DE3310880A1

DE3310880A1 - Vergossene kabelverbindung

Info

Publication number: DE3310880A1
Application number: DE3310880A
Authority: DE
Inventors: Günther 2000 Hamburg John
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1983-03-25
Filing date: 1983-03-25
Publication date: 1984-10-04
Also published as: DE3310880C2; ZA842184B; JPH0419777B2; NO841132L; AU2605884A; JPS59213213A; CA1216334A; NO167617B; AU577041B2; ATE29090T1; NO167617C; EP0123429A1; EP0123429B1

Description

Die Erfindung betrifft eine vergossene Kabelverbindung rait einer Kunststoff-Umhüllung und einem Kunststoff-Kabelformstoff.

Kunststoffe finden wegen ihrer guten Verarbeitungs- und anwendungstechnischen Eigenschaften auf sehr vielen Gebieten Einsatz. Abgesehen von halogenhaltigen Kunststoffen, wie PVC und Polytetrafluorethylen, die selbstverlöschend sind, sind Kunststoffe aber entzündbar und unterhalten die Verbrennung. Um diesen Nachteil zu beheben werden ihnen feuerhemmende Zuschlagstoffe oder sogenannte Flammschutzmittel eingearbeitet. Am gebräuchlichsten sind halogenhaltige, phosphorhaltige und antimonhaltige Verbindungen. Sie spalten bei erhöhten Temperaturen die entsprechenden Säuren ab, was offenbar ein Weiterbrennen unterbindet.

Aus der umfangreichen einschlägigen Patentliteratur seien als Beispiele angeführt die DE-OS 15 69 123, nach der Antimonoxychloride als feuerhemmender Zuschlagstoff eingesetzt wird, sowie die DE-OS 14 9k 922, in der Phosphin- und Phosphorsäure-Verbindungen vorgeschlagen werden.

Nachteilig bei den säureabspaltenden Flammschutzmitteln ist jedoch, daß Säuren korrosive Verbindungen sind und daher elektrische und elektronische Einrichtungen, einschließlich Kabel beschädigen oder zerstören. Hinzu kommt, daß die flammwidrig gemachten Kunststoffe eine erhebliche Menge Rauch entwickeln, was die Lösch- und Rettungsarbeiten behindert. Außerdem ist in

neuerer Zeit festgestellt worden, daß die Verbrennungsprodukte flammwidriger Kunststoffe toxisch sind.

Diesen Nachteilen wird in der DE-PS 27 39 429 dadurch begegnet, daß dem Kunststoff eine anorganische Magnesiumverbindung, ein Alkalichlorid und eine anorganische Zinn- oder Vanadin-Verbindung eingearbeitet wird. Abgesehen davon, daß Zinn- und Vanadin-Verbindungen einen Kostenfaktor darstellen, sind durch die Anwesenheit von Alkalichlorid, das erst eine ausreichende flammhemmende Wirkung gewährleistet,die vorstehend genannten Nachteile nicht beseitigt. Die Verwendung von Boraten als flammhemmende Zuschlagstoffe ist der DE-AS 17 69 312 zu entnehmen. Zwar bilden Borate keine korrosive Säure, doch ist die flammhemmende Wirkung, die sie verleihen, nicht ausreichend, so daß sie die Mitverwendung eines weiteren feuerhemmenden Zuschlagstoffes, zum Beispiel Antimonoxid,erforderlich machen.

Schließlich ist noch die DE-OS 28 09 294 zu erwähnen, nach der als halogenfreier flammhemmender Zuschlagstoff Aluminiumhydroxid, ggf. zusammen mit Magnesiumcarbonat, und zwar für Copolymere von Polyolefinen und Synthesekautschuke eingesetzt wird. Nur in derartige Kunstharze, bei denen Füllstoffe und sonstige Zusatzstoffe auf dem Walzenstuhl eingearbeitet werden, lassen sich die von diesen flammhemmenden Zuschlagstoffen erforderlichen großen Mengen ohne Schwierigkeiten einarbeiten. In Ermangelung eines geeigneten flammhemmenden Zuschlagstoffs verbieten sich vergossene Kunststoffkabelverbindungen in kritischen Bereichen,

... /9 COPY

insbesondere von elektrischen und elektronischen Einrichtungen. Dies hat einen größeren Kabelverbrauch bei Neuanlagen zur Folge und, vas noch schwerer wiegt, bei Kabelschäden sind keine Reparaturen möglich. Das beschädigte Kabel muß vollständig ersetzt werden. Ein derartig hoher Kabelverbrauch ist aber unwirtschaftlich und kaum vertretbar. . .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vergossene Kabelverbindung mit einer Kunststoff-Umhüllung und einem Kunststoff-Kabelformstoff zu schaffen. Sie soll unter der Einwirkung von Feuer keine korrosiven Produkte und keine toxischen ■Verbrennungsprodukte abgeben, aber eine Flammwidrigkeit aufweisen, die mindestens so groß ist wie die von Kunststoffen, die einen halogenhaltigen feuerhemmenden Zuschlagstoff enthalten. Die Kabelverbindung soll im Fall eines Brandes ihre Funktion ausreichend lange beibehalten.

Die Aufgabe wird durch die vergossene Kabelverbindung des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Kabelverbindung nach der Erfindung weist eine Kunststoff-Umhüllung und einen Kunststoff-Kabelformstoff auf. Der Kabelformstoff ist, wie an sich bekannt, halogenfrei und enthält ein erstes Kunststoffmaterial und feuerhemmende Zuschlagstoffe einer solchen Art, daß unter der Einwirkung von Feuer oder thermischer Überbelastung des Kabels keine toxischen und/oder korrosiven

■ ■■ho

Produkte entstehen. Die Umhüllung besteht aus einem halogenfreien Material einer solchen an sich bekannten Art,daß sie sich unter der Einwirkung von Feuer ohne Entwicklung toxischer und/oder korrosiver Produkte zu einer im wesentlichen zusammenhängend bleibenden Hüllenstruktur umwandelt und diese Hüllenstruktur eine schlecht leitende Barriere für das Feuer bildet. Die Kunststoff-Umhüllung hält also im Falle eines Brandes den Kabelformstoff in seiner, die Kabeldrähte verbundenen Lage, zurück und schützt ihn vor dem Zutritt der Flammen. · ·

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Umhüllung aus wenigstens einem zweiten Kunststoffmaterxal und wenigstens einem Zusatzstoff, der unter der Einwirkung von Feuer die Entstehung einer aufgeschäumten Hüllenstruktur bewirkt.Dieses zweite Kunststoffmaterial kann ein thermoplastischer oder ein thermoelastischer (vernetzter) Kunststoff oder ein Gemisch von zwei oder mehr Kunststoffen aus jeder dieser Klassen sein. Bevorzugte Kunststoffmaterialien sind thermoplastische vernetzte Kunststoffe wie modifizierte Polyolefine und dergleichen, insbesondere vernetztes Polypropylen. Vom wirtschaftlichen Standpunkt besonders günstig sind thermoplastische Kunststoffe wie Polypropylen, Polyethylen und Olefin-Copolymere.

Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Umhüllung aus wenigstens einem zweiten Kunststoffmaterxal aus der Klasse dei- duroplastischen. Kunststoffe, wie Melamin, die unter der Einwirkung von Feuer die hüllenartige Struktur beibehalten.

.../11

Als Zusatzstoff zu den thermoplastischen oder thermoelastischen Kunststoffen ist irgendein oder ein Gemisch der bekannten stickstof fabspaltenden Treibmittel, vie Melamin, geeignet. Im Brandfall setzt die Wirkung des Treibmittels ein, d.h. es wird Stickstoff abgespalten, was bekanntlich das beste Flammschutzmittel ist. Die Umhüllung wird aufgebläht, bleibt aber als umhüllende Struktur ausreichender Festigkeit bestehen. Die Kunststoffumhüllung schmilzt also nicht weg, was zur Folge hätte, daß der Kabelformstoff freigelegt würde. Die umhüllende Struktur ist auch ein schlechter Wärmeleiter und bietet daher dem darunterliegenden Kabelformstoff über lange Zeit einen ausreichenden Schutz.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführüngsform der Erfindung ist der Kabelformstoff aus einer bei Zimmertemperatur aushärtbaren Zweikomponenten-Kabelharzmasse auf Basis von Epoxidharz und/oder Polyesterharz gebildet. Er enthält als feuerhemmenden Zuschlagstoff Aluminiumhydroxid. Bevorzugt wird Aluminiumhydroxid einer durchschnittlichen Partikelgröße von 8 bis 60 um, weil sich derart feinzerteilte Partikel· besonders gut homogen in der Masse verteilen lassen. Die durchschnittliche Partikelgröße des Aluminiumhydroxids kann aber auch selbstverständlich außerhalb dieses eben genannten Bereiches liegen, ohne daß dadurch die flammhemmende Wirkung beeinträchtigt wird. Die Menge Aluminiumhydroxid, die eingearbeitet wird, liegt vorzugsweise im Bereich von $0 bis 200 Gewichtsteilen, bezogen auf das erste Kunststoffmaterial, wie die Zweikomponenten-Kabelharzmasse.

.../12

. ti '

Um die feuerhemmenden Eigenschaften noch zu verbessern, sieht eine weitere Ausführungsform der Erfindung vor, daß der Kunststofformstoff zusätzlich basisches Magnesiumcarbonat als feuerhemmenden Zuschlagstoff enthält. Das basische Magnesiumcarbonat kann in Mengen von 5 bis 100 Gewichtsprozent, bezogen auf das erste Kunststoff material, vorliegen. Die untere Bereichsgrenze der vorstehenden Mengenbereichsangaben sollte nicht unterschritten werden, da sonst nicht die gewünschte feuerhemmende Wirkung erzielt wird. Eine Überschreitung der oberen Bereichsgrenzen ist aus verarbeitungstechnischen Gründen nicht zu empfehlen.

Bisher war es nicht möglich, einem Zweikomponenten-Gießharz Aluminiumhydroxid in solchen Mengen einzuarbeiten. Wenn es gelang, so waren diese Harze nicht lagerfähig, sondern mußten sofort verarbeitet werden. Die Aluminiumhydroxidteilchen setzen sich verhältnismäßig schnell ab. Um noch vorhandene Restfeuchte zu binden, sieht eine weitere Ausführungsform der Erfindung ein Molekularsieb, wie ein Alkali- oder Erdalkali-Aluminiumsilikat in dem Kabelformstoff vor. Dadurch, daß die Feuchtigkeit gebunden ist, kann keine Veränderung des pH-Wertes und/oder der Viskosität der Gießharzmasse vor der Verarbeitung eintreten, was für die Lagers'tabilität von größter Bedeutung ist.

Die durch das Absetzverhalten verursachten Schwierigkeiten werden dadurch beseitigt, daß der Kabelformstoff nach einer weiteren

Copy .../13

bevorzugten Ausführungsform ein Netzmittel enthält. Dieses Netzmittel liegt in einer Menge von etwa O,1 bis 2 Gewichtsprozent vor. Das Netzmittel verdrängt die auf den Zuschlagstoffpartikeln befindliche Feuchtigkeit und Luft und umhüllt es vollständig. Es kann irgendeines der vielen bekannten Netzmittel verwendet -werden, zum Beispiel ein anionisches Netzmittel, wie ein Alkylsulfonat oder Alkylsulfat; ein kationisches Netzmittel wie ein durch Alkylierung eines langkettigen tertiären Amins erhaltenes quaternäres Ammoniumsalz; oder ein nicht ionisches Netzmittel wie ein Alkylenoxidaddukt von einem Fettalkohol. Besonders bevorzugt sind organofunktionelle Silane und Aminsalze. Sie weisen eine besonders gute Benetzungsfähigkeit gegenüber Aluminiumoxidhydrat und basisches Magnesiumcarbonat auf.

Als weitere, die Verarbeitbarkeit fördernde Zusätze kann der Kabelformstoff Weichmacher und Härtungsmittel enthalten. Es kann irgendeiner der bekannten Weichmacher und irgendeiner der bekannten, für das verwendete Harz geeignete Härter eingesetzt werden. Für Epoxyharze sind zum Beispiel aliphatisch^ oder cycloaliphatische Polyamine, für Polyesterharze Peroxide geeignet.

Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung werden die nach-

.../14

copy]

stehenden Beispiele gebracht, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.

Beispiel 1

Es vurde ein Kabelformstoff aus einer kalthärtenden Zweikomponenten-Kabelharzmasse nachstehender Zusammensetzung hergestellt.

Komponente 1	Gewichtsteile
• Epoxidharz	*H,25
Netzmittel ¹'	0,57
Molekularsieb	1,48
Aluminiumhydroxid	51,20
basisches Magnesiumcarbonat	5.20

100,00 Komponente 2

N-Aminoethylpiperazin	18,70
2) Weichmacher '	19,70
11 Netzmittel '	0,70
Molekularsieb	1,85
Aluminiumhydroxid	52,20
basisches Magnesiumcarbonat	5.85

100,00

Die beiden Komponenten wurden miteinander vermischt, wobei auf 100 Gewichtsteile der Komponente 1 50 Gewichtsteile der Kompontente 2 eingesetzt wurden. Dann wurde die Kabelumhüllung aus einer Melamin-Formmasse, Type F2210 der Firma Bakelite GmbH

aufgebracht und die Kabelharzmasse hinein vergossen.

Beispiel 2

Es wurde ein Kabelformstoff aus einer kalthärtenden Zweikomponenten-Kabelharzmasse nachstehender Zusammensetzung hergestellt.

Komponente 1 Gewichtsteile Epoxidharz 30,00

Netzmittel ¹^ 0,62

Molekularsieb 1,70

Aluminiumhydroxid 52,00

basisches Magnesiumcarbonat * 15_t68

100,00

Komponente 2

Isophorondiamin 13» 50

Weichmacher ' 28,50

Netzmittel¹ ' 0,55

Molekularsieb 1,80

Aluminiumhydroxid 20,2'5

basisches Magnesiumcarbonat 35»^O

100,00

Die beiden Komponenten wurden mteinander vermischt, wobei auf 100 Gewichtsanteile der Komponente 1 55 Gewichtsteile der Komponente 2 eingesetzt wurden.

.../ιό

Diese Kabelharzmasse wurde in eine Kabelumhüllung aus Polypropylen, Type Moplen χ 94j der Firma Montepolimeri, hineingegossen.

Beispiel 3

Das Beispiel 2 wurde wiederholt, jedoch eine Kabelumhüllung aus Polypropylen, Type Moplen χ 94 J/N der Firma Montepolimeri aufgebra dit.

Beispiel 4

Es wurde ein Kabelformstoff aus einer kalthärtenden Zweikomponenten-Kabelharzmasse nachstehender Zusammensetzung hergestellt,

Komponente 1	Gewichtsteile
Polye s terharζ	40,00
Netzmittel³^	0,50
Molekularsieb	1,50
Aluminiumhydroxid	48,00
basisches Magnesiumcarbonat	9,oo
Co-Lösung, 1^²O	0, 10

100,00

Komponente

Methyl-ethyl-keton-peroxid 100,00

Die Komponenten 1 und 2 wurden in einem Verhältnis 100:1 miteinander vermischt.

Copy ) .../17 ^J

Diese Masse wurde in eine Umhüllung aus Polypropylen, Type Moplen χ 9^J, hinein vergossen, die durch Elektronenstrahlbehandlung vernetzt wurde.

Beispiel 5

Das Beispiel h wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß eine Umhüllung aus Polypropylen, Type Moplen χ ^kj/w aufgebracht wurde, die mittels Peroxiden vernetzt wurde.

¹) Netzmittel : Typ ByK ¥960 der Firma Byk Gulden

²) Weichmacher : Special resin PH3/a5 der Firma Verkaufs-

gesellschaft für Teererzeugnisse

3) Netzmittel : Typ ByK ¥920 der Firma Byk Gulden ·') Co-Lösung : Cobalt-octoat oder -naphthenat

Die nach den vorstehenden Beispielen erhaltenen Kabelverbindungen wurden der offenen Flamme ausgesetzt. Es entwickelte sich praktisch kein Rauch. Die Umhüllung blieb als umschließende Struktur erhalten. Die entweichenden Gase entfalteten keine korrosiven Wirkungen.

Die erfindungsgemäß vergossene Kabelverbindung erfüllt die Forderung, im Falle eines Brandes oder bei erhöhter Wärmebelastung keine korrosiven Produkte, keine toxischen Produkte und praktisch keinen Rauch zu bilden. Durch das Zusammenwirken von hoher Flammwidrigkeit und der den Kabelformstoff umschließenden eine Wärmebarriere bildenden Hüllenstruktur bleibt die Funktion

des die Kabelverbindung enthaltenden Kabels über eine ausreichend lange Zeit erhalten. Somit kann auch bei solchen elektrischen Einrichtungen mit verbessertem Verhalten für den Brandfall eine vergossene Kabelverbindung eingesetzt werden.

Claims

Ansprüche :

!./Vergossene Kabelverbindung mit einer Kunststoff-Umhüllung und einem Kunststoff-Kabelformstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Kabelformstoff wie an sich bekannt halogenfrei ist und ein erstes Kunststoffmaterial und feuerhemmende Zuschlagstoffe einer solchen Art enthält, daß unter der Einwirkung von Feuer keine toxischen und/oder korrosiven Produkte . entstehen,und daß die Umhüllung aus einem halogenfreien Material einer solchen an sich bekannten Art besteht, daß unter der Einwirkung von Feuer die Umhüllung sich ohne

European Patent Attorneys Zugelassene Vertreter holm Europftlnehen Patentamt ,„„»,„ Ft„„l· AO 1 Tambure. Nr. O5/28407 (BLZ 20070000) · Postscheck Hamburg 2842-200

Entwicklung toxischer und/oder korrosiver Produkte zu einer im wesentlichen zusammenhängend bleibenden Hüllenstruktur umwandelt, die eine schlecht wärmeleitende Barriere für das Feuer bildet.

2. Kabelverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung aus wenigstens einem zweiten Kunststoffmaterial aus der Gruppe thermoplastische oder thermoelastische (vernetzte) Kunststoffe und wenigstens einem Zusatzstoff,der unter der Einwirkung von Feuer die Entstehung einer aufgeschäumten Hüllenstruktur bewirkt, besteht.

3. Kabelverbindung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet,daß die Umhüllung aus wenigstens einem duroplastischen Material besteht, das unter der Einwirkung von Feuer verkohlt.

**·. Kabelverbindung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

. daß das zweite Kunststof fraaterial aus wenigstens einem Kunststoff aus der Gruppe Melaminharz, Polypropylen und vernetztes Polypropylen besteht.

5. Kabelverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kabelformstoff aus einer bei Zimmertemperatur aushärtenden Zweikomponenten-Kabelharzmasse auf der Basis Epoxid- und/oder Polyesterharz gebildet ist.

6. Kabelverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kabelformstoff wie an sich bekannt Aluminiumhydroxid als Zuschlagstoff enthält.

BAD ORIGINAL

• · · /3 Copy

7· Kabelverbindung nach ünspru da 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumhydroxid in einer Partikelgröße von S bis 6o um vorliegt.

8. Kabelverbindung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kabelformstoff 50 bis 200 Gewichtsteile Aluminiumhydroxid auf 100 Gewichtsteile Kunststoff enthält.

9* Kabelverbindung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch" gekennzeichnet, daß der Kabelformstoff zusätzlich als Zuschlagstoff 5 bis 100 Gewichtsteile basisches Magnesiumcarbonai auf 100 Gewichtsteile Kunststoff enthält.

10. Kabelverbindung nach einem der Ansprüche 6 bis 9> dadurch gekennzeichnet, daß der Kabelformstoff ferner etwa 0,1 bis 2 Gew.-/^ eines Netzmittels enthält.

11« Kabelverbindung nach Anspruch 10,dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Netzmittel aus der Gruppe organofunktioneile Silane und Aminsalze vorhanden ist.

12» Kabelverbindung nach einem der vorhergehenden dadurch gekennzeichnet, daß der Kabelformstoff verarbeitraigs fordernde Zusätze aus der Gruppe Molekularsiebe, Weichmacher, Härtungsmittol und dergleichen enthält.

,.Jh

COPY^

13· Kabelverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kunststoffmaterial aus Melamin-Forramasse Typ F2210 der Firma Bakelite GmbH besteht, und daß der Kabelformstoff aus einer Kabelharzmasse aus 100 Gewichtsteilen einer ersten Komponente und 50 Gewichtsteilen einer zweiten Komponente gebildet ist, die folgende Zusammensetzungen in Gewichtsteilen haben:

Komponente 1

Epoxidharz k\,25

Netzmittel Typ ByK Tf°-6o der

Firma Byk-Gulden 0,57

Molekularsieb 1,48

Aluminiumhydroxid 51»20

basisches Magnesiumcarbonat 5.20

100,00

Komponente 2

N-Aminoethylpiperazin 18,70

Weichmacher Typ PH3/a5 der
Firma VerkaufsgeSeilschaft
für Teererzeugnisse . 19,70

Netzmittel Typ ByK W960 der

Firma Byk-Gulden 0,70

Molekularsieb 1,85

Aluminiumhydroxid 53,20

basisches Magnesiumcarbonat 5,85

100,00

COPY ]

-vT -

Kabelverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kunststoffmaterial aus Polypropylen des Typs Moplen χ 9hJ (Montepolimeri) oder des Typs Moplen χ 94j/N (Montepolimeri) der Firma Montedison besteht, und daß der Kabelformstoff aus einer Kabelharzmasse aus 100 Gewichtsteilen einer ersten Komponente und 55 Gewichtsteilen einer zweiten Komponente besteht, die folgende Zusammensetzungen ■ in Gewichsprozent haben:

Komponente 1

Epoxidharz 30,00

Netzmittel Typ ByK wo60 der

Firma Byk-Gulden 0,62

Molekulax-sieb 1,70

Aluminiumhydroxid 52,00

basisches Magnesiumcarbonat 15₁ 68

100,00

Komponente 2 13,50 Is0phor0n-diamin 28,50 Weichmacher PH3/a5 (VFT) 0,55 Netzmittel Typ ByK ¥960 der
Firma Byk-Gulden 20,25 Aluminiumhydroxid 35,40 basisches Magnesiumcarbonat

100,00

15· Kabelverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kunststoffmaterial aus mit Peroxiden oder durch Elektronenstrahl-Behandlung vernetztem Polypropylen des Typs Moplen χ °4j (Montepolimeri) oder des Typs Moplen χ 94j/N (Montepolimeri) der Firma Montedison besteht, und daß der Kabelformstoff aus einer Kabelharzmasse aus 100 Gewichtsteilen einer ersten Komponente und einem Gewichtsteil einer zweiten Komponente besteht, wobei die Komponenten folgende Zusammensetzungen in Gewichtsprozent haben:

Komponente 1

Polyesterharz h0,00

Netzmittel ByK W°-6o der

Firma Byk-Gulden 0,JjO

Molekularsieb 1»50

Aluminiumhydroxid 48,00

Magnesiumcarbonat 9»00

Cobalt-σctoat oder -naphthenat- η m Lösung 1$ ^*^£

100,00

Komponente 2

Methylethylketonperoxid 100,00.

16. Zweikomponenteiv-Kabelharzmasse zur Herstellung einer Kabel verbindung nach Anspruch 14 oder 15·