CH623954A5 - - Google Patents

Description

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PATENTANSPRUCH Elektroisoliermassen auf der Basis von Olefinpolymerisaten, die thermisch stabile Mittel zur Erhöhung der elektrischen Langzeitdurchschlagfestigkeit enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Mittel zur Erhöhung der elektrischen Langzeitdurchschlagfestigkeit eine Verbindung der Formel

X-R'

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enthalten, worin m für eine ganze Zahl von Null bis 2; X für eine15 Gruppe -CH=N-; R für eine Methyl-, Hydroxyl-, Methoxy-oder Athoxygruppe; R' für eine C2- bis Cs-Alkyl-, eine Cyclohe-xyl- oder eine Gruppe der Formel durch die zugesetzten Spannungsstabilisatoren nicht kompensiert werden.

Ein weiterer Nachteil der obengenannten Spannungsstabilisatoren ist ihre leichte Verdampfbarkeit aus der Elektroisolier-masse bei der Verarbeitung, d.h. bei Temperaturen zwischen 160 und 210 °C.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, Elektroisoliermassen der eingangs definierten Art aufzuzeigen, die mit den vorerwähnten Nachteilen nicht belastet sind.

Es wurde gefunden, dass diese Aufgabe gelöst werden kann, wenn man spezielle, einen Naphthalinkern enthaltende Azo-methine als Mittel zur Erhöhung der elektrischen Langzeitdurchschlagfestigkeit verwendet.

Gegenstand der Erfindung sind dementsprechend Elektroisoliermassen auf der Basis von Olefinpolymerisaten, die thermisch stabile Mittel zur Erhöhung der elektrischen Langzeitdurchschlagfestigkeit enthalten. Die erfindungsgemässen Massen sind dadurch gekennzeichnet, dass sie als Mittel zur Erhöhung der elektrischen Langzeitdurchschlagfestigkeit eine Verbindung mit der Formel

X-R'

stehen, wobei p für eine ganze Zahl von Null bis 4; R" für eine Ci- bis Cs-Alkylgruppe oder für eine Ci- bis C6-Alkoxygruppe stehen, mit den Massgaben, dass in den Fällen, in denen p eine ganze Zahl von 2 bis 4 ist, die Gruppen R" gleich oder verschieden sein können, und dass die Gesamtzahl der Kohlenstoffatome in den Gruppen R" nicht mehr als 18 beträgt.

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enthalten, worin m für eine ganze Zahl von 0 bis 2, X für eine Gruppe -CH=N-, R für eine Methyl-, Hydroxyl-, Methoxy-oder Athoxygruppe, R' für eine C2- bis Cs-Alkyl-, eine Cyclohe-xyl- oder eine Gruppe der Formel

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Die vorliegende Erfindung betrifft Elektroisoliermassen auf der Basis von Olefinpolymerisaten, welche Zusatzstoffe zur Erhöhung der elektrischen Langzeitdurchschlagfestigkeit enthalten.

An sich ist es bekannt, den üblichen Elektroisoliermassen auf Basis von Olefinpolymerisaten organische Verbindungen als Zusatzstoffe zur Erhöhung der elektrischen Langzeitdurchschlagfestigkeit bzw. der elektrischen Zeitstandfestigkeit zuzusetzen. Diese sogenannten Spannungsstabilisatoren sind organische Verbindungen, die Gruppen mit starken Konjugationseffekten enthalten, vor allem Verbindungen, die eine oder mehrere Nitrogruppen sowie zusätzlich weitere reaktive Gruppen enthalten.

Mit der Verwendung solcher Verbindungen ergaben sich wiederum eine Reihe von Nachteilen, die erst mit der Verwendung spezieller Azomethine als Spannungsstabilisatoren gemäss der DT-OS19 23 708 behoben werden konnten.

Aus dieser deutschen Offenlegungsschrift 19 23 708 ist es bekannt, Elektroisoliermassen auf Basis von Olefinpolymerisaten als Mittel zur Erhöhung der elektrischen Zeitstandfestigkeit bestimmte Azomethine zuzusetzen.

Es hat sich aber gezeigt, dass Verbindungen der obengenannten Art zwar einen beträchtlichen spannungsstabilisieren-den Effekt bieten, wenn sie den Polyolefinisolierungen zugesetzt sind, dass sie aber bei der Verarbeitung der Elektroisolier- so massen, insbesondere beim Spritzgiessen von Kabelisolierungen zwischen 160 und 210 °C, zum Teil abgebaut werden. Da in der Praxis die Spannungsstabilisatoren enthaltenden Elektroisoliermassen in der Regel bei 160 bis 210 °C verarbeitet werden, wobei ein Teil der geschmolzenen Elektroisoliermasse über einen längeren Zeitraum aus verarbeitungstechnischen Gründen bei dieser hohen Temperatur verweilt, enthalten die Isoliermassen Abbauprodukte deren schädliche Wirkung

R"

stehen, wobei p für eine ganze Zahl von 0 bis 4, R" für eine Ci-bis Cs-Alkylgruppe oder für eine Ci- bis Ce-Alkoxygruppe stehen, mit den Massgaben, dass in den Fällen, in denen p eine ganze Zahl von 2 bis 4 ist, die Gruppen R" gleich oder verschieden sein können und dass die Gesamtzahl der Kohlenstoffatome in den Gruppen R" nicht mehr als 18 beträgt.

Für den erfindungsgemässen Zweck zu bevorzugende Verbindungen mit der angegebenen Formel sind solche, in deren Formel m für die Zahl 0 bis 1, p für eine ganze Zahl von 0 bis 2, Rfür eine Methyl- oder Methoxygruppe, R" für eine Ci- bis Cî-Alkyl- oder Methoxygruppe stehen.

Bei den zu bevorzugenden Verbindungen ist es ferner von Vorteil, wenn die Gruppen -X-R' und R in ortho- oder paraStellung zueinander stehen.

Individuelle Beispiele besonders geeigneter Verbindungen zeigen die nachstehenden Formeln:

55

65

II

3

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III

IV

V

VI

VII

Vili

IX

CH=N~V- 7~~ch3

OC H 5

35

N=ch/~\

Mischung aus: X 5Gew.-TeileII und

2 Gew.-Teile XI

CH=N-fyCH3(XI) CH,

Die erfindungsgemässen Elektroisoliermassen sind solche auf der Basis von Olefinpolymerisaten. Unter «Olefinpolymerisaten» werden dabei die einschlägig üblichen verstanden. Insbesondere werden verstanden Homo- und Copolymerisate des Äthylens. Vor allem aber werden verstanden Polyäthylene der Dichte 0,918 bis 0,960, vorzugsweise der Dichte um 0,920. Die Isoliermassen können zusätzlich zu den Olefinpolymerisaten die einschlägig üblichen Hilfs- bzw. Zusatzstoffe enthalten, z. B. Vernetzungsmittel, wie Peroxide; Stabilisatoren gegen thermischen Abbau; Lichtstabilisatoren; Russ sowie andere Pigmente oder Füllstoffe.

Das Herstellen der Isoliermassen aus ihren Bestandteilen kann mit üblichen Vorrichtungen auf übliche Weise erfolgen; insbesondere durch homogenes Vermischen bei Temperaturen von 150 bis 210 °C in Schnecken- oder Walzenmischvorrichtungen.

Die erfindungsgemässen Elektroisoliermassen eignen sich insbesondere für Kabel, vor allem für Hochspannungskabel.

Die in den Beispielen genannten Teile und Prozente beziehen sich auf das Gewicht.

Der in den Beispielen gebrauchte Messwert «Anzahl der Durchschläge» wird wie folgt bestimmt: Aus den Isoliermassen werden auf einer Presse in üblicher Weise kreisrunde Prüfscheiben hergestellt, die einen Durchmesser von 69 mm und eine Dicke von 5 mm haben und in der Mitte eine kegelförmige Vertiefung aufweisen (Kegeltiefe 4 mm, Scheitelwinkel des Kegels 50°). Die kegelförmige Vertiefung sowie ein Teil der ebenen Gegenflächen (auf einem Kreis von 25 mm Durchmesser) werden mit Leitsilber (etwa 0,1 mm dick) metallisiert (vgl. Abbildung, Buchstabe A). Die beiden Metallauflagen dienen im Durchschlagversuch als Elektroden, wobei der kegelförmigen Elektrode die Hochspannung durch eine Nadel zugeführt wird, während die ebene Gegenfläche geerdet wird. Alle Durchschlagversuche werden unter öl durchgeführt.

An je 10 Prüfscheiben der angegebenen Art sind zunächst eine Spannung von 20 kVeff (50 Hz) eine Stunde lang angelegt und die Anzahl der dabei durchgeschlagenen Prüfscheiben in der zugehörigen Spalte in den Tabellen der Beispiele vermerkt. Die restlichen (d. h. die nicht durchgeschlagenen) Prüf scheiben werden dann während einer Stunde der Spannung 25 kVeff (50 Hz) unterworfen, wobei auch hier die Anzahl der durchgeschlagenen Prüfscheiben vermerkt wird. Nunmehr werden die auch jetzt noch nicht durchgeschlagenen Prüfscheiben einer Belastung mit 30 kVeff (50 Hz) während einer Stunde ausgesetzt, worauf wiederum die Anzahl der durchgeschlagenen Prüfscheiben registriert wird. In den meisten Beispielen wird dieses Verfahren bis zu einer Belastung mit 35 kVeff (50 Hz) getrieben. Zum Beispiel ist der Tabelle für Beispiel 1 zu entnehmen, dass das erfindungsgemäss stabilisierte Polyäthylen diese 4 Spannungsstufen ohne Durchschlag durchsteht. Demgegenüber schlägt das entsprechende «nackte» Polyäthylen zu 80% (8 Prüfscheiben) in der ersten Spannungsstufe (20 kV) durch und die restlichen 20% (2 Prüfscheiben) dann in der nächsten Stufe (25 kV).

55

60

In den erfindungsgemässen Isoliermassen können die Azomethine als Einzelindividuen eingesetzt werden oder als Gemische aus zwei oder mehr Einzelindividuen. Dabei hat sich gezeigt, dass es zweckmässig ist, die Azomethine in einer Menge von 0,5 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 3 Gew.-% - 65 bezogen auf das Gesamtgewicht der Isoliermasse - zu verwenden. Von Vorteil ist es, wenn die Azomethine bzw. -gemische bei Temperaturen unter 50 °C flüssig sind.

Beispiel 1

100 Teile eines handelsüblichen granulierten Polyäthylens der Dichte 0,918 werden in an sich üblicher Weise auf einer Mischwalze bei einer Temperatur von 160 °C mit 2 Teilen eines Azomethins der in der Beschreibung mit (I) bezeichneten Formel homogen vermischt. Aus der so hergestellten Masse werden Prüfscheiben der oben definierten Art hergestellt.

Zum Vergleich wird genauso verfahren, wie vorstehend beschrieben, jedoch ohne Mitverwendung des Azomethins.

Die an den Prüfscheiben gewonnenen Messwerte sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben.

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4

Anzahl der Durchschläge bei 20 kV 25 kV 30 kV

35 kV

Beispiel Blindversuch

0 8

Beispiel 8

Extrudiert man eine Elektroisoliermasse, bestehend aus 100 Teilen Polyäthylen der Dichte 0,918 und 2 Teilen eines Gemisches aus jeweils gleichen Teilen der im Folgenden genannten 5 Verbindungen

10

Beispiel 2 bis 7

Es wird gearbeitet in völliger Analogie zu Beispiel 1, jedoch mit den in der folgenden Tabelle nach Art und Menge angegebenen Azomethinen. Die dabei gewonnenen Messwerte sind ebenfalls in der Tabelle angegeben. In der Tabelle besagen die römischen Ziffern, dass es sich dabei um die entsprechenden, in der Beschreibung durch ihre Formel definierten Azomethine handelt 15

CH7

3

Beispiele 2 bis 9

Bsp. Azomethin

Anzahl der Durchschläge bei

Nr.

Art

Teile

20 kV

25 kV

30 kV

35 kV

2

II

2

0

0

0

0

3

III

2

0

0

0

-

4

IV

2

0

0

0

0

5

V

2

0

0

0

1

6

VI

2

0

0

0

2

7

VII

2

0

0

0

-

8

VIII+IX

2

0

0

0

0

(1:1)

9

X

2

0

0

0

0

20

C„H

ö1-5

N=CH

bei den technisch üblichen Verarbeitungstemperaturen, so 25 beobachtet man nach mehrstündigem Extrudieren bei Massetemperaturen von 200 bis 220 °C Ablagerungen auf dem Werkzeug, die sich sporadisch ablösen und die Kabelisolierung mit potentiellen Schwachstellen überziehen.

Verwendet man unter gleichen Bedingungen gleiche Men-30 gen der in der Beschreibung mit X bezeichneten Verbindungen, so treten diese Ablagerungen nicht auf.

G

1 Blatt Zeichnungen