DE1640289A1

DE1640289A1 - Kunststoffbeschichtung als Schutz fuer metallische Bestandteile in elektrischen Kabeln

Info

Publication number: DE1640289A1
Application number: DE19681640289
Authority: DE
Inventors: Masterson Joseph B; Garner Oscar George; Ludwik Jachimowicz
Original assignee: General Cable Corp
Current assignee: General Cable Corp
Priority date: 1967-03-30
Filing date: 1968-03-08
Publication date: 1969-12-04
Also published as: ES352002A1; GB1218809A; CH466394A; FR1556132A; SE372993B

Description

Kunetetoffbetchlohtung üls achuts für metallleohe Bestandteile In elektriechen Kabeln

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Kabel* beistehend aus elnea Kern un3 einem usi diesen horuingelegten metallischen Bestandteil mit- einer schützenden KunststoffbesGhichtung.

Die DSA Patentschriften 3»206,5^1 und 3.233.036 beschreiben Alualniumbander als Schutzhülle in elektrischen Kabeln mit pQXyolefinbesohlchtungeii suic Schute des Metalls. Die Haftfestigkeit muß genügend groß sein, um das Abblättern der Polyolofinbeschichtung vom Metall heim Eindringen von Feuchtigkeit oder Wasser, in dem Alkalien, Salze oder säuren, Kie εie im Grundwasser vorkommen, enthalten sind, su verhindern»

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In den Kabeln nach den üben angeführten Patentschriften ist die Poly«olefinschiöhfc zum Sshutz des Metalls ein Copoiymeres mit Carboxylgruppen,, die «ine permanente chemische Verbindung mit dem Metall, besonders mit Aluminium, herstellen. Diese Art von Verbindung hat sich anderen Systemen hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit; gegenüber dem Abblättern und dem Eindringen von Feuchtigkeit zwischen die Oberflächen der Polyolefinschicht und des Aluminiumbandes an der von dem Band und der Poiyoiefinschicht gebildeten Schichtungskante überlegen gezeigt. Jedoch macht die Anwesenheit von reaktiven Gruppen in dem Polyoiafin die Kunststoffschicht weniger widerstandsfShIg, was Abnutzung und Altern anbetrifft. Daher geht die vorliegende Erfindung von der Aufgabe auu, ein elektrisches Kabel von der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei dem die Kunststoffschicht fest mit dem Metall verhaftet, Jedoch der Abnutzung und dem Altern gegenüber äußerst widerstandsfähig ist.

Erfindurivgegerafiß wird diese Aufgabe durch ein elektrisches

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Kabel der eingangs geschilderten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet 1st, daß die Kunststoffbeschichtung eine Polyoleflnschicht mit einer inneren an dem Metall anliegenden Schicht, die ein Copolymeres mit reaktiven Gruppen darstellt, durch das sieh die innere Schicht chemisch mit dem metallischen Bestandteil verbindet, sowie mit einer Süßeren Schicht aus einem Material, das sich mit dem metallischen Element ni.oht so fest wie die innere Schicht verbindet, wobei die äußere und die innere Schicht an ihren aneinander angrenzenden Flächen lnelnandeinbergehen, aufweist.

Anstatt eines Copolymeren mit den nötigen Hafteigenschaften wird bei der vorliegenden Erfindung ein Homopolymeres mit reaktiven copolysieren Gruppen verwendet, die sich nur auf dor dem Metall zugewandten Seite der Kunstharsbeschlchtung befindan. Auf diese Wcdse werden gute Alterungsbeständigkeit , RiÄfeutlßkeit unter äußeren mechanischen Spannungsbelastungen und andere Eigenschaften, die für eine Metallkunstharzbeashichtung in slnem elektrischen Kabel wünschenswert Bind, erslelt, und dies bo.i niedrigen Kosten und ohne Verlust der Abblättarfeetigkeiu, die jr.ua Schute des Metallbandes nötig let.

Daß Verhindern ä?t Abbläiierne und dea Zutritts von Feuch-

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tigkeit in die Schichtungskante ist von äußerster Wichtigkeit, de, wenn aich die Polyoleflnschicht auch nur leicht von der Bandkante wegheben kann, ein Teil der angrenzenden Metalloberfläche korrodierenden UagebungB-bedingungen ausgesetzt wird und die Korrosion inner weiter fortschreitet, bis nach geraumer Zeit das Stadium des Abblättern« erreicht ist. Sobald das Abblättern einsetzt, kann die Schutsschicht das Metall nicht mehr vor den korrodierenden Umgebungsbedingungen schützen, und die Korrosion nimmt auf der ihr ausgesetzten Met all fläche ihren Fortgang, als wäre niemals eine Schutzschicht vorhanden gewesen«

Die Erfindung stützt sich auf die Entdeckung, daß die Schutzschicht mit unterschiedlicher Anhäufung der reaktiven Gruppen in der den Ketallstreifen, -blatt oder -band gegen Korrosion schützenden Kunststoffschicht hergestellt werden kiJin. (Die Ausdrücke "Streifen", "Blatt" und "Band" sind hierbei als synonym zu betrachten) Die Anwesen-heit von reaktive Gruppen enthaltendem* Copolymerem in der dem Metall nächstliegenden Schicht der Schutzbeschichtung ist wünschenswert. Es ist nicht notwendig, daß das reaktive Copolymere gleichmäßig über den ganzen Schutzfilm verteilt ist. Im Gegenteil, mit zunehmender Entfernung von der Metallfläche iet reaktives Copolymeres

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nicht mehr nötig. Dae Copolymere kann durch weniger kostspieligere geradkettige Homopolymere von Xthylen eraetat «erden, dia dieselbe gute Alterungsbeständigkeit und Riftfestigkelt unter äußeren mechanischen Sp&nnungsbelastungen wie hochmolekulares Polyäthylen aufweisen, &?findungsgemäß ist in der Schutsschicht die höchste Konsentration von Copolymere^ in der Seite, die an das Metall angeschmolzen ist. Von der Metalloberfläche weg, weist die Kunststoffschicht weniger Gehalt an Copolymere:» auf, oder noch besser, enthält überhaupt keine Versohmelxungsgruppe, sondern besteht aus reinem Polyäthylen.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele an Hand der belllegenden Zeichnungen hervor.

Fig. 1 1st eine Teilansicht eines elektrischen Kabels

mit weggebrochenen Teilen, um den Aufbau des inneren Kabelteils au zeigen,

?.lg. 2 ist eine Ansicht ähnlich der Fig« 1, selgt Jedoch eine abgewandelte Ausführung des Kabel»,

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P.lg. 3 iofe sin stark vergrößerbar Teilschritt nach der Linie 3-3 dar Pig. I,

Fig. 4 ist «In sfcark vergrößerte* TaI JLsöhn life nach tier ft-ή Jeff·'Pig, 2 iin-i

-) 5 und 6 slnrt ochematlsshe Ansichtan, die den Aufbau der jswailig&n Beschichtung dor boLdan Kabal In den asidtsren PigiuMn <lÄ?ste'lL3ii, «obei det· Auf bau nach Fig» 3 ölne .ibyanrllung des in Flg. 5 ge zeigten äst.

Die Erfindung wird auf Kabsl mit einer Suhufcsachicht aus Aluminium angsw/mdt ossiihciebea; es ist jedoch selbstver ständlich, daß Anderes Ko^aLX, wie z.B. X'ipför oder .Stahl als Schutzhülle veanfendefe werden kann.

Tn den Äusf'lhruiigäb'äispieien lafe Polyl^hylsn als Polyole fin ro*'*end at, jaäooh könnün aush 4ϊΐ.·1ΐ>ι?δ

EigenBch&Atsn

PIg. 1 lESlgb sin Telefonkabal 3 mit eine? Ans&bl von einzeln isoliert an Leitern 10, dia in einem Kabelkern Hegen, υα den @in Band 12 des übllshan Anfbi.ua₅ wie e.B. ein

?onO,^fll sub Dicke, In Lfinga^lchfcung ge

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wickelt 1st. Auf dem Band let ei^e Schut!beschichtung 14 aufgebracht. Im vorliegenden Fall gelten der Leiter IO und das Kernband 12 alo Kern des Kabels, der in Fig. 1 das Bezugs«eichen 15 trägt.

Die Schutshülle besteht aus einen Metallstreifen mit einer Beschichtung auf seiner Innen- und Außenseite, wie in Verbindung mit Flg. 3 näher erläutert wird. Ein äußerer, vorzugsweise aus Polyäthylen bestehender atranggepreftter Mantel 18 umgibt die Schutsschicht und stellt die äußere Schicht des Kabels dar.

Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungaform dee Kabels, bei d$r einzeln Isolierte Leiter 10· von einer Schutehülle 20 umgeben sind, deren Aufbau ausführlicher iin Zusammenhang mit Flg. 1 beschrieben'wird. Dieses in Fig. gezeigte Kabel kann ebenfalls, wenn gewünscht, einsn äußeren Ma/itel haben.

Figo 3 und 5 zeigen die Schutzhülle, die aus einem Aluainlumstreifen 2A* mit größerer Breite als der {Anfang des Kerns S5 besteht, so daß der sich in Längsrichtung des Kabels erstreckende Streifen eine Naht 26 bildende EndabßchniVte hat.

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Entlang dieser Habt 26 überlappen sich die Endabechnitte des Bandes, so dafi die Schutzschicht an der Naht 26 von doppelter Dicke 1st· An der Innenseite des Aluainiimbandes 24 liegt eine Kunststoffbesehichtting 32, und an seiner fiufieren Seite eine Kunststof !beschichtung 3*. Die innere Beschichtung 32 setst sich aus einer inneren Schicht 36 und einer äußeren Schloht 38 sus«amen. Die innere Schicht 36 1st das Copolymere alt reaktiven Gruppen, durch die das Copolymere chemiech an die Oberfläche des Aluminiumbandes 24 gebunden wird. Diese Innere Schicht 36 ist vorzugsweise ein Copolymer aus Polyäthylen alt reaktiven Carboxylgruppen zur Erzielung der chemischen Bindung c Die äußere Schicht kann reines Polyäthylen sein, vorzugsweise ein hochmolekulares Polyäthylen und geht, vorzugsweise durch Verschmelzung an ihren einander gegenüberliegenden Flächen in die innere Schicht 36 fiber. Die äußere Beschichtung 3* ist möglichst in derselben ) Weise wie die Innere Beschichtung 32 aufgebaut.

Ein praktisches technisches Verfahren zur Erzielung der

gewünschten Besehlohtungen auf dem Band 24 1st, die copolymere Schicht 36 und die homopolymere Schicht 38 in zwei Verfahrensschritten aufzubringen. Bein ersten Schritt wird eine dünne Schicht Copolymeres mit reaktiven Gruppen

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auf das Metallband ?A aufgelegt. Dieses Aufbringen kann mit einem der bekannten Verfahren geschehen, beispielsweise durch Heißextrudieren, wobei die Dicke der Schicht größer ausfällt als bei anderen Verfahren« Die Dicke kann bein Hel&extrudleren QO38 mm bis 0,051 na sein. Die copolymere Schicht kann auch durch eine Wärmebehandlung auf das Metall aufgebracht werden, wobei die Dicke sines dünnen eopolyseren Filmes zwischen 0,020 - 0,051 liegt. Andererseits kann eine noch viel dünnere Schicht , von 0,0025 am erhalten werden, wenn das Copolymere ■ durch Elektrophorese aufgebracht wird, bei der Teilchen ^on in Strömungsmittel suspendiertem Ccpolymerem durch . Anwendung eines elektrischen Feldes gegen"'das Metall ge^"*" triebest werden. ··..■■

Das Verfahren, mittels de« dl« BescMcntung auf das Metallband 24 aufgebracht wird, ist nicht «in Merkmal dieser Erfindung. Bi genügt, dafi die innere Scfeieat 36 auf irgendeine bekannte Art und Welse aufgebracht und die

gewünschte Dicke erhalten wird und daft die ftuftere Sohicht 38 ao über die innere Schicht gelegt .wird» daß eine 9er« bindung, vorzugsweise durch Versohmelsung der Schicüten erzielt wird. So kann die äu&ere Schicht 38 entweder durch Heiße^trudleren oder durch die Verachmeleung einer Schicht aus Polyäthylen-HoBjöpolymerem mit der darunter liegenden

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Inneren Schicht 56 unter der nötigen Hitze und Druck aufgebracht werden.

Ee versteht sieh von selbst, daß es andere Mittel und Wege gibt, uns die gewünschte unterschiedliche Verteilung des Copolyaeren in der schützenden Polyolefinechicht zu erhalten» Z.B. kann ein Polyäthylen?!Io auf einer seiner Oberflächen <sheaaisoh so behandelt werden, da£ diese Ober- w fläche in Copolyaeres alt reaktiven Gruppen umgewandelt wird. Nach dieser Behandlung kann der Filxt heiß mit der dem Metall zugekehrtei: copolysserieierten Seite auf das Netallband 24 aufgeschnallten werden.

Die oben ge&achtsn Angaben über die Dicke der Schichten sind nur zur· Veranschaulichung angegeben. Einige anders Ausführungsbeispiele schließen die Aufbringung der verschiedenen erfindungsgemäSen Beschichtungen auf ein Schute·» band wie in der oben angeführten USA Patentschrift 3.233.03© ein* Bei einem Sohutsband von einer Dicke von 0,20 ram kann das Copolymere duroh Elektrophorese auf beiden SeiSesi des Streifens bis su einer Dicke von 0,0025 mn aufgebracht werden. Daraufhin kann eine Schicht hochmolekulare; Polyäthylens mit einer Dicke von 0,050 mm heiß au# die durch Elektrophorese abgeschiedene copolymere Schicht assf

lieh das Metall aufgeschmolzen werden * Hinsicht/ der Kosten ist

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es τοπ Vorteil, die innere Schicht 36 so dOnn wie möglich su stachen und Polyäfchylen-Hoeopolyeeree in der restlichen erforderlichen Schicht su verwenden.

In anderer Ausfünrungsform, vie in der USA Fw ntsohrlft 3«206.541 beschrieben, kann die ASchutzschicht aus einen Alumlnlumband von 0,018 ob alt einer copolymeren Beschichtung, die durch Heifiextrudieren auf beiden Selten des Bande» aufgebracht ist, bestehen. Die Dicke dieser Beschichtung kann auf der einen Seite 0,127 on sein, und 0,05 mm - auf der anderen Seite; auf die

Seite, die alt 0,05a« Copoljrmeren beschichtet ist, kann

starke

dann noch eine 0,13 mm / Schicht τοη sehr dichte« Polyäthylen durch Strangpressen aufgebracht werden.

Is können Aluminiumbinder von nur 0,076 bsi * 0,025 ns verwendet und dur*h die erfladrogigemlfte Beschichtung wirksam geschfltst wep»upd für dl· Beachlehtung kennen Poljtthylenechichten τοη 0,12 bis p,25 ma als Schute Terwendet werden.-

Vig· *i sel«t einen abgewandelten Aufbau, bei dam dl· sich gegenüberliegenden Endabsohnltte der Schutzhülle parallel xuelnandcF liegen und In im wesentlichenradialer Sichtung gegenelnanderetehen, wenn sie susanten Ter··

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schmolzen werden. Dies let ein herkömmliche!- Aufbau, wie er In der vorgenannten Patentschrift 3.206,5^1 veranschaulicht ist. Nach der Verschmelzung der beiden gegeneinanderstehenden Endabachnitte wurden sie su der in PIg. 4 gezeigten Naht ¹16 umgebogen* Das für diese Aus führungshorn verwendete Band ist dasselbe wie daß der Fig. 3 und 5.

Flg. 6 aeigt; einen Aufbau, bei dem das Aluminlutnband, mit dem Bezugsaeicihen ?A^X versehen, miA einer inneren Schicht 32* und einer äußeren Schicht 3*1* beschichtet 1st. Der Untsrschied flachen der in Fig. 6 und der in Fig. 5 gezeigten Beschichtung liegt darin, daß die Baschiahtungen nach Pig. 6 mit. alcfc.ivierten !ivappen versehen sind, die in der (fern MetallDcacf 2*T ·-=■»% jhötliegenden Schichtseite angehäuft sind. In der Bsschiulifciing 32 und 3^ nach :?iß. 5 sind die reaktiven Gruppen such In 6.sn am Metallband anliegenden Schichten konzenfcri^rt _s jedoch seigfc eich eine Jähs ilbnabme k von Schicht; 36 su S«hi--:'i" 38 insofern als alle reaktiven

Gruppen nur in der Sefcxjot 36 llfsger.c Γα Fig„ 6 sind in keiner der BöSvhichitmgs 1 32- oder JA* hzl~;?e Arigrens-angen vcfl &3F inneren ζιλϊ? aui^er* Schient. D;_;.^s? Basohi^htungen £?:^d sa angejftgt, dsA ai^ rea-cfci'-re Gruppsii in der dem Me™ iftllband nächetgelegensn Schient salt« ers.-.^s-sn.: ,jedoch während des weiteren Veris'i^s-ns nennen die yoakfclven Gruppen

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allmählich mit fortschreitender Entfernung aus den dem Metallband 24* anliegenden Schichtseiten ab. Der wesentliche Unterschied zwischen den Beschichtungen 32 und 34 der Flg. 5 und den Beschlchtungen 32* und 34* in Fig. 6 beeteht also, abgesehen von dem Herstellungsverfahren, darin, daß in Fig. 5 die reaktiven Gruppen, die sich in der dem Metallband nöjhsfcgelegenen Schichtseite konzen-r trlerenj in dar vom Metallband entgegengesetzten Richtung abrupt abnehmen, wogegen sie In Fig, 5 in den Besehiohtungen allmählich abnehmen. Um dieses allmähliche. Abnehmen der reaktiven Gruppen su veranschaulichen, i»t in Figα 6 die Dichte der reaktiven Gruppen punktiert angegeben; die Punktierung In FIg₀ 5 zeigt die Anhäufung der reaktiven Gruppen in den inneren Schichten der Beschichfeungen 32 und 34,

Ander & Ausfflhrungsbeisplsle dsr Erfindung als eile bevorzugt dargestellten sind möglich, ohne dosti Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims

General Cable Corporation Third Avenue New York, NoY. 10017, USA 27. Februar 1968 (Anwaltsakte M-287) Patentansprüche

1. Elektrisches Kabel, bestehend aus einem Kern und einest um diesen har umgelegten metallischen Bestandteil mit einer schützenden Kunntstoffbeschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffbeschichtung eins Polyolefinschicht (3¹I, 32) mit einer inneren an dem Metall anliegenden Schicht (36), die ein Copolymeres mit reaktiven Gruppen darβ»eilt, durch das sieh die innere Schicht chemisch mit dam metallischen Bestandteil (24)

> verbindet, fltarie eins äußere Schicht (38) aus einem Material, das sich mit dem metallischen Element nicht so gut wie die innere Schicht {3δ) verbindet, wobei die Süßere und'innere Schicht an ihren ansinanier angrenzenden Flächen ineinander übergehen, aufweist.

2= Elektrische« Kabel nach Anspruch 1, dadurch net, daß die Innere Schicht (36) aktivierte

-.. χ „

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gruppen hat, die auf der dem Metall anliesenden Seifte der Beschichtung angehäuft sind.

3· Elektrisches Kabel nach Anspruch 1, dadurch ^«kennzeichnet, da& die Innere (36) und fiuBere Schicht (38) an ihren aneinander angreneenden Fliehen miteinander verschmolzen sind.

4. Elektrisches Kabel nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Süßere Schicht (38) ein Homopolyme- ?e3 elnsa der Kunstharze, die in dem Copolymeren der Inneren Schicht (36) enthalten sind, ist.

!5. Elektrisches Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin so aufgebaut ist, daß es ein aktives Copolymere« In de? am Metall anliegenden Schicht (36) und ein hochmolekulares Polyäthylen-Homopolynieres in der vom Metall entgegengesetzt liegenden Schicht (38) hat.

6. Elektrisches Kabel nach Anspruch 5_S dadurch gekennzeichnet, daß das aktive CcpoXyiteifs sin durch Monomere mit reaktiven Carboxylgruppen verändertes Polyethylen ist.

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7« Elektrisches Kabel nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ähnliche Schutzschichten (34», 32*) auf beiden Seiten des metallischen Bestandteils (24').

8. Elektrisches Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekenn-< zeichnet, daft der metallische Bestandteil (24·) ein Aluminiumband mit ähnlichen Schutzschichten (34 ·, 32') an seinen beiden Seiten ist«

9« Elektrisches Kabel nach Anspruch 8, dadurch gekenn-, zeichnet, daß sich das Band rund um den Kern (15) erstreckt und eine Längsnaht (46) aufweist, an der die beiden Endteile des Bandes aneinander anstehen, wobei die Besohichtungen (34', 32') an diesen beiden Endteilen miteinander verschmolzen sind, um die Naht zu sehließen.

)

10.Elektrisches Kabel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, da& das aktive Copolymere elß durch Monomere mit reaktiven Carboxylgruppen verändertes Polyethylen und die £a£ere Schicht ein hochmolekulares Polyäthylen~HcfBcpolymeres ist» der metallische Bestandteil aus einem sich in L&ngsrichtutig des Kabels um de* Kern herumerstreckenden Alumintunband besteht, wobei Ähnliche Schutzschichten auf beiden Seiten des Bandes liegen

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und die Breite des Bandes größer 1st als der Umfang des Kerns, so daß die Endabschnitte den Bandes aneinanderstoßen und so das Band entlang der Naht doppelte Dicke hat, daß die Beschichtungen auf den aneinander angrenzenden Rndabschnitten des Bandes miteinander durch Verschmelzen des Homopolymeren verbunden sind, und daß ein stranggepreßter Mantel aus Polyäthylen von wesentlich grp* erer radialer Dicke als das beeehlehtet» Altaminlumband dieses umgibt und die Außenseite des Kabels bildet.

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