DE1519283C - Halbierende Überzugsmassen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf halbleitende Über- gebracht werden. Bei tieferen Temperaturen, etwa

zugsmassen. 79 bis 121°C, können die Verbindungen mittels

Starkstromkabel, welche mit Gummi oder Kunst- Spritztechniken angewandt werden,
stoff isoliert sind und für etwa 2 kV oder mehr be- Die für den Gebrauch in diesen Verbindungen messen sind, müssen gewöhnlich mit einer Umklei- 5 geeigneten Äthylen-Mischpolymerisate können mit dung oder Umwicklung aus halbleitendem Material bekannten Verfahren hergestellt werden. So können versehen werden, um Sprühentladungen zu verhindern. beispielsweise die in den USA.-Patentschriften2200429 Die Umkleidung oder Umwicklung wird direkt auf und 2 703 794 beschriebenen Verfahren angewendet den Leiterkern aufgebracht, und die Isolierung ist werden. Die Vinylacetat- oder Äthylacrylatkompoaußerhalb des halbleitenden Materials angeordnet. io nente geeigneter Mischpolymerisate können zwischen Das halbleitende Material verhindert das Entstehen 15 und 40 Gewichtsprozent betragen. Der Bereich einer Sprühentladung in dem Fall, daß Lufteinschlüsse des kopolymerisierten Vinylacetatgehaltes, welcher oder Lücken zwischen dem Leiter und der Isolierung zur Erzielung maximaler Vereinbarkeit und ausvorhanden sind. Bei Kabeln für 5 kV und mehr reichender Biegsamkeit bevorzugt wird, liegt zwischen werden zwei halbleitende Schichten vorgesehen, eine 15 27 und 33 Gewichtsprozent, während er für Äthylauf dem Leiter und eine direkt unter der äußeren acrylat zwischen 25 und 30 Gewichtsprozent liegt. Isolierungsschicht. Die Leitfähigkeitseigenschaften des Der Gehalt der Mischpolymerisate an Vinylacetat halbleitenden Materials sind nicht sehr kritisch, und oder Äthylacrylat kann durch Infrarotanalyse festein Widerstand von etwa 10 000 Ohm oder weniger gestellt werden, und die Acetatkomponente kann ist ausreichend. ao ebenso durch Ermittlung der Verseifungszahl fest-Halbleitende Umkleidungen werden auch bei hoch- gestellt werden. Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymeriwertigen elektronischen Geräten, im Radiobau und sate mit einer inhärenten Viskosität von 0,45 bis .^, bei Geräten für lautgetreue Tonwiedergabe verwen- 1,50, welche mit 0,25% des Mischpolymerisates in (; det, wo die Erniedrigung des Rauschpegels wichtig Toluol bei 30° C ermittelt wird, sind erwünscht, und ist. Insbesondere die Bekabelung von Flugzeugen as Mischpolymerisate mit einer inhärenten .Viskosität und Geschossen erfordert den Schutz einer halb- von 0,6 bis 1,2 sind bevorzugt. Äthylen-Vinylacetatleitenden Umkleidung, da mit dem Absinken des Mischpolymerisate enthaltende Verbindungen mit Luftdruckes die Spannungsgrenze sinkt, bei welcher inhärenten Viskositäten unter 0,45 besitzen mangel-Sprühentladungen ausgelöst werden. Beispielsweise hafte Festigkeitseigenschaften, und solche mit höheren beginnen Sprühentladungen auf Seehöhe bei ungefähr 30 inhärenten Viskositäten als 1,5 sind unter praktisch 2 kV mit einer typischen Isolierung von etwa 0,25mm wirtschaftlichen Bedingungen schwierig herzustellen. (10 mil), in großen. Höhen oder im Weltraum kann Der Schmelzindex von bevorzugten Mischpolymeridie Aüslösegrenze jedoch schon bei 1 kV oder weniger säten fällt in den Bereich von ungefähr 0,1 bis erreicht werden. 200 g/10 Min. Der in dieser Erfindung verwendete

Die gebräuchlichsten bisher verwendeten halb- 35 Schmelzindex ist nach dem ASTM-Verfahren

leitenden Materialien sind Gewebestreifen aus Baum- D-1238-57 T definiert.

wolle oder Glas, welche mit leitfähigem Ruß und Der oben verwendete Ausdruck »Petroleumwachs«

einem harzigen Bindemittel getränkt sind. Die be- bezieht sich auf Paraffinwachs und auf Mikro-

kannten Bindemittel konnten bisher nur in Lösung wachse.

angewandt werden, und daher bestand das Bedürfnis 40 Die verwendbaren Bereiche von Äthylenmischpoly-

nach einem Bindemittel, welches bequem und wirt- 'merisat und Petroleumwachs sind 25 bis 60 Teile

schaftlich durch eine Aufschmelz-Überzugtechnik des . Mischpolymerisates und entsprechend 75 bis

angewandt werden kann. 40 Teile des Wachses auf 100 Teile der zusammen-

Es bestand ebenfalls ein Bedürfnis nach einer gesetzten Mischung. Bei Mischungen mit weniger (J halbleitenden Verbindung, welche durch eine Auf- 45 als 25 Teilen Mischpolymerisat haben die Verbinschmelz-Überzugstechnik direkt auf den Leiter auf- düngen keine ausreichende Biegsamkeit, und mit gebracht werden kann, um so die Verwendung des mehr als 60 Teilen sind die Verbindungen zu zäh-Gewebestreifens unnötig zu machen. Nachteile der flüssig für - eine bequeme Aufschmelzänwendung. Gewebestreifen sind die Grate, welche in den Über- Bevorzugte Bereiche für optimale Biegsamkeit und lappungsbereichen gebildet werden, wenn der Streifen 50 leichte Anwendbarkeit sind 40 bis 50 Teile des Mischspiralförmig um den Leiter gewickelt wird, sowie . polymerisates und 60 bis 50 Teile des Petroleumdas Vorhandensein von losen Fasern aus dem be- wachses.

nutzten Gewebe, welche während der Benutzung in Unter leitfähiger Kohle wird in dieser Erfindung

die Isolierung eindringen und elektrisch schwache eine bekannte, feinzerteilte Kohle verstanden. Sie ist

Stellen ergeben können. 55 im allgemeinen entweder ein Acetylenruß oder ein

Gegenstand der Erfindung sind halbleitende Über- ölbrennerruß. Ein Minimum von ungefähr 5 Teilen

zugsmassen aus einem harzartigen Filmbildner und leitfähiger Kohle auf 100 Teile der aus Mischpoly-

darin dispergierter leitfähiger Kohle, die als Film- merisat und Petroleumwachs bestehenden Mischung

bildner ein Gemisch aus (A) 25 bis 60 Gewichtsteilen (diese Kohleanteile werden nachfolgend mit p. h. r.

eines Mischpolymerisats des Äthylens mit Vinylacetat 60 abgekürzt) ist erforderlich, um für den Gebrauch

oder Äthylacrylat bei einem Gehalt an Äthylen von als halbleitendes Gemisch eine ausreichende Leit-

60 bis 85 Gewichtsprozent und (B) 75 bis 40 Gewichts- fähigkeit zu erzielen. Der maximale Anteil an IeIt- , teilen Pelroleumwachs enthalten und der Kohleanteil. fähiger Kohle ist etwa 40 p. h. r., da bei höheren

5 bis 40 Teile auf 100 Teile des Filmbildners beträgt, Raten die Gemische zu zähflüssig für die Aufschmelz- .*

Bei Temperaturen über etwa 149⁰C stellen die 65 anwendung werden und bei Zimmertemperatur spröde

erfindungsgemäßen Verbindungen eine heiße Schmelze sind. Eine bevorzugte Rate an leitfähiger Kohle

dar und können leicht durch bekannte Aufschmelz- liegt zwischen 5 und 15 p. h. r., da eine solche aus-

Überzugstechniken auf verschiedene Unterlagen auf- reichende Leitfähigkeit, gute Viskositätseigenschaften,

einwandfreie Biegsamkeit und minimale Kosten gewährleistet. '

Die erfindungsgemäßen halbleitenden Gemische können durch Mahlen der Bestandteile in einer < Kautschukmühle hergestellt werden. Dieses Verfahren ist besonders brauchbar bei Gemischen mit höheren Anteilen an Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymerisaten. Die Gemische können ebenfalls bequem hergestellt werden, indem das Mischpolymerisat und die leitfähige Kohle geschmolzenem Petroleumwachs unter ausgiebigem Rühren beigegeben werden, um eine ausreichende Vermischung des Wachses und des Mischpolymerisates und eine ausreichende Verteilung der leitfähigen Kohle zu erzielen. Vollständige Feinverteilung der leitfähigen Kohle, wobei alle Teilchen voneinander getrennt sind, ist. nicht erwünscht, da dies zu sehr hohen und unerwünschten Widerständen führt. Die Leitfähigkeit der leitfähigen Kohle und die Halbleitereigenschaften der erfindungsgemäßen Überzugsmassen aus Mischpolymerisat, Wachs und so Kohle beruhen offensichtlich auf der Berührung zwischen den einzelnen Kohleteilchen. Daher sollte, insbesondere bei niedrigen Kohleanteilen, eine zu vollständige Feinverteilung der Kohle vermieden werden. Die Hinzufügung der leitfähigen Kohle, nachdem das Mischpolymerisat und das Wachs gleichmäßig vermischt sind, stellt eine Technik dar, welche eine zu vollständige Feinverteilung vermeidet. Die Anwesenheit des Wachses in dem Gemisch stellt einen Sicherheitsfaktor gegen eine zu vollständige Feinverteilung dar, da es die Viskosität des Mischpolymerisates herabsetzt und daher die Energiemenge begrenzt, welche dem Gemisch während des Mischvorgangs zugeführt werden kann. Daraus ergibt sich eine weniger wirksame Vermischung und eine weniger wirkungsvolle Verteilung der Kohle, insbesondere bei Herstellung der Gemische in einer Kautschukmühle. Abgesehen von der Herstellungsart des Gemisches sollte jedoch der Verteilungsgrad der leitfähigen Kohlenkomponente derart sein, daß das Gemisch halbleitend ist, d. h., die Kohle soll nicht so vollständig fein verteilt sein, daß die Gemische vollständig isolierend werden.

Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert, in welchen alle Teile, wenn nichts anderes bemerkt, als Gewichtsteile angegeben sind.

Beispiele Ibis 10

Die in Tabelle I dargestellten Überzugsmassen wurden durch Vermischung der Bestandteile in einer Kautschukmühle hergestellt. Die Gemische wurden dann in 1,9-mm-Tafeln gepreßt und die Oberflächenwiderstände folgendermaßen ermittelt: Die Meßanordnung bestand aus zwei Silberelektroden, 3,175 mm breit und 38,1 mm lang und in einer gegenseitigen Entfernung von 38,1 mm auf einer isolierenden Platte befestigt. Die Anordnung wurde auf der Oberfläche des Probestückes angeordnet und ein 200-g-Gewicht auf der isolierenden Platte angebracht, um eine gleichmäßige Berührung der Elektroden mit dem Probestück zu gewährleisten. Der Widerstand zwischen den Elektroden wurde dann mit einem Volt-Ohmmeter gemessen.

Tabelle I

	Beispiel	ί	Äthylen-Vinylacetat-	50	BC)	Mikrowachs	I^CILI All IgC Kohle (2)	Spezifischer
		• gemäß Erfindung. .1	Mischpolymerisat					Oberflächenwiderstand
		I	A(')	50	100	_	25	(Ohm/m2)
1			100	—'. ■ .	■ ■	—	25	unendlich
2			100	■	35	unendlich
3	■ zum Vergleich ... .·	100		—	35	646
4		—	100	—	45	538
5		100	— ■	—	45	32,3
6		-.	50	50	50	43,1
7		— ■	50	35 .	<10,8
8		50	50	25	'.2,7 bis 4,3
9			50	25	33,8
10			10,7 bis 32,3 ·

Bemerkungen:

(') Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymerisate:

Beispiel A, 33% Vinylacetat; Schmelzindex 25 g/10 Min.

Beispiel B, 28% Vinylacetat; Schmelzindex 15 g/10 Min.

(») Die leitfähige Kohle wird durch die Cabot-Corporation als »Vulcan« XC-72 in den Handel gebracht. , .:;,/:

Diese Ergebnisse zeigen, daß diejenigen Gemische, welche Mikrowachs enthalten, einen wesentlich niedrigeren Widerstand haben. Die Unterschiede zwischen den Gemischen mit und ohne Mikrowachs bei einem Gehalt von 25 p. h. r.' Leitfähigkeitskohle sind besonders bemerkenswert. Der unendliche Widerstand, welcher bei den Beispielen 1 und 2 erhalten wurde, beruht offensichtlich auf der zu vollständigen Feinverteilung der Kohle infolge der hohen. Viskosität der Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymerisate. Die Anwesenheit des Wachses in den erfindungsgemäßen Überzugsmassen gestattet daher nicht nur eine Anwendung derselben durch eine Aufschmelztechnik, sondern scheint auch die Kohle für ihren beabsichtigten Zweck durch Erniedrigung der Viskosität und weitmögliche Verringerung der vollständigen Fein-. verteilung der Kohle geeigneter zu machen.

Das im Beispiel 7 erzielte Gemisch weist einen brauchbaren Grad von spezifischem Oberflächenwiderstand auf, war jedoch ' bei Raumtemperatur brüchig. Beispiel 8 mit dem Gehalt von 35 p. h. r. an leitfähiger Kohle war biegsam.

Beispiele 11 bis 13

Die in Tabelle II angegebenen Gemische aus Äthylen-Äthylacrylat-Mischpolymerisat, Wachs und Kohle

wurden durch Mischen der Bestandteile in einem Sigma-Schaufel-Mischgerät bei einer Temperatur von 121⁰C hergestellt. Es wurden Schichten von 0,25 ± 0,05 mm hergestellt durch Pressen der Gemische zwischen Blättern von unüberzogenem Zellophan bei einer Temperatur von 121 bis'135⁰C. Die spezifischen .Oberflächenwiderstände wurden sodann wie in den vorangehenden Beispielen bestimmt.
Die Überzugsmassen der Beispiele 11 bis 13 wurden auf ein Glasgewebe in einer Überzugsvorrichtung- mit einer heißen Schleifschaufel bei einer Temperatur von ungefähr 177 ⁰C aufgebracht. Das Glasgewebe war von der für die Anwendung von halbleitenden Streifen typischen Art. Die spezifischen Oberflächenwiderstände wurden wie beschrieben gemessen, und es wurde festgestellt, daß sie in einen für halbleitende Streifenmaterialien praktischen Bereich fallen. Die . Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengestellt.

	Äthylen-Äthylacrylat- Mischpolymerisat (*)	Tabelle II	Paraffinwachs	Leitfähige Kohle (')	Spezifischer O (O Schicht (0,25 ± 0,05 mm)	Derflächenwiderstand im/m2) Überzogenes Gewebe
Beispiel	40 40 50	60 60 50	12,5 15 25'	64,5 32,3 10,8	323 bis 861 485 bis 861 86,1 bis 861
11 12 13

Bemerkungen:

(¹J 17% Äthylacrylat; Schmelzindex 4 g/10 Min.

C) Die leitfähige Kohle wird durch die Cabot-Corporation als »Vulcan« XC-72 in den Handel gebracht.

Wenn das in den Beispielen 11 bis 13 verwendete Äthylen-Äthylacrylat-Mischpolymerisat ersetzt wird, welches .27 Gewichtsprozent kopolymerisiertes Äthylacrylat enthält, werden ähnliche spezifische Widerstände erzielt. Zudem sind die Gemische aus Mischpolymerisat, Wachs und leitfähiger Kohle biegsamer als die Gemische der Beispiele 11 bis 13.

Die Anwendung der erfindüngsgemäßen halbleitenden Überzugsmassen beispielsweise durch bekannte Aufschmelz- oder Preßtechniken direkt auf elektrische Leiter und nachfolgende Anbringung eines äußeren Überzuges aus bekanntem elektrisch isolierendem Material auf Polyäthylen oder Polyvinylchlorid durch ein Preßverfahren ergibt elektrische Leiter, welche gegen das Auftreten von Sprühentladungen gut geschützt sind. Solche Leiter besitzen einen elektrischen Leiterkern und einen Überzug, welcher ein erfindungsgemäß halbleitendes Gemisch aufweist. Vergleichbare elektrische Leiteranordnungen lassen sich durch Umwickeln des elektrischen Leiters mit halbleitenden Streifen, wie sie in den Beispielen 11 bis 13 beschrieben sind, und nächfolgendes Anbringen eines äußeren Überzuges aus bekanntem isolierendem Material durch ein Preßverfahren erzielen. In letzterem Fall weist die Anordnung einen Leiterkern und einen Überzug auf, welcher einen mit dem halbleitenden Gemisch getränkten Gewebe- oder anderen Fäsermaterialstreifen enthält.

Falls gewünscht, können die Eigenschaften der erfindungsgemäßen halbleitenden Überzugsmassen abgewandelt werden, indem kleine Mengen von bekannten Petroleumwachsmodifiziermitteln, beispielsweise eines Antioxidans, zugegeben werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Halbleitende Überzugsmassen aus einem harzartigen Filmbildner und darin dispergierter leitfähiger Kohle, dadurchgekennzeichnet, daß sie als Filmbildner ein Gemisch aus (A) 25 bis 60 Gewichtsteilen eines Mischpolymerisats des Äthylens mit Vinylacetat oder Äthylacrylat bei einem Gehalt an Äthylen von 60 bis 85 Gewichtsprozent und (B) 75 bis 40 Gewichtsteilen Petroleumwachs enthalten und der Kohleanteil 5 bis 40 Teile auf 100 Teile des Filmbildners beträgt.

2. Überzugsmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Mischpolymerisat ein Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymerisat mit einem Gehalt an Vinylacetat von 27 bis 33 Gewichtsprozent enthalten.

3. Überzugsmassen nach Anspruch 1. oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Mischpolymerisat mit einer inneren Viscosität von 0,45 bis 1,5, besonders 0,6 bis 1,2, gemessen mit 0,25% des Mischpolymerisates in Toluol bei 30⁰C, enthalten.

4. Überzugsmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als, Mischpolymerisat ein Äthylen-Äthylacrylat-Mischpoiymerisat mit einem Gehalt an Äthylacrylat von 25 bis 30 Gewichtsprozent enthalten.