DE1590802C

DE1590802C - Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten elektrischen Lei

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Publication number: DE1590802C
Authority: DE
Publication date: 1972-12-21

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten elektrischen Leiters mit einem leitenden Kern aus einem Alkalimetall oder einer Legierung aus zwei oder mehreren Alkalimetallen innerhalb einer angrenzenden Schutzhülle aus einem organischen Polymer, bei dem der leitende Kern und die Schutzhülle gleichzeitig durch konzentrische Düsen extrudiert werden, wobei das Alkalimetall oder die Legierung und das als Polymer verwendete Polyolefin in geschmolzenem Zustand extrudiert und miteinander in Berührung gebracht werden, während sich die Berührungsflächen in dem geschmolzenen Zustand befinden und die äußere Oberfläche der Polymerhülle während oder unmittelbar nach dem Extrudieren so gekühlt wird, daß der Teil der Umhüllung, der die geschmolzene innere Grenzfläche umgibt, hinreichend fest wird, um den Kern in seiner konzentrischen Lage zu halten, nach deutsche Auslegeschrift 1 490 837.

In der Hauptanmeldung wird ein Verfahren zur Herstellung von isolierten elektrischen Leitern beschrieben, bei dem ein leitender Kern aus einem Alkalimetall mit einem thermoplastischen Kunststoff isoliert wird, der gegen das Alkalimetall inert ist.

ίο Derartige isolierte Leiter haben verschiedene Vorzüge gegenüber den bekannten isolierten Leitern. Es ist nicht notwendig den Kern zu flechten, ihn abzuschirmen und gegen Mißbrauch zu schützen. Die Leiter nach dem Hauptpatent besitzen manche unerwartete Eigenschaften wie eine hohe Biegsamkeit, eine Dehnbarkeit und die Fähigkeit, Corona-Entladungen zu vermeiden. Die Sicherheit sowohl bei der Herstellung als auch beim Einbau und beim Gebrauch sind überraschend angesichts der Reaktionsfähigkeit des leitenden Kernes aus Alkalimetall.

Da das thermoplastische isolierende Material inert

sein muß gegenüber geschmolzenen Alkalimetallen, können nur bestimmte inerte Polymere verwendet werden. Es gibt Polymere und Polymerzusammen-Setzungen, die mit geschmolzenen Alkalimetallen reagieren und daher nicht für den vorliegenden Zweck verwendet werden können, obwohl sie in anderer Beziehung sehr erwünschte Eigenschaften besitzen. Zu diesen Polymeren und Polymermischungen gehören die Polymere von Fluoräthylen, von Vinylchlorid, von Acrylsäure, natürlicher und synthetischer Kautschuk mit Einschluß von Vulkanisiermitteln, ebenso wie thermoplastische Polymere mit reaktionsfähigen Vernetzungsmitteln. Die Reaktionsfähigkeit dieser Polymere und Gemische läßt ihre Verwendung bei Leitern aus Alkalimetallen nicht zu.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, weitere Isolierstoffe für die Durchführung des eingangs beschriebenen Verfahrens zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Schutzhülle aus einem Polyolefin mit einer Durchlässigkeit für Wasserdampf von weniger als 186 mg in 24 Stunden/cm² der Schicht je Millimeter Schichtdicke gebildet wird und diese durch gleichzeitiges Extrudieren mit einer dickeren, anhaftenden äußeren Hülle versehen wird, die aus einem isolierenden Polymer besteht, welches reaktiv gegenüber dem Alkalimetall ist.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Leiter besitzen dieselben guten Eigenschaften wie die Leiter nach dem Hauptpatent. So sind sie beispielsweise ebenso biegsam wie das Isoliermaterial, sind leicht zu handhaben und einzubauen, und können weitaus billiger hergestellt werden, als die üblichen Leiter unter Verwendung von Kupfer oder Aluminium als Kern. Durch die Möglichkeit, mit Alkalimetallen reagierende thermoplastische Kunststoffe zu verwenden, kann man aber im Gegensatz zu den Leitern nach dem Hauptpatent die Isolation zum größten Teil aus Stoffen bilden, von denen man bisher annahm, daß sie hierfür nicht verwendbar oder brauchbar sind.

Es besteht die innere Umhüllung bei Leitern gemäß

der Erfindung aus einem Polymeren von olefinischen Kohlenwasserstoffen, das inert ist gegen Alkalimetalle und eine Durchlässigkeit für Wasserdampf von weniger als 186 mg, vorzugsweise weniger als 31 mg in 24 Stunden/cm² der Schicht und je Millimeter Schichtdicke hat. Wünschenswert, aber nicht not-

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wendigerweise erforderlich, sind eine Zugfestigkeit von wahrscheinlich die Ursache dafür, daß der Leiter

wenigstens 56 kg/cm², vorzugsweise von wenigstens lunkerfrei ist.

140 kg/cm², und ein Biegsamkeits-Modulus von weni- Aus der Kreuzkopfdüse 22 gelangt der Leiter in den ger als 14 000 kg/cm², vorzugsweise weniger als trockenen Behälter 26, der mit einem inerten Gas wie 3 500 kg/cm². Wenn die Leiter bei hohen Spannungen 5 Stickstoff gefüllt sein kann. Dadurch werden Schwierigverwendet werden sollen, so sollte die Umhüllung keiten durch Bruch der Umhüllung beim Extrudieren eine dielektrische Festigkeit von mehr als 18 000 V/mm vermieden. Die Kammer kann einen durchsichtigen haben. Deckel oder ein Fenster haben, um das Extrudieren

Die für die äußere Umhüllung verwendeten Stoffe beobachten zu können.

sind solche isolierende thermoplastische Polymere, die io Aus der trockenen Kammer 26 gelangt der Leiter mit geschmolzenem Alkalimetall reagieren. Beispiele in ein flüssiges Kühlbad 28, um die Isolierungen 12 solcher Polymere sind Verbindungen mit reaktions- und 14 erstarren zu lassen und um den Natriumkern 10 fähigen Drucken, die mit labilen Halogenatomen, zu verfestigen. Als Kühlflüssigkeit wird vorzugsweise Carboxylgruppen, Hydroxylgruppen u. dgl., zum Bei- ein Öl oder eine andere Flüssigkeit verwendet, die spiel Polyfluoräthylene, Polyacrylsäure, Floride u. dgl. 15 sowohl gegenüber dem Natrium wie gegenüber der Weitere Beispiele solcher Stoffzusammensetzungen Isolierung inert ist. Die Verwendung von Öl als Kühlsind derartige Stoffe, die ursprünglich nur aus nicht mittel dient zur Sicherheit, wenn in den Umhüllungen reaktionsfähigen Polymeren bestehen, aber in welchen 12 und 14 Risse entstanden sind. Die Temperatur des die Reaktionsfähigkeit gegen das Alkalimetall ganz Kühlbades kann so eingestellt werden, daß das oder zum Teil entsteht durch Zusätze, die ihrerseits 20 Kühlen in Übereinstimmung mit der Extrusionsmit Alkalimetall reagieren können. . temperatur, der Länge des Bades, dem Durchmesser

Die reaktionsfähigen Polymere besitzen manche des Leiters, der Abnahmegeschwindigkeit u. dgl.

Eigenschaften, welche die inerten Polymere nicht geschieht. Man kann natürlich auch den Kühlbehälter

aufweisen. Zu diesen Eigenschaften gehören der 28 durch andere Kühlmittel ersetzen, z. B. durch

Widerstand gegen hohe Temperaturen, eine verbesserte 25 gekühlte Luft oder ein Kühlband. Bei Ingangsetzen

Abriebfestigkeit, bessere Biegsamkeit. u. dgl. Diese des in Fig. 2 dargestellten Verfahrens extrudiert

Eigenschaften sind entscheidend für die Auswahl des anfangs lediglich das thermoplastische Material aus

jeweils verwendeten Polymeren. den Extrudern, bis die gewünschte Extrusionsgeschwin-

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den digkeit und die anderen Bedingungen eingestellt sind.

Figuren dargestellt. . 30 Während dieser Anfangszeit kann man die Isolierun-

Die F i g. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen gen 12 und 14 zusammenfallen lassen, wenn sie aus dem isolierten Leiter gemäß der Erfindung. Er besteht aus Mundstück der Düse austreten, wobei ein fester oder einem festen Kern 10 aus Alkalimetall, der umgeben fast fester Stab entsteht. Sie können auch die Form ist von einer verhältnismäßig dünnen zusammen- eines Schlauches behalten, wenn man hierbei Gas unter hängenden Schicht eines biegsamen inerten Polyolefins 35 Druck durch das mittlere Mundstück der Düse ein-12. Diese innere Umhüllung ist direkt umgeben von führt. Nach Einstellung der gewünschten Arbeitseiner äußeren Isolierung aus einem reaktiven Poly- bedingungen beginnt man mit dem Zufluß des gemeren 14, z. B. aus vulkanisierbarem Polyäthylen mit schmolzenen Natriums 10 in die Umhüllung 12. Es ist einem Gehalt eines Peroxydes. wichtig, daß man das geschmolzene Natrium konti-

F i g. 2 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur 40 nuierlich der Düse 22 und der Umhüllung 12 zuführt,

Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. um eine feste Verbindung zwischen dem Kern und

Geschmolzenes Polyäthylen wird von einem Ex- der Isolierung zu schaffen.

truder 20 durch ein inneres ringförmiges Mundstück Das nachstehende Beispiel erläutert die Erfindung,

in einer Kreuzkopfdüse 22 gefördert und bildet hier ein Die bei diesem Beispiel verwendeten Kunststoffe

Polyäthylenrohr 12. Ein geschmolzenes thermopla- 45 und ihre Eigenschaften sind die folgenden:
stisches reaktives Polymer 14 wird durch den Extruder

21 durch ein äußeres ringförmiges Mundstück in die ^Innere Umhüllung (Kunststoff A)

Kreuzkopfdüse 22 gefördert. Beim gleichzeitigen ko- Polymer Polyäthylen

axialen Extrudieren dieser beiden Rohre oder Schläuche Dichte 0,92 g/cm³

entsteht ein Schlauch mit einer inneren Oberfläche 50 Schmelzindex (ASTM D-1238).. 0,2 dg/Min,

von Polyäthylen und einer äußeren Oberfläche von Zugfestigkeit (ASTM D-412) ... 170 kg/cm²

ein Peroxyd enthaltendem vulkanisierbarem Poly- Biegungsmodulus bei O⁰C

äthylen. Gleichzeitig mit dem Extrudieren der Um- (ASTM D-790) 3020 kg/cm²

hüllung 12 und 14 wird unter Druck geschmolzenes Durchlässigkeit für Feuchtigkeit

Natriummetall aus einem Vorratsbehälter 24 unter 55 (ASTM E-96-53 T/Verfahren E) 87 mg/(24 Stunden)

Inertgas gefördert, und zwar durch ein mittleres (cm²) (mm)

Mundstück der Kreuzkopf düse 22. Hierbei entsteht üblicher Stabilisator 0,05 bis 0,2 %

ein Stab oder ein Draht aus geschmolzenem Natrium, .. „ , , , „ _s

der den Schlauch oder das Rohr 12 und 14 ausfüllt ^Außere Umhüllung (Kunststoff B)

und beim Abkühlen erstarrt. Da die thermoplastischen 60 Polymer Polyäthylen

Kunststoffe und das Natrium gleichzeitig extrudiert Dichte 0,92 g/cm³

werden, befinden sich das Polyäthylen der inneren Schmelzindex —

Umhüllung und das Natrium in geschmolzenem Zu- Zugfestigkeit 155 kg/cm²

stand in Abwesenheit von Luft, wenn sie zusammen- Biegungsmodulus bei 25⁰C 1265 kg/cm²

gebracht werden. Da das ganze System hydraulisch 65 Durchlässigkeit für Feuchtigkeit 87 mg/(24 Stunden)

gefüllt und kontinuierlich gekühlt wird, wird das (cm²) (mm)

Schrumpfen des Metalls beim Kühlen kompensiert. reaktiver Bestandteil Dicumylperoxyd

Dieses Verfahren zum Füllen und Abkühlen ist handelsüblicher Stabilisator 0,1 bis 0,5%

Ausführungs-Beispiel

Es wurde eine Apparatur verwendet, wie sie in der F i g. 2 dargestellt ist. Eine mit drei Kanälen versehene Kreuzkopfdüse wurde zwischen zwei einander gegenüberliegenden Extrudern angeordnet, so daß der eine Extruder 21 dem äußeren Ring und der andere Extruder 20 dem inneren Ring der Düse den Stoff zuführt. Durch ein isoliertes Rohr war ein darüber befindlicher Behälter für Natrium mit der Düse verbunden. Dem inneren Extruder 20 wurde Kunststoff A und dem äußeren Extruder 21 Kunststoff B zugeführt. Der Kunststoff B wurde auf eine Extrusionstemperatur von 165°C, der Kunststoff A auf eine Extrusionstemperatur von 150° C erwärmt. Das metallische Natrium wurde so weit erwärmt, daß es in der Düse eine Temperatur von 160°C hatte, wobei es unter einem Druck von 68,6 cm Natrium stand. Die geschmolzenen Kunststoffe A und B wurden gleichzeitig extrudiert, so daß ein aus Schichten bestehender Schlauch gefertigt wurde, in welchen man das Natrium durch die mittlere Leitung der Düse extrudierte, und zwar mit einer solchen Geschwindigkeit, daß der Schlauch kontinuierlich gefüllt wurde. Das geschmolzene Natrium stand in unmittelbarer Berührung mit dem geschmolzenen Kunststoff A, wenn der gefüllte Schlauch die Kreuzkopfdüse verließ. Dann kühlte man den mit Natrium gefüllten Schlauch durch Hindurchleiten durch ein Ölbad von Raumtemperatur. Die Abnahmegeschwindigkeit betrug 106 cm/Min. Das Verfahren wurde fortgesetzt, bis die gewünschte Länge hergestellt war. Es wurden Stücke dieses Leiters abgeschnitten und geprüft. Die Oberflächen der Leiter waren glatt und hatten ein gutes Aussehen. Eine Prüfung von frisch geschnittenen Längsund Querschnitten zeigten keine Lunker, eine gleichmäßige Struktur und ein ausgezeichnetes Anhaften des Natriums an der inneren Umhüllung aus dem Kunststoff A. Der Kunststoff B war thermoplastisch

to und wurde während des Extrudierens nicht vulkanisiert.

Um die äußere Schicht aus dem Kunststoff B zu vulkanisieren, wurde der so hergestellte Leiter etwa 10 Minuten lang in einem Ofen bei einer Temperatur von 190⁰C gehalten.

In ähnlicher Weise können Natrium enthaltende Leiter hergestellt werden unter Verwendung anderer thermoplastischer Stoffe, die mit Natrium reagieren können, wie z. B. aus weichgemachtem Polyvinylchlorid, aus vulkanisierbaren Kautschukmischungen u. dgl. Es können auch andere Stoffe für die innere Umhüllung verwendet werden, die inert gegen Natrium sind, z. B. Polypropylen, Polyneohexen, Copolymere aus Äthylen und Neohexen u. dgl. Der nach diesem Verfahren hergestellte Leiter hatte die folgenden Abmessungen:

äußerer Durchmesser 11,5 mm

Durchmesser des Natriums 7,3 mm

Schichtdicke des Kunststoffs A ... 0,38 mm

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten elektrischen Leiters mit einem leitenden Kern aus einem Alkalimetall oder einer Legierung aus zwei oder mehreren Alkalimetallen innerhalb einer angrenzenden Schutzhülle aus einem organischen Polymer, bei dem der leitende Kern und die Schutzhülle gleichzeitig durch konzentrische Düsen extrudiert werden, wobei das Alkalimetall oder die Legierung und das als Polymer verwendete Polyolefin in geschmolzenem Zustand extrudiert und miteinander in Berührung gebracht werden, während sich die Berührungsflächen in dem geschmolzenen Zustand befinden und die äußere Oberfläche der Polymerhülle während oder unmittelbar nach dem Extrudieren so gekühlt wird, daß der Teil der Umhüllung, der die geschmolzene innere Grenzfläche umgibt, hinreichend fest wird, um den Kern in seiner konzentrischen Lage zu halten, nach deutsche Auslegeschrift 1490 837, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülle aus einem Polyolefin mit einer Durchlässigkeit für Wasserdampf von weniger als 186 mg in 24 Stunden/cm² der Schicht je Millimeter Schichtdicke gebildet wird und diese durch gleichzeitiges Extrudieren mit einer dickeren, anhaftenden äußeren Hülle versehen wird, die aus einem isolierenden Polymer besteht, welches reaktiv gegenüber dem Alkalimetall ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Umhüllung aus einem vulkanisierenden olefinischen Polymeren gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Umhüllung aus einer ein Peroxyd enthaltenden Polyäthylenmischung gebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Umhüllung aus einem vulkanisierbaren Kautschuk gebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Umhüllung im wesentlichen aus Polyvinylchlorid gebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Umhüllung aus einem vulkanisierten Polymeren gebildet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Umhüllung zu einer Wandstärke von 0,13 bis 1,8 mm extrudiert wird.