koh lenwasserstoffwachses der oben definierten Art ist das Handelsprodukt Super Hard Wax Nr.105 . Dieses Wachs hat .einen Schmelzpunkt von 108 bis 110 C und ist ein Produkt des Fischer-Tropsch- Prozesses. Sein mittleres Molekulargewicht ist etwa 600.
Ein weiteres Beispiel eines solchen Wachses ist das Handelsprodukt Alcowax . Dieses ist ein Poly- äthylenwachs vom Molekulargewicht 2000-6000 und einem Schmelzpunkt von etwa 110 C und wird von der Allied Chemical and Dye Corporation in Buffalo, N. Y., USA hergestellt.
Die Anwendung eines solchen synthetischen Wachses ergibt eine Mischung, deren Schmelzpunkt wesentlich höher ist als erwartungsgemäss. Demzu folge kann man durch Mitverwendung des synthe tischen Wachses eine Mischung auf Grundlage von mikrokristallinem Petroleumwachs erhalten, die sich zur Herstellung von Kabeln eignet, die bei höheren Temperaturen arbeiten können, wobei man gewünsch- tenfalls ein mikrokristallines Petroleumwachs verwen den kann, das oder ein Teil desselben unter 80 C schmilzt.
Man kann das synthetische Wachs aber auch dazu benutzen, um Imprägniermischungen zu erhalten, die niedrigschmelzendes mikrokristallines Petroleumwachs enthalten und annähernd den glei chen Schmelzpunkt besitzen wie diejenigen, deren Wachsgehalt ganz aus mikrokristallinem Wachs vom Schmelzpunkt 80 C oder höher besteht.
Die Menge des erfindungsgemäss in der Imprä gniermischung vorhandenen synthetischen, verlust- armen Kohlenwasserstoffwachses kann etwa 1-40 % des Gewichtes der Gesamtmischung betragen. Sie hängt ab von der Menge und dem Schmelzpunkt des mikrokristallinen Petroleumwachses, der Art des Mineralöles für Kabelimprägnierung (falls ein sol ches verwendet wird) und natürlich von der Form des Kabels und den Bedingungen, unter denen dieses arbeiten soll. Im allgemeinen wird der Anteil des synthetischen Wachses mit abnehmendem Schmelz punkt des mikrokristallinen Wachses zunehmen.
Wie bereits gesagt, ist das bevorzugte Wachs das Marken produkt Super Hard Wax Nr.105 . Alcowax wird vorzugsweise nur in Kombination mit einem grösseren Anteil des vorgenannten synthetischen Wachses verwendet, wobei der Gehalt der Imprä gniermischung an Alcowax zweckmässig 15 Ge wichtsprozent nicht übersteigt.
Je nach der Natur, insbesondere dem Viskosi- tätsTemperatur-Verhalten des Öles und anderer Mi schungskomponenten (sofern vorhanden), kann der Gesamtgehalt an Wachs zwischen 20 und 100 Ge wichtsprozent der Gesamtmischung variieren; wenn der Gesamtwachsgehalt am unteren Ende des ange gebenen Bereiches liegt, das heisst zwischen 20 und 2519/o, soll das verwendete Öl eine Viskosität von weniger als 600 Redwood-Sekunden bei 60 C be sitzen.
Vorzugsweise liegt jedoch der Gesamtwachs gehalt zwischen 25 und 60'0/0., und die ViskositätjTem- peratur-Charakteristik des verwendeten Öles ist der art, dass die Mischung eine genügend niedrige Scher festigkeit hat, dass das damit imprägnierte Kabel auch bei tiefen Temperaturen ohne Gefahr eines Bruches des faserigen Dielektrikums verlegt werden kann.
Es wurde gefunden, dass die Schmelzpunktserhö- hung von Imprägniermischungen auf Basis von mikro kristallinem Petroleumwachs durch Mitverwendung eines synthetischen Kohlenwasserstoffwachses mit einem Schmelzpunktsbereich von 85-120 C als teilweiser Ersatz des mikrokristallinen Wachses grö sser ist, als unter Berücksichtigung des Ausmasses des Ersatzes und des höheren Schmelzpunktes des Ersatz materials zu erwarten wäre. Die Erhöhung pro er setzte Einheit ist im unteren Bereich am ausgespro- chensten und fällt mit zunehmendem Anteil an syn thetischem Wachs ab. Dies wird aus den in der Zeichnung dargestellten Kurven ersichtlich.
Im Koordinatensystem der beiliegenden Zeichnung be ziehen sich die auf der Ordinate aufgetragenen Zah len 0-10 auf die Kurve C und bedeuten Verhältnis zahlen, die erhalten werden, wenn man die Zunahme des Schmelzpunktes, die aus dem Zusatz von synthe tischem Wachs vom Smp. 108 C zu mikrokristalli nem Petroleumwachs vom Smp. 80 C resultiert (Kurve A), durch die Schmelzpunktszunahme, welche sich beim Zusatz von mikrokristallinem Petroleum wachs vom Smp. 90,5a C zu mikrokristallinem Petro leumwachs vom Smp. 80 C ergibt (Kurve B), dividiert. Die Zahlen auf der Abszisse (0-100) sind Prozente.
Im Falle der Kurve A die Prozente synthetisches Wachs vom Smp. 108 C und im Falle von Kurve B die Prozente von mikrokristallinem Petroleum wachs vom Smp. 90,5 C. Die Kurve A zeigt, wie der Schmelzpunkt einer Mischung, die ein mikro kristallines Petroleumwachs vom Schmelzpunkt 80 C und ein verlustarmes synthetisches Kohlenwasser stoffwachs vom Schmelzpunkt 108 C ( Super Hard Wax Nr. 105) enthält, mit dem Gehalt an diesem synthetischen Wachs variiert.
Zu Vergleichszwecken zeigt die Kurve B die Schmelzpunktsänderung einer ein mikrokristallines Petroleumwachs vom Schmelz punkt 80 C und ,ein mikrokristallines Petroleum wachs vom Schmelzpunkt 90,5 C in wechselnden Mengen enthaltenden Mischung. Aus Kurve B er sieht man, dass eine Mischung, die gleiche Mengen der mikrokristallinen Petroleumwachse vom Schmelz punkt 80 C und 90,5 C enthält, bei 86,7 C schmilzt, was ungefähr dem Durchschnittsschmelzpunkt von 85 C der beiden Komponenten entspricht.
Aus Kurve A ergibt sich, dass .eine Mischung, die gleiche Mengen von mikrokristallinem Petroleumwachs vom Schmelz punkt 80 C und verlustarmem synthetischem Kohlenwasserstoffwachs vom Schmelzpunkt 108 C enthält, einen Schmelzpunkt von 106 C besitzt, was gegenüber dem Durchschnittsschmelzpunkt der Komponenten von 94 C .eine Differenz von 12 C ausmacht. Man sieht auch, dass wenn der Anteil an synthetischem Wachs etwa 20% erreicht, die Kurven<I>A</I> und<I>B</I> zueinander annähernd parallel verlaufen.
Aus Kurve C, die erhalten wird, indem man die Verhältniszahlen der Schmelzpunktszunahme der Kurven<I>A</I> und<I>B</I> gegen den Prozentgehalt auf trägt, sieht man, dass die unerwartete Schmelzpunkts erhöhung infolge der Zugabe des synthetischen Wach ses bei Zusätzen von wenigen Prozenten am ausge- sprochensten ist und bis zu einer Zusatzmenge von etwa 20 % rasch abfällt,
wo dann die Kurve flach wird. Will man deshalb eine Erhöhung des Schmelz punktes vor allem mit geringen Kosten erreichen, so wird man die Menge des verlustarmen synthetischen Kohlenwasserstoffwachses in der Imprägniermischung vorzugsweise nicht höher als 20 Gewichtsprozent be messen.
Ausser diesen Hauptkomponenten, dem mikro kristallinen Petroleumwachs und dem erwähnten syn thetischen Wachs und dem Mineralöl für Kabel imprägnierung, kann die erfindungsgemässe Imprä gniermischung noch kleinere Anteile an einem oder mehreren Plastifizierungsmitteln wie z. B. Polyiso- butylen, Kolophonium, Polyäthylen und Butyl- kautschuk enthalten.
Die Menge des zugesetzten Pla- stifizierungsmittels hängt ab von den gewünschten Eigenschaften der Imprägniermischung und dem oder den speziellen Plastifizierungsmitteln und wird nach Bedarf experimentell bestimmt. Es sei beispielsweise erwähnt, dass man bis zu 1 Gewichtsprozent der Mischung Polyisobutylen vom Molekulargewicht etwa 80 000 zusetzen kann, um die Viskosität der Mi schung in flüssiger Phase heraufzusetzen, doch kann man bis zu 5 Gewichtsprozent Polyäthylen vom Molekulargewicht etwa 3000 oder bis zu 5 Gewichts prozent Butylkautschuk zusetzen.
Bei Verwendung von Kolophonium- als Plastifizierungsmittel kann dieses in Mengen von bis zu 30% der Mischung zugesetzt werden. Verwendet man gleichzeitig zwei oder mehr Plastifizierungsmittel, wird die Menge des einen von der Menge des anderen abhängen.
Kleine Mengen, nämlich 0,01-1,0%. anderer Zusätze, wie Antioxydationsmittel und metallbin dende Mittel (Desaktivatoren), können erforderlichen falls ebenfalls zugesetzt werden.
Ein Beispiel für das erstere ist ss-Naphthylamin, das in Mengen von bis zu 0,2 Gewichtsprozent der Mischung zugesetzt wer den kann, während N,N'-Disalicyliden-äthylendiamin in Mengen von bis 0,02% ein Beispiel für das letztere ist.
Die Imprägniermischungen können hergestellt wer den, indem man einfach die erforderlichen Mengen mikrokristallines Petroleumwachs und verlustarmes synthetisches Kohlenwasserstoffwachs und, was meist der Fall sein wird, Mineralöl für Kabelimprägnierung etwa 2-4. Stunden unter Rühren auf 120-130 C erhitzt. Dies kann unter inerter Atmosphäre, z. B. Stickstoff, erfolgen, jedoch nicht notwendigerweise, da die Bestandteile gegen Oxydation beständig sind. Gewünschtenfalls kann man als Plastifizierungsmittel Polyäthylen und;oder Kolophonium ohne Schwierig keit zusetzen.
Will man jedoch Polyisobutylen mit hohem Molekulargewicht und ,'oder Butylkautschuk zugeben, so sollte dies in Form einer Vormischung einer oder beider Komponenten im mikrokristallinen Petroleumwachs oder einem anderen geeigneten Wachs geschehen. Polyisobutylen enthaltendes mikro kristallines Wachs ist unter der Bezeichnung Mycro- ply 30 im Handel erhältlich.
Die nachfolgenden Beispiele beschreiben Mi schungen auf Grundlage von mikrokristallinem Petro leumwachs, wie sie zur Herstellung von nicht ab tropfenden, papierisolierten elektrischen Kabeln Ver wendung finden können.
EMI0003.0099
<I>Beispiel <SEP> 1</I>
<tb> Mikrokristallines <SEP> Petroleumwachs
<tb> (Schmelzpunkt <SEP> 80 <SEP> C, <SEP> Nadel penetration <SEP> 17 <SEP> bei <SEP> 25 <SEP> und
<tb> über <SEP> 200 <SEP> bei <SEP> <B>60 </B> <SEP> C) <SEP> 99 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> Nr. <SEP> 105 <SEP> 1 <SEP> Gewichtsteil Diese durch Erhitzen homogenisierte Mischung schmilzt bei 85 C und eignet sich für Kabel, deren Leiter eine Betriebstemperatur bis zu 70 C auf weisen, vorausgesetzt, dass man das Kabel vor star kem Biegen erwärmt.
Es ist zu bemerken, dass die Erhöhung des Schmelzpunktes zufolge der Anwesen- heit von 1 "/o des synthetischen Wachses etwa 6,25 /o beträgt.
EMI0004.0005
<I>Beispiel <SEP> 2</I>
<tb> Mikrokristallines <SEP> Petroleumwachs
<tb> (Schmelzpunkt <SEP> 88 <SEP> C, <SEP> Pene tration <SEP> 5 <SEP> bei <SEP> 25 <SEP> C
<tb> und <SEP> 35 <SEP> bei <SEP> 70 <SEP> C) <SEP> 45 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> Nr.
<SEP> 105 <SEP> 5 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Öl <SEP> für <SEP> ölgefüllte <SEP> Kabel <SEP> (Viskosität
<tb> 140 <SEP> Centistokes <SEP> bei <SEP> 0 <SEP> C
<tb> und <SEP> 7,3 <SEP> Centistokes <SEP> bei <SEP> 60 <SEP> C) <SEP> 50 <SEP> Gewichtsteile Die durch Erhitzen homogenisierte Mischung hat einen Schmelzpunkt von 89 C und eignet sich für Kabel, die bei Leitertemperatur bis zu etwa<B>750C</B> arbeiten. Hier ist die Schmelzpunktszunahme infolge des Ersatzes eines Teiles des mikrokristallinen Petro leumwachses durch synthetisches Wachs 911C (eine Mischung aus 50 Gewichtsteilen des Petroleum wachses und 50 Gewichtsteilen des genannten Öles schmilzt bei 80 C), das heisst der Schmelzpunkt wird um 11 % erhöht.
EMI0004.0010
<I>Beispiel <SEP> 3</I>
<tb> Mikrokristallines <SEP> Petroleumwachs
<tb> wie <SEP> im <SEP> Beispiel <SEP> 2 <SEP> 40 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> Nr. <SEP> 105 <SEP> 15 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Kabelöl <SEP> gemäss <SEP> Beispiel <SEP> 2 <SEP> 45 <SEP> Gewichtsteile Durch Erhitzen dieser Stoffe erhält man eine bei 96 C schmelzende Mischung, die sich für Kabel eignet, deren Leiter bei Temperaturen bis zu etwa 85 C arbeitet. Eine Mischung aus 55 Gewichtsteilen des gleichen Petroleumwachses und 45 Gewichtsteilen des Öles schmilzt bei 81 C, so dass die Schmelz punktserhöhung durch Ersatz von 15 Gewichtsteilen des Petroleumwachses durch das synthetische Wachs 15 C oder 18,5<B>Oh,</B> beträgt.
EMI0004.0012
<I>Beispiel <SEP> 4</I>
<tb> Mikrokristallines <SEP> Petroleumwachs
<tb> wie <SEP> im <SEP> Beispiel <SEP> 1 <SEP> 30 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> Nr. <SEP> 105 <SEP> 30 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Kabelöl <SEP> gemäss <SEP> Beispiel <SEP> 2 <SEP> 40 <SEP> Gewichtsteile Die durch Erhitzen homogenisierte Mischung schmilzt bei 98 C und eignet sich für Kabel mit Leitertemperaturen bis zu 87 C.
Eine Mischung aus 60 Gewichtsteilen des Petroleumwachses und 40 Ge wichtsteilen des Kabelöles schmilzt bei 75 C, so dass die Schmelzpunkterhöhung infolge des Ersatzes der Hälfte des Petroleumwachses durch das synthetische Wachs 23 C oder 31 % ausmacht.
EMI0004.0018
<I>Beispiel <SEP> 5</I>
<tb> Mikrokristallines <SEP> Petroleumwachs
<tb> gemäss <SEP> Beispiel <SEP> 1 <SEP> 23 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> Nr. <SEP> 105 <SEP> 23 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Alcowax <SEP> (Molekular gewicht <SEP> 2000) <SEP> 14 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Kabelöl <SEP> gemäss <SEP> Beispiel <SEP> 2 <SEP> 40 <SEP> Gewichtsteile Diese in der Wärme homogenisierte Mischung schmilzt bei 98 C und eignet sich für Kabel, die bei einer Leitertemperatur bis zu 87 C arbeiten. Sie bietet gegenüber einer Mischung aus 60 Gewichts teilen des Petroleumwachses und 40 Teilen des Kabel öles, die bei 73 C schmilzt, wesentliche Vorteile.
EMI0004.0021
<I>Beispiel <SEP> 6</I>
<tb> Mikrokristallines <SEP> Petroleumwachs
<tb> (Schmelzpunkt <SEP> 75 <SEP> C) <SEP> 80 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> Nr. <SEP> 105 <SEP> 20 <SEP> Gewichtsteile Die durch Erhitzen homogenisierte Mischung schmilzt bei 93 C, obschon der Schmelzpunkt des mikrokristallinen Petroleumwachses nur 75 C be trägt. Sie eignet sich für Kabel, deren Leitertempe ratur bis zu 80 C ist.
EMI0004.0023
<I>Beispiel <SEP> 7</I>
<tb> Mikrokristallines <SEP> Petroleumwachs
<tb> vom <SEP> Schmelzpunkt <SEP> 75 <SEP> C <SEP> 65 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Super <SEP> Hard <SEP> Wax <SEP> Nr. <SEP> 105 <SEP> 5 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Kabelfüllöl <SEP> gemäss <SEP> Beispiel <SEP> 2 <SEP> 30 <SEP> Gewichtsteile Die durch Erhitzen homogenisierte Mischung schmilzt bei 76 C und eignet sich für Kabel, die bei Leitertemperaturen bis zu 65 C arbeiten. Sie ist gleichwertig einer Mischung aus 30 Gewichtsteilen eines solchen Öles und 70 Gewichtsteilen des mikro kristallinen Petroleumwachses gemäss Beispiel 1, das heisst mit einem Schmelzpunkt von 80 C.