DE2845674A1

DE2845674A1 - Leitfaehige polymermischung

Info

Publication number: DE2845674A1
Application number: DE19782845674
Authority: DE
Inventors: Franz Daenekas; Bernd Eilhardt
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1978-10-20
Filing date: 1978-10-20
Publication date: 1980-05-08

Description

Leitfähige Polymermischung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine leitfähige Polymermischung auf der Basis von durch Aufpfropfen von Silanverbindungen in Anwesenheit von Feuchtigkeit vernetzbaren thermoplastischen Kunststoffen allein, vorzugsweise Copolymere des Äthylens, oder thermoplastischen Kunststoffen in Mischung mit Elastomeren als Modifikatoren und in beiden Fällen leitfähigen Füilstoffen als Zusätzen.
Bekanntlich sind thermoplastische Kunststoffe, wie Polyäthylen, nur im geringen Maße z. B. mit Ruß oder anderen Füllstoffen füllbar. Überschreitet der Füllgrad dieses Maß, dann "verstrammt" die Mischung und ihr mechanischer Zusammenhalt ist gestört, so daß sie für eine Weiterverarbeitung ungeeignet ist. Um das zu vermeiden, lassen sich Copolymere, wie z. B. Äthylen-Vinylacetat, verwenden, die gut füllbar sind, jedoch eine wesentliche Preissteigerung bedeuten. Ein anderer Weg ist der, dem thermoplastischen Kunststoff ein Elastomer, wie z. 3. Polyisobutylen oder Butylkautschuke, als Modifikator beizugeben, so daß die Füllbarkelt der Mischung wesentlich gesteigert werden kann.
Solche Polymermischungen, z. B. mit Ruß leitend gemacht, finden bekanntermaßen überall dort Anwendung, wo es darum geht, elektrische Felder zu steuern bzw. hohe Feldstärken abzubauen, die zu Durchschlägen, z.B.
an Isolierungen führen können. So können beispielsweise die Abschirmungen elektrischer Kabel, nämlich die auf die Leiter eines Kabels aufgebrachte Leiterglättung sowie der bei Hochspannungskabeln übliche Strahlungsschutz aus diesen leitfähigen Polymermischungen aufgebaut sein. Aber auch für die Endenabschlüsse elektrischer Kabel können leitfähige Polymermischungen eingesetzt werden, die allein oder auf beliebige Trägermaterialien aufgebracht für eine Steuerung des elektrischen Feldes sorgen.
Die Forderungen, die an solche leitfähigen Polymermischungen gestellt werden, wie ausreichende elektrische Leitfähigkeit, Haftungs- bzw. Heißsiegelfähigkeit mit anderen Thermoplasten, z.B mit einer Kabelisolierung aus Polyäthylen, geringe Feuchtigkeitsaufnahme des leitfähigen Füllstoffes sowie leichte Verarbeitbarkeit bei geringem Preis, konnten bei den bisherigen Mischungen jedoch nicht immer herrollt werden. Ließ z. B.
die Leitfähigkeit der Mischung zu wünschen übrig und wurde aus diesem Grunde der Rußanteil heraufgesetzt, dann führte das zu einer erhöhten Feuchtigkeitsaufnahme, die ihrerseits ein Aufbringen der Mischung mit glatter Oberfläche, etwa auf die Kabelisolierung, in Frage stellte.
Das Problem der Feuchtigkeitsaufnahme ist darüber hinaus besonders schwerwiegend bei solchen Materialien, die durch Aufpfropfen von Silanverbindungen auf die Basismoleküle in Gegenwart von Feuchtigkeit vernetzen (DE-AS 17 94 028). Da nach diesem bekannten Verfahren hergestellte Mischungen die Eigenschaft haben, bei Anwesenheit von Feuchtigkeit zu vernetzen, ist die Granulierung und Lagerung des gepfropften Materials sehr problematisch. So kann es leicht zu einer gewissen Vorvernetzung des Materials kommen, die die Verarbeitbarkeit erschwert oder sogar in Frage stellt. Das gilt insbesondere dann, wenn aus dem gepfropften Material eine leitfähige Mischung hergestellt werden soll und zu diesem Zweck, wie allgemein üblich, dem Basismaterial Ruß zugegeben wird Da die bisher verwendeten Ruße stark hygroskopisch sind, sie also eine relat;iv große Menge Feuchtigkeit enthalten, die auch durch Trocknungsprozesse nur schwer und unvollkommen entfernt werden kann, sind solche nacl bekannten Verfahren hergestellten leitfähigen Mischungen zur Verarbeitung nach dem Feuchtigkeitsvernetzungsverfahren (Vernetzung über Siloxanbrücken) in der Kabel technik nicht bzw. wenig geeignet.
Elektrische Kabel und Leitungen, insbesondere, wenn sie für Hoch- oder Höchstspannungen Einsatz finden, weisen aber in der Regel über dem elektrischen Leiter eine Leiterglättung zur Vermeidung von durch Rauhigkeiten an der Leiteroberfläche hervorgerufenen Feldstärkenerhöhungen auf.
Eine solche Leiterglättung bringt dann noch besondere Vorteile mit sich, wenn sie aus einem vernetzbaren Werkstoff hergestellt ist. Es ist üblich, die Vernetzung der Leiterglättung bzw. der darüber befindlichen Isolierung in der Weise durchzuführen, daß die auf den Leiter aufgebrachten konzentrischen Schichten nach dem Extrudieren durch eine Warmbehandlungszone, etwa durch eine sog. CV-Anlage hindurchgeführt werden. Diese Warmbehandlung bedeutet jedoch einen erhöhten Aufwand, der insbesondere dann nicht gerechtfertigt ist, wenn für die Isolierung Materialien verwendet werden, die nicht wie die üblichen Thermoplaste oder Elastomere in einer CV-Anlage, also durch äußere Wärmeeinwirkung vernetzt werden.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine leitfähige Polymermischung zu finden, dievz.B. als innere oder auch äußere Leitschicht bei Hochspannungskabeln, durch Feuchtigkeitseinwirkung vernetzbar ist, ohne daß die Qualität der extrudierten Schicht mechanisch oder elektrisch nachteilig beeinflußt wird.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß als leitfähiger Füllstoff ein nicht hygroskopischer Ruß hoher Struktur verwendet wird. Eine hohe Struktur bedeutet hierbei eine große Oberfläche bei hoher Aggregationsneigung der Rußteilchen. Eine diesen Ruß enthaltende Polymermischung ist nach dem Silcxanverfahren feuchtigkeitsvernetzbar, da eine Beeinflussung der Extrudierbarkeit durch die Gefahr einer Vorvernetzung aufgrund von Feuchtigkeit vermieden bzw. verringert wird.
Besondere Vorteile ergeben sich in Weiterführung der Erfindung dann, wenn als nicht hygroskopischer Ruß ein Acetylenruß verwendet wird Acetylenruße sind z B unter dem Handelsnamen Schawinigan-Ruß, Akzo-Ruß Ketjen black EC und Azetylenschwarz Y bekannt. Der Einsatz solcher Ruße in Materialien, die dadurch Aufpfropfen von Silanverbindungen auf ihre Moleküle feuchtigkeitsvernetzbar sind, führt zu Leitschichten hoher Oberflächengüte.
Die nach der Erfindung eingesetzten Ruße hoher Struktur haben zweckmäßig eine Oberfläche von 50 - 120 m2/g nach BET. Dies gewährleistet eine homogene Verteilung im Basispolymer und damit eine homogene Leitfähigkeit.
Da die aktiven Rußteilchen des nach der Erfindung eingesetzten leitfähigen Materials den Pfropf- und Vernetzungsprozeß nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigen, kann in Weiterführung der Erfindung der Zusatz an leitfähigem Ruß 25 - 80, vorzugsweise 30 - 50 Teile, bezogen auf 100 Teile Polymeres betragen.
Wird, wie bereits ausgeführt, eine leitfähige Mischung nach der Erfindung für die Abschirmung des elektrischen Feldes im Schichtenaufbau elektrischer Kabel eingesetzt, kann man zur Herstellung der Leitschichten beispielsweise so vorgehen, daß aus dem Basismaterial, dem Ruß und den Vernetzungschemikalien, wie Silan, Aktivatoren, Stabilisatoren etc. eine Mischung hergestellt und anschließend durch entsprechende Temperaturbehandlung das Silan auf die Basismoleküle aufgepfropft wird. Nach dem Pfropfvorgang erfolgt eine Granulierung des Compounds und eine feuchtigkeitsdichte Verpackung und Lagerung bis zum Einsatz, d h. bis zur Formgebung.
Für die Durchführung der Erfindung geeignete Mischungen sind z.B. die folgenden: Beispiel 1 Polyäthylen 100 Teile Ruß (Shawinigan) 45 " Silan 2 Peroxid 0,2 Aktivator 0,06 Beispiel 2 PE-Copolymer 100 Teile Ruß (Azetylenschwarz Y) 65 Silan 2,0 A terungsschutzmittel und Gleitmittel 0,4 Peroxid 0,2

Claims

Patentansprüche 1. Leitfähige Polymermischung auf der Basis von durch Aufpfropfen von Silanverbindungen in Anwesenheit von Feuchtigkeit vernetzbaren thermoplastischen Kunststoffen allein, vorzugsweise Copolymere des Äthylens, oder thermoplastischen Kunststoffen in Mischung mit Elastomeren als Modifikatoren und in beiden Fällen leitfähigen Füllstciffen als Zusätzen, dadurch gekennzeichnet, daß als leitfähiger Fülistoff ein nicht hygroskopischer Ruß hoher Struktur verwendet ist.
2. Polymermischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als nicht hygroskopischer Ruß ein Acetylenruß verwendet ist.
3. Polymermischung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rußoberfläche 50 - 120 m2/g nach BET beträgt.
4. Polymermischung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz an leitfähigem Ruß 25 - 80, vorzugsweise 30 - 50 Teile, bezogen auf 100 Teile Polymeres beträgt.
5. Elektrisches Kabel mit einer inneren und/oder äußeren Leitschicht auf Polymerbasis, dadurch gekennzeichnet, daß die innere und/oder äußere Leitschicht aus einer leitfähigen Polymermischung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 besteht.