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Dokumentenidentifikation DE69111774T2 07.12.1995
EP-Veröffentlichungsnummer 0491518
Titel Kabel mit halogenfreien Plastikmaterialien.
Anmelder AT & T Corp., New York, N.Y., US
Erfinder Hardin, Tommy Glenn, Lilburn, Georgia 30247, US;
Moore, Warren Freeman, Omaha, Nebraska 68127, US;
Mottine, John Joseph, Jr., South Burlington, Vermont 05403, US;
Nielson, Jeffrey Dale, Omaha, Nebraska 68144, US;
Shepherd, Lloyd, Madison, New Jersey 07940, US
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 69111774
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 10.12.1991
EP-Aktenzeichen 913114831
EP-Offenlegungsdatum 24.06.1992
EP date of grant 02.08.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.12.1995
IPC-Hauptklasse H01B 7/34
IPC-Nebenklasse G02B 6/44   H01B 3/30   H01B 3/46   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Vorliegende Erfindung betrifft Kabel mit halogenfreien Kunststoffen.

Hintergrund der Erfindung

Handelsübliche fluorhaltige Polymerstoffe sind als primäre isolierende Deckung für elektrische Leiter und als Mantelmaterial für Plenumkammerkabel ohne Verwendung von Metallrohren gebräuchlich. Jedoch erzeugen Fluorpolymerstoffe unter Brandbedingungen korrosive Gase. Ferner besitzen einige fluorhaltige Stoffe eine verhältnismäßig hohe Dielektrizitätskonstante, was sie als Isolierung für Kommunikationsleiter unannehmbar macht.

Das Problem einer annehmbaren Plenumkammerkabelausführung wird durch die Tendenz, die Verwendung von Lichtleiterübertragungsmedien von einer Schleife auf Verteilersysteme in Gebäuden auszudehnen, etwas kompliziert. Nicht nur muß der Lichtleiter gegen Verschlechterung der Übertragung geschützt werden, sondern er besitzt auch Eigenschaften, die sich erheblich von denen von Kupferleitern unterscheiden, und erfordert deshalb spezielle Behandlung. Lichtleitende optische Fasern sind mechanisch brüchig und zeigen Bruch bei niedriger Spannung unter Zugbelastung und verschlechterte Lichtdurchlässigkeit, wenn sie unter einem relativ kleinen Krümmungsradius gebogen werden. Die Verschlechterung der Übertragung als Ergebnis einer Biegung ist als Mikrobiegungsverlust bekannt. Dieser Verlust kann wegen einer Bindung zwischen dem Mantel und dem Kern auftreten. Die Bindung kann von einer Schrumpfung während der Abkühlung des Mantels und unterschiedlichen Wärmekontraktionen herrühren, wenn die thermischen Eigenschaften des Mantelmaterials erheblich von denen der eingeschlossenen Lichtleiter verschieden sind.

Die Verwendung von Fluorpolymerstoffen für die Mäntel von Lichtleiterplenumkammerkabeln erfordert spezielle Berücksichtigung von Stoffeigenschaften wie der Kristallinität und der Bindung zwischen dem Mantel und einem Lichtleiterkern, die schädigende Auswirkungen auf die Lichtleiter haben können. Wenn der Mantel an den Lichtleiterkern gebunden ist, setzt die Schrumpfung des halbkristallinen Fluorpolymerkunststoffs nach der Extrusion den Lichtleiter unter Kompression und führt zu Mikrobiegungsverlusten in der Faser. Ferner sind die Wärmeausdehnungskoeffizienten relativ zu Glas hoch und gefährden dadurch die Stabilität der optischen Leistung unter unterschiedlichen thermischen Betriebsbedingungen. Die Verwendung von Fluorpolymeren ist auch teuer und erfordert besondere Sorgfalt bei der Verarbeitung.

Außerdem ist ein Fluorpolymer ein halogenhaltiger Stoff. Es gibt zwar halogenierte Stoffe enthaltende Kabel, welche die Erfordernisse der Prüfung UL 910 erfüllt haben, aber es war wünschenswert, einige Probleme zu lösen, die bezüglich der Verwendung halogenierter Stoffe wie Fluorpolymere und Polyvinylchlorid (PVC) noch bestehen. Unter Brandbedingungen erzeugen diese Stoffe erhebliche Mengen korrosiver Gase. Je nach dem verwendeten Fluorpolymer können sich unter Hitzeeinwirkung Fluorwasserstoff und Chlorwasserstoff bilden, die Korrosion verursachen und nach einigen Prüfungen die Toxizität erhöhen. Mit PVC bildet sich nur Chlorwasserstoff.

Zur Verwendung als Isolier- und Ummantelungsmaterial für Kabel wurden halogenfreie Stoffe vorgeschlagen, siehe U.S. Patent 4 941 729.

Bezüglich der Verwendung handelsüblicher halogenfreier Kunststoffe ist ein Problem aufgetaucht. Allgemein gesagt sind die handelsüblichen halogenfreien Stoffe Materialien von Spritzgußqualität, die für Anwendungen bestimmt sind, wo die Dicke des Gußmaterials erheblich größer als die 5 bis 15 mils [0,13-0,38 mm] ist, die man zur Verwendung als Leiterisolierung erwarten würde. Der Schmelzindex für die verfügbaren halogenfreien Stoffe ist verhältnismäßig niedrig, zum Beispiel im Bereich von 0,75 bis 1,5. Wohlbekannterweise zeigt der Schmelzindex die Fließeigenschaften eines Kunststoffs an. Je höher der Schmelzindex, um so besser ist das Fließen. Stoffe mit niedrigerem Schmelzindex erfordern höhere Zylinderextrudertemperaturen, die Abbau des Kunststoffs verursachen können. Wenn beispielsweise zur Isolierung zu verwendende Kunststoffe im Zylinder eines Extruders einen Abbau erleiden, bilden sich Säureringe, die dazu neigen, an Materialien anzuhaften, mit denen sie in Berührung kommen. Als Ergebnis sind die physikalischen Eigenschaften der Isolierung, wie ihre Haftung an einem eingeschlossenen Leiter, unbefriedigend. Eine weitere Folge des Abbaus ist Nichtübereinstimmung zwischen den physikalischen Eigenschaften am Anfang und nach der Alterung.

Für die Ummantelung wurden dieselben Ergebnisse beobachtet. Zusammensetzungen mit kontrollierter Qualität ergeben bessere Dispersion, aber die Langzeitalterungseigenschaften liegen immer noch an der Grenze.

Was benötigt wird, ist ein Kabel, das halogenfreie Stoffe enthält und die weiter oben erörterten Probleme des Standes der Technik überwindet. Das erwünschte Kabel zeigt geeigneterweise nicht nur geringe Flammenausbreitungs- und geringe rauchentwickelnde Eigenschaften, wie man sie mit derzeit verwendeten Kabeln erhält, die halogenierte Stoffe enthalten, sondern erfüllt auch einen breiten Bereich erwünschter Eigenschaften einschließlich verbesserter Korrosionsanfälligkeit. Ein solches Kabel ist anscheinend im Stand der Technik nicht erhältlich. Kurzgefaßt besteht die Aufgabe darin, ein halogenfreies Kabel zur Verfügung zu stellen, das die Standards für Plenumkammerkabel erfüllt und die erwünschten Eigenschaften, wie geeignete Kunststoff/Leiterhaftung und wünschenswerte, nach der Verarbeitung bleibende physikalische Eigenschaften liefert. Eine weitere Aufgabe ist ein Kabel, das durch verhältnismäßig geringe Korrosionseigenschaften und annehmbare Toxizität, ein kleines Ausmaß an Rauchentwicklung und leichte Verarbeitbarkeit zu vernünftigen Kosten gekennzeichnet ist.

EP-A-0 380 244 lehrt die Verwendung von Polyetherimiden und Polyetherimid- Siloxan/Polyimidzusammensetzungen als Isoliermaterial für ein Lichtleiter enthaltendes Kabel.

GB-A-2 193 216 offenbart die Verwendung von Metallboraten, um Isoliermaterialien rauchunterdrückende Eigenschaften zu verleihen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die obigen Probleme des Standes der Technik wurden durch die erfindungsgemäßen Kabel gelöst. Gegenstand der Erfindung ist demgemäß ein Kabel, wie in Anspruch 1 niedergelegt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Es zeigen:

FIG. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kabels,

FIG. 2 eine Schnittansicht des Endes des Kabels nach FIG. 1 mit übertriebenen Abständen zwischen Leiterpaaren,

FIG. 3 einen Aufriß eines Gebäudeteils mit einer Plenumkammer, als Illustration der Verwendung erfindungsgemäßer Kabel, und

FIG. 4 und 5 perspektivische bzw. Endansichten eines erfindungsgemäßen Lichtleiterkabels.

Beschreibung von Ausführungsformen

FIG. 1 und 2 zeigen nun ein Kabel, das allgemein mit der Ziffer 20 bezeichnet ist und in Plenumkammern in Gebäuden verwendbar ist. Eine typische Plenumkammer 21 in einem Gebäude ist in FIG. 3 abgebildet. Dort ist ein erfindungsgemäßes Kabel 20 in der Plenumkammer angeordnet. Wie aus FIG. 1 und 2 ersichtlich ist, enthält das Kabel 20 einen Kern 22, der mindestens ein Übertragungsmedium umfaßt. Das Übertragungsmedium kann aus metallischen isolierten Leitern oder Lichtleitern bestehen. Der Kern 22 kann in einer (nicht gezeigten) Kernhülle eingeschlossen sein. Der Kern 22 kann zur Verwendung in Daten-, Rechner-, Alarm- und Signalisiernetzen sowie in Sprechverbindungen geeignet sein.

Für Zwecke der folgenden Beschreibung besteht das Übertragungsmedium aus verseilten Paaren 24-24 isolierter metallischer Leiter 26-26. Gewisse, in Plenumkammern verwendete Kabel können zwar 25 oder mehr Leiterpaare enthalten, doch gibt es zahlreiche solche Kabel mit nicht mehr als zwei Paaren oder zwei einzelnen Leitern.

Um dem Kabel 20 flammhemmende Eigenschaften, annehmbare Toxizität, geringe Korrosionsanfälligkeit und geringe rauchentwickelnde Eigenschaften zu verleihen, sind die metallischen Leiter mit einer Isolierung 27 bedeckt, die aus einem diese Eigenschaften liefernden Kunststoff besteht. Jeder der metallischen Leiter ist mit einer Isolierhülle versehen, die eine Zusammensetzung mit einem Polyetherimid enthält. Polyetherimid ist ein amorphes thermoplastisches Harz, das zum Beispiel von der General Electric Company unter der Bezeichnung ULTEM - Harz im Handel erhältlich ist. Das Harz ist durch eine verhältnismäßig hohe Formbeständigkeit in der Wärme (200ºC bei 264 psi [18,5 kg/cm²]), verhältnismäßig hohe Zugfestigkeit und Biegemodul sowie sehr gute Beibehaltung der mechanischen Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen gekennzeichnet. Es ist von sich aus ohne Verwendung weiterer Bestandteile flammwidrig und beeitzt einen Grenzsauerstoffindex von 47.

Polyetherimid ist ein Polyimid mit weiteren, in die Molekülkette eingebauten Bindungen, um genügend Flexibilität zur Verarbeitung der Schmelze zu ergeben. Es behält die Eigenschaften aromatischer Imide, nämlich ausgezeichnete mechanische und thermische Eigenschaften. Polyetherimid ist in einem Artikel von R.O. Johnson und H.S. Burlhis mit dem Titel "Polyetherimide: A New High- Performance Thermoplastic Resin [Polyetherimid: Ein Neues Thermoplastisches Hochleistungsharz]" beschrieben, der auf Seite 129 im Journal of Polymer Science 1983 beginnt.

Die aus einem Polyetherimid bestehende Isolierzusammensetzung enthält auch ein Additivsystem mit einem Antioxidans/Wärmestabilisator und einem Metalldesaktivator. Die Isolierzusammensetzung kann ferner ein geeignetes Schmiermittel enthalten. Das Additivsystem kann in einem Farbkonzentrat vorliegen, das dem Polyetherimid an der Einzugszone eines Extruders zugesetzt wird. Andernfalls kann es zuvor mit dem Polyetherimidbestandteil vermischt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Additivsystemungefähr 0,15 Gew.-% eines Antioxidans/Wärmestabilisators. Es wurde gefunden, daß ein hochmolekularer, sterisch gehinderter phenolischer Antioxidans/Wärmestabilisator wie der von der Fairmount Chemical Company, Inc., unter dem Handelsnamen Mixxim A0- 30 im Handel erhältliche geeignet ist. Der zuletzt erwähnte Stoff besitzt den chemischen Namen 1,1,3-tris(2- Methyl-4-hydroxy-5-tert-butylphenyl)-butan. Dies ist eine nicht-färbende, hochmolekulare, sterisch gehinderte phenolische Verbindung, welche thermo-oxidativen Abbau hemmt. Sie verleiht ausgezeichneten Schutz gegen Oxidation, wenn sie in Mengen von 0,02 bis 1 Gew.-% angewendet wird. Sie besitzt einen Schmelzpunkt im Bereich 185-190ºC und ein Molekulargewicht von 544. Sie ist in einer von der Fairmount Chemical Company erhältlichen Produktbroschüre mit dem Revisionsdatum 31. März 1983 offenbart. Ihre Verwendung im Stand der Technik war allgemein als Antioxidans in Produkten, die mit Lebensmitteln in Berührung sind.

Mit dem Antioxidans/Wärmestabilisator ist ein Metalldesaktivator in einer Menge von etwa 0,15 Gew.-% kombiniert. Es wurde gefunden, daß sich ein hochmolekularer Metalldesaktivator zum Einschluß in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung eignet. Der Metalldesaktivator hemmt einen durch Kupfer oder Kupferoxid verursachten Abbau und verringert dadurch die Anhaftung der Kunststoffisolierung am metallischen Leiter. Speziell wird bei der bevorzugten Ausführungsform ein Metalldesaktivator mit dem chemischen Namen N,N'-bis[3-(3',5-Ditert-butyl-4'-hydroxyphenyl)-propanyl]-hydrazin, der von Ciba-Geigy Company als Metalldesaktivator Irganox MD-1024 erhältlich ist, verwendet.

Es wurde gefunden, daß sich die Dehnung der Isolierung 27 durch Zusatz von Titandioxid zu dem Additivsystem erhöhen läßt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird Titandioxid in einer Menge von 0,2 bis 10 Gew.% zugesetzt.

Das Additivsystem führt zu einem synergistischen Effekt für den Schutz der Isolierung 27 während der Verarbeitung und der Langzeitalterung. Der Bereich für jeden Bestandteil des Additivsystems kann so hoch wie etwa 1,0 Gew.-% liegen.

Es sei daran erinnert, daß je höher der Scbmelzindex des zu extrudierenden Kunststoffs, um so besser sind die Fließeigenschaften bei der Extrusion. Versuche wurden durchgeführt, um den Schmelzindex von Polyetherimid ab Lager zu bestimmen. Bei Temperaturen von 390ºC, 340ºC bzw. 315ºC waren die berichteten Schmelzindizes 8-10, 1,5-2,5 und 0,7-1. Für andere als Isolierung verwendete Stoffe ist der Schmelzindex erheblich höher. Der Schmelz index von Teflon -Kunststoff liegt beispielsweise im Bereich von etwa 24-29,5. Vorteilhafterweise ergab das Additivpaketsystem der erfindungsgemäßen Zusammensetzung einen Schmelzindex im Bereich von 22-24 bei 315ºC, der erheblich höher liegt als der Schmelzindex des Polyetherimids ab Lager.

Zusätzlich zu dem Schutz gegen thermo-oxidativen Abbau während der Verarbeitung überzieht ferner das stabilisierende Additivsystem auch die Innenfläche eines Extruderzylinders und die Außenflächen des in den Extruder eingebrachten Granulats und wirkt somit als Schmiermittel. Dies erleichtert die Anwendung erniedrigter Extrusionstemperaturen, was dazu beiträgt, Abbau des Kunststoffs während der Extrusion zu vermeiden. Eine Erniedrigung der Extrusionstemperaturen um 10 bis 30ºC ist erreichbar.

Es wurde gefunden, daß Polyetherimid eine verhältnismäßig hohe Affinität für Kupfer besitzt. Als Ergebnis kann bei der Extrusion von Polyetherimidisolierung über einen Kupferleiter die Haftung der Isolierung am Kupfer unerwünscht hoch sein. Diese hohe Haftung deutet auf einen gewissen Abbau der Isolierung hin.

Um dieses Problem zu vermeiden, kann die Isolierung 27 zusätzliche Bestandteile enthalten. Zum BeisPiel kann man eine verhältnismäßig kleine Gewichtsmenge eines Siloxan/Polyimidcopolymers als Schmiermittel in dem Additivsystem einschließen, um die Materialverarbeitung und die physikalischen Eigenschaften zu verbessern. Siloxan/Polyimidcopolymer ist ein flammhemmender halogenfreier thermoplastischer Stoff. Ein solcher Stoff wird als SILTEM Copolymer bezeichnet und ist im Handel von der General Electric Company erhältlich. Der Siloxan/Polyizaidgehalt einer solchen Mischzusammensetzung kann im Bereich von 0% bis 10% liegen, mit einem bevorzugten Bereich von 0,5 bis 2,0 Gew.-%. Hochtemperatur-Sulfonamidweichmacher und hochmolekulare Stearatschmiermittel wie Cerstearat haben sich ebenfalls als geeignet für diese Anwendung erwiesen.

Um den Kern herum ist ein Mantel 28 angeordnet. Der Mantel 28 ist ein Kunststoff, der aus einer Zusammensetzung besteht, die bei der bevorzugten Ausführungsform ein Siloxan/Polyimidcopolymer und ein flammhemmendes System mit etwa je 1 bis 2 Gew.-% Zinkborat und Titandioxid enthält.

Der Mantel 28 kann auch aus einer Mischzusammensetzung bestehen, die etwa 75 bis 100 Gew.-% eines Siloxan/Polyimidcopolymers und etwa 0 bis 25 Gew.-% eines Polyetherimidcopolymers enthält. Für verhältnismäßig kleine Kabel, wie z.B. sechs Paare oder weniger, kann der Mantel diese zuletzt beschriebene Mischzusammensetzung sowie das oben beschriebene stabilisierende Additivsystem enthalten. Ferner kann die Mischzusammensetzung des Mantels 28 ein flammhemmendes System enthalten, das beispielsweise aus Zinkborat und/oder Titandioxid bestehen kann. Die Menge jedes Bestandteils des flammhemmenden Systems kann izr Bereich von 0 bis 10% liegen. Obwohl dies für Kabel mit einer verhältnismäßig kleinen Anzahl Paaren unnötig ist, kann man der oben bezeichneten Mischzusammensetzung ein flammhemmendes System zusetzen, um zufriedenstellendes Brandverhalten für alle Paargrößen sicherzustellen.

Für Lichtleiterkabel, in denen Lichtleiter mit einer Pufferschicht versehen sind, wird ein Siloxan/Polyimidcopolymer als Material für die Pufferschicht bevorzugt. Das Siloxan/Polyimidcopolymer besitzt einen niedrigeren Modul als das Polyetherimid, was die Möglichkeit eines induzierten Mikrobiegeverlusts in den Lichtleitern reduziert. Ein typisches gepuffertes Lichtleiter-Plenumkammerkabel 30 ist in FIGUREN 4 und 5 gezeigt. Das Kabel 30 enthält eine Mehrzahl überzogener Lichtleiter 32-32, die jeweils mit einer Pufferschicht 34 bedeckt sind. Wie man sieht, kann die Mehrzahl Lichtleiter um einen zentralen "Organisator" 36 herum angeordnet und in einer Schicht 38 eines Festigkeitsmaterials wie KEVLAR -Garn eingeschlossen sein. Die Festigkeitsgliedschicht ist von einem Mantel 39 umgeben, der einen halogenfreien Stoff darstellt, der einen Polyetherimidbestandteil enthalten kann. Der Mantel kann ein Siloxan/Polyimidcopolymer oder ein Gemisch aus einem Polyetherimid und einem Siloxan/Polyimidcopolymer enthalten.

In der Vergangenheit hat sich die Kabelindustrie in den Vereinigten Staaten gescheut, halogenfreie Stoffe in Plenumkammerkabeln zu verwenden. Solche halogenfreie Stoffe, welche die gewünschten Eigenschaften besaßen, waren offenbar für eine Verwendung in einem solchen Produkt zu wenig biegsam. Solche halogenfreie Stoffe, welche die erwünschte Biegsamkeit besaßen, erfüllten nicht die USA-Standards für Plenumkammerkabel. Dabei ist es überraschend, daß die erfindungsgemäßen Übertragungsmediumhüllen und Kabelmäntel halogenfreie Stoffe enthalten, aber trotzdem die Erfordernisse der Prüfung UL 910 erfüllen.

Überraschenderweise erfüllt das erfindungsgemäße, halogenfreie Isolierungs- und Ummantelungsstoffe enthaltende Kabel nicht nur axmehmbare Industriestandards für die Flammenausbreitungs- und Rauchentwicklungseigenschaften, sondern weist auch geringe Korrosionsanfälligkeit und annehmbare Toxizität auf. Das Ergebnis ist überraschend und unerwartet, weil angenommen wurde, daß halogenfreie Stoffe mit annehmbaren Niveaus der Flammenausbreitung und Rauchentwicklung übermäßig starr wären und daß solche mit geeigneter Biegsamkeit keine Flammenausbreitungs- und auch Rauchentwicklungseigenschaften ergeben würden, die den Industriestandards genügen. Die Leiterisolierung und das Ummantelungsmaterial des beanspruchten Kabels arbeiten zusammen, um ein System zu liefern, welches die Übertragung von Wärme an die Ubertragungsmedien verzögert. Weil Übertragung durch Wärmeleitung, welche die Leiterisolierung zersetzt, verzögert ist, werden die Rauchentwicklung und weitere Flammenausbreitung beherrscht.

Die Flammenausbreitungs- und Rauchentwicklungseigenschaften von Kabeln lassen sich durch Anwendung der Prüfung UL 910 demonstrieren. Die Prüfung UL 910 ist in dem oben bezeichneten Artikel von S. Kaufman beschrieben und stellt eine Methode zur Bestimmung der relativen Flammengeschwindigkeits- und Rauchentwicklungseigenschaften von in Schächten, Plenumkammern und anderen für Umgebungsluft verwendeten Räumen zu installierenden Kabeln dar. Prüfungen haben gezeigt, daß Wärme vor allem durch Wärmestrahlung, zweitens durch Leitung und schließlich durch Konvektion an den Kabelkern übertragen wird.

Bei der Prüfung UL 910 wird die Flammenausbreitung über einen vorbestimmten Zeitraum beobachtet, und Rauch wird durch eine Fotozelle in einem Ausgangsschacht gemessen. Für ein als Plenumkammerkabel einzustufendes Kabel, d.h. Typ CMP, darf die Flammenausbreitung nach dem National Electric Code [Nationale Elektrische Normen], fünf Fuß [1,5 m] nicht übersteigen. Ein Maß für die Rauchentwicklung, als optische Dichte bezeichnet, ist eine Messung der Verdunkelung über einen Zeitraum, wie von einem optischen Detektor gemessen. Je niedriger die optische Dichte, um so wünschenswerter sind die Raucheigenschaften. Ein als CMP bezeichnetes Kabel muß eine maximale optische Dichte von 0,5 und eine durchschnittliche optische Dichte von 0,15 oder weniger aufweisen.

Die Toxizitätseigenschaften von Kabeln können unter Anwendung einer an der Universität Pittsburg entwickelten Prüfung aufgezeigt werden. Bei dieser Prüfung wird ein als lethale Konzentration, LC&sub5;&sub0;, welche eine Mortalität von 50% in einer Tierpopulation, d.h. 2 von 4 Mäusen darstellt, bezeichneter Parameter gemessen. Es ist wichtig, festzustellen, daß die LC&sub5;&sub0; für den im Kabel verwendeten Kunststoff ohne die metallischen Leiter gemessen wird. Die auf diese Weise gemessene LC&sub5;&sub0; ist ein Hinweis auf die Toxizität des von einem Material bei der Verbrennung entwickelten Rauchs. Je höher der Wert der LC&sub5;&sub0;, um so mehr Material muß verbrannt werden, um die gleiche Anzahl Prüftiere zu töten, und die Toxizität ist desto niedriger. Die LC&sub5;&sub0;-Werte für erfindungsgemäße Kabel waren höher als diejenigen für vergleichbare Kabel, die halogenierte Stoffe enthielten.

Die Korrosivität des Rauchs aus Kabeln läßt sich durch Messung der bei der Verbrennung der Kabel erzeugten sauren Gase demonstrieren. Je höher die Konzentration des erzeugten sauren Gases, um so korrosiver ist der Kunststoff, der die Übertragungsmedien umgibt. Diese Arbeitsweise wird derzeit in einer US-militärischen Spezifikation für Kabel an Bord von Schiffen verwendet. Gemäß dieser Spezifikation sind 2% saures Gas, wie als Prozent von pro Kabelgewicht erzeugtem Chlorwasserstoff gemessen, das zulässige Maximum. Erfindungsgemäße Plenumkammerkabel zeigten 0% Erzeugung von saurem Gas.

Prüfungsergebnisse für Beispiele erfindungsgemäßer Kabel sowie für andere Plenumkammerkabel sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben. Als Plenumkammerkabel eingestuft erfüllen die Kabel in der Tabelle die Prüfung UL 910 auf Flammenausbreitung und Rauchentwicklung. Kabelbeispiele wurden Prüfungen gemäß der zuvor erwähnten Prüfung UL 910 unterzogen und Temperaturen von 904ºC oder so hohen einfallenden Wärmeströmen wie 63 kW/m² ausgesetzt.

TABELLE TYP PLENUMKAMMERKABEL BEISPIEL EIGENSCHAFT A. Rauchentwicklung Maximale optische Dichte Durchschnittliche optische Dichte B. Maximale Flammenausbreitung (ft) (m) C. Außendurchmesser (Zoll) (mm) D. Manteldicke (Zoll) (mm)

Die Tabelle gibt Plenumkammerbranddaten, welche zeigen, daß die erfindungsgemäßen, halogenfreie Kunststoffe enthaltenden Kabel einer Flammenausbreitung widerstehen und Rauchentwicklung zeigen. Zwei Beispiele jedes Kabeltyps wurden der Prüfung UL 910 für Telekommunikationskabel unterzogen.

Das Kabel vom Typ I enthielt Kupferleiter, die mit einer Zusammensetzung isoliert waren, die aus 98,7 Gew.-% Polyetherimid, 0,65 Gew.-% eines Metalldesaktivators wie Irganox MD-1024, von der Firma Ciba-Geigy vertrieben, und 0,65 Gew.-% eines Antioxidans/Wärmestabilisators wie Mixxim AO-30, von Fairmount Chemicals vertrieben, bestand. Der Mantel bestand aus einer Mischzusammensetzung von 75 Gew.-% eines Siloxan/Polyimidcopolymers und 25 Gew.-% eines Polyetherimids, die beide von der General Electric Plactics Company vertrieben werden.

Der Typ II bestand aus derselben Isolierung wie Typ I zusammen mit einer Farbbeschichtung zur Farbkennzeichnung des Leiters. Die verwendete Farbe war Produktbezeichnung 3600.901, die von der Gem Gravure Company erhältlich ist. Der Mantel bestand aus demselben Material wie der des Typs I.

Der Typ III bestand aus acht je mit 100 Gew.-% Polyetherimid isolierten Kupferleitern. Der Mantelbestand aus 97 Gew.-% Siloxan/Polyimidcopolymer, 2 Gew.-% Titandioxid, 0,5 Gew.-% Metalldesaktivator Irganox MD1024 und 0,5 Gew.-% Antioxidans/Wärmestabilisator Mixxim AO-30.

Der Typ IV bestand aus fünfzig je mit einer Polyetherimidzusammensetzung isolierten Kupferleitern, die in einigen Fällen das Additivpaket enthielt. Der Mantel war eine aus 98 Gew.-% Siloxan/Polyimid, 1 gew-% Titandioxid und 1 gew-% Zinkborat bestehende Zusammensetzung.

Physikalische Daten für die Haftungs-, Dehnwigs- und Zugfestigkeitseigenschaften wurden erhalten. Diese Eigenschaften beschreiben die physikalische Leistung der Isolierung, die zur Installation und Fertigstellung des vollständigen Kabels wichtig sind. Die Additivstoffe der Isolierungs- und Mantelzusammensetzungen der erfindungsgemäßen Kabel verbessern das Produkt durch Erniedrigung der Haftung und Erhöhung der Dehnung. Die Haftung der Isolierung wurde von etwa 5-10 Pfund/Zoll [894-1787 g/cm] auf etwa 1,5-4 Pfund/Zoll [268-715 g/cm) erniedrigt, und die Bruchdehnung wurde von etwa 70-106% auf etwa 90-110% erhöht. Für Titandioxid enthaltende Isolierung war die Dehnung noch weiter erhöht. Die Wärmestabilität wird erhöht, wie gleichbleibende Alterungseigenschaften zeigen.

Die erfindungsgemäßen Kabel schließen Übertragungsmediendecken und -mäntel mit einem Bereich von Dicken ein. In jedem Fall erfüllt das Kabel jedoch die Erfordernisse der Prüfung UL 910 für Flammenausbreitung und Rauchentwicklung. Sie ergeben auch niedrige Korrosionsanfälligkeit und annehmbare Toxizität.

Das Schutzhüllensystem der erfindungsgemäßen Kabel (a) verzögert die Übertragung geleiteter Wärme an den Kern 22, was zu geringerer Pyrolyse der Isolierung führt, die ihrerseits weniger Rauch und deshalb geringere Flammenausbreitung ergibt, (b) reflektiert wirksam die über die Gesamtdauer der Prüfung UL 910 vorhandene Strahlungsenergie, (c) schaltet vorzeitige Zündung bei irgendwelchen Überlappungsnähten aus und (d) ermöglicht es der Isolierung, vollständig zu verkohlen und dadurch konvektive Gasströmung entlang der Kabellänge zu blockieren. Ferner führt es zu geringer Korrosionsanfälligkeit und annehmbarer Toxizität.


Anspruch[de]

1. Kommunikationskabel (20), umfassend:

einen Kern (22), der mindestens ein Kommunikationsübertragungsmedium enthält, und einen Mantel (28), der diesen Kern umschließt und einen darum angeordneten Kunststoff enthält, der eine Stoffzusammensetzung einschließlich eines Polyetherimids darstellt, gekennzeichnet durch ein Additivsystem, das ein(en) Antioxidans/Wärmestabilisator und einen Metalldesaktivator enthält.

2. Kabel nach Anspruch 1, worin dieses Additivsystem etwa 0,05 bis 1 Gew.-% eines Antioxidans/Wärmestabilisators und etwa 0,05 bis 1 Gew.-% eines Metalldesaktivators enthält.

3. Kabel nach Anspruch 1, worin dieser Kunststoff jenes Mantels aus einer Mischzusammensetzung eines Polyetherimids und eines Siloxan/Polyimidcopolymeren besteht und er ferner jenes Additivsystem enthält.

4. Kabel nach Anspruch 3, worin diese Mischzusammensetzung jenes Mantels etwa 25 Gew.-% Polyetherimid und etwa 75 Gew.-% eines Siloxan/Polyimidcopolymeren enthält.

5. Kabel nach Anspruch 1, worin dieser Mantel aus einer Mischzusammensetzung besteht, die ein Siloxan/Polyimidcopolymer und ein flammhemmendes System enthält.

6. Kabel nach Anspruch 5, worin dieses flammhemmende System etwa 1 Gew.-% Titandioxid und etwa 1 Gew.-% Zinkborat enthält.

7. Kabel nach Anspruch 1, worin jener Kunststoff, der jeweils um jenes Transmissionsmedium herum angeordnet ist, ferner ein Schmiermittel mit hohem Schmelzpunkt enthält.

8. Kabel nach Anspruch 7, worin dieses Schmiermittel aus Cerstearat besteht.

9. Kabel nach Anspruch 1, worin jenes Additivsystem einen Weichmacher mit hoher Wärmebeständigkeit enthält.

10. Kabel nach Anspruch 1, worin jenes Additivsystem etwa 0,2 bis 10 Gew.-% Titandioxid enthält.







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