DE2723488C3 - Elektrisches Kabel mit Kunststoffisolierung und äußerer Leitschicht - Google Patents

Elektrisches Kabel mit Kunststoffisolierung und äußerer Leitschicht

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Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kabel mit unvernetzter oder vernetzter Kunststoffisolierung auf Basis von Polyäthylen, Copolymeren oder Terpolymeren des Äthylens und einer zusammen mit der Kunststoffisolierung extrudierten, unvernetzten oder zusammen mit ihr vernetzten (co-vulkanisierten) äußeren Leitschicht auf Basis von Polyäthylen (PE), Copolymeren des Äthylens, chlorsulfoniertem PE, Chloroprenkautschuk, chloriertem PE, Butadien-Styrol-Kautschuk und/oder Naturkautschuk oder deren Gemischen mit Zusätzen von leitfähigem Ruß.
Elektrische Kabel mit Kunststoffisolierung, die für die Übertragung hoher Spannungen vorgesehen sind, weisen gewöhnlich unter der Isolierung auf dem Leiter eine Leiterglättungsschicht und über der Isolierung eine Leitschicht aus schwach leitfähigem Kunststoff auf. Im Interesse der elektrischen Festigkeit des Kabels ist ein möglichst gutes Aneinanderheften der Leitschichten und der Isolierung zu fordern. Das wird bekannterweise dadurch erreicht, daß die Leitschichten und die Isolierung in Tandem- oder Dreifachextrusion gemeinsam auf den Leiter aufgebracht und anschließend gemeinsam vernetzt werden.
Bei der Montage von Garnituren an Hochspannungskabeln mit Kunststoffisolierung muß die äußere Leitschicht leicht von der Isolierung entfernt werden können, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Isolierung beschädigt wird oder daß Rückstände der Leitschicht auf der Isolierung zurückbleiben.
Die wegen der elektrischen Festigkeit des Kabels zu fordernde gute Aneinanderhaftung der Schichten und die leichte Schälbarkeit der Leitschicht sind einander entgegengesetzte Forderungen. Es sind schon verschiedene Lösungen vorgeschlagen worden, die beiden Forderungen gerecht werden sollen. Keine der Lösungen hat sich bisher jedoch als vollkommen befriedigend erwiesen.
So wurde versucht, durch einen besonderen Kabelaufbau gleichzeitig ausreichende Festigkeit und Schälbarkeit der Schichten zu erreichen. Nach der DE-OS 24 30 792 ist zu diesem Zweck zwischen der Isolierung und der äußeren Leitschicht eine Zwischenschicht vorgesehen, deren mechanische Festigkeit kleiner ist als die mechanische Festigkeit der Isolierung und auch kleiner als die der Leitschicht. Nach der DE-OS 24 22 003 wird die äußere Leitschicht an ihrem Umfang
mit nutartigen Rillen versehen, um sie in Streifen von der Isolierung abziehen zu können. Beide Vorschläge haben den Nachteil, daß sie einen erhöhten wirtschaftlichen Aufwand erfordern und daß sie noch keine Gewähr für eine gute Haftung und rflcksiandsfreie Schälbarkeit bieten.
Durch die J P-Patentanmeldung 74-39348 ist es bekannt, daß bei vergleichbaren Kabeln die Abschalbarkeit der äußeren Leitschicht durch die Beigabe von SiIikonöl verbessert wird.
Zum gleichen Zwecke ist es aus der US-PS 38 40 694 bekannt, aui einem Draht unter einer Isolierschicht als Trennschicht ein Polyol (z. B. Polyäthylenglykol) aufzubringen.
Es wurde auch vorgeschlagen, durch besondere
Herstellungsverfahren zugleich gute Haftung und Schälbarkeit der Schichten zu erreichen. So wird bei einem bekannten Verfahren zunächst die Isolierung extrudiert und vernetzt, bevor die äußere Leitschicht aufgebracht wird. .Abgesehen davon, daß für die A>u(Kring<ing der äußeren Leitschicht wieder ein zusätzlicher Arbeitsgang erforderlich ist, ist bei diesem Verfahren die gute Haftung der Leitschicht an der Isolierung nicht gewährleistet
Es sind auch verschiedene Mischungen für äußere Leitschichten von elektrischen Kabeln bekannt. So besteht bei Hochspannungs-Hochfrequenz-Impulskabeln die äußere leitfähige Schicht aus Polyäthylen, Polyisobutylen und Acetylen-Ruß. Zum Zwecke besserer Verarbeitbarkeil und besserer Haftung an dem Polyäthylen-Dielektrik'-'m und dem Innenleiter enthält die Mischung Stearinsäure und mikrokristallines Wachs (DE-AS 10 21 042). -Die Schälbarkeit Jer leitfähigen Schicht wird dabei nicht berücksichtigt. Die leitfähige Schicht eines anderen elektrischen Kabes. besteht aus Polyäthylen oder Copolymeren des Polyäthylens und Ruß oder Graphit und enthält eine aromatische Verbindung mit einem niedrigen Schmelzpunkt (DE-OS 18 01 077). Der Zusatz einer aromatischen Verbindung dieser Art soll bewirken, daß sich der Ruß bzw. Graphit schneller in die Mischung einmischen läßt. Außerdem verbessert sich dadurch die Lagerfähigkeit und das mechanische Alterungsverhalten. Über die Abziehbarkeit der Leitschicht ist jedoch nichts ausgesagt. Eine weitere leitfähige Mischung für elektrische Kabel auf der Basis von Butadien-Acrylsäurenitril-Mischpolymerisat enthält neben Acetylenruß auch Zusätze von Stearinsäure. Schwefel, Benzoesäure und als Elastikator zum Beispiel Dibenzyläther (DE-PS 9 15 466). Die Zusammensetzung dieser Mischung läßt keine Rückschlüsse auf ihre Abziehbarkeit oder auf die Abziehbarkeit anderer Mischungen mit vielleicht gleichen Zusätzen zu.
Es wurde jedoch auch schon versucht, unter Verwendung besonderer Mischungen für die äußere Leitschicht Kabel herzustellen, bei denen die Leitschicht gut auf der Isolierung haftet und doch leicht abschälbar ist. So wurde vorgeschlagen, für die Isolierung und für die Leitschicht jeweils unterschiedliche Vernetzungsmittel zu verwenden, die auf den Vernetzungsablauf in der jeweils angrenzenden Schicht keinen öder nur einen geringen Einfluß ausüben (DE-OS 25 14 890). Ein anderer Vorschlag geht dahin, auf die Isolierung aus VPE eine Leitschicht aus leitfähigem Polychloropren-Compound mit Zusätzen von Äthylen-Propylen-Kautschuk oder Äthylen-Propylen-Terpolymer-Kautschuk aufzubringen (DE-OS 25 13 576). Diese bekannte Kabelumhüllung ist zusammen mit der Lciterglättungsschicht in Dreifachextrusion herstellbar. Wie die Praxis aber gezeigt hat, ist sie nur bei Erwärmung leicht schälbar.
Es wurde auch noch eine ganze Reihe anderer Zusätze zur leitfähigen Mischung vorgeschlagen, mit denen eine Verbesserung der Schälbarkeit bei gleichzeitiger guter Haftung der Leitschicht auf der Isolierung erzielt werden sollen. EFuie vollkommen befriedigende Lösung hat sich daraus aber bisher noch nicht ergebe^.
ίο So besteht weiterhin ein Bedarf an verbesserten Mischungen für die äußere Leitschicht elektrischer Hochspannungskabel.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kabel mit verneizter oder unvernetzter Kunststoffisolierung auf Basis von PE, Copolymeren oder Terpolymeren des Äthylens und einer, äußeren Leitschicht anzugeben, die so zusammengesetzt ist, daß sie zusammen mit der Isolierung und der inneren Leitschicht, sofern eine solche vorhanden ist, aufgebracht und vulkanisiert werden kann, so daß einerseits zwischen den Schichten eine gute Haftung entsteht und damit die gewünschte elektrische Festigkeit des Kabels gewährleistet ist, andererseits aber die äußere Leitschicht leicht und rückstandsfrei und ohne Beschädigung der Isolierung von dieser abziehbar ist
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die äußere Leitschicht? Trennmittel auf Basis von Polyolen, Äthern oder/und Aldehyden oder deren Gemischen enthält.
Die der Leitschicht als Trennmittel zugesetzten Polyole haben vorzugsweise ein Molekulargewicht von 500 oder darüber. Ein bevorzugtes Polyol ist Polyäthylenglykol. Wird als Trennmittel ein Äther verwendet, so sollte sein Siedepunkt bei 20O0C oder darüber liegen. Von den Äthern kommen als Trennmittel insbesondere Dibenzyläther und/oder dessen Derivate in Frage. Gemäß der Erfindung als Trennmittel bevorzugte Aldehyde sind solche, die die Geschwindigkeit der >>eroxidischen Vernetzung beeinflussen, wie die Tetrahydrobenzaldehydderivate.
Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines Kabels mit der erfindungsgemäßen äußeren Leitschicht besteht darin, daß auf den Leiter, soweit erforderlich, eine innere Leitschicht, die Kunststoffisolierung und die äußere Leitschicht im an sich bekannten Dreifachextrusionsverfahren gleichzeitig aufgebracht und. falls die Isolierung vernetzt werden soll, gleichzeitig vernetzt (co-vulkanisiert) werden.
Die erfindungsgemäße Mischung für die Herstellung der äußeren Leitschicht besteht also aus einem größeren Anteil von PE. Copolymeren des Äthylens, chlorsuüoniertem PE, Chloroprenkautschuk. chloriertem PE, Butadien-Styrol-Kautschuk oder/und Naturkautschuk oder deren Gemischen als Basismaterial. Dieses enthält erfindungsgemäß in Mengen von ca. 15—50% leitfähigen Ruß und in Mengen von 0.1—30 Gewichtsprozent Trennmitte! auf Basis von Polyolen, Äihern. Aldehyden oder deien Gemischen.
Vorzugsweise enthält die Mischung den TrennmittelzusatZ in Mengen von 0,5=20 Gewichtsprozent. Die Trennmittelzusätze können vor der Extrusion in das Basismaterial eincompoundiert oder oberflächlich zugemischt werden. Diese oberflächliche Zumischung erfolgt
κ beispielsweise durch Auftrommeln. Sie können aber auch während der Extrusion dem Basismaterial im Extruder zudosiert werden.
Für das Basismaterial der Mischung verwendbare
Copolymere des Äthylens sind z. B._Äthylen-Vinylacetat-Copolymereoder/und Äthylen-Äthylacrylat-Copolymere. Als leitfähiger Ruß finden handelsübliche leitfähige Ruße oder Spezialruß wie Ketjenblaclc EC Anwendung.
Das erfindungsgemäße Kabel weist eine äußere Leitschicht auf, die auf der Isolierung des Kabels gut haftet und dennoch leicht schälbar ist Die äußere Leitschicht kann ohne den Vorteil der guten Haftung und leichten Schälbarkeit einzubüßen zusammen mit der Isolierung und einer evtl. vorhandenen inneren Leitschicht extrudiert und vernetzt werden. Auch eine peroxidische Covulkanisation ist möglich. Für die Herstellung eines Kabels der erfindungsgemäßen Art sind zusätzliche Maßnahmen zur Herstellung einer besseren Schälbarkeit nicht erforderlich. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Kraft, mit de,- die äußere Leitschicht abziehbar ist, durch gezielte Dosierung des Trennmittelzusatzes einstellbar ist. Bei Zusatz von Silikonen zum Trennmittel erhöht sich die Hydrophobie der Leitschicht Das hat zur Folge, daß das Eindringen von Dampf oder Wasser ir die Isolierung durch die äußere Leitschicht zusätzlich behindert und dadurch die Bildung von watertrees erschwert wird.
In der Tabelle sind einige Mischungsbeispiele angegeben. Sie lassen die Vorteile der Erfindung klar
erkennen. Die Grundsubstanz der Mischungsbeispiele für die äußere Leitschicht ist in allen Fällen Äthylen-Vinylac^tat-Copolymer mit Zusatz von ca. 30—40 Gewichtsprozent leitfähigem Ruß. Dieser Grundsubstanz wurden die Trennmittelzusätze in den angegebenen Mengen (Gewichtsprozent) beigemischt. Die Beimischung erfolgte durch Eincompoundierung oder oberflächliches Zumischen, z.B. durch Auftrommeln, vor der Extrusion oder bei der Extrusion im Extruder.
Die Abziehkraft wurde bei den vernetzten Proben (Nummern 1 — 10 unter A) 24 Stunden nach der Covulkanisation mit VPE an Sandwichplatten bestimmt Im Falle der nicht vernetzten, thermoplastischen Schichten (Nummern 11 und 12 unter B) wurde sie 24 Stunden nach ihrer Herstellung gemessen. Sie ist in Newton/cm angegeben.
In der Tabelle sind als Zusätze auch an sich als Verarbeitungshilfsmittel bekannte wachsartige aliphatische und flüssige hocharomatische Kohlenwasserstoffe angegeben. Es wurde festgestellt, daß diese Zusätze in den erfindungsgemäßen Misslungen nicht nur die Verarbeitbarkeit verbessern, sondern auch die Abziehbarkeit der leitfähigen Schichten positiv beeinflussen. Sie können in den erfindungsgemäßen Mischungen daher ebenfalls als Trennmittel wirken.
A) zusammen vernetzt
Nr. Trennmittelzusatz Dosiermenge
in%		 Abziehkraft N/cm
Art 0
1 - 2 nicht abziehbar
2 Tetrahydronaphthalin 2 5
Paraffinöl 2
Siliconpaste 2
Tetrahydrobenzaldehydderivat 1
3 Polyäthylenglykol 5 14
Siliconöl 5
Öl auf Anthracen-Phenanthren-Basis 10
4 Öl auf Anthracen-Phenanthren-Basis 4 15
5 Siliconfett 4 18
Tetrahydronaphthalin 1,25
6 Tetrahydronaphthalin 1,25 20
Paraffinöl
Siliconfett 1,25
Tetrahydrobenzaldehydderivat 2,5
7 Paraffinöl 2,0 23
Siliconöl 2,5
Diphenyioxyd 5
8 Öl auf Anthracen-Phenanthren-Basis 9 25
9 Polyäthylenglykol 4 25
10 Tetrahydronaphthalin 4 27
Paraffinöl
27 23 488
7
Fori>cl/ung
B) unvernetzt, thermoplastisch		 Trennmiltelzusau
Art 		Dosiermenge
in % 		8
Nr. Tetrahydronaphthalin
Paraffinöl
Siliconpaste
Tetrahydrobenzaldehydderivat		 0
2
2
2
2		 Abziehkrafl N/cm
11
12		 65
7
Die Tabelle zeigt an Beispielen, wie die Abziehkraft abziehbare äußere Leitschicht, vgl. Beispiele I und 11.
gemäß der trlindung durch die Wahl der Zusätze und wird entsprechend der Wahl des Trennrnittels und
ihre mengenmäßige Dosierung in vorteilhafter Weise :o seiner Dosierung beliebig abziehbar, eingestellt werden kann. Die ohne die Zusätze nicht

Claims (16)

Patentansprüche:
1. Elektrisches Kabel mit vernetzter oder unvernetzter Kunststoffisolierung auf Basis von Polyäthylen, Copolymeren cder Terpolymeren des Äthylens und einer zusammen mit der Kunststoffisolierung extrudierten unvernetzten oder zusammen mit ihr vernetzten (co-vulkanisierten) äußeren Leitschicht auf Basis von Polyäthylen, Chloroprenkautschuk, chloriertem Polyäthylen, Butadien-Styrol-Kautschuk und/oder Naturkautschuk oder deren Gemischen mit Zusätzen von leitfähigem Ruß, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Leitschicht Trennmittel auf Basis von Polyolen, Äthern oder/ und Aldehyden oder deren Gemischen enthält.
2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Leitschicht als weiteren Trennmittelzusatz Silikone wie Silikonöl, Silikonfett, SiIikonharze oder Silikonkautschuk enthält.
3. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Leitschicht als Trennmittelzusatz Polyole mit einem Molekulargewicht >500 enthält.
4. Kabel nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Leitschicht als Trsnnmittelzusatz Polyäthylenglykol enthält.
5. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Leitschicht als Trennmittelzusatz Äther enthält, dessen Siedepunkt bei 2000C oder darüber liegt.
6. Kabel nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Leitschicht als Trennmittel Dibenzyläther oder/und dessen Derivate enthält.
7. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Leitschicht als Trennmittel Aldehyde enthält, die die Geschwindigkeit der peroxidischen Vernetzung beeinflussen.
8. Kabel nach Anspruch 1 oder 7, dadurch -to gekennzeichnet, daß die äußere Leitschicht als Trennmittel Tetrahydrobenzaldehydderivate enthält.
9. Mischung für die Herstellung der äußeren Leitschicht elektrischer Kabel mit Kunststoffisolierung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen größeren Anteil an Polyäthylen. Copolymeren des Äthylens, chlorsulfonienem Polyäthylen, Butadien-Styrol-Kautschuk oder/und Naturkautschuk oder deren Gemischen, in Mengen von 15—50% leitfähigen Ruß und in Mengen von 0.1 —30 Gewichtsprozent Trennmittel auf Basis von Polyolen, Äthern. Aldehyden oder deren Gemischen enthält.
10. Mischung nach Anspruch 9. dadurch gekennzeichnet, daß sie den Trennmittelzusatz in Mengen von 0.5 — 20 Gewichtsprozent enthält.
11. Mischung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennmittelzusätze vor der Extrusion in das Basismaterial eincompoundiert oder oberflächlich zugemischt sind.
12. Mischung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennmittelzusätze während der Extrusion in den Extruder zudosiert sind.
13. Mischung für die Herstellung der äußeren Leitschicht elektrischer Kabel mit Kunststoffisolierung nach einem der Ansprüche I bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß sie einen größeren Anteil an Polyäthylen, Copolymeren des Äthylens, chlorsulfoniertem Polyäthylen, Butadien-Styrol-Kautschuk oder/und Naturkautschuk oder deren Gemischen, in Mengen von 15—50% leitfähigen Ruß und in Mengen von 0,1—30 Gewichtsprozent Trennmittel auf Basis von Polyolen. Äthern, Aldehyden, wachsartigen aliphatischen Kohlenwasserstoffen oder deren Gemischen enthält
14. Mischung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie den Trennmittelzusatz in Mengen von Op-20 Gewichtsprozent enthält
15. Mischung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennmittelzusätze vor der Extrusion in das Basismaterial eincompoundiert oder oberflächlich zugemischt sind.
16. Mischung nach Anspruch 13 oder }4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennmitteb'isätze während der Extrusion in den Extruder zudosiert sind.
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