DE2510510A1

DE2510510A1 - Abziehbarer verbundstoff aus polymeren materialien fuer isolierte elektrische leiter

Info

Publication number: DE2510510A1
Application number: DE19752510510
Authority: DE
Inventors: Thaddeus Dominick Misiura; Joseph Edward Vostovich; Ralph Edward Wahl
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1974-05-09
Filing date: 1975-03-11
Publication date: 1975-11-20
Also published as: SE7505361L; ES436350A1; FR2270285A1; US3925597A; FR2270285B1; CA1060769A; JPS50150886A; NL7504448A; HU173995B

Description

Abziehbarer Verbundstoff aus polymeren Materialien für isolierte elektrische Leiter

Eine übliche Konstruktionsart für elektrische Drähte oder Kabel, die für mittlere bis hohe Spannungen, z. B. etwa 15 bis 69 kV, ebenso wie für andere Arten elektrischer Anwendungen vorgesehen sind, umfaßt Kombinationen einer oder mehrerer isolierender und halbleitender Schichten. In einer typischen Kabelstruktur kann z. B. der metallische Leiter mit einer organischen polymeren Isolation, wie einem athylenhaltigen vernetzten Polyme^ versehen werden, sowie mit einem darüberliegenden Körper aus halb-

609847/1117

leitendem Material, der ein organisches polymeres Material umfaßt, das durch Einarbeiten von elektrische Leitfähigkeit verleihenden Mitteln oder Füllstoffen, wie Ruß, elektrisch leitend gemacht wurde. Obwohl diese Kabelkonstruktionen in gewissen Elementen variieren können und sie häufig Zwischenkomponenten enthalten, die zwischen dem metallischen Leiter und dem Häuptkörper der dielektrischen Isolation angeordnet sind, wie eine Schicht aus einem trennenden Band und/oder einer inneren Schicht aus halbleitendem Material oder die gesamte Kabelbaueinheit innerhalb einer bedeckenden Umhüllung eingeschlossen sein kann, weisen doch alle solche Kabelkonstruktionen üblicherweise mindestens einen Körper aus dielektrischer Hauptisolation auf, welche den Leiter umgibt und einen darüberliegenden Körper aus halbleitendem Material, der in physischem Kontakt mit der Isolation steht. Diese Anordnung einer Isolationsschicht mit einer darüber gelegten Schicht aus halbleitendem Material weist jedoch einige Nachteile auf.

Um z. B. das Auftreten von Ionisation oder Koronabildung, die von inneren Hohlräumen oder Taschen innerhalb der Kabelkonstruktion herrühren, und damit den folgenden Durchschlag der Isolation zu vermeiden, ist es erforderlieh, die Anwesenheit oder das mögliche Auftreten irgendwelcher freier Räume oder Hohlräume in oder von der Grenzfläche zwischen den sich berührenden Oberflächen des Körpers aus der Isolation und des Körpers aus dem halbleitenden Material herrührend,.zu eliminieren. Die US-PS 3 5¹^l 228 und 3 o77 349 befassen sich mit diesem Problem der Zwischenhohlräume an der Grenzfläche zwischen der Isolation und dem halbleitendem Material durch Anwenden einer Wärmebehandlung auf das zusammengesetzte Produkt, um ein dichtes Aufschrumpfen der halbleitenden Materialien um die Isolation herum zu bewirken. In der US-PS 3 259 688 ist eine andere Lösung dieses Problems vorgeschlagen, die eine bestimmte Konstruktion und eine Bestrahlungsbehandlung umfaßt.

60984

Weiter können die Isolationsschicht und die darüberliegende halbleitende Schicht für ein elektrisches Kabel gleichzeitig um den Draht oder Metalleiter herum gebildet werden, indem man ein kontinuierliches gleichzeitiges Strangpreß-Verfahren mit einem Extruder anwendet, wie in der US-PS 3 646 248 beschrieben_; oder man kann diese Schichten nacheinander aufbringen, indem man sogenannte Tandemextruder verwendet, wie sie in der US-PS 3 569 610 beschrieben sind, und beide Schichten können danach gleichzeitig in einem einzigen Arbeitsgang und einer Einheit gehärtet werden, um die Herstellungsstufen und Apparaturen dafür minimal zu halten. Das gleichzeitige Härten beider Schichten zusammen oder selbst das Härten einer Schicht allein, während sie an die andere Schicht angrenzend angeordnet ist, kann zur offensichtlichen Bildung von vernetzenden Brückenbindungen über die Grenzfläche zwischen den aneinanderstoßenden Oberflächen beider Phasen führen, wie in den US-PS 3 569 610 und 3 792 192 erwähnt. Das Auftreten solcher vernetzender Brückenbindungen an der Grenzfläche zwischen den Oberflächen der Phasen kann ihre nachfolgende Trennung sehr erschweren, z. B. während des Entfernens eines Teilstückes des Körpers aus halbleitendem Material von der Isolation durch Abziehen, wenn man Spleißstellen oder Endverbindungen herstellen will.

Die Trennung dieser Schichten erfordert häufig die Anwendung großer Kraft und nach dem Abstreifen oder Abziehen bleibt häufig ein beträchtlicher Rest des halbleitenden Materials fest haftend an der anderen Oberfläche oder der Isolation zurück. Wie bekannt, ist es beim Spleißen und Behandeln von Kabelenden erforderlich, daß das halbleitende Material von dem Endabschnitt des Kabelende sauber abgezogen oder vollständig entfernt wird ohne irgendeine Beschädigung oder einen Materialverlust an die darunterliegende Oberfläche der Isolation und demgemäß kann die Trennung dieser Phasen eine beträchtliche Menge zusätzlicher Arbeitszeit und Kosten erfordern, wenn das halbleitende Material durch Abziehen schwierig zu entfernen ist und/oder ein Rest davon fest haftend an der Oberfläche der Isolation zurückgehalten wird. Eine

509847/1117

Lösung für die Schwierigkeiten dieses Aspektes solcher Kabelkonstruktionen ist Gegenstand der US-PS 3 684 821.

Andere US-PS, die sich mit dem vorgenannten Problem befassen, sind die folgenden: US-PS 3 64 3 004 bezieht sich auf eine Kabelkonstruktion, in der die halbleitende Schicht zwar an der isolierenden Schicht haftet, nicht aber mit dieser verbunden ist^ die US-PS 3 787 255 lehrt das Anbringen von Sulfonatgruppen an der Oberfläche der Polyolefinisolation, um das Wandern des Härtungsmittels aus der halbeitenden Schicht über die Grenzfläche zur Isolation zu hindern, und damit als Ergebnis deren festes Verbinden; die US-PS 3 793 W schließlich schlägt eine halbleitende Zusammensetzung vor, die eine neue Mischung von Äthylenpropylen-Kautschuk und chlorhaltigen Polymeren umfaßt, die ein kontrolliertes Verbinden beim Härten mit der darunter liegenden Isolation aus äthylenhaltigem Polymer bewirkt.

Die vorliegende Erfindung umfaßt eine Kombination spezifischer organischer Polymerer, die mit Härtungsstufen verbunden werden, wobei eine elastomere Mischung, die einen Körper aus halbleitendem Material umfassen kann, haftend mit einer damit in Berührung stehenden Oberfläche eines Körpers aus einem Äthylenpropylen-Copolymer, dessen Äthylengehalt nicht mehr als etwa 50 Gew.-% des Copolymers ausmacht, was ein übliches Material für dielektrische Isolationen ist, verbunden werden kann. Die Materialien und die Härtungsstufen nach der vorliegenden Erfindung schaffen eine im wesentlichen kontinuierliche und sichere Verbindung ihrer berührenden Oberflächen, die sich über ihre gemeinsame Grenzfläche erstreckt und dabei wirksam das Auftreten von Zwischenhohlräumen vermeidet, während gleichzeitig zwischen den Phasen eine Grenzflächenverbindung geschaffen wird, die leicht mit relativ geringer Zugkraft getrennt werden kann, wobei sich die Bestandteile voneinander mit sauberen Oberflächen und frei von irgendeinem Rückstand des anderen Bestandteiles trennen.

509847/1 117

Die Erfindung schließt die Kombination eines ersten Körpers aus einem Äthylenpropylen-Copolymer mit etwa gleichen Gew.-Teilen copolymerisierten Äthylens und Propylens ein, der haftend mit einem zweiten Körper verbunden ist, der zusammengesetzt ist aus einem elastomeren Gemisch eines geringeren Anteiles aus Äthylen-Propylen-Kautschuk, vermischt mit einem Hauptanteil aus chlorsulfoniertem Polyäthylen, wobei der zweite Körper aus elastomeren Gemisch sich in einem ungehärteten Zustand befindet und auf den ersten Körper aus Copolymer in einem gehärteten Zustand aufgebracht wird, wobei der ungehärtete zweite Körper aus elastomerem Gemisch gehärtet wird, während eine Oberfläche davon sich in physischem Kontakt mit einer Oberfläche des gehärteten ersten Körpers aus Copolymer befindet.

Die Zusammensetzungen und die Eigenschaften dieser Kombination sind einzigartig geeignet und vorteilhaft für die Anwendung in der Konstruktion von elektrischen Drähten und Kabeln in der Form eines Verbundkörpers einer Isolation aus Äthylenpropylen-Copolymer oder -Terpolymer mit einem leicht und sauber abziehbaren halbleitenden Material, das über der Isolation angeordnet ist, wenn das polymere Material, das das elastomere Gemisch umfaßt, in geeigneter Weise elektrisch leitend gemacht wird durch zureichendes Füllen mit einem typischen, elektrische;.Leitfähigkeit verleihenden Mittel oder Füllstoff, wie darin dispergiertem Ruß oder anderem elektrisch leitendem, festkörperteilchenförmigem Material, wie Siliziumkarbid» Eisen, Aluminium und ähnlichem in solchen Mengen, daß der gewünschte Grad der Leitfähigkeit verliehen wird.

Die vorliegende Erfindung schafft polymere Materialien, die einander berührend mit ihren Grenzoberflächen haftend miteinander verbunden werden können, und so die Anwesenheit oder jegliches Auftreten von Zwisehenhohlräumen dazwischen eliminieren und die danach durch Anwendung einer geringen Zugkraft voneinander getrennt werden können, wobei die Grenzflächen der Körper sich sauber und frei von irgendwelchem anhaftendem Restmaterial voneinander trennen.

509847/1117

Die vorliegende Erfindung schafft auch elektrische Leiter oder Drähte, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung, deren Bedeckungen eine Kombination von Körpern aus organischen polymeren Materialien einschließen, die eine erste Isolationsschicht umfassen mit einer Oberfläche, die haftend mit einer Oberfläche aus einer zweiten Schicht verbunden ist, die irgendeine geeignete Dicke bis zu weniger als 1 mm haben kann und wobei die zweite Schicht des polymeren Materials leicht und sauber von der ersten Schicht der Isolation abtrennbar 1st mit geringem Kraftaufwand von vorzugsweise etwa 1 bis etwa 9 kg (entsprechend 2 bis 18 US-Pfund) Zugkraft für einen etwa 13 mm (entsprechend 1/2 Zoll) breiten Streifen des Materials, wobei die getrennten Oberflächen unbeschädigt sauber und frei von irgendwelchen Resten bleiben.

Und weiter schafft die Erfindung auch einen elektrischen Draht oder ein elektrisches Kabel, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung, wobei Draht oder Kabel eine Vielschicht-Bedeckung über einem metallischen Leiter aufweisen, wobei die Bedeckung eine Kombination gehärterter polymerer Materialien umfaßt, die aus einer Isolation und einer darüberliegenden halbleitenden Abschirmung bestehen, die frei ist von Zwischenhohlräumen oder Räumen an der Grenzfläche der genannten Materialien und wobei das Material der halbleitenden Abschirmung einen polymeren Träger oder eine Matrix für ein besonderes leitendes Füllstoffmaterial umfaßt, das darin dispergiert ist und das von der darunterliegenden Isolation mit wenig Anstrengung oder Zugkraft abgezogen oder abgestreift werden kann und es sich von der Oberfläche der Isolation sauber abtrennt und diese unbeschädigt und ohne daran haftendes Material zurückläßt.

Weiter schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verbinden aneinandergrenzender polymerer Materialien, bei dem die aneinandergrenzenden Oberflächen haftend so miteinander verbunden sind, daß.die Anwesenheit oder das Auftreten von Zwischenhohlräumen dazwischen vermieden ist, und die durch Anwendung

509847/1117

einer geringen Zugkraft voneinander getrennt werden können, wobei die aneinanderstoßenden Grenzflächen der Körper sich sauber und frei von irgendwelchem Restmaterial trennen.

Die Erfindung wird nachfolgend in bezug auf ihr Hauptanwendungsgebiet beschrieben, die Konstruktion eines elektrischen Drahtes oder Kabels, obwohl auch andere Anwendungsbereiche möglich sind.

Die Erfindung besteht spezifisch aus einer neuen Kombination gegebener polymerer Materialien oder kombinierter Körper, die aus diesen Materialien bestehen, die mit einer Stufenfolge des Härtens und Kombinierens solcher polymerer Materialien vereinigt werden, um sie haftend miteinander zu verbinden, wobei an ihren gegenseitig aneinanderstoßenden Oberflächen die einzigartigen Grenzflächeneigenschaften auftreten.

Die polymeren Materialien für die vorliegende Erfindung umfassen für die eine Phase einen Körper aus einem Copolymer oder Terpolymer aus Äthylen und Propylen mit einem Äthylengehalt von nicht mehr als etwa 50 Gew.-% des polymerisierten Materials und sie umfassen vorzugsweise Copolymere, die etwa gleiche Gew.-Teile von Äthylen und Propylen enthalten und für die andere Phase umf fassen sie ein elastomeres Gemisch aus etwa 20 bis 40 Gew.-Teilen eines Copolymers oder Terpolymers aus Äthylen und Propylen, vermischt mit etwa 60 bis 80 Gew.-Teilen chlorsulfonierten Polyäthylens. Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche soll die Bezeichnung Copolymere von Äthylen und Propylen auch die Terpolymeren der beiden Monomeren Äthylen und Propylen mit umfassen.

Die Terpolymeren von Äthylen und Propylen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung brauchbar sind, schließen käuflich erhältliche Kautschuke ein, die durch Polymerisation von Äthylen und Propylen zusammen mit geringen Anteilen von Dienen, wie Äthyldiennorbornen, Dicyclopentadien oder 1,4-Hexadien oder deren Kombinationen hergestellt wurden. Die Terpolymeren von

509847/1117

Äthylen und Propylen mit Dienen gestatten bekanntlich einen weiteren Rahmen für die Auswahl der Härtungssysteme im Vergleich zu den Copolymeren nur aus Äthylen und Propylen. Spezifisch erfordern die Copolymeren einen freie Radikale-Mechanismus, wie er durch eine Peroxid-Verbindung geschaffen wird, während die ungesättigte Phase der Terpoiymeren das Härten mit einem konventionellen Schwefel-Beschleuniger-Härtungssystem gestattet, aber auch mit einem Peroxid freie Radikale-System.

Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Härten das zwar durch übliche Mittel, wie Härtungsmittel_}erfolgt, aber in einer besonderen Stufenfolge, und zwar variiert der ersten Phase oder des ersten Körpers, des Copolymers aus Äthylen und Propylen vor dem physischen Verbinden der ersten und zweiten Phase und dann der zweiten Phase oder des zweiten Körpers aus Elastomergemisch, während sich das letztere in physischem Kontakt mit der vorher gehärteten ersten Phase befindet. Die Härtungsund Verbindungsstufenfolge, die zum Erzielen der Vorteile der vorliegenden Erfindung erforderlich ist, umfaßt das Aufbringen des Körpers oder der Masse aus elastomerem Gemisch in ungehärtetem Zustand auf den Körper oder die Masse des Copolymers aus Äthylen und Propylen in gehärtetem Zustand und danach das Härten des Körpers ©der der Masse aus elastomerem Gemisch, während eine Oberfläche davon sich in angrenzendem physischem Kontakt mit einer Oberfläche des gehärteten Copolymers aus Äthylen und Propylen befindet. Diese Reihenfolge des Härtens und Verbindens der entsprechenden polymeren Komponenten ist erforderlich, um die Bildung einer festen Verbindung über die Grenzfläche der polymeren Komponenten zu verhindern, die nur getrennt werden könnte unter Anwendung sehr hoher Zugkräfte und die sich nicht sauber trennen ließen, unter Zurücklassung jeder Phase beziehungsweise jedes Körpers frei von einem Rest des anderen.

Die organischen polymeren Materialien Jeder Phase der Kombination der vorliegenden Erfindung, sowohl das Äthylenpropylen-Copolymer als auch das elastomere Gemisch, werden typischerweise

5098^7/1117

zu einem im wesentlichen hitzegehärteten Zustand durch Vernetzen mit einem freie Radikale bildenden Peroxid gemäß den üblichen Verfahren, wie sie in den US-PS 2 888 k2k und 3 079 370 und dem nachfolgenden relevanten Stand der Technik beschrieben sind, gehärtet. Es können jedoch auch andere Härtungssysteme oder -mittel, wie sie auf diesem Gebiete bekannt oder durch Polymer-Hersteller oder -Lieferer vorbeschrieben sind, angewendet werden, wie den Einsatz von Systemen auf Schwefel-Spindlage bei Terpolymeren aus Äthylen und Propylen.

Für die Verwendung in elektrischen Anwendungen, wie als halbleitende Komponente in einem Kabel für mittlere bis hohe Spannung, können die elastomeren Gemische leicht bis zu irgendeinem geeigneten Grad elektrisch leitend gemacht werden, indem man in sie eine geeignete Menge eines elektrische Leitfähigkeit verleihenden Mittels einarbeitet, wie etwa 15 bis etwa 75 Gew,-Teile Ruß oder Metallteilchen, bezogen auf die polymeren Bestandteile, wie dies üblichen Praktiken entspricht. Ist es in irgendeiner Weise elektrisch leitend gemacht worden unter Verwendung einer geeigneten Menge eines geeigneten Materials, das darin dispergiert wurde, dann kann das elastomere Gemisch die erforderlichen elektrischen Funktionen eines halbleitenden Materials in einem elektrischen Kabel erfüllen und wenn das Gemisch dann mit einer A'thylenpropylen-Copolymer-Isolation kombiniert und gemäß der Stufenfolge der vorliegenden Erfindung gehärtet wird, dann ergibt die Kombination die einzigartigen Grenzflächeneigenschaften, die wirksam das Auftreten von Zwischenhohlräumen zwischen den Grenzflächen der Isolation des halbleitenden Materials verhindern und auch ein leichtes und sauberes Trennen des halbleitenden Materials von der Isolation ermöglichen.

In der beigefügten Zeichnung zeigen die

Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Teiles eines isolierten Leiters mit einer halbleitenden Abschirmung darauf und

609847/111?

Figur 2 einen Querschnitt der Isolation und der darüberliegenden halbleitenden Schicht über einen Teil des metallischen Leiters.

Die Figur 1 gibt eine perspektivische Ansicht eines typischen Kabels für Anwendung bei mittlerer bis hoher Spannung wieder, für die die Erfindung besonders anwendbar und vorteilhaft ist. In Figur 1 ist ein kurzes Teilstück eines solchen Kabels mit Isolation und halbleitender Schicht dargestellt, während Figur 2 einen Längsschnitt eines solchen Leiters zeigt. Das Gesamtkabel 10 umfaßt einen Metalleiter 12, einen relativ dicken ersten Körper aus dielektrischer Isolation 14, welche den Leiter umgibt und auf der Isolation ist dann ein zweiter Körper oder eine Schicht aus halbleitendem Material 16 angeordnet. Gemäß bekannten Kabelkonstruktionen können in die Kabelstruktur auch andere Bestandteile eingeschlossen werden. So können z. B. zwischen dem Metallleiter 12 und der Hauptisolation I¹J ein Trennpapier oder Band oder eine halbleitende Schicht angeordnet werden, wie in den vorgenannten US-PS 3 259 688 und 3 684 821 gezeigt und die vor-

auch

liegende Erfindung ist/auf solche Kabel anwendbar, wobei die damit verbundenen Vorteile erhalten werden, wann immer die Isolation an die halbleitende Schicht anstößt, wie dies in Kabeln für mittlere bis hohe Spannung üblich ist. Nach dem Kombinieren und Härten der Bestandteile in der wesentlichen Stufenfolge nach der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben wurde, sind die Isolation und das halbleitende Material, das die Isolation bedeckt, haftend miteinander verbunden¹ und ergeben eine verbundene Grenzfläche 18 einzigartiger Eigenschaften, die Zwischenhohlräume vermeidet, und die durch Anwendung einer geringen Zugkraft von nur wenigen Kilogramm die saubere Trennung der Grenzfläche gestattet, wobei jede Oberfläche frei von anhaftenden Teilen der anderen Phase zurückbleibt.

Im folgenden werden spezifische Beispiele geeigneter und bevorzugter polymerer Materialien für die Anwendung der vorliegenden

509Ö47/1 117

Erfindung bei der Konstruktion von Hochspannungskabeln beschrieben, die einen Körper aus Äthylenpropylen-Copolymer-Isolation kombiniert mit einem darüberliegenden Körper aus halbleitendem Material aus einem polymeren Träger oder einer polymeren Matrix umfassen, die ein elastomeres Gemisch ist, gefüllt mit festkörperteilchenförmigem leitendem Material.

Isolierende Zusammenaetzung

Die isolierende Zusammensetzung aus Äthylenpropylen-Copolymer der folgenden Beispiele bestand aus den folgenden Bestandteilen in Gew.-Teilen.

Gew.-Teile

Äthylenpropylen-Copolymer (50 Gew.-? Äthylen)- 100,0

Vistalon 404 Exxon Chemical Co.

Polytrimethyldihydrochinolin als Antioxidations- 2,0

mittel - Plectol H, Monsanto

Zinkoxid 3,0

Bleidioxid 2,0

Polybutadien-Homopolymer-Ricon 150 5,0

Ton 96,0

Petrolatum bzw. Vaseline 5,0

Vinylsilan 1,5

Dicumylperoxid als Härtungsmittel- 6,0 Di Cup 40 KE von Hercules

Diese Bestandteile der dielektrischen Isolation wurden in einem geeigneten Mischer, einem Banburymischer, miteinander vermengt", bis sie im wesentlichen homogen dispergiert waren. Gemäß den üblichen Praktiken wurden jedoch alle Bestandteile mit Ausnahme des Peroxid-Härtungsmittels zuerst bei einer Temperatur der zu vermischenden Bestandteile unterhalb von etwa 200⁰C (entsprechend 400⁰P) miteinander vermischt. Um ein vorzeitiges Härten zu vermeiden, wurde das Peroxid-Härtungsmittel zu den vermischten Be-

509847/1117

standteilen bei einer Temperatur unterhalb von etwa 9O°C (entsprechend 20O⁰F) hinzugegeben. Die Masse war damit fertig für das Formen zu einer gegebenen Gestalt und das Härten zu einem hitzegehärteten Zustand durch die Anwendung von Wärme.

Halbleitende Zusammensetzung

Die halbleitende Zusammensetzung aus elastomerem Gemisch der folgenden Beispiele bestand aus den folgenden Ingredienzien, einschließlich elektrisch leitendem Ruß in Gew.-Teilen.

Gew.-Teile

Chlorsulfoniertes Polyäthylen- 65,0

Hypalon 4OS von DuPont

Äthylenpropylen-Terpolymer- 35,0

Nordel 1320 von DuPont

Leitender Ruß-Vulkan XC-72 45,0

Bleioxid (90 % in EPDM) 20,0

Naphthenöl-Circosol 4240 öl 17,0

Kristallines Kohlenwasserstoff- 2,0

wachs-Sunoco Anti-Chek

Polymerisiertes Dihydrotrimethylchinolin 0,5

als Antioxidationsmittel-Ageritharz
D von R.T. Vanderbuilt
Trimethylpropantrimethacrylat-SR-35O 2,0

Dicumylperoxid als Härtungsmittel- 2,5

Dl Cup R. Hercules.

509847/1117

Die vorgenannten Bestandteile der halbleitenden Zusammensetzung wurden ebenfalls in einem ßanburymischer miteinander vermengt, bis sie im wesentlichen homogen dispergiert waren. Ebenfalls gemäß üblichen Praktiken wurden alle Bestandteile mit Ausnahme des Peroxids zuerst bei einer Temperatur der zu vermischenden Bestandteile unterhalb von etwa 12O°C (entsprechend 250⁰P) miteinander vermischt. Um ein vorzeitiges Härten zu vermeiden, wurde das Peroxid-Härtungsmittel zu den vermischten Ingredienzien bei einer Temperatur unterhalb von etwa 90°C (entsprechend 200⁰P) zugemischt. Das vermengte elastomere Gemisch war damit fertig für das Formen zu einer gewünschten Gestalt und das Härten zu einem hitzegehärteten Zustand durch Aktivieren des Härtungsmittels unter Anwendung von Wärme.

Proben sowohl der Isolations- als auch der halbleitenden Zusammensetzung wurden auf getrennten Walzen zu Folien ausgewalzt und folgendermaßen angewendet. In dem nachfolgend beschriebenen Beispiel 1 wurden streifenförmige Probekörper jeder Folie aus ungehärteter Isolation und ungehärtetem halbleitendem Material durch übereinanderanordnen der Probekörper kombiniert und beide zusammen als ein Schichtstoff in angrenzendem physischen Kontakt in einer Presse 45 Minuten lang bei einer Temperatur von etwa 155°C (entsprechend 310°F) gehärtet. Nach dem Abkühlen auf Zimmertemperatur und dem Konditionieren bei Zimmertemperatur für mindestens 16 Stunden wurden Streifen mit Abmessungen von etwa 13 x 100 mm (entsprechend 1/2 χ 4 Zoll) der gleichzeitig gehärteten Schichtproben auf Abziehbarkeit untersucht. Die Ergebnisse sind nachfolgend angegeben.

Ähnliche Proben der beiden Zusammensetzungen, der isolierenden und der halbleitenden, die auf getrennten Walzenstühlen zu Folien verarbeitet worden waren, wurden für Vergleichszwecke gemäß der vorliegenden Erfindung folgendermaßen verwendet. In Beispiel 2 wurde zuerst der streifenförmige Probekörper der folienförmigen isolierenden Zusammensetzung aus Äthylenpropylen-Copolymer 15 Minuten lang bei einer Temperatur von etwa 175°C

509847/1117

(entsprechend 35O°P) in einer Form gehärtet. Nach dem Abkühlen auf Zimmertemperatur und dem Konditionieren für mindestens 16 Stunden bei Zimmertemperatur wurde der vorgehärtete streifenförmige Probekörper aus der isolierenden Zusammensetzung mit ähnlichen Probekörpern aus ungehärteter halbleitender Zusammensetzung durch übereinander Anordnen unter Bildung eines Schichtstoffes kombiniert. Danach härtete man die halbleitende Zusammensetzung als Schichtstoff, während sie sich in angrenzendem physischen Kontakt mit der vorgehärteten isolierenden Masse befand, und zwar bei einer Temperatur von etwa 155°C für 45 Minuten in einer Presse.

Nach dem Abkühlen auf Zimmertemperatur wurden Streifen mit Abmessungen von etwa 13 x 100 mm (entsprechend 1/2 χ 4 Zoll) der anders gehärteten Probekörper des Beispiels 2 in der gleichen Weise und unter den gleichen Bedingungen wie die gleichzeitig gehärteten Probekörper des Beispiels 1 auf Abziehbarkeit untersucht. Die Ergebnisse der beiden Beispiele waren die folgenden:

Beispiel 1

Die Probekörper konnten nicht auseinandergezogen werden; die halbleitende Schicht war vollkommen mit der Isolation verbunden.

Beispiel 2

Die Probekörper wurden mit einer durchschnittlichen Zugkraft von etwa 1 kg (entsprechend 2,32 US-Pfund) abgezogen und sie trennten sich sauber.

In den folgenden Beispielen, welche die Vorteile der vorliegenden Erfindung darstellen, wurden die oben genannten isolierenden und halbleitenden Zusammensetzungen unter tatsächlichen Extrusionsbedingungen kombiniert, bei denen die Herstellung des Hochspannungskabels mit einem metallischen Leiter, der mit einem Körper oder einer Schicht aus dielektrischer Isolation und einem darüberliegenden Körper oder einer Schicht aus halbleitendem Material bedeckt ist, simuliert. Die Kabelkonstruktion bestand aus

509847/1117

einem etwa 0,65 cm dicken (entsprechend Nr. 2 AWG) litzenförmigen Metallkernleiter, der mit einer Isolation mit einer Dicke von etwa 3,9 mm (entsprechend 0,15 Zoll) und einer halbleitenden Schicht mit einer Dicke von etwa 0,8 mm (entsprechend 0,035 Zoll) bedeckt war, wobei der Gesamtdurchmesser etwa 16 mm (entsprechend 0,68 Zoll) betrug und jede Schicht durch Strangpressen in üblicher Weise aufgebracht war.

In jedem Beispiel wurde die isolierende Zusammensetzung kontinuierlich auf den Kernleiter durch ein erstes Strangpressen aufgebracht und danach kontinuierlich durch Hindurchführen durch eine etwa 2,25 m (entsprechend 75 US-Fuß) lange Dampfkammer mit einer Geschwindigkeit von etwa 420 cm/min gehärtet, wobei in der Dampfkammer ein Druck von etwa 18 atü (entsprechend 255 psig) herrschte und die Temperatur 2O9°C war und die Aufenthaltszeit etwa 5 Minuten betrug.

Nach dem kontinuierlichen Formen und Härten der Isolations-Zusammensetzung auf dem Kern, wurde eine darüberliegende Beschichtung aus halbleitender Zusammensetzung kontinuierlich in jedem Beispiel mit einem zweiten Strangpressen aufgebracht und danach kontinuierlich durch Hindurchführen durch eine etwa 2,25 m lange Dampfkammer bei einer Geschwindigkeit von etwa 45Ö cm/min und einem Druck von etwa 18 atü (entsprechend 255 psig), einer Temperatur von 2O9°C und mit einer Aufenthaltszeit von etwa 5 Minuten gehärtet.

Die vier Beispiele, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wurden, behandelte man und untersuchte sie zusätzlich zur Abziehbarkeit auf verschiedene Eigenschaften, wie sie in der folgenden Tabelle zusammengefaßt sind.

509847/1117

Isolationsbehandlung vor dem Aufbringen der

Halbleiterschicht III IV V VI

- 16 Beispiele
III IV

Erforde

rfordernisse

^«V Ofenbehandlung der Isolation

nein nein ja ja

*-**Ährenöl (Spica öl) ja auf die Grenzfläche aufgebracht

nein nein ja

Eigenschaften der äußeren Halbleiterschicht

Zugfestigkeit in kg/cm² 113,5 112 134,5 130,5 (entsprechend US-Pfund/ (1622) (I6l5)(1915) (I858) ZoIl^)

327 295

302

Dehnung in %

Eigenschaften nach 7-tägiger Behandlung

in einem Luftofen bei 121°C

2 Zugfestigkeit in kg/cm

(entsprechend US-Pfund/Zoll²)· Dehnung in %

Leitfähigkeit

bei Zimmertemperatur in Ohm-cm

bei 90°C in Ohm-cm

Abziehbarkeit

kg (entsprechend US-Pfund) 2,13 2,59 2,42 2,54 für einen etwa 13 nun (ent- /■. _vc-w(- _7trwir -zrwc sprechend 1/2 Zoll) (4,75)(5,75)(5,38)(5,

breiten Streifen

117,5 113 126,5
(1681)(1626)(18O2)

223 205 193

525 108 103

100 Minimum

5000 Maximum

243

70

55 50000 Maximum

4- Minimum 18- Maximum

-K-IPCEA S-66-524 und AEIC 6-73
•Hr*-Ofenbehandlungsbedingungen - 51 Stunden bei 115°C

wurde vor dem Strangpressen der halbleitenden Schicht auf die Oberfläche der Isolation aufgebracht, um das Verstopfen der Düse zu vermeiden.

609847/1117

Claims

Patentansprüche

l.I Leicht und sauber durch Abziehen trennbarer Verbundstoff aus gehärteten polymeren Materialien, dadurch gekennzeichnet , daß die Materialien einen Körper aus einem Äthylenpropylen-Copolymer umfassen, das einen Äthylengehalt von nicht mehr als etwa 50 Gew.-JS aufweist, wobei eine Oberfläche von ihm haftend mit einer damit in Berührung stehenden Oberfläche eines Körpers verbunden ist, der ein elastomeres Gemisch aus einer geringeren Menge eines Copolymers aus Äthylen und Propylen, vermischt mit einer größeren Menge aus chlorsulfoniertem Polyäthylen umfaßt, wobei die in Berührung stehenden Oberflächen der Körper aus polymeren Materialien haftend an ihren einander berührenden Oberflächen verbunden sind, durch Aufbringen des Körpers aus elastomerem Gemisch in ungehärtetem Zustand auf den Körper des Copolymers aus Äthylen und Propylen in gehärtetem Zustand und nachfolgendem Härten des Körpers aus elastomerem Gemisch, während eine Oberfläche davon in angrenzendem physischen Kontakt mit einer Oberfläche des gehärteten Körpers aus Äthylenpropylen-Copolymer steht.
2. Leicht und sauber durch Abziehen trennbarer Verbundstoff aus gehärteten polymeren Materialien, dadurch gekennzeichnet , daß die polymeren Materialien einen Körper aus einem Äthylenpropylen-Copolymer mit einem Äthylengehalt von nicht mehr als etwa 50 Gew.-JS umfassen, wobei eine Oberfläche davon haftend mit einer damit in Be~ rührung stehenden Oberfläche eines Körpers verbunden ist, der ein elastomeres Gemisch aus etwa 20 bis etwa 40 Gew,-Teilen eines Äthylenpropylen-Copolymers im Gemisch mit etwa 40 bis 80 Gew.-Teilen chlorsulfoniertem Polyäthylen umfaßt, wobei die in Berührung stehenden Oberflächen der Körper der polymeren Materialien haftend an ihren in Berührung stehenden Oberflächen verbunden sind, durch Aufbringen des Körpers aus elastomerem Gemisch in ungehärtetem Zustand auf den Körper aus Äthylenpropylen-Copolymer in gehärtetem Zustand und

'509847/1117

nachfolgendem Härten des Körpers aus elastomerem Gemisch, während eine Oberfläche davon in angrenzendem physischen Kontakt mit einer Oberfläche des gehärteten Körpere aus Äthylenpropylen-Copolymer steht.
3. Verbundstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das elastomere Gemisch aus etwa 35 Gew.-Teilen Äthylenpropylen-Copolymer im Gemisch mit etwa 65 Gew.-Teilen Chlorsulfoniertem Polyäthylen besteht.
4. Verbundstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das polymere Material des Körpers aus Äthylenpropylen-Copolymer aus etwa gleichen Gewichtsteilen copolymerisiertem Äthylen und Propylen besteht.
5. Leicht und sauber durch Abziehen trennbarer Verbundstoff aus gehärteten polymeren Materialien, dadurch gekennzeichnet , daß die Materialien ein Äthylenpropylen-Copolymer mit etwa gleichen Gew.-Teilen Äthylen und Propylen umfassen, wobei eine Oberfläche davon haftend mit einer damit in Berührung stehenden Oberfläche eines Körpers verbunden ist, der ein elastomeres Gemisch aus etwa 20 bis etwa 40 Gew.-Teilen eines Äthylenpropylen-Copolymers im Gemisch mit etwa 60 bis 80 Gew.-Teilen chlor-3ulfonierten Polyäthylens umfaßt, wobei die in Berührung stehenden Oberflächen der Körper der polymeren Materialien haftend miteinander verbunden sind durch Aufbringen des Körpers aus dem elastomeren Gemisch in ungehärtetem Zustand auf das Äthylenpropylen-Copolymer in gehärtetem Zustand mit nachfolgendem Härten des Körpers aus elastomerem Gemisch, während eine Oberfläche davon in angrenzendem physischen Kontakt mit einer Oberfläche des gehärteten Körpers aus Äthylenpropylen-Copolymer steht.
6. Isolierter metallischer elektrischer Leiter mit einer Beschichtung aus polymeren Materialien darauf, die einen Verbundstoff aus einem elektrisch isolierenden Körper aus einem

503847/1117

Äthylenpropylen-Copolymer mit einem Äthylengehalt von nicht mehr als etwa 50 Gew.-% umfaßt, dadurch gekennzeichnet , - daß eine Oberfläche des elektrisch isolierenden Körpers haftend mit einer damit in Berührung stehenden Oberfläche eines leicht und sauber abziehbaren darüberliegenden halbleitenden Körpers verbunden ist, der ein elastomeres Gemisch aus etwa 20 bis etwa ¹IO Gew.-Teilen eines Äthylenpropylen-Copolymers im Gemisch mit etwa 60 bis 80 Gew,-Teilen eines chlorsulfonierten Polyäthylens umfaßt, wobei die in Berührung stehenden Oberflächen des isolierenden und des darüberliegenden halbleitenden Körpers haftend miteinander verbunden sind durch Aufbringen des Körpers aus halbleitendem elastomeren Gemisch in ungehärtetem Zustand auf den isolierenden Körper in gehärtetem Zustand mit nachfolgendem Härten des Körpers aus halbleitendem elastomeren Gemisch, während eine Oberfläche davon in angrenzendem physischen Kontakt mit einer Oberfläche des gehärteten isolierenden Körpers steht.
7. Isolierter elektrischer Leiter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der halbleitende Körper aus elastomerem Gemisch aus etwa 35 Gew,-Teilen Äthylenpropylen-Copolymer, vermischt mit etwa 65 Gew,-Teilen chlorsulfoniertem Polyäthylen, besteht.
8. Leiter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der isolierende Körper aus Äthylenpropylen-Copolymer aus etwa gleichen Gew.-Teilen copolymerisierten Äthylens und Propylens besteht.
9. Isolierter metallischer Leiter mit einer Beschichtung aus polymeren Materialien darauf, die einen Verbundstoff einschließt, aus einem elektrisch isolierenden Körper eines Äthylenpropylen-Copolymers mit einem Äthylengehalt von nicht mehr als etwa 50 Gew.-?, wobei eine Oberfläche des elektrisch isolierenden Körpers haftend mit einer damit in Berührung stehenden Oberfläche eines leicht und sauber abziehbaren

S09847/1117

darüberliegenden halbleitenden Körpers verbunden ist, der aus einem elastomeren Gemisch aus etwa 35 Gew.-Teilen eines Äthylenpropylen-Copolymers, vermischt mit etwa 65 Gew.-Teilen chlorsulfonierten Polyäthylens, besteht, und die in Berührung stehenden Oberflächen des isolierenden Körpers und des darüberliegenden halbleitenden Körpers haftend miteinander verbunden sind durch Aufbringen des Körpers aus halbleitendem elastomeren Gemisch in ungehärtetem Zustand auf den isolierenden Körper in gehärtetem Zustand mit nachfolgendem Härten des Körpers aus halbleitendem elastomeren Gemisch, während eine Oberfläche davon in angrenzendem physischen Kontakt mit einer Oberfläche des gehärteten isolierenden Körpers steht.
10. Verfahren zum Herstellen eines leicht und sauber abziehbaren Verbundstoffes aus gehärteten polymeren Materialien, der einen Körper aus Äthylenpropylen-Copolymer umfaßt mit einem Äthylengehalt von nicht mehr al3 etwa 50 Gew.-^, wobei eine Oberfläche des Copolymers haftend mit einer damit in Berührung stehenden Oberfläche eines Körpers verbunden ist, der ein elastomeres Gemisch aus einer geringeren Menge eines Äthylenpropylen-Copolymers im Gemisch mit einer größeren Menge eines chlorsulfonierten Polyäthylens umfaßt, gekennzeichnet durch folgende Stufen:

Härten eines Körpers aus dem genannten Äthylenpropylen-Copolymer,

Aufbringen eines Körpers aus dem elastomeren Gemisch in ungehärtetem Zustand auf eine Oberfläche des gehärteten Körpers aus Äthylenpropylen-Copolymer und

Härten des genannten Körpers aus ungehärtetem elastomeren Gemisch, während die Oberflächen der genannten Körper aus gehärteten und ungehärteten polymeren Materialien in angrenzendem physischen Kontakt stehen.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, daß das elastomere Gemisch aus etwa 35 Gew.-Teilen Äthylenpropylen-Copolymer im Gemisch mit etwa 65 Gew.-Teilen chlorsulfoniertem Polyäthylen besteht.

509-847/11 17
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß das polymere Material des Körpers aus Äthylenpropylen-Copolymer aus etwa gleichen Gewichtsteilen copolymerisierten Äthylens und Propylens besteht.
13. Verfahren zum Herstellen eines isolierten metallischen Leiters mit einer Beschichtung aus polymeren Materialien darauf, die einen Verbundstoff einschließen aus einem elektrisch isolierenden Körper einee gehärteten Äthylenpropylen-Copolymers mit einem Äthylengehalt von nicht mehr als etwa 50 Gew.-2, wobei eine Oberfläche davon mit einer damit in Berührung stehenden Oberfläche eines leicht und sauber abziehbaren darüberliegenden halbleitenden Körpers haftend verbunden ist und dieser halbleitende Körper aus einem elastomeren Gemisch aus einer geringeren Menge eines Äthylenpr^oylen-Copolymers im Gemisch mit einer größeren Menge chlorsulfonierten Polyäthylens besteht, gekennzeichnet durch folgende Stufen:

Formen eines isolierenden Körpers aus härtbarem Äthylenpropylen-Copolymer, das nicht mehr als etwa 50 Gew.-Ϊ Äthylen enthält, um einen metallischen Leiter herum,

Härten des isolierenden Körpers,

Aufbringen eines Körpers aus halbleitendem härtbaren Gemisch aus einer geringeren Menge eines Äthylenpropylen-Copolymers im Gemisch mit einer größeren Menge chlorsulfonierten Polyäthylens in angrenzendem physischen Kontakt über dem isolierenden gehärteten Körper und

Härten des halbleitenden elastomeren Gemisches, während sich die Körper aus gehärteter Isolation und halbleitendem härtbaren elastomeren Gemisch in angrenzendem physischen Kontakt befinden,
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß das halbleitende elastomere Gemisch aus etwa 20 bis 40 Gew.-Teilen Äthylenpropylen-Copolymer im Gemisch mit etwa 60 bis etwa 80 Gew.-Teilen chlorsulfonierten Polyäthylens besteht.

509847/1117
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß das polymere Material des isolierenden Körpers aus Äthylenpropylen-Copolymer aus etwa gleichen Gewichtsteilen copolymerisxerten Äthylens und Propylens besteht und das halbleitende elastomere Gemisch aus etwa 35 Gew.-Teilen Äthylenpropylen-Copolymer im Gemisch mit etwa 65 Gew.-Teilen chlorsulfonierten Polyäthylens besteht.

509847/1117