DE2118135A1 - Thermoplastic conductive polymer mixture - esp for insulated high tension cables, using carbon black as conductor - Google Patents

Abstract

Mixture consists of ethylene copolymer or polyethylene with elastomers as modifiers and with carbon black as the conductive filler with an average particle size of 95 m mu and surface area of 15-30 m2/gm.

Description

Leitfähige Polymermischung auf der Basis thermoplastischer Kunststoffe Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer leitfähigen Polymermischung auf der Basis thermoplastischer Kunststoffe allein, vorzugsweise von Copolymeren des Äthylens, oder auf der Basis thermoplastischer Kunststoffe, vorzugsweise des Polyäthylens, in Mischung mit Elastomeren als Modifikatoren und in beiden Fällen leitfähigen Füllstoffen als Zusätzen.Conductive polymer mixture based on thermoplastics The present invention is concerned with a conductive polymer blend the basis of thermoplastics alone, preferably of copolymers of Ethylene, or based on thermoplastics, preferably polyethylene, mixed with elastomers as modifiers and conductive fillers in both cases as additives.

Bekanntlich sind thermoplastische Kunststoffe, wie Polyäthylen, nur in geringem Maße z. B. mit Ruß oder anderen Füllstoffen füllbar. Überschreitet der Füllgrad dieses Maß, dann "verstrammt" die Mischung und ihr mechanischer Zusammenhalt ist gestört, so daß sie für eine Weiterverarbeitung ungeeignet wird. Um das zu vermeiden, lassen sich Copolymere, wie z. B. Äthylen-Vinylacetat, verwenden, die gut füllbar sind, jedoch eine wesentliche Preissteigerung bedeuten.As is known, thermoplastics such as polyethylene are only to a small extent z. B. can be filled with carbon black or other fillers. If the Fill level this measure, then "tight" the mixture and its mechanical cohesion is disturbed so that it is unsuitable for further processing. To avoid that, can copolymers, such as. B. Ethylene vinyl acetate, use that easily fillable are, however, mean a significant increase in price.

Ein anderer Weg ist der, dem thermoplastischen Kunststoff, z. B. Polyäthylen, ein Elastomer, wie z. B. Polyisobutylen oder Butylkautschuk, als Modifikator beizugeben, so daß die Füllbarkeit der Mischung wesentlich gesteigert werden kann.Another way is to use the thermoplastic material, e.g. B. polyethylene, an elastomer such as B. polyisobutylene or butyl rubber, to be added as a modifier, so that the fillability of the mixture can be increased significantly.

Solche Polymermischungen, z. B. mit Ruß leitend gemacht, finden bekanntermaßen überall dort Anwendung, wo es darum geht, elektrische Felder zu steuern bzw. hohe Feldstärken abzubauen, die zu Durchschlägen z. B. an Isolierungen führen können. So können beispielsweise die Abschirmungen elektrischer Kabel, die auf die Leiter eines Kabels aufgebrachte Leiterglättung sowie der bei Hochspannungskabeln übliche Strahlungsschutz aus diesem leitfähigen Polymermischungen aufgebaut sein. Aber auch für die Endenabschlüsse elektrischer Kabel können leitfähige Polymermischungen eingesetzt werden, die allein oder auf beliebige Trägermaterialien aufgebracht für eine Steuerung des elektrischen Feldes sorgen Die Forderungen, die an sowie leitfähigen Polymermischungen gestellt werden, wie ausreichende elektriihe Leitfähigkeit, Haftung bzw. Heißsiegelfähigkeit mit anderen Thermoplastentz. B. mit einer Kabelisolierung aus Polyäthylen, geringe Feuchtigkeitsaufnahme des leitfähigen Füllstoffes sowie leichte Verarbeitbarkeit bei geringem Preis, konnten bei den bisherigen Mischungen jedoch nicht immer erfüllt werden. Ließ z. B. die Leitfähigkeit der Mischung zu wünschen übrig und wurde aus diesem Grunde der Rußanteil heraufgesetzt, dann führte das zu einer erhöhten Feuchtigkeitsaufnahme, die ihrerseits ein Aufbringen der Mischung mit glatter Oberfläche etwa auf die Kabelisolierung in Frage stellte. Auf der anderen Seite lassen sich durch die Verwendung von Copolymeren das eine oder das andere Problem lösen, jedoch ist die Anwendung von Copolymeren für leitfähige Schichten wegen des-hohen Preises aus wirtschaftlichen Gründen nur selten tragbar.Such polymer blends, e.g. B. made conductive with soot are known to find Used wherever there is a need to control or high electric fields Reduce field strengths that lead to breakdowns z. B. can lead to insulation. For example, the shields of electrical cables that run on the conductors A wire smoothing applied to a cable as well as the one common with high-voltage cables Radiation protection can be built up from this conductive polymer mixture. But also Conductive polymer mixtures can be used for the terminations of electrical cables are applied alone or on any carrier material for a control of the electric field take care of the demands placed on as well as conductive polymer mixtures such as sufficient electrical conductivity, adhesion or heat sealability with other thermoplastics B. with a cable insulation made of polyethylene, low The conductive filler absorbs moisture and is easy to process at a low price, but could not always be met with the previous mixtures will. Let z. B. the conductivity of the mixture left something to be desired and was off If the proportion of soot was increased for this reason, this led to increased moisture absorption, in turn, an application of the mixture with a smooth surface, for example on the cable insulation questioned. On the other hand, the use of copolymers solve one or the other problem, however, is the use of copolymers for conductive layers because of the high price for economic reasons only rarely wearable.

Durch die Erfindung werden diese Schwierigkeiten bei der Verwendung leitfähiger Polymerschichten auf der Basis thermoplastischer Kunststoffe nberwunden. Gemäß der Erfindung ist als leitfähiger Füllstoff Ruß mit einer mittleren Teilchengröße von 70 bis 100 my, vorzugsweise 95 mM, und einer mittleren Oberfläche von 15 bis 30 m²/g, vorzugsweise 20 2 bis 25 m /g, nach BET verwendet. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß den Forderungen nach guter Leitfähigkeit, Haftungs- bzw. Verschweißbarkeit und geringer Feuchtigkeitsaufnahme bei gleichzeitig niedrigem Preis dann Genüge getan werden kann, wenn man von den bisher für solche Zwecke verwendeten sehr feinteiligen Rußen mit einer Teilchengröße um 20 mp und einer Oberfläche bis zu BET-Werten von 320 bis 380 m2/g abgeht und gerade die Ruße verwendet, die aufgrund ihrer relativ hohen Teilchengröße und der ca.The invention eliminates these difficulties in use conductive polymer layers based on thermoplastics. According to the invention is carbon black as a conductive filler with a mean particle size of 70 to 100 my, preferably 95 mM, and a mean Surface area of 15 to 30 m 2 / g, preferably 20 2 to 25 m / g, used according to BET. The invention is based on the knowledge that the requirements for good conductivity, Adhesion or weldability and low moisture absorption at the same time Low price then can be satisfied if one of the previously available for such Purposes used very finely divided carbon blacks with a particle size of around 20 mp and a surface area up to BET values of 320 to 380 m2 / g and especially the carbon blacks used, which due to their relatively large particle size and approx.

um den Faktor 10 verringerten Oberfläche bisher als nicht leitfähig angesehen wurden. Aufgrund der hohen Füllbarkeit des Polymergemischs und des geringen Preises des gemäß der Erfindung verwendeten Rußes ergibt sich eine außerordentlich preiswerte, gut leitfähige Mischung, deren Kosten weniger als 40 % des handelsüblichen Compounds betragen. Dabei ist die Leitfähigkeit im Sinne eines Strahlungsschutzes z. B. ausreichend, die Verschweißung mit anderen Thermoplasten ist einwandfrei, und die Feuchtigkeitsaufnahme, die zu Ungleichmäßigkeiten in der Oberfläche einer z. B. extrudierten leitfähigen Schicht führen kann, ist auf ein Minimum reduziert. Darüber hinaus ergibt sich bei einer gemäß der Erfindung aufgebauten Mischung, wie Versuche gezeigt haben, auch bei starker Scherbeanspruchung keine Änderung der Leitfähigkeit. Wegen der geringen verstrammenden Wirkung gegenüber sehr feinteiligem Ruß ergibt sich ein höherer Füllfaktor und damit nochmals eine erhebliche Einsparung.surface reduced by a factor of 10 so far as non-conductive were viewed. Due to the high fillability of the polymer mixture and the low The price of the carbon black used according to the invention results in an extraordinary one inexpensive, highly conductive mixture, the cost of which is less than 40% of the commercial one Compounds amount. The conductivity is in the sense of radiation protection z. B. sufficient, the welding with other thermoplastics is flawless, and moisture absorption, which leads to irregularities in the surface of a z. B. extruded conductive layer is reduced to a minimum. In addition, with a mixture built up according to the invention, such as Tests have shown no change in conductivity even under strong shear stress. Because of the low tightening effect on very finely divided soot a higher fill factor and thus another considerable saving.

Eine erfindungsgemäß aufgebaute Mischung mit den beschriebenen Vorteilen ist z. B. eine mit der folgenden Zusammensetzung: 50 Teile Butylkautschuk 50 Teile Polyäthylen 70 Teile Ruß der Internat. Klasse N-774, wie er z.B. unter dem Handelsnamen Durex 0 bekannt ist.A mixture constructed according to the invention with the advantages described is z. B. one having the following composition: 50 parts butyl rubber 50 parts Polyethylene 70 parts soot of the internat. Class N-774, for example under the trade name Durex 0 is known.

Die Herstellung einer solchen Polymermischung kann etwa in der Weise vorgenommen werden, daß auf der Walze der Butylkautschuk vorgelegt und nach der Fellbildung die Einarbeitung des Rußes mit anschließendem Aufmischen des Polyäthylens erfolgt.The production of such a polymer mixture can be done in the following way be made that presented on the roller of the butyl rubber and after the Fur formation is the incorporation of the soot with subsequent mixing of the polyethylene he follows.

Bei einem so hergestellten Streifen vom 10 mm Breite und 100 mm Länge konnte z. B. folgender Längswiderstand ermittelt werden: Mischung nach der handelsübliche Mischung Erfindung (z.B. Lupolen KR 1187/111) Walzfell Preßplatte Preßplatte Dicke 0,5 mm 0,65 mm 0,65 mm Widerstand 2317 in 2057 it 2300 12.In the case of a strip 10 mm wide and 100 mm long produced in this way could z. B. the following series resistance can be determined: Mixture according to the commercial Mixture invention (e.g. Lupolen KR 1187/111) rolled sheet press plate press plate thickness 0.5 mm 0.65 mm 0.65 mm resistor 2317 in 2057 it 2300 12.

Als Durchgangswiderstand ergaben sich die folgenden Vergleichswerte: Mischung nach der handelsübliche Mischung Erfindung (z.B. Lupolen KR 1187/111) Walzfell Preßplatte Preßplatte Dicke 1,91 mm 1,92 mm 2,11 mm Widerstand 3,0 Q 4,2 i2 27,0 fl Durchgangs- 308acm 428f -cm 2510fl.cm widerstand Die auf diese Weise ermittelten Daten entsprechend den geforderten Werten und sind, verglichen mit denen der bekannten Mischungeni als gut zu bezeichnen.The following comparative values resulted as volume resistance: Mixture according to the commercially available mixture invention (e.g. Lupolen KR 1187/111) rolled head Press plate Press plate thickness 1.91 mm 1.92 mm 2.11 mm Resistance 3.0 Q 4.2 i2 27.0 fl passage 308acm 428f -cm 2510fl.cm resistance The determined in this way Data corresponding to the required values and are compared with those of the known Mixtures can be described as good.

Polymermischungen nach der Erfindung eignen sich deshalb vorteilhaft z. B. als Leiterglättung für polyäthylenisolier te Hochspannungskabel, für Zündkabel oder beliebige andere Zwecke, z. B. für die Steuerung des elektrischen Feldes bei Endenabschlüssen für Kabel, etwa auch in Form von Spritzguß artikeln. Darüber hinaus sind solche Polymermischungen vorteilhaft überall dort einsetzbar, wo es darum geht, elektrostatische Aufladungen von Kunststoffmaterialien, beispielsweise auch Fußböden, zu verhindern.Polymer mixtures according to the invention are therefore advantageously suitable z. B. as a conductor smoothing for polyäthylenisolier te high-voltage cables, for ignition cables or any other purpose, e.g. B. for the control of the electric field Terminations for cables, for example in the form of injection molded articles. Furthermore such polymer mixtures can advantageously be used wherever it is a matter of electrostatic charges from plastic materials, including floors, for example, to prevent.

Claims (2)

PatentansprücheClaims 1. Leitfähige Polymermischung auf der Basis theroplastischer Kunststoffe allein, vorzugsweise Copolymere des Äthylens, oder thermoplastischer Kunststoffe, vorzugsweise des Polyäthylens, in Mischung mit Elastomeren als Modifikatoren und in beiden Fällen leitfähigen Füllstoffen als Zusätzen, dadurch gekennzeichnet, daß als leitfähiger Füllstoff Ruß mit einer mittleren Teikhengröße von 70 bis 100 mµ, vorzugsweise 95 nur und einer mittleren Oberfläche von 15 bis 30 m²/g, vorzugsweise 20 bis 25 2 m2/g nach BET verwendet ist.1. Conductive polymer mixture based on thermoplastics alone, preferably copolymers of ethylene, or thermoplastics, preferably of polyethylene, mixed with elastomers as modifiers and in both cases conductive fillers as additives, characterized in that as a conductive filler carbon black with an average particle size of 70 to 100 mµ, preferably 95 only and an average surface area of 15 to 30 m² / g, preferably 20 to 25 2 m2 / g according to BET is used. 2. Leitfähige Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz an leitfähigen Füllstoffen 40 bis 90, vorzugsweise mehr als 50 Teile, bezogen auf 100 Teile Polymeres, beträgt.2. Conductive mixture according to claim 1, characterized in that the addition of conductive fillers 40 to 90, preferably more than 50 parts, based on 100 parts of polymer.