DE19737309A1 - Halogen-free, inflammable polymer mixture for electrical cable insulation - Google Patents
Halogen-free, inflammable polymer mixture for electrical cable insulationInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Polymermischung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie Bauelemente, die eine Isolierung aus einer derartigen Polymermischung aufweisen.The invention relates to a polymer mixture according to the preamble of claim 1 as well Components that are insulated from such Have polymer mixture.
Flammwidrige Isolierungen von Kabeln, elektrischen Leitern und anderen Bauelementen bestehen häufig aus halogenierten Polymeren, etwa Ethylentetrafluorethylen. Halogenhaltige Isolierungen sind jedoch für viele Anwendungsbereiche ungeeignet und in ökologischer Hinsicht nachteilig.Flame retardant insulation of cables, electrical Ladders and other components often consist of halogenated polymers such as ethylene tetrafluoroethylene. However, halogenated insulation is for many Areas of application unsuitable and in ecological Disadvantageous.
Aus der Druckschrift EP 0 407 061 A1 ist es daher bekannt, Drähte mit einer Beschichtung zu isolieren, die aus einem Copolymer oder einer Mischung eines Siloxans und eines Polyetherimids besteht. Ein derartiger Werkstoff ist im Handel beispielsweise unter der Bezeichnung SILTEM STM 1500 erhältlich (General Electric Plastics Company, USA). Die Beschichtung bildet eine halogenfreie Isolierung, die zudem bei Raumtemperatur vorteilhafte mechanische Eigenschaften aufweist. Zur Optimierung dieser Eigenschaften wird vorgeschlagen, Mischungen des Polyetherimidsiloxans mit weiteren Polymeren zu verwenden, insbesondere einem Polyphenylether oder Nylon.It is therefore from the document EP 0 407 061 A1 known to insulate wires with a coating, which consist of a copolymer or a mixture of one Siloxane and a polyetherimide. A such material is commercially available, for example, under available under the designation SILTEM STM 1500 (General Electric Plastics Company, USA). The coating forms a halogen-free insulation, which also Mechanical properties advantageous at room temperature having. To optimize these properties proposed using mixtures of the polyetherimidesiloxane to use other polymers, especially one Polyphenyl ether or nylon.
Die Flammwidrigkeit von Werkstoffen wird durch den Sauerstoffindex beschrieben. Er gibt an, welcher prozentuale Sauerstoffgehalt der umgebenden Atmosphäre notwendig ist, um einen Brand des Werkstoffes aufrechtzuerhalten. Folglich besitzen brennbare Materialien einen Sauerstoffindex unter 21, während SILTEM STM 1500 einen Sauerstoffindex von 46 aufweist und damit flammwidrig ist. Ein weiterer Vorteil von Polyetherimidsiloxanen ist, daß ihre Verbrennung raucharm erfolgt. Da sie sich zudem gut extrudieren lassen, eignen sie sich hervorragend für die Herstellung von Isolierungen, insbesondere dünnwandigen Isolierungen.The flame retardancy of materials is determined by the Oxygen index described. He indicates which one percentage oxygen content of the surrounding atmosphere is necessary to fire the material maintain. Hence, have flammable ones Materials have an oxygen index below 21 while SILTEM STM 1500 has an oxygen index of 46 and is therefore flame retardant. Another advantage of Polyetherimide siloxanes is their combustion low smoke. Since they also extrude well , they are ideal for Production of insulation, especially thin-walled Insulation.
Von Nachteil ist jedoch, daß sich die mechanischen Eigenschaften der Polyetherimidsiloxane bei erhöhten Temperaturen ab etwa 100-150 °C erheblich verschlechtern. Sowohl die Druckbeständigkeit als auch die Abriebfestigkeit und die Kerbfestigkeit wird in diesem Temperaturbereich deutlich geringer. Weiterhin setzen Polyimide aufgrund des im Molekülaufbau enthaltenen Stickstoffs im Brandfall giftige Stickoxide als Zersetzungsprodukte frei. Schließlich ist der Preis von Polyetherimidsiloxanen im Vergleich zu anderen Kunststoffen ausgesprochen hoch.The disadvantage, however, is that the mechanical Properties of the polyetherimide siloxanes with increased Temperatures from about 100-150 ° C considerably worsen. Both the pressure resistance as well the abrasion resistance and the notch resistance is in this temperature range significantly lower. Farther use polyimides because of their molecular structure nitrogen contained in the event of fire, toxic nitrogen oxides free as decomposition products. After all, the price of polyetherimide siloxanes compared to others Plastics extremely high.
Vor diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Entwicklung eines isolierenden, halogenfreien und flammwidrigen Kunststoffes zur Aufgabe gestellt, der bei erhöhter Temperatur mechanisch belastbar ist, bei einem Brand im reduzierten Umfang Stickoxide abgibt und sich preisgünstig herstellen läßt.Against this background, the invention Development of an insulating, halogen free and flame retardant plastic task, the is mechanically resilient at elevated temperature releases nitrogen oxides to a reduced extent and can be manufactured inexpensively.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved by the characterizing features of claim 1 solved.
Der zentrale Gedanke der Erfindung besteht darin, daß die flammwidrige Polymermischung ein Polymer umfaßt, das auch bei Temperaturen oberhalb von 100°C vorteilhafte mechanische Eigenschaften besitzt. Zu diesem Zweck sind Polyester geeignet. Sie sind preisgünstig und weisen bei Temperaturen bis etwa 160°C eine hohe mechanische Festigkeit auf. Polyester zeichnen sich ferner dadurch aus, daß sie halogenfrei sind und keinen Stickstoff im Molekülaufbau enthalten, so daß sie bei einem Brand keine nitrosen Gase freisetzen. Zudem sind sie chemikalienbeständig, insbesondere gegenüber Ölen, Fetten, chlorierten Kohlenwasserstoffen und Ketonen. Geeignete Polyester sind speziell Polyestercopolymere, beispielsweise von Polybutylenterephthalat und Polytetrahydrofuranterephthalat von Polybutylenterephthalat und Polycaprolacton oder ein Polyesteresterurethan. Auch Mischungen dieser oder anderer Polyester sind möglich.The central idea of the invention is that the flame-retardant polymer mixture comprises a polymer, even at temperatures above 100 ° C has advantageous mechanical properties. To polyesters are suitable for this purpose. they are inexpensive and show at temperatures up to about 160 ° C high mechanical strength. polyester are also characterized by the fact that they are halogen-free are and do not contain nitrogen in the molecular structure, so that they don't emit nitrous gases in a fire release. They're also chemical resistant, especially against oils, fats, chlorinated Hydrocarbons and ketones. Suitable polyester are specifically polyester copolymers, for example from Polybutylene terephthalate and Polytetrahydrofuran terephthalate from Polybutylene terephthalate and polycaprolactone or a Polyester ester urethane. Mixtures of these or other polyesters are possible.
Reine Polyester haben den Nachteil, daß sie einen Sauerstoffindex unter 21 besitzen und damit brennbar sind. Im Fall der Mischung des Polyesters mit einem oder mehreren aromatischen Polymeren, die einen Sauerstoffindex von mindestens 40 aufweisen, nimmt jedoch die Flammwidrigkeit der Polymermischung entsprechend dem Mischungsverhältnis zu. Um eine ausreichende Flammwidrigkeit zu gewährleisten, ist es erforderlich, daß höchstens 59 Gew.-% der Polymermischung Polyester sind. Damit ist ein Sauerstoffindex der Polymermischung von mindestens 25 sichergestellt. Bevorzugt bestehen diejenigen Komponenten der Polymermischung, deren Sauerstoffindex kleiner als 40 ist, vollständig oder zum überwiegenden Teil aus Polyester.Pure polyesters have the disadvantage that they have one Have an oxygen index below 21 and are therefore flammable are. In the case of mixing the polyester with a or more aromatic polymers, one Have an oxygen index of at least 40 however, the flame resistance of the polymer blend according to the mixing ratio. To one To ensure sufficient flame retardancy, it is required that at most 59% by weight of the Polymer blend are polyester. So that's a Oxygen index of the polymer mixture of at least 25 ensured. Those are preferred Components of the polymer mixture, their oxygen index is less than 40, complete or predominant Part made of polyester.
Als flammwidrige Komponente der Polymermischung bieten sich Polyetherimide und Polyetherimidcopolymere an, deren Sauerstoffindex deutlich größer als 40 ist. Möglich sind dabei auch kostengünstige Mischungen von Polyetherimiden und Polyetherimidcopolymeren. Geeignet sind speziell Polyetherimidsiloxane, die sich mit nahezu allen Polyestern verschneiden lassen, wobei Polymermischungen mit vorteilhaften Eigenschaften entstehen. Die Mischungen sind in hohem Maße flammwidrig und weisen auch bei Temperaturen von 140°C eine hohe Kerbfestigkeit, einen geringen Abrieb und eine gute Druckbeständigkeit auf. Weiterhin zeigen die Mischungen eine hohe Chemikalienbeständigkeit bei vergleichsweise geringen Kosten. Schließlich ist der Anteil im Brandfall freigesetzter toxischer Stickoxide gering.Offer as a flame retardant component of the polymer blend are polyetherimides and polyetherimide copolymers, whose oxygen index is significantly greater than 40. Inexpensive mixtures of are also possible Polyetherimides and polyetherimide copolymers. Suitable are especially polyetherimide siloxanes that deal with Almost all polyesters can be blended, whereby Polymer blends with beneficial properties arise. The blends are high flame retardant and exhibit even at temperatures of 140 ° C high notch resistance, low abrasion and good pressure resistance. Furthermore, the Mixtures with a high chemical resistance comparatively low cost. After all, that is Proportion of toxic nitrogen oxides released in the event of fire low.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Anteil des aromatischen Polymers, das einen Sauerstoffindex von mindestens 40 aufweist, 41 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 70 Gew.-% der Polymermischung. Im Fall eines größeren Anteils des aromatischen Polymers nehmen die vorteilhaften mechanischen Eigenschaften der Polymermischung bei hohen Temperaturen in erheblichem Maße ab. Bei höherem Polyesteranteil ist dagegen die abnehmende Flammwidrigkeit der Polymermischung sowie eine verringerte Hydrolysebeständigkeit von Nachteil.In an advantageous embodiment of the invention is the proportion of the aromatic polymer that one Has an oxygen index of at least 40, 41 to 80 % By weight, preferably 50 to 70% by weight of the Polymer blend. In the case of a larger share of the aromatic polymers take the beneficial ones mechanical properties of the polymer mixture high temperatures to a considerable extent. At higher By contrast, the proportion of polyester is decreasing Flame retardancy of the polymer mixture and a reduced resistance to hydrolysis is disadvantageous.
Weiterhin wird vorgeschlagen, die vorbeschriebene Polymermischung mit einem Zusatz zu verschneiden, der ihre Flammwidrigkeit erhöht. Dabei kann der Verschnitt bereits während der Herstellung der Polymermischung erfolgen, etwa indem der Zusatz einem Mischungsbestandteil zugegeben ist. Geeignete Zusätze sind Mineralstoffe, die bei Erhitzung branderstickende Gase abgeben, wie zum Beispiel Magnesiumhydroxid und/oder Magnesium-Calcium-Carbonat-Hydrat und/oder eine Mischung von Calcium-Carbonat mit Silikonöl oder mit Silikongummi. Zweckmäßig beträgt das Gewichtsverhältnis der Polymermischung zum Zusatz in allen Fällen zumindest 1,5 zu 1, d. h. zur Polymermischung werden maximal 40 Gew.-% des Zusatzes hinzugegeben.It is also proposed that the above To blend polymer blend with an additive that their flame retardancy increases. The waste can already during the production of the polymer mixture done, for example, by adding one Mix ingredient is added. Suitable additives are minerals that fire-emitting when heated Release gases, such as magnesium hydroxide and / or magnesium calcium carbonate hydrate and / or a mixture of calcium carbonate with silicone oil or with silicone rubber. The weight ratio of the polymer mixture to the addition is expediently in in all cases at least 1.5 to 1, d. H. to Polymer mixture is a maximum of 40 wt .-% of the additive added.
Um ihre Beständigkeit gegen thermische und chemische Einflüsse zu verbessern, enthält die Polymermischung vorzugsweise ein Alterungsschutzmittel und/oder ein Hydrolyseschutzmittel. Der Anteil von Schutzmitteln an der Polymermischung beträgt bevorzugt bis zu 5 Gew.-%.To their resistance to thermal and chemical The polymer mixture contains influences to improve preferably an anti-aging agent and / or a Hydrolysis inhibitor. The share of protective agents the polymer mixture is preferably up to 5% by weight.
Von Vorteil ist es, wenn die Polymermischung strahlenvernetzt ist. Zur Verbesserung der Vernetzbarkeit können ihr bis zu 10 Gew.-% eines Vernetzungsmittels zugegeben werden.It is advantageous if the polymer mixture is cross-linked. To improve the Networkability can be up to 10% by weight Crosslinking agents are added.
Die beschriebene Polymermischung eignet sich insbesondere als isolierende Schicht eines Kabels, wobei es sich um ein elektrisches, ein optisches oder ein Hybridkabel handeln kann. Vorteilhaft ist dabei, daß die Polymermischung gut extrudierbar ist und sich somit speziell als Leiterisolierung eignet. Ebenso ist die Polymermischung als Isolierung von Steckern geeignet, die beispielsweise zur Konfektionierung derartiger Kabel verwendbar sind. Auch andere isolierende Bauelemente wie Folien oder Spritzgußteile lassen sich aus der Polymermischung fertigen. Aufgrund der hohen Flammwidrigkeit, der günstigen mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen und der Chemikalienbeständigkeit, speziell gegenüber chlorierten und unchlorierten Kohlenwasserstoffen, eignen sich die Kabel und Bauelemente beispielsweise für Anwendungen im Fahrzeugbau. Dabei ist von Vorteil, daß auch dünnwandige Isolierungen (Dicke 0,1 bis 0,25 mm) der vorbeschriebenen Polymermischung mit einem Polyesteranteil bis zu 50% eine hohe Brandfestigkeit aufweisen. Die Polymermischung ist als Isolierung während des Dauerbetriebs im Bereich zwischen -55°C und +155°C und kurzzeitig bis zu 180°C geeignet.The polymer mixture described is suitable especially as an insulating layer of a cable, which is an electrical, an optical or can trade a hybrid cable. It is advantageous that the polymer mixture is easy to extrude and itself therefore particularly suitable as conductor insulation. Likewise the polymer mixture as insulation of plugs suitable, for example, for assembly such cables can be used. Others too insulating components such as foils or injection molded parts can be made from the polymer mixture. Because of the high flame resistance, the favorable mechanical Properties at high temperatures and the Chemical resistance, especially against chlorinated and unchlorinated hydrocarbons, the cables and components are suitable, for example for applications in vehicle construction. It is an advantage that thin-walled insulation (thickness 0.1 to 0.25 mm) of the polymer mixture described above with a Polyester content up to 50% high fire resistance exhibit. The polymer blend is as insulation during continuous operation in the range between -55 ° C and + 155 ° C and for a short time up to 180 ° C.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die Polymermischung zu 44% aus einem Polyester und zu 56% aus einem Polyetherimidsiloxan. Ein geeigneter Polyester ist beispielsweise der thermoplastische Copolyester Hytrel 5556 von Du Pont. Als Polyetherimidsiloxan wird SILTEM STM 1500 von General Electric vorgeschlagen. Vorzugsweise sind jeweils vier Gewichtsteile dieser Polymermischung mit einem Gewichtsteil Magnesiumhydroxid als Zusatz verschnitten. Somit ergibt sich ein Werkstoff, der zu 35% aus Hytrel 5556, zu 45% aus SILTEM STM 1500 und zu 20% aus Magnesiumhydroxid besteht.In a preferred embodiment of the invention the polymer mixture consists of 44% polyester and 56% from a polyetherimide siloxane. A suitable polyester is, for example Du Pont thermoplastic copolyester Hytrel 5556. As a polyetherimide siloxane, SILTEM STM 1500 from General Electric proposed. Are preferred each with four parts by weight of this polymer mixture a part by weight of magnesium hydroxide as an additive blended. This results in a material that is too 35% from Hytrel 5556, 45% from SILTEM STM 1500 and consists of 20% magnesium hydroxide.
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Owner name: ALCATEL, PARIS, FR |
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| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |