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Dokumentenidentifikation DE69126464T2 16.10.1997
EP-Veröffentlichungsnummer 0448381
Titel Halogen-freie Kunststoffmischung für einen Kabelmantel
Anmelder AT & T Corp., New York, N.Y., US;
Scapa Group PLC, Blackburn, Lancashire, GB
Erfinder Khorramian, Behrooz, New York, New York 1024, US;
Taylor, John Anthony, Poynton, Cheshire SK12 1DL, GB;
Richardson, Peter James, Woodford,Cheshire SK7 1PJ, GB
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 69126464
Vertragsstaaten CH, DE, ES, FR, GB, IT, LI, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 20.03.1991
EP-Aktenzeichen 913024402
EP-Offenlegungsdatum 25.09.1991
EP date of grant 11.06.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.10.1997
IPC-Hauptklasse H01B 7/34
IPC-Nebenklasse C08K 3/22   H01B 3/44   C08L 23/08   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kabel mit einem aus einer feuerwiderstandsfähigen, halogenfreien, biegsamen, thermoplastischen Polymerzusammensetzung bestehenden Mantel, das Prüfungen standhält, die es als für höhere Anforderungen stellende Verwendungszwecke einsetzbares Kabel sowie für andere Anwendungen wie zum Beispiel Fliesen und Profile qualifizieren.

Allgemeiner Stand der Technik

Kabel wird vielfach als Übertragungsmedium in der Nachrichtentechnik eingesetzt. Typischerweise enthält ein Übertragungskabel eine ein Übertragungsmedium beinhaltende Seele sowie ein Hüllensystem. Zu dem Hüllensystem gehört im allgemeinen ein Kunststoffmantel. Als Kunststoffmaterial für den Mantel bei Außenanlagenkabeln wird häufig Polyethylen eingesetzt. Nun hat sich Polyethylen zwar bei Außenanlagekabeln bewährt, es gibt aber andere Verwendungen, die derartige Anforderungen an das Kabel stellen, daß Polyethylen ohne irgendwelche Zusatzstoffe ungeeignet ist.

Zu den Gesamtanforderungen, die gegebenenfalls an Kabel gestellt werden, zählen eine entsprechende Zugfestigkeit und Dehnung, mechanische Robustheit, Reißfestigkeit, Fluidbeständigkeit und Flammwidrigkeit. In Übertragungskabel einzusetzende Werkstoffe, besonders für bautechnische Anwendungen, müssen so beschaffen sein, daß das daraus hergestellte Kabel eine Industrienorm- Entflammbarkeitsprüfung besteht. Überdies sollte das Kabel durch die Underwriters Laboratories (UL) erstellten physikalischen und mechanischen Standardprüfungen, aber auch von Herstellern wie AT&T erstellten Übertragungsanforderungen genügen. Diese Normen können in Kundenanforderungen eingeschlossen sein.

Bei einer Anwendung, nämlich an Bord von Schiffen, sind die Anforderungen besonders streng. Bei Prüfungen einiger Werkstoffe für diese Anwendungszwecke zeigte sich, daß ein handelsübliches Material ohne weiteres manchen der Anforderungen genügen kann, anderen aber nicht. Andererseits kann ein anderer handelsüblicher Werkstoff Anforderungen erfüllen, denen der eine Werkstoff nicht genügte, jedoch bei Prüfungen versagen, bei denen der andere Werkstoff entsprach. Beispielsweise weist ein handelsüblicher Werkstoff eine Dehnung von 240% sowie eine Zugfestigkeit von 8 MPa auf und hat einen Kaltbiege- oder Schlagversuch bei -15ºC bestanden, während die US-Marine fordert, daß die maximale Dehnung 180% und die Zugfestigkeit mindestens 9 mPa betragen sollte und daß das Kabel eine Kälteprüfung bei -28ºC besteht. Dasselbe Material weist einen Grenzsauerstoffindex ("Limiting Oxygen Index" = LOI) von 38-40% sowie eine Reißfestigkeit von mindestens 60 Newton/cm auf. Bei einem anderen handelsüblichen Material sind die Dehnung und die Zugfestigkeit annehmbar, aber der LOI beträgt 34 bis 35% und die Reißfestigkeit nur 50 Newton/cm.

Im Stand der Technik hat man das Problem von zur Flammenausbreitung und Rauchentwicklung beitragenden Kabelmaterialien durch Verwendung von halogenierten Werkstoffen wie Polyvinylchlorid (PVC) und fluorierten Polymeren zu lösen versucht. Beispielsweise hat man diese zusammen mit Schichten aus anderen Materialien zur Steuerung der Verkohlung, des Mantelzusammenhalts und der Luftdurchlässigkeit verwendet, um möglichst geringen Einschränkungen bei der Wahl von Isoliermaterialien innerhalb der Seele in einem Sammelraumkabel zu unterliegen.

Zwar ist PVC vom Kostenstandpunkt her sehr attraktiv, weist jedoch im Vergleich mit anderen Polymerisaten, nämlich fluorierten Polymerisaten verhältnismäßig hohe dielektrische Eigenschaften auf, die es für Hochfrequenzanwendungen ungeeignet machen. Überdies weisen manche PVC-Materialien verhältnismäßig hohe Korrosivität sowie Rauchentwicklung in Brandfällen auf, wenngleich andere mit hohen Füllstoffgehalten zum Einsatz in Sammelräumen annahmetauglich sind, da die mit ihnen verbundene Flammenausbreitung und Rauchentwicklung auf erträglichem Niveau liegen. Dennoch besteht der Wunsch nach der Verwendung anderer Werkstoffe als PVC angesichts der durch bei Einwirkung von Feuer auf dieses Material entwickelte Gase bewirkten Korrosivität.

Kompliziert wird das Problem einer annahmetauglichen Kabelmaterialauslegung einigermaßen durch die Tendenz zu immer weiter verbreitetem Einsatz von Faseroptikübertragungsmedien. Lichtleitfasern sind mechanisch fragil, mit niedriger Bruchdehnung unter Zugbelastung und geminderter Lichtübertragung bei Biegung mit verhältnismäßig geringem Krümmungsradius. Die durch Biegen bedingte Verschlechterung der Übertragung wird als Mikrokrümmungsverlust bezeichnet.

Der Einsatz von Fluorpolymerisaten, gegebenenfalls mit darunterliegenden Schutz schichten, für einen Faseroptikgebäudekabelmantel erfordert eine besondere Berücksichtigung der Materialeigenschaften wie z.B. Kristallinität sowie der Kopplung zwischen dem Mantel und einem Lichtleitfaserkern, die sich ungünstig auf die Lichtleitfasern auswirken kann. Bei einer Kopplung zwischen dem Mantel und dem Lichtleitfaserkern erfolgt durch die Schrumpfung des semikristallinen Fluorpolymerisatkunststoffmaterials nach der Extrusion eine Kompression der Lichtleitfaser und führt zu Mikrokrümmungsverlusten in der Faser. Überdies sind Wärmeausdehnungskoeffizienten von Fluorpolymerisaten gegenüber jenen von Glas groß und gefährden dadurch die Stabilität der optischen Leistung bei unterschiedlichen thermischen Betriebsbedingungen. Auch erfordert der Einsatz mancher Fluorpolymerisate besondere Sorgfalt bei der Verarbeitung und verteuert die Kabel.

Wenngleich halogenhaltige Werkstoffe enthaltende Kabel den Prüfungsanforderungen der Underwriters Laboratories Inc. entsprochen haben, bestand ein Wunsch nach der Überwindung gewisser Schwierigkeiten, die beim Einsatz mancher Fluorpolymerisat- und PVC-Werkstoffe weiterhin existieren. Bei beiden derartigen Werkstoffen kann Korrosion in unerwünschtem Ausmaß auftreten. Setzt man ein Fluorpolymerisat ein, so wird unter der Einwirkung von Hitze Wasserstofffluorid gebildet, was zu Korrosion führt. Bei einem PVC bildet sich Chlorwasserstoff. Überdies kommt es bei manchen PVC-Materialien zu unerwünscht starker Rauchentwicklung.

Wenn manche halogenierte Werkstoffe unerwünschte Eigenschaften aufweisen und von der Industrie gewisse Eigenschaften gefordert werden, deren halogenierte Materialien ermangeln, ist es logisch, die Frage zu stellen, warum nichthalogenierte Werkstoffe nicht in größerem Ausmaß als Kabelwerkstoffe eingesetzt worden sind. Im allgemeinen galten nichthalogenierte Werkstoffe im Stand der Technik als unbrauchbar, da sie als weniger flammwidrig oder bei entsprechender Flammwidrigkeit als nicht biegsam genug betrachtet wurden.

Nichthalogenierte Werkstoffe sind in Ländern außerhalb der Vereinigten Staaten insbesondere in den weniger strikten Kategorien für Gebäudekabel eingesetzt worden. Als nichthalogenierter Werkstoff ist zum Beispiel ein Polyphenylenoxidkunststoffmaterial angeboten worden. In den Vereinigten Staaten sind laufend Bestrebungen im Gange, nichthalogenierte Werkstoffe, insbesondere als Mantel geeignete, zur Verfügung zu stellen, die zu einem vernünftigen Preis eine breite Palette an annehmbaren Eigenschaften aufweisen, den Industrienormen aber dennoch genügen. Ein derartiges Kabel sollte bei einem breiten Kundenspektrum Anklang finden.

Eine kürzlich vorgeschlagene Kabelmantelzusammensetzung ist von den Herren S. Artingstall, A.J. Pyle und Dr. J.A. Taylor in einem Artikel mit dem Titel "Recent Advances in Thermoplastic, Zero Halogen, Low Smoke, Fire Retardant Cable Compound Technology" [Jüngste Fortschritte in der Technik thermoplastischer, halogenfreier, raucharmer, flammwidriger Kabelmassen] offenbart worden. Dieser Artikel erschien in "Proceedings of the 1987 International Wire and Cable Symposium".

In Frage kommende Kabelmantelmaterialien sollten nicht nur die durch derzeit verwendete, halogenierte Werkstoffe enthaltende Kabel vermittelten, eine entsprechend niedrige Flammenausbreitung bewirkenden Eigenschaften aufweisen, sondern auch einer breiten Palette erwünschter Eigenschaften wie geringer Raucherzeugung sowie Korrosivität und Toxizität in annehmbarem Ausmaß genügen und einen vernünftigen Preis aufweisen. Auch muß das angestrebte Kabel annehmbare mechanische Eigenschaften, brauchbare elektrische Eigenschaften, besonders bei Eintauchen in Wasser und mehrere andere bestimmte Flüssigkeiten, entsprechende Abriebfestigkeit und eine entsprechende Verarbeitbarkeit aufweisen. Die Herausforderung besteht darin, ein derartiges Kabel zur Verfügung zu stellen, das den in den Vereinigten Staaten gültigen Normen für ein breites Anwendungsspektrum genügt. Überdies sollte der angestrebte Kabelmantel, da er ja für Anwendungen, bei denen derzeit mit PVC ummanteltes Kabel verwendet wird, zum Einsatz kommen kann, durch mechanische und elektrische Eigenschaften gekenn zeichnet sein, die jenen von PVC zumindest gleichwertig sind.

Da gewünscht wurde, Kunststoffmaterialien einzusetzen, die keine Halogene enthielten, ist brennbares, vernetztes Polyethylen, das mit Feuerwiderstandsfähigkeit vermittelnden anorganischen Zusatzstoffen vermischt war, zum Einsatz gekommen. Die Herstellungskosten einer derartigen Zusammensetzung sind jedoch verhältnismäßig hoch gegenüber beispielsweise PVC, da eine hinreichende mechanische Festigkeit nur durch Vernetzen zu erzielen war. Überdies kann Polyethylen Füllstoffe nur bis zu einem bestimmten Grad aufnehmen. Durch einen übermäßig hohen Füllstoffgehalt wird die Zusammensetzung verhältnismäßig steif, weist einen unzureichenden mechanischen Zusammenhalt auf, und ist schwer zu verarbeiten. Die aus der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 25 54 802 bekannte Zusammensetzung enthält 179-277 Gew.-% an Füllstoff, braucht jedoch keinen hohen Anforderungen an die mechanische Festigkeit zu genügen und wäre zum Beispiel für manche Kabelumhüllungsanwendungen nicht geeignet.

Es sind mehrere Techniken zur Überwindung der mit so schlechten mechanischen Eigenschaften verbundenen Schwierigkeiten bekannt geworden. Füllstoffe können vor dem Einmischen in die Mischung mit einer ungesättigten Carbonsäure behandelt werden, wie in DE-AS 2262-126 beschrieben, doch ergibt dies ein verhältnismäßig starres Material, das sich nicht zur Isolierung und Umhüllung von Kabeln eignet.

Das US-Patent Nr. 3,832,326 beschreibt eine flammwidrige Zusammensetzung auf Basis einer vernetzbaren polymeren Komponente mit mindestens 66 Gew.-% eines Ethylen-Vinylacetat-(EVA-)Copolymerisats, einem Vinylalkoxysilan und 80 bis 400 Gew.-% der polymeren Komponente des Gemischs an chemisch gebundenes Wasser enthaltendem hydratisiertem Aluminiumoxid. Der bevorzugte maximale Vinylacetatgehalt wird mit 40 Gew.-% angegeben. Besonders bevorzugt wird als Maximum 28 Gew.-%, da über diesem Gehalt die Zugdehnung und Bruchdehnung leiden sollen. Auch enthält die Zusammensetzung im allgemeinen ein Vernetzungsmittel, da die Verwendung des Produkts in der vernetzten Form besonders bevorzugt wird. Typisch ist dies für Mischungen, die einen hohen Anteil an mineralischen Füllstoffen enthalten, um bei halogenfreien Werkstoffen eine ausreichende Flammenbeständigkeit zu erzielen, wobei die Mischungen im thermoplastischen Zustand eine zu geringe Zugfestigkeit aufweisen und daher den teuren Vernetzungsprozeß erfordern. Unter Umständen weist die vorstehende Zusammensetzung immer noch keine ausreichenden Festigkeitswerte auf, und überdies können sich Probleme bei der Verarbeitung von hochgefüllten Mischungen bei annehmbaren Produktionsgeschwindigkeiten ergeben.

Bereitgestellt wird im Stand der Technik auch eine flammenbeständige Polymerzusammensetzung aus (a) einem thermoplastischen, halogenfreien Polymergemisch, das selbst (i) insgesamt mindestens 15 Gew.-% einer Elastomerkomponente, bei der es sich um mindestens ein Ethylencopolymerisat oder -terpolymerisat mit mindestens 38% an Comonomeren handelt, sowie (ii) 40 bis 85 Gew.-% einer, mindestens 70% an sich von Ethylen herleitenden Einheiten enthaltenden Plastomer Komponente enthält. Ferner beinhaltet die Zusammensetzung (b) einen mineralischen Füllstoff, der 180 bis 320 Gew.-% des Polymergemischs ausmacht und mindestens ein Metallhydroxid enthält. Mindestens eine der Polymerkomponenten (i) oder (ii) enthält daran gebundene freie Carbonsäuregruppen in einer Menge von 0,5 bis 14 Gew.-% bezogen auf das Gewicht der Komponenten (i) oder (ii). Wesentlich bei diesen Zusammensetzungen ist, daß die Bindung des Füllstoffs an die Polymerphase durch Verwendung von Carbonsäuregruppen erfolgt. Dadurch ergeben sich verbesserte physikalische Eigenschaften, freilich um den Preis einer erhöhten Steifheit, was zwar bei manchen Anlagen nicht allzuviel ausmacht, bei Verwendung in Schiffskabeln jedoch nicht ganz befriedigend ist.

Angestrebt wird ein derzeit anscheinend nicht verfügbares Kabel mit einem eine Polymerzusammensetzung mit einem verhältnismäßig hohen Gehalt an mineralischem Füllstoff enthaltenden Mantel zur Erzielung einer entsprechend hohen Flammenbeständigkeit und entsprechender mechanischer Festigkeit, einschließlich einer entsprechenden Wärmedruckfestigkeit, wie beispielsweise für Kabelumhüllungen erforderlich. Die angestrebte Polymerzusammensetzung sollte leicht zu bearbeiten sein und im Brandfall nicht tropfen, damit eine annehmbare mechanische Konsistenz gewährleistet ist, solange die jeweilige Notfallsituation anhält.

Benötigt wird ein Mantelsystem für ein Kabel, durch das die Gelegenheit zum Ausbrechen eines Brandes entlang dem Kabel auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird und bei etwaiger Erzeugung einer solchen Flamme die Ausbreitung der Flamme und des Rauchs möglichst gering gehalten wird. Benötigt wird ein Mantelmaterial, das den UL-Anforderungen und anderen einschlägigen Prüfungen für eine Reihe von Anwendungen genüge leistet. Das angestrebte Mantelmaterial sollte nichthalogeniert sein, in Kabelkonstruktionen den UL- sowie anderen anerkannten technischen Anforderungen entsprechen, mit angemessenen Kosten behaftet sein und ausgezeichnete Übertragungseigenschaften aufweisen.

Aus Patent Abstracts of Japan, Band 7, Nr. 66 (C-157) 18 März 1983 und JP-A-58 001 741 ist eine flammwidrige Harzzusammensetzung bekannt, die sich zur Verwendung als Umhüllungsmaterial für elektrische Kabel eignet. Die Zusammensetzung offenbart Ethylenvinylacetat-(EVA-) Copolymerisate mit einem Vinylacetatgehalt von 40 Gewichtsprozent oder darüber.

Aus EP-A-0 332 773 ist gleichfalls ein EVA und Aluminiumhydroxid- oder Magnesiumhydroxidfüllstoff enthaltendes flammwidriges Harz bekannt, das den Oberbegriff von Anspruch 1 umfaßt.

Aus World Patent Index Latest, Derwent Publications Ltd. London, GB; AN 87053859 und JP-A-62 010 151 ist die Herstellung von flächigen Produkten aus EVA wie Kabelbänder oder Folienmaterial bekannt.

Erfindungsgemäß wird eine thermoplastische Zusammensetzung wie in Anspruch 1 definiert bzw. ein Kabel mit einem aus der Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 geformten äußeren Mantel wie in Ansprüchen 5 und 6 definiert zur Verfügung gestellt. Durch sorfältige Wahl der Verhältnisse von Plastomer zu Elastomer und ihrer Molekulargewichte wird eine Zusammensetzung mit geeigneten physikalischen Eigenschaften zur Verfügung gestellt, ohne daß die sich durch Carbonsäuregruppen ergebende Bindung zwischen Polymerisat und Füllstoff erforderlich wäre.

Die Zusammensetzung des Kunststoffmantels kann zusätzliche Füllstoffe im Ausmaß zwischen 0 und 50 Gewichtsteilen des Polymergemischs enthalten. Um die Extrudierung des Kunststoffmaterials, aus dem der Mantel besteht, zu erleichtern, enthält die Zusammensetzung vorteilhaft noch etwa 2 bis 8 Gewichtsteile des Polymergemischs an Stoffen wie Hilfsmitteln, Stabilisatoren und Pigmenten.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Figur 1 ist eine perspektivische Darstellung eines Kabels mit dem erfindungsgemäßen Mantelmaterial; und

Figur 2 ist eine stirnseitige Schnittansicht des Kabels aus Figur 1.

Ausführliche Beschreihung

Was die Figuren 1 und 2 betrifft, so zeigen diese ein Übertragungskabel, das allgemein mit der Ziffer 20 bezeichnet wird. Das Kabel 20 enthält eine Seele 22, die mehrere verdrillte Paare 24-24 Leiter 26-26 beinhaltet. Der jeweilige Leiter des jeweiligen Paares enthält einen metallischen Leiter, der von einem Isoliermaterial 27 wie zum Beispiel einem gefüllten Polyolefin eingehüllt wird. Die Leiterpaare werden von einem Außenmantel 28 umhüllt.

Die Figuren 1 und 2 stellen zwar ein metallisches Leiterkabel dar, doch sei darauf hingewiesen daß es sich bei dem Kabel auch um ein Faseroptikkabel handeln kann. In diesem Fall enthält das Kabel einen mindestens eine von einem Hüllsystem umhüllte Lichtleitfaser beinhaltenden Kern. Zu dem Hüllsystem für ein derartiges Kabel kann ein Außenmantel gehören, der aus einem Kunststoffmaterial und in den Mantel eingebetteten Armierungselementen besteht.

Der Mantel 28 besteht aus einem kunstoffmaterial aus einem Gemisch von Polymeren zusammen mit 150-250 Gew.-%, bezogen auf das Polymergemisch, an Metallhydroxidfüllstoffen. Das Polymergemisch zu 20-50 Gew,% aus einem Elastomerbestandteil und zu 80-50 Gew,% aus einem Plastomerbestandsteil. Unter Elastomer ist in dieser Beschreibung ein Ethylen-Copolymerisat oder Terpolymerisat zu verstehen, das mindestens 38% an Comonomeren enthält. Unter Plastomer ist ein Ethylen- Copolymerisat oder Terpolymerisat zu verstehen, das höchstens 30% an Comonomeren enthält. Die Zusammensetzung enthält zusätzliche Füllstoffe in einer Menge von etwa 0 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Polymergemisch. Um die Extrudierung des Kunststoffmaterials, aus dem der Mantel besteht, zu erleichtern, enthält die Zusammensetzung noch etwa 2 bis 8 Gewichtsteile des Polymergemischs an Stoffen wie Hilfsmitteln, Stabilisatoren und Pigmenten.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Comonomerteil der Elastomerkomponente um ein Vinylacetat. Dieses Vinylacetat ist wirtschaftlich und ergibt eine Zusammensetzung, die sich besonders gut verarbeiten läßt. Auch macht die Elastomerkomponente vorzugsweise 20 bis 35 Gew.-% des Polymergemischs aus, so daß Elastomermengen im vorstehend angegebenen Gewichtsbereich eine Zusammensetzung mit verhältnismäßig hoher Festigkeit ergeben, die ohne Weichmacher extrudiert werden kann.

Durch den Plastomerbestandteil der Zusammensetzung wird infolge des hohen Anteils an Ethylencomonomer die Festigkeit erhöht. Bei dem Comonomerteil des Plastomers handelt es sich vorzugsweise um ein Vinylacetat. Auch ist das Plastomer vorzugsweise Ethylen- Vinylacetat (EVA), mit besonderem Vorzug Ethylen-Ethylacrylat (EEA) oder Ethylen-Butylacrylat (EBA) oder ein Gemisch aus diesen, umfaßt mindestens 65 bis 80 Gew.-% des Polymergemischs und weist einen Schmelzindex im Bereich von etwa 0,10-20 Gramm/10 Min auf.

Die Plastomer- und Elastomerpolymerbestandteile der erfindungsgemäßen Zusammensetzung können in den oben angegebenen Bereichen variiert werden. Durch Variieren des Anteils dieser Bestandteile im Rahmen der in der vorliegenden Erfindung angegebenen Bereiche können gewisse Eigenschaften vorrangig verbessert werden, ohne andere Eigenschaften wesentlich zu beeinträchtigen.

Bei der bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Metallhydrat um ein Metallhydroxid. Der hohe Füllgrad mit Metallhydroxid wird durch Zugabe der Elastomerkomponente erleichtert. Ohne Vernetzen und trotz eines äußerst hohen Füllgrades mit Metallhydroxid werden erstaunlich hohe Festigkeitswerte erzielt.

Bei der vorliegenden Zusammensetzung können Calciummaterialien als zusätzliche Füllstoffe eingesetzt werden. Natürlich können auch zusätzliche Füllstoffe wie beispielsweise Kaolin, Metallcarbonate wie Kreide und Magnesiumcarbonat gleichfalls den erfindungsgemäßen Gemischen hinzugefügt werden.

Auch ist es günstig, Stoffe wie Metallcarbonate und insbesondere Magnesiumcarbonat hinzuzufügen, die bei Brand inerte Gase abgeben. Wie oben schon erwähnt, ist auch die Zugabe von Kaolin zulässig. Überdies kann zwecks leichterer Verarbeitung der Zusammensetzung dieser ein Siliconelastomer hinzugefügt werden. Auch andere Zusatzstoffe wie zusätzliche Polymere, Stabilisatoren und Verarbeitungshilfsmittel können zugegeben werden.

In der erfindungsgemäßen Kabelmantelzusammensetzung wird Aluminiumhydroxid mit einer spezifischen Teilchenoberfläche von mehr als 3 m²/Gramm als Hydroxidfüllstoff eingesetzt. Besonders vorteilhafte Ergebnisse bezüglich Sauerstoffindex und Festigkeit erhielt man bei spezifischen Oberflächen über 10 m²/Gramm. Annehmbare Ergebnisse wurden auch bei Verwendung von Magnesiumhydroxid mit einer Teilchengröße vorwiegend < 44 µm erzielt.

Mindestens sollten die mineralischen Füllstoffe 70% an Metallhydroxiden enthalten. Sind besonders gute dielektrische Eigenschaften erforderlich, so setzt man vorzugsweise elektrolytarme Metallhydroxide ein. Die restlichen Bestandteile können Metalloxide enthalten, z.B. Magnesiumoxid, die durch Synergie mit Aluminiumhydroxid einen höhere LOI-Wert ermöglichen.

Die Polymerzusammensetzung des erfindungsgemäßen Mantelmaterials mit einem verhältnismäßig hohen Gehalt an mineralischen Füllstoff weist Eigenschaften auf, wie sie vorher selbst bei Vernetzung nicht für möglich gehalten worden waren. Die Zusammensetzung des Mantels 28 zeigt außergewöhnliche Flammenbeständigkeit, die erheblich besser ist als jene des PVC, sowie wesentlich geringere Rauchentwicklung bei Brand. Überdies entwickelt der Mantel im Brandfall keine korrosiven Gase und weist einen mäßigen LOI-Wert auf, im allgemeinen 38-40. Die Mantelzusammensetzung tropft im Brandfall nicht, auch ohne Vernetzung, und weist eine brauchbare Festigkeit (> 8N/mm²) auf, ist biegeweich und besitzt eine entsprechende Wärmedruckfestigkeit. Überdies wird durch die Zusammensetzung ein Kabelhüllmaterial bereitgestellt, das im Brandfall die Haltbarkeit über einen verhältnismäßig langen Zeitraum gewährleistet. Mit der vorliegenden Erfindung und der entsprechenden Formulierung kann beispielsweise nunmehr eine Zusammensetzung bereitgestellt werden, die den Anforderungen der amerikanischen Marine an Schiffsinstallationskabel genügt. Mit dem in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Material hergestellte Kabel blieben bei 850ºC mehr als 20 Minuten lang funktionsfähig. Bei erfindungsgemäßen Kabeln bleibt im Brandfall eine Aschenstruktur zurück, die das Material unterhalb der Asche schützt, wodurch die elektrische Isolierung über längere Zeiträume erhalten bleibt.

Infolge des hohen Anteils an wirtschaftlichen Füllstoffen und der nicht mehr nötigen Vernetzung des Materials können die erfindungsgemäßen thermoplastischen Polymerzusammensetzungen wirtschaftlich hergestellt werden. Neben den vorstehend skizzierten Eigenschaften ergibt das Füllen mit Metallhydroxiden, insbesondere jenen des Aluminiums and Magnesiums, eine außerordentlich gute Feuerwiderstandsfähigkeit.

Da auf eine Vernetzung verzichtet werden kann, ist das Produkt verhältnismäßig geruchlos, und die Kabelherstellung wird durch das Wegfallen eines langen Heizzyklus erleichtert, bei dem es zur Verformung oder zum Schmelzen der Kernisolierung kommen kann. Ist noch größere Festigkeit oder Fluidbeständigkeit erforderlich, so kann das Material mit Hilfe von Peroxid oder hochenergetischer Bestrahlung vernetzt werden.

Vorteilhafterweise sind die Festigkeitseigenschaften des Mantelmaterials des erfindungsgemäßen Kabels ebenso gut, wenn nicht sogar besser im Vergleich mit denen von Werkstoffen aus dem Stand der Technik, bei denen Carbonsäuregruppen in eines der Polymere eingebunden waren. Wie bereits festgestellt, führen Carbonsäuregruppen zu höheren Kosten des Materials und zu einer höheren Steifheit desselben. Vergleichbare Festigkeitseigenschaften der erfindungsgemäßen Mantelzusammensetzung lassen sich ohne die Anwendung von Carbonsäurebindung an den Füllstoff oder wie immer geartete Vernetzung und durch Anwendung eines definierten Gewichtsprozentbereichs der jeweiligen Polymere des Gemischs sowie die Charakterisierung des Plastomerbestandteils durch einen Schmelzindex erzielen.

Eine der Anforderungen, denen erfindungsgemäße Kabel entsprechen, bezieht sich auf Schiffskabel und wird von der US-Marine festgelegt. Die mit MIL-C-0085045 bezeichnete Spezifikation bezieht sich auf die Einreißfestigkeit und verlangt, daß die Mantelreißfestigkeit mindestens 60 Newton je Zentimeter (N/cm) an Manteldicke betragen muß. Die Einreißfestigkeit kann auch mittels FED-STD-228, Verfahren 3111 gemessen werden. Gemäß diesen Prüfungen sollte die erfindungsgemäße Zusammensetzung eine Einreißfestigkeit von 48,5 N/cm aufweisen. Bei der Prüfung belief sich die Einreißfestigkeit eines Mantels aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung auf durchschnittlich 67 bzw. 108 N/cm unter Verwendung zweier verschiedener in MIL-C-0085045 angegebener Verfahren.

Die Zugfestigkeit der Zusammensetzung gemäß Prüfverfahren FED-STD-228, Verfahren 3021 und 3031, darf 900 N/cm² (1300 psi) nicht unterschreiten, und die Zugdehnung darf 180% nicht überschreiten. Gefunden wurde, daß bei der erfindungsgemäßen Mantelzusammensetzung eine Mindestzugfestigkeit von 1500 psi (9 MPa) sowie eine maximale Zugdehnung von 160% erreicht werden kann.

Der Mantel des erfindungsgemäßen Kabels genügt auch den Materialanforderungen der US-Marinespezifikation MIL-C-0085045 an Schiffskabel, gemäß denen nicht mehr als 2 Gew.-%, bezogen auf das Kabel, an sauren Gasen durch Verbrennung freigesetzt werden sollten und der Halogengehalt nicht über etwa 2 Gew.-% liegen sollte. Das erfindungsgemäße Material ergab überhaupt keine nachweisbaren sauren Gase, und der Halogengehalt lag unter 0,01 Gew.-%.

Der geforderte Toxizitätswert nach US-Marinespezifikationen gemäß Naval Engineering Standard 713 beträgt 5,0. Bei dem erfindungsgemäßen Material wurde dieser Wert mit 3,0 gemessen. Nach dem Toxizitätsprotokoll der Universität Pittsburgh, bei dem die LC 50 verwendet wird, beträgt LC 50 für erfindungsgemäßes Material 56 Gramm. Die LC 50 entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt an, daß dieses Material einen annahmetauglichen Toxizitätswert aufweist.

Auch wies das Mantelmaterial einen mittleren Rauchindex von 4,10 und einen Sauerstoffindex von 38% bei 23ºC und 21% bei 306ºC auf. Ferner entspricht der Mantel US-Marineanforderungen bezüglich Schimmelbeständigkeit und Fluidbeständigkeit unter Verwendung von in MIC-C-0085045 vorgeschriebenen Fluiden.

Es dürfte auf der Hand liegen, daß die Verwendung von erfindungsgemäßen Zusammensetzungen sich nicht auf elektrische Kabel beschränkt, sondern überall eingesetzt werden kann, wo wirtschaftliche, feuerwiderstandsfähige, auch ohne Vernetzung eine hohe Festigkeit aufweisende Werkstoffe benötigt werden. Mit den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen ist eine Verarbeitung zu langgestreckten Flächenprodukten wie Grobfolien, Bändern, Folien und Profilgliedern möglich. Ein derartiges Beispiel für ein Flächengebilde betrifft die Verwendung als Fußbodenbelag, z.B. eine Fliese. Beispiel 1 soll zu Vergleichszwecken dienen.

Beispiel 1

Bei einem Beispiel enthielt eine Mantelzusammensetzung 50 Gewichtsteile an einem Elastomerbestandteil und 50 Gewichtsteile an einem Plastomerbestandteil sowie 200 Gewichtsteile an einem Aluminiumhydroxid. Überdies enthielt die Zusammensetzung 20 Gewichtsteile an Calciumcarbonat und 2,5 Gewichtsteile an Hilfsstoffen und Pigmenten. Bei dieser Zusammensetzung wurde die Zugfestigkeit mit 6,9 MPa und die Dehnung mit 215% gemessen.

Beispiel 2

Eine Mantelzusammensetzung eines erfindungsgemäßen Kabels wurde so hergestellt, daß sie 30 Gewichtsteile an einem Elastomer, 70 Gewichtsteile an einem Plastomer, 200 Gewichtsteile an Aluminiumhydroxid, Gewichtsteile an Calciumcarbonat sowie 2,5 Gewichtsteile an Hilfsmitteln und Pigmenten enthielt. Bei dieser als Beispiel dienenden Zusammensetzung wurde die Zugfestigkeit mit 11,5 MPa und die Dehnung mit 160% gemessen.


Anspruch[de]

1. Halogenfreie, thermoplastische Materialzusammensetzung, die sich zur Verwendung als Kabelmantelmaterial eignet und aus einem Polymergemisch zusammen mit etwa 150-250 Gew.-%, bezogen auf das Polymergemisch, an Metallhydroxidfüllstoff und etwa 2-8 Gew.-%, bezogen auf das Polymergemisch, an einem geeigneten Zusatzstoffsystem besteht, wobei das Polymergemisch einen Elastomerbestandteil und einen Plastomerbestandteil umfaßt, von denen keiner an den Füllstoff gebundene Carbonsäuregruppen enthält, der Plastomerbestandteil ein Ethylen/Vinylacetat-Copolymerisat mit höchstens 30 Gew.-% an ungesättigten Estermonomeren darstellt und einen Schmelzindex im Bereich von 0,10-20 Gramm/10 min aufweist, und es sich bei dem Elastomerbestandteil um ein Polyethylen/Vinylacetat-Copolymerisat mit mindestens 38 Gew.-% an ungesättigten Estercomonomeren handelt, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymergemisch zu etwa 20-35 Gew.-% aus dem elastomerbestandteil und zu etwa 65-80 Gew.-% aus dem Plastomerbestandteil besteht.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung noch bis zu etwa 50 Gew.-%, bezogen auf das Polymergemisch, an zusätzlichen Füllstoffen enthält.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der Metallhydroxidfüllstoff Aluminiumhydroxid beinhaltet.

4. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der Metallhydroxidfüllstoff Magnesiumhydroxid beinhaltet.

5. Kabel mit einer mindestens ein Übertragungsmedium beinhaltenden Seele und einem Hüllensystem mit einem aus der Zusammensetzung nach Anspruch 1 geformten Außenmantel.

6. Aus der Zusammensetzung nach Anspruch 1 geformtes Flächengebilde.







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