DE2853626C2 - Mit einem geschäumten Kunststoff isolierter Draht und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Mit einem geschäumten Kunststoff isolierter Draht und Verfahren zu seiner Herstellung

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DE2853626C2 DE2853626A DE2853626A DE2853626C2 DE 2853626 C2 DE2853626 C2 DE 2853626C2 DE 2853626 A DE2853626 A DE 2853626A DE 2853626 A DE2853626 A DE 2853626A DE 2853626 C2 DE2853626 C2 DE 2853626C2
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Description

35
Die Erfindung betrifft einen mit einem geschäumten Kunststoff isolierten Draht, aus einem elektrischen Leiter, der von einer Isolierschicht aus einem geschäumten Kunststoff umgeben ist, auf die eine massive Schicht aus einem Polyolefin aufgebracht ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Drahtes, wobei man einen Kunststoff mit einem Schwellungsverhältnis von mindestens 55% herstellt, dem Kunststoff ein Treibmittel zusetzt, ein Gemisch aus dem Kunststoff und dem Treibmittel auf einen Leiter extrudiert und
das Gemisch verschäumt.
Auf dem Gebiet der Verbindungskabel werden im großen Umfange Leiter verwendet, die eine Isolierung aus einem geschäumten Kunststoff aufweisen. Als Isolierschicht wird üblicherweise insbesondere eine solche aus geschäumtem Polyolefin verwendet. Normalerweise liegt der Expansionsgrad des geschäumten Kunststoffisolators in diesen Kabeln innerhalb eines breiten Bereiches, der beispielsweise von 10 bis 90% geht, gemessen unter Anwenduns eines spezifischen Gravitationsverfahrens.
Im allgemeinen erhält man eine Isolierung aus einem geschäumten Kunststoff durch Extrusion unter Verwendung eines Schneckenextruders. In der Regel wird ein chemisches Treibmittel, wie z.B. Azodicarbonamid und 4.4'-Oxybis-(benzolsulfonylhydrazid), oder ein inertes Gas. wie Stickstoff. Argon und Kohlendioxidgas, oder b1; ein gasförmiger oder flüssiger Kohlenwasserstoff aus der Gruppe Methan, Propan, Butan. Pcntan und Hexan oder ein gasförmiger oder verflüssigter Fluorkohlenwasserstoff, wie z.B. Trichlormonofluormethan. Dichloridfluormethan. Trichlortrifluoräthan und Dichlortetrafluoräthan, verwendet. Bei dem Kunststoff handelt es sich im allgemeinen um ein Polyolefin wie z.B. um Polyäthylen niedriger Dichte, Polyäthylen mittlerer Dichte, Polyäthylen hoher Dichte, Polypropylen und einen Butylkautschuk oder um eine Mischung aus mindestens zwei dieser Materialien. Als Kunststoffmaterialien werden am häufigsten Polyäthylen und Polypropylen verwendet.
Ein Isolator aus einem geschäumten Kunststoff mit einer Änderung der Dichte beim Schäumen von 20 bis 30% kann leicht hergestellt werden durch Verwendung von chemischen Treibmitteln oder eines inerten Gases und «ines der oben genannten Kunststoffmaterialien. Neuerdings benötigt man jedoch zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften und zur Verringerung des Durchmessers des Kabels Isolatoren aus einem geschäumten Kunststoff mit einer hohen Änderung der Dichte beim Schäumen von beispielsweise 50% oder mehr. Diesbezüglich durchgeführte umfangreiche Versuche haben gezeigt, daß die Elastizität der Kunststoffe der wichtigste Faktor bei der Erzielung einer hohen Änderung der Dichte beim Schäumen ist. Daher ist das Schwellungsverhältnis, bei dem es sich um den Index für die Elastizität des Kunststoffes handel'. wie gefunden wurde der bestimmende Faktor bei der Erzielung einer hohen Änderung der Dichte beim Schäumen des Isolators.
Um den obigen Anforderungen zu genügen, wurde bereits in der nicht vorveröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 140755/76 ein Verfahren zur Herstellung einer Isolierung aus einem geschäumten Kunststoff mit einer Änderung der Dichte beim Schäumen von 67 % oder mehr vorgeschlagen, bei dem ein Kohlenwasserstoff oder Fluorkohlenwasserstoff als Treibmittel und Kunststoffmaterialien mit einem Schwellungsverhältnis innerhalb des Bereiches von 40 bis 75% verwendet werden. Aus der DE-OS 15 15808 ist ein mit einem geschäumten Kunststoff isolierter Draht der eingangs genannten Gattung bekannt. Jedoch sind die Bindungen der bekannten Isolierungen an den Leiter sowie ihr Aussehen unbefriedigend.
Aus der DE-OS 23 04653 ist ein Verfahren zum Extrudieren von Polyolefin bekannt, bei dem das Polyolefin innerhalb des Extruders mittels eirses Lösungsmittels aufgequollen wird. Die DE-OS 23 59876 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung einer Polyolefin-Isolierung mit hohem Schäumgrad, bei dem das Polyolefin ein Kernbildungsmittel und eine flüchtige Flüssigkeit enthält. Bei diesen bekannten Verfahren wird eine zusätzliche Ausrüstung benötigt, um das Imprägnieren oder Quellen des Polyolefins mit einem organischen Lösungsmittel oder einer flüchtigen Flüssigkeit durchzuführen. Im Falle des direkten Einspritzens einer organischen oder flüchtigen Flüssigkeit in den Extruder wird am Extruder eine spezielle Vorrichtung benötigt. Ferner ist es schwierig, genau eine vorbestimmte Menge dieser Flüssigkeit in den Extruder zu geben. Schließlich ist eine organische Flüssigkeit bzw. eine flüchtige Flüssigkeit für Menschen schädlich, sie kann feuergefährlich und explosionsgefährlich sein.
Andere Arten einer stark geschäumten Kunststorfisolierung, die auf einen Leiter aufgebracht sind, und Verfahren zur Herstellung einer solchen Isolierung müssen jedoch auch andere weitreichende Forderungen erfüllen. Bei vielen Anwendungszwecken ist auch die Verwendung eines Kohlenwasserstoffs oder eines Fluor-
kohlenwasserstoffe als Treibmittel nicht akzeptabel. Außerdem müssen bei den bekannten Verfahren Keimbndner verwendet werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten, mit einem geschäumten- Kunststoff isolierten Draht zur Verfugung zu steüen. der ausgezeichnete Eigenschaften bei einer hohen Änderung der Dichte beim Schäumen aufweist und ohne Verwendung eines Kohlenwasserstoffs oder eines Fluorkohlenwasserstoffs oder eines Keimbildners hergestellt werden kann. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Drahtes anzugeben.
Diese Aufgabe wird bei einem Draht der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, daß die Isolierschicht zu mindestens 20 Gewichtsprozent aus einem geschäumten Kunststoff besteht, der im unpolymerisierten Zustand ein Schwellungsverhältnis von mehr als 55 % besitzt und erhalten worden ist durch Vernetzen des unpolymerisierten Kunststoffes mit einem chemischen und/oder Inertgas-Treibmittel, Extrudieren des Gemisches aus dem Kunststoff und dem Treibmittel auf einem Leiter und Verschäumen des Gemisches.
Die Aufgabe wird ferner bei einem Verfahren der genannten Gattung dadurch gelöst, daß man einen Kunststoff mit einem Schwellungsverhältnis von mindestens 55% herstellt, dem Kunststoff ein Treibmittel zusetzt, ein Gemisch aus dem Kunststoff und dem Treibmittel auf einen Leiter extrudierl und das Gemisch verschäumt.
Als Kunststoffmaterialien erfindungsgemäß verwendbar sind beispielsweise Polyäthylen niedriger Dichte, Polyäthylen mittlerer Dichte, Polyäthylen hoher Dichte und Polypropylen sowie Butylkautschuk oder eine Mischung aus mindestens zwei Materialien der vorgenannten Gruppe. Die Mischung sollte 20 Gew.-% oder mehr Kunststoff enthalten, dessen Schwellungsverhältnis 55% oder mehr beträgt. Außerdem wird erfindungsgemäß zur Verbesserung der Dimensionsbeständigkeit und der mechanischen Festigkeit des Kabels sowie zur Verbesserung der Änderung der Dichte beim Schäumen des geschäumten Kunststoffisolators gleichzeitig durch Extrusion eine massive Schicht auf die äußere Umfangsoberfiäche der auf dem Leiter befindlichen geschäumten Kunststoffisolierschicht aufgebracht. Da die massive Schicht eine höhere mechanische Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit als die geschäumte Kunststoffschicht besitzt, wird die massive Schicht sofort abgekühlt, um die Oberfläche zu härten. Dadurch wird die mechanische Festigkeit verbessert und die Dimensionsbeständigkeit wird sichergestellt. Da das Gas oder die Blasen in der geschäumten Schicht durch die massive Schicht begrenzt werden, wird die Änderung der Dichte beim Schäumen dadurch noch weiter erhöht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kabels im Querschnitt; und
Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines Beispiels eines erfindungsgemüßen Kübels.
Das oben genannte Schwellungsverhältnis wird nach der folgenden Gleichung errechnet:
SRC/o)= ''7'0X 10°
worin ds den Außendurchmesser des extrudierten Materials und d0 den Innendurchmesser einer in einem Extrusionsplastometer vorgesehenen Öffnung, definiert gemäß JIS K 6760 oder ASTM D 1238-70, bedeuten.
ds und d0 werden erhalten, wenn man den Schmelzindex MI unter Verwendung des Extrusionsplastometers bestimmt. Sowohl cls als auch i/0 werden bei Raumtemperatur gemessen. Die Bedingungen für die Messung des Schmelzindex sind in der folgenden Tabelle I angegeben.
Tabelle I
Harz Tempe Belastung
ratur (Gramm)
CC)
Polyäthylen niedriger
Dichte (LDPE) 190 2160
Polyäthylen hoher
Dichte (HDPE) 190 2160
Polypropylen (PPr) 230 2160
Außerdem wird die oben angegebene Änderung der Dichte beim Schäumen nach der folgenden Gleichung errechnet:
Änderung der Dichte beim Schäumen
worin φ0 die Dichte des Harzes vor dem Schäumen und φ die Dichte des Harzes nach dem Schäumen bedeuten.
Als Kunststoff können Polyäthylen hoher Dichte, Polyäthylen mittlerer Dichte, Polyäthylen niedriger Dichte, Polypropylen und Butylkautschuk oder eine Mischung aus mindestens zwei dieser Materialien verwendet werden.
Wie in der Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung dargestellt, wird ein Leiter 1, der einen Nippel 2 passiert, mit einem geschäumten Kunststoff 3, beispielsweise Polyäthylen, durch Extrusionsbeschichtung unter Verwendung einer ersten Spritzform 5 beschichtet. Auf den geschäumten Kunststoff 3 wird unter Verwendung einet zweiten Spritzform 7 ein nicht-geschäumtes Material 4 durch Extrusion aufgebracht. Die Spritzformen 5 und 7 werden koaxial zueinander von einem Spritzformhaltcr 6 gehalten, so daß man ein Kabel erhält, das besteht aus einem Leiter 10, einer geschäumten Isolierschicht 20 und einer massiven Schicht 30. Dies ist in der Endschnittansicht gemäß Fig. 2 dargestellt.
Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die geschäumten und nicht-geschäumten Materialien in einem geschmolzenen Zustand vorliegen, werden diese beiden Materialien vollständig aneinander fixiert, wodurch die mechanische Festigkeit verbessert wird. Bei dem Material, das für die Herstellung der massiven Schicht verwendet wird, handelt es sich um ein Polyolefin, wie Polyäthylen und Polypropylen, wodurch eine thermische Bindung an das darunter liegende innere geschäumte Polyolefin erzielt wird. Durch das Aufbringen einer solchen massiven Schicht werden die mechanische Festigkeit und die Dimensionsbeständigkeit des Kabels
b5 verbessert. D.h., da die feste Schicht eine höhere mechanische und Wärmeleitfähigkeit besitzt als die geschäumte Kunststoffschicht, wird die massive Schicht sofort abgekühlt unter Hürtune derselben, wodurch die mecha-
nische Festigkeit erhöht und die Dimensionsbeständigkeit sichergestellt wird. Da Gas oder Blasen in der geschäumten Schicht von der massiven Schicht eingeschlossen werden, wird die Änderung der Dichte beim Schäumen der geschäumten Schicht dadurch weiter verbessert. Wenn auf der verschäumbaren Schicht keine massive Schicht vorgesehen ist. kann die geschäumte Isolierung durch Entweichen des Gases daraus dünner werden oder sie kann während der Abkühlung verformt weiden oder sie kann durch die Walzen während ihrer Wanderung zu einer Aufnahmevorrichtung so verformt werden, daß ihr Querschnitt elliptisch ist.
10
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Beispiel I
1.5 Gew.-% Azodicarbonaniid wurden als Treibmittel zu dem in der folgenden Tabelle Il angegebenen Harz zugegeben zur Herstellung eines Kabels mit einem Leiterdurchmesser von 0.65 mm und einem Isolationsdurchmesser von 1.8 mm. und die Änderung der Dichte beim Schäumen und die Eigenschaften jedes Kabels wurden getestet.
Tabelle 11 Harz SR(%) Änderung der Zellengröße Bindung der Aussehen 1 gut
Kabel-Nr. Dichte beim (μηι) Isolation an schlecht
Schäumen (%) den Leiter schlecht
LDPE 24.3 48.0 100-200 gut schlecht
1. LDPE 29.3 59.7 200 oder mehr schlecht gut
2 LDPE 42.4 52.0 100-200 schlecht gut
3. LDPE 52,8 54.0 200 oder mehr schlecht gut
4. LDPE 56.0 60.8 50 oder weniger gut
5. LDPE 67.2 65.4 50 oder weniger gut
6. LDPE 72.6 69.7 50 oder weniger gut
7.
Beispiel 2
0.5 Gew.-% Azodicarbonamid wurden als Treibmittel zu den in der folgenden Tabelle III angegebenen Harzmaterialien zugegeben. Außerdem wurde Stickstoffgas mit einer Geschwindigkeit von 350cm3/min in den Extruder eingeleitet zur Herstellung eines mit einem geschäumten Kunststoff isolierten Drahtes mit einem Leiterdurchmesser von 0.4 mm und einem Isolationsdurchmesser von 1.5 mm. Die Änderung der Dichte beim Schäumen und die Eigenschaften jedes Kabels sind in der folgenden Tabelle III angegeben.
Der SR-Wert für das verwendete Harz war folgender: LDPE (Polyäthylen mit niedriger Dichte) 67.2% HDPE (Polyäthylen mit hoher Dichte) 45.0 % PPr (Polypropylen) 21.2%
Tabelle III
Kabel-Nr.
Harzmischun«
Änderung der Zellendurchmesser Bindung der
Dichte beim (μηι) Isolation an
Schäumen (%) den Leiter
Aussehen
3.
4.
5.
6.
LDPE
PPr
LDPE
PPr
LDPE
PPr
LDPE
PPr
LDPE
HDPE
PPr
LDPE
HDPE
PPr
(15%)
(85%)
(20%)
(80%)
(40%)
(iJW /O)
(80%)
(20%)
(15%)
(40%)
(45%)
(20%)
(40 %)
(40%)
51.0 60.0 64.8 66.2
49.8 63.3
100-200
oder weniger
oder weniger
oder weniger
oder mehr
oder weniser
schlecht
gut
gut
gut
schlecht
gut
schlecht
gut
gut
gut
schlecht
gut
Beispiel 3
2 Gew.-% Siliciumdioxid wurden als Treibmittet zu einem Harz oder einer Harzmischung, wie sie in der folgenden Tabelle IV angegeben ist. zugegeben und außerdem wurden pro Minute 500 cm3 Stickstoffgas in den Extruder eingeleitet zur Herstellung eines mit einem geschäumten Kunststoff isolierten Drahtes mit einem Leiterdurchmesser von 0.65 mm und einem Isolationsdurchmesser von 1,60 mm. Die Änderung der Dichte beim Schäumen und die Eigenschaften jedes Kabels sind in der folgenden Tabelle IV angegeben.
Tabelle IV
Kabcl-
Harz oder
Harzmischung
Änderung Zellengrölie Bindung Aussehen
der Dichte (um) der Isolation
beim an den
Schäumen Leiter -
62,2 200 oder mehr schlecht schlecht
44,0 100-200 schlecht schlecht
61,5 50 oder weniger gut gut
67,0 50 oder weniger gut •gut
56,0 100-200 schlecht schlecht
66,0 50 oder weniger gut gut
LDPt
LDPE
LDPE
LDPE
LDPE (10%)
PPr (90%)
LDPE (20%)
PPr (80%)
24,3
42,4
56,0
67,2
67,2
28.0
67,2
28,0
Wie aus diesen Beispielen hervorgeht, erhält man bei Verwendung eines chemischen Treibmittels und/oder eines Inertgas-Treibmittels einen mit einer hoch verschäumten Kunststoffisolierung versehenen Leiter mit ausgezeichneten Eigenschaften mit einer Änderung der Dichte beim Schäumen von 55% oder mehr bei Verwendung eines Kunststoffmaterials mit einem Schwellungsverhältnis von 55 % oder mehr. Bei Verwendung einer Harzmischung weist eine Mischung ausgezeichnete Eigenschaften auf. die 20 Gew.-% oder mehr eines Harzes enthält, dessen Schwellungsverhältnis 55 % oder mehr beträgt.
Beispiel 4
Es wurde ein Extruder hergestellt, bei dem der Innendurchmesser der Zylinder 65 mm und 32 mm betrug. zur Herstellung einer stark verschäumbaren Schicht bzw. einer massiven Schicht unter Verwendung eines Kreuzkopfes, wie in Fig. 1 dargestellt. Der Durchmesser des Leiters betrug 0,7 mm, und die erhaltene Dicke der stark verschäumbaren Isolationsschicht betrug 1,10mm, und die erhaltene Dicke der auf die geschäumte Schicht aufgebrachten massiven Schicht betrug 0,1 mm. Im Falle der in Tabelle V angegebenen Vergleichsbeispiele betrug die Dicke der stark verschäumbaren Schicht 1,20 mm. Als Treibmittel wurde Azodicarbonamid verwendet. Als Harz wurde eine Mischung aus 80 Gew.-% Polyäthylen mit niedriger Dichte mit einem Schwellungsverhältnis von 67% und 20 Gew.-% Polypropylen mit einem Schwellungsverhältnis von 21 % verwendet, und es wurde die in der Tabelle V angegebene massive Schicht verwendet.
Tabelle V Probe 1 Probe2 Probe 3 Vcrglcichs-
probe 1		 Vergleichs
probe 2
Polyäthylen
Polypropylen niedriger Dichte hoher Dichte — Plastifiziertes PVC
Massive Schicht
Dielektrizitätskonstante 1.40
Ellipsen-Grad
(mm)*
1.40 1.40
0.05 0.10 0,05
* Ellipsen-Grad = größerer Durchmesser — kleinerer Durchmesser 1.40
0,30
1,60 0,30
Diese Bcisniele zei°cn, daß mit einem stark verschäumbaren Kunststoff isolierte Drähte, die einen Überzug aus einer massiven Schicht aufweisen, bessere Ergebnisse liefern als diejenigen, die nicht mit einer massiven Schicht überzogen sind, bezüglich der Dielektrizitätskonstanten und des Ellipsengrades.
Beispiel 5
Es wurde ein mit stark verschäumbarem Polyäthylen isolierter Draht, wie er in Beispiel 3 verwendet worden war. hergestellt mit umwickelten Kupferdrähten als äußerem Leiter, und auf den äußeren Leiter wurde eine PVC-Hülle aufgebracht zur Herstellung eines koaxialen Kabels mit einer geschäumten Isolierung, deren Außendurchmesser etwa 3 mm betrug. In Tabelle Vl sind die Standardwerte für ein gewöhnliches handelsübliches Koaxialkabel mit einem Isolierungsdurchmesser von etwa 3 mm im Vergleich zu den Eigenschaften des erfindungsgemäß hergestellten Koaxialkabels angegeben.
Tabelle VI
Kapazität C (pF/m)
Charakteristische Impedanz Z0[Q)
Erfindungsgemäße
Eigenschaften 54,0 74.8
Standardisierte
Eigenschaften 54,0 ±2 75,0 + 3
Diese Werte wurden bei einer Frequenz von 10 MHz bestimmt.
Gemäß Tabelle VI wurde gefunden, daß die erfindungsgemäß erzielten Eigenschaften innerhalb der standardisierten Eigenschaften lagen und daß deshalb das erfindungsgemäße Koaxialkabel kommerziell akzeptabel war.
ίο
Beispiel 6
Zu dem Harz oder der Harzmischung, das (die) in der folgenden Tabelle VII angegeben ist, wurde Dichlortetrafluoräthan als Treibmittel zugegeben. Es wurden der gleiche Extruder und der gleiche Kreuzkopf wie in Beispiel 5 verwendet zur Herstellung von Kabeln mit einem Leiterdurchmesser von 1.20 mm. mit einer stark verschäumbaren Schicht einer Dicke von 1,70 mm und einer massiven Schicht aus Polyolefin mil einer Dicke von 0.20 mm. In den Vergleichsprobcn 1 und 2 betrug die Dicke der stark verschäumbaren Schicht 1.90 mm. da keine massive Schicht vorgesehen war.
Tabelle VII Massive
Schicht		 Geschäumte
Schicht		 Dielcktrizitäts-
Konstante
der Isolierschicht		 Ellipsengrad
Probe
Nr.		 LDPE (SR = 67%) 1,30 0.70
Vergleichsprobe 1 HDPE LDPE (SR = 67%) 1,30 0.10
1. — 40 Gew.-% LDPE
(SR = 67%)		 1.32 0,50
Vergleichsprobe 2 LDPE 60Gew.-%HDPE
(SP= 15%)		 1,32 0.08
2. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Mit einem geschäumten Kunststoff isolierter Draht aus einem elektrischen Leiter, der von einer Isolierschicht aus einem geschäumten Kunststoff umgeben ist, auf die eine massive Schicht aus einem Polyolefin aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht zu mindestens 20 Gewichtsprozent aus einem geschäumten Kunststoff besteht, der ein Schwellungsverhältr.is von mehr als 55% besitzt und erhalten worden ist durch Versetzen des Kunststoffes mit einem chemischen und/ oder Inertgas-Treibmittel, Extrudieren des Gemisches aus dem Kunststoff und dem Treibmittel auf einem Leiter und Verschäumen des Gemisches.
2. Verfahren zur Herstellung des mit einem geschäumten Kunststoff isolierten Drahtes nach Anspruch 1, wobei man einen Kunststoff mit einem Schwellungsverhältnis von mindestens 55% herstellt, dem Kunststoff ein Treibmittel zusetzt, ein Gemisch aus dem Kunststoff und dem Treibmittel auf einen Leiter extrudiert und das Gemisch verschäumt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als chemisches Treibmittel Azodicarbonamid und/oder 4,4'-Oxybis-(benzolsulfonylhydrazid) verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Inertgas-Treibmittel Stickstoff, Argon und/oder Kohlendioxidgas verwendet.
DE2853626A 1977-12-16 1978-12-12 Mit einem geschäumten Kunststoff isolierter Draht und Verfahren zu seiner Herstellung Expired DE2853626C2 (de)

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