DE69314583T2

DE69314583T2 - Kabel mit wasserblockierendem Material

Info

Publication number: DE69314583T2
Application number: DE69314583T
Authority: DE
Inventors: Kent Brian Connole; Richard S Cuprak; Myles Harold Grunewald; David Marshall Mitchell; Gabriel P Pellicciotti; Albert Sanford Tingley
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1992-08-31
Filing date: 1993-08-20
Publication date: 1998-02-19
Anticipated expiration: 2013-08-21
Also published as: MX9305145A; CA2103779C; EP0586158B1; JP2912135B2; DE69314583D1; DK0586158T3; TW283241B; US5306867A; AU4498693A; CA2103779A1; EP0586158A1; JPH06203647A; KR940004662A; KR100280283B1; NZ248488A; ES2108828T3; EG20059A

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Kabel mit Wasserblokkierung.

Stand der Technik

In der Telekommunikationstechnik eingesetzte Kabel, wie zum Beispiel Telefonkabel, mussen in der Regel ein wasserblockierendes Material enthalten, das das Kabel gegen eindringendes und/oder sich in Längsrichtung des Kabels ausbreitendes Wasser schützt. Das gilt sowohl für Unterwasser- als auch für Erdkabel. Auch bei Luftkabeln ist ein solcher Schutz mitunter erforderlich.
Die ersten Versuche, Kabel des Typs Erdkabel wasserdicht zu machen, wurden zwar schon vor fast 100 Jahren unternommen; der praktische Erfolg stellte sich aber erst in den fünfziger Jahren mit der Einführung von kunststoffisolierten Kabeln ein. Bewährt haben sich speziell bewehrte Kabel mit einem Innenmantel aus Kunststoff, Metallabschirmungen aus Aluminium und Stahl und einem Außenmantel aus Kunststoff. Auch Druckgaskabel haben sich gegen Wasserprobleme bewährt. Dennoch haben beide dieser Ansätze ihre Mängel: bei ersterem bleibt das Kabel ohnehin schutzlos, letzteres ist wartungsaufwendig und bietet eben bei Versagen der Druckerzeugung keinen Schutz.
Seit 1970 sind große Mengen Kabel mit Wasserdichtmachern gefüllt worden. Dieser Ansatz beruht auf der Erkenntnis, daß bei kunststoffisolierten Kabeln der örtlich begrenzte Eintritt von Wasser in die Kabelumhüllung an sich kein ernsthaftes Problem darstellt. Zur Dienststörung oder -unterbrechung kommt es erst, wenn längere Kabelstrecken durchnäßt sind. Dazu kommt es, wenn durch eine örtlich begrenzte Öffnung in die Kabelumhüllung eintretendes Wasser unter dem Einfluß der Schwerkraft ungehindert oft bis auf mehrere hundert Fuß weit durchzudringen vermag. Das stört nicht nur die Quersymmetrie der Übertragungsleitungen, sondern führt auch im Verhältnis zur naßen Drahtlänge zu mehr möglichen Korrosionsstellen. Die Korrosion ist zwar in der Regel ein langsamer Vorgang; es liegt jedoch auf der Hand, daß die Standzeit von wasserdurchtränkten Drähten kürzer als die von trockenen Drähten ist.
Eine weitverbreitete Lösung ist, die Hohlräume in dem Kabel mit einem wasserunlöslichen Füllmittel zu füllen, das das Kabel gegenüber eingedringenes Wasser einfach versiegelt. Die physikalische Aufgabe des Kabelfüllmittels ist zwar einfach zu schildern, die Wahl eines Kabelfüllmittels ist aber alles andere als einfach. Zu den vielen zu berücksichtigenden und wichtigen Faktoren zählen die Hydrophobie des Mittels, seine Alterungsbeständigkeit, die Eigenschaften bei Kälte, die Fließeigenschaften bei erhöhten Temperaturen, Verarbeitungseigenschaften, Handhabungseigenschaften, dielektrische Eigenschaften, Toxikologie und Preis.
Produkte, die die meisten dieser Kriterien erfüllen und auch bei dieser Anwendung eine breite Verwendung gefunden haben, sind in den US-PSen 3 607 487 und 3 717 716 beschrieben. Dabei handelt es sich im wesentlichen um eine Vaseline, der zur Verdickung und auch zur Vermeidung des Zerfließens bei warmen Temperaturen ein Polymer, üblicherweise Polyethylen, beigemischt ist.
Ähnliche hydrophobe Füllmittel sind auch schon für das Füllen von Spleißummantelungen vorgeschlagen worden. So beschreibt beispielsweise die US-PS 3 879 575 eine Mischung aus einem niederviskosen Öl, einem Styrol- Isopren-Styrol-Copolymerisat als Gelmittel und wiederum einem Polyethylenwachs als Verdickungs- und Ausbreitungsverhinderungsmittel.
Eine Verbesserung gegenüber dem Vaseline-Polyethylenwachs-Kabelfüllmittel ist aus der späteren US-PS 4 259 540 bekannt. Das darin offenbarte Material zeige nicht die nachteiligen Handhabungseigenschaften des Vaseline-Polyethylen-Kabelfüllmittels. Bei der Installation und Wartung von Kabeln kann es nämlich bei dem häufig erforderlichen Spleißen, welches in der Regel die Isolierung und Abtrennung von Füllmaterial von einzelnen Drähten oder Lichtfasern im Spleißbereich, wo die Kabel mit dem Vaselinematerial gefüllt sind, erfordert, zwischen dem Draht und dem später zum Verguß des Spleißes eingesetzten Polyurethanmaterials zur Bildung einer öligen Grenzfläche kommen, über die Wasser in den Spleiß eindringen kann, wodurch es zu Dienststörungen kommen kann. Zudem ist es zeitaufwendig und ohnehin in der Regel wenig wünschenswert, genau die richtige Menge Füllmaterial entfernen zu müssen, um die Spleißung durchzuführen. Weiterhin ist die Handhabung in der Kälte wesentlich schwieriger, wobei man unter Umständen das Kabel mit einer Flamme vorwärmen oder den vergossenen Kern mit Hilfe von Lösungsmitteln erweichen muß. Durch das verbesserte Material gemäß US-PS 4 259 540 werden die vorstehenden Nachteile von Kabeln, die mit Vaseline-Polyethylen gefüllt sind, umgangen. Dabei handelt es sich um eine Mischung aus einem naphthenischen oder paraffinischen Öl mit speziellen Eigenschaften, einem Dreiblockcopolymerisat des Typs Styrol/Ethylen-Butylenlstyrol (S-EB-S) mit einem Styrol/Kautschuk-Verhältnis von etwa 0,2 bis 0,5 und Polyethylen mit einer Erweichungstemperatur von 110ºC bis 130ºC. Siehe auch US-PS 4 176 240.
Dabei ist zu beachten, daß sich das Styrol/Kautschuk-Verhältnis im Sinne dieser Erfindung auf das Gewichtsverhältnis des Styrolblocks zum Kautschukblock des Copolymerisats bezieht. Weiterhin ist unter S-EB-S ein Dreiblockcopolymerisat zu verstehen, während S-EB ein Zweiblockcopolymerisat bezeichnet.
Während das Kabelfüllmaterial gemäß US 4 259 540 sich beim Blockieren des Fließens von Wasser in einem Kabel ausgezeichnet bewährt hat, eignet es sich allein möglicherweise nicht völlig zur Erfüllung der für das Wasserblockieren neu festgelegten Normen. Danach soll bei einer 24stündigen Einwirkung einer Wassersäule von zwölf (12) Fuß auf ein acht Fuß langes Kabelstück kein Wasser durch das Kabelstück fließen.
Auch bekannt aus der Patentliteratur sind Kabel mit wasserquellbaren Polymeren wie Polyvinylalkohol, Polyacrylamiden oder Cellulosederivaten, die auf Bündelumwicklungen aufgetragen oder in Feuchtigkeitssperren, die außerhalb der Leiterbündel und zwischen Teilen eines Ummantelungssystems in Kabellängsrichtung beabstandet angeordnet sind, enthalten vorliegen. Den Bereich außerhalb des Kerns und der Zwischenteile des Ummantelungs systems bezeichnet man als Flutzone.
Solche Kabel sind allerdings durch gewisse Nachteile und Beschränkungen gekennzeichnet. Im Falle von Kabeln mit einem der oben beschriebenen wasserquellbaren Polymere kommt das Polymer in der Regel als Pulver oder Granulat zum Einsatz. Wird es nicht überall im Kabelkern verteilt, besteht auch keine Sicherheit, daß Wasser entlang der gesamten Zone auch wirklich absorbiert wird. Es ist auch möglich, das Pulver als Teil eines bandförmigen, sich in Längsrichtung des Kabels erstreckenden Laminats einzubringen.
Der Einsatz geringerer Konzentrationen des Pulvers in dem Füllmaterial beeinträchtigt die Wasserblockierungseigenschaften des Füllmaterials. Ferner schwellen gewisse Quellmittel wie Polyvinylalkohole und Polyacrylamide nicht schnell genug in kaltem Wasser auf, um bei einem nur teilgefüllten Kabelkern eine völlige Wasserblockierung zu erreichen, während eine vollständige Füllung des Kerns mit diesen Mitteln zu teuer ist und bei Wasserkontakt zu Problemen mit dem Aufquellen in dem umschlossenen Raum führt.
Aus der neueren PCT/US 90/01863 mit der internationalen Veröffentlichungsnummer Wo 90/12406 ist eine Gelzusammensetzung bekannt, die sich gleichzeitig als Füllmasse und als Vergußmasse eignet. Sie besteht aus einer Flüssigkeit, einem damit unter Bildung einer Gelmatrix mischbaren Verdickungsmittel und einem wasserabsorbierenden Polymer mit anionischen Gruppen an der Hauptkette, das in der Regel als feines Pulver vorliegt. Dieses pulverförmige Kohlenwasserstoffpolymer wird mit der dielektrischen Gelmatrix vermischt. Die dielektrische Gelmatrix ist vielfach hydrophob, so daß sich der Zusatz einer hydrophilen Begleitsubstanz als vorteilhaft erweist.
Die Gelzusammensetzung selbst wirkt als erste Sperre gegen das Eindringen von Wasser in den umschlossenen Raum, in dem sich das Gel befindet. Sollte Wasser doch in den Raum eindringen, wobei es sich bei diesem Raum um das Innere eines Lichtleitfaserkabels, eines Gehäuses oder eines Spleißes oder auch um die Füll- oder Flutzone eines Telekommunikationskabels handeln kann, wird das wasserabsorbierende Polymer des Gels aktiviert und das Wasser absorbiert. Sobald das Wasser mit dem Polymer des Gels in Berührung kommt, bildet sich eine hochviskose, halbfeste Masse, die entsprechend der Viskosität der Gelzusammensetzung nicht fließfähig ist.
Die Gelzusammensetzung der oben genannten PCT-Veröffentlichung spielt also beim Wasserschutz des Inhalts oder der Bestandteile eines umschlossenen Raums wie eines Gehäuses oder Kabels mehrere Rollen. Zuerst erfüllt die Gelzusammensetzung beim Eindringen von Feuchtigkeit eine wasserabweisende Funktion. Zudem wird eingedrungenes Wasser vom wasserabsorbierenden Polymer des Gels absorbiert und kann sich somit nicht weiter ausbreiten.
In der PCT-Veröffentlichung wird für das Gel ein Viskositätsbereich von etwa 2 x 10&supmin;&sup4; m² s&supmin;¹ (2 Centistoke) bei 100ºC bis etwa 9 m² s&supmin;¹ (90.000 Centistoke) bei 40ºC als allgemein bevorzugt genannt. Die Viskosität der Zusammensetzung gemäß der PCT-Veröffentlichung dürfte aufgrund der eingesetzten Verdickungsmittel vergleichsweise hoch sein. Eine solche vergleichsweise hohe Viskosität läßt sich auch aus der zum Füllen von Kabeln angwendeten Arbeitsweise ableiten. Mit der Gelzusam mensetzung der vorstehenden PCT-Veröffentlichung füllt man anscheinend Kabel, die um die 20 Leiterpaare aufweisen. Kabel können aber heute 3000 und mehr Leiterpaare enthalten. Es wäre natürlich möglich, jeweils 20-Paar- Einheiten zu füllen und anschließend zu einem Kabel mit einer sehr großen Leiterpaaranzahl zu assemblieren. Mit diesem Verfahren ist es jedoch nicht möglich, alle Zwischenräume zu füllen, insbesondere nicht die zwischen den Einheiten.
Bei dem gesuchten, weil anscheinend noch nicht verfügbaren, Gegenstand handelt es sich also um ein Kabel mit einer hohen Anzahl von Leiterpaaren mit einem die Zwischenräume des Kerns füllenden wasserblockierenden Material und einem zwischen die Lagen der Kabelum mantelung flutenden Flutungsmaterial zur Erhaltung der elektrischen Eigenschaften des Kabels entsprechend der neuen Wasserblockierungsanforderungen. Insbesondere sollte das nachgesuchte Kabel wasserblockierende Zusammensetzungen enthalten, die nicht nur für das Füllen und Fluten geeignet sind, sondern sich auch im Zuge einer Fertigungsstraße, auf der das Kabel hergestellt wird, eindringen lassen.

Darstellung der Erfindung

Die geschilderten Probleme des Standes der Technik werden durch das erfindungsgemäße Kabel gemäß den Ansprüchen gelöst.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Es zeigen
die Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Kabels mit einer Füllmischung in seinem Kern und einer Flutungszusammensetzung zur Abdichtung von Kabelteilen zwischen Lagen einer Ummantelung,
die Figur 2 eine Endansicht des Kabels gemäß der Figur 1 sowie
die Figur 3 eine perspektivische Ansicht einer Kabelfüll- und -ummmantelungsstraße, auf der der Kern mit der Füllmischung gefüllt wird und Kabelteile zwischen Lagen der Ummantelung beflutet werden.

Detaillierte Beschreibung

In den Figuren 1 und 2 bezeichnet 20 allgemein ein Kabel. Dieses besitzt einen Kern 22 mit mehreren isolierten Metalleiterpaaren 24-24. Die Leiter können zu Einheiten gruppiert sein, die wiederum zum Kern 22 assembliert sind. Die Binder 25-25 binden die Leiter zusammen. Der Kern 22 befindet sich innerhalb eines Kunststoffmaterials 26, das ihn umwickelt und gemeinhin als Kernumwicklung bezeichnet wird. Die Kernumwicklung besteht üblicherweise aus einem Kunststoffmaterial wie Polyethylenterephthalat.
Der Kern 22 ist mit einer Mischung 30 gefüllt, die eine gemeinhin als Füllmaterial oder Füllzusammensetzung bekannte Füllmischung enthält. Die Mischung enthält eine Füllzusammensetzung, die unter der Bezeichnung FLEXGEL bekannt ist, und ein superabsorbierendes Polymer in Pulverform. FLEXGEL-Füllzusammensetzungen werden in US 4 176 240 beschrieben.
Den Kern 22 umgibt ein Ummantelungssystem 40. Es kann eine gewellte Metallschicht 42 und einen Kunststoffmantel 44 enthalten. Zwischen Schichten des Ummantelungssystems, wie zwischen der Kernumwicklung 26 und der Metallschicht 42 und/oder zwischen der Metallschicht und dem Mantel 44, kann ein Flutungsmaterial 46 vorgesehen sein.
Die FLEXGEL-Füllzusammensetzung enthält ein Strecköl des Typs 104B gemäß ASTM D 2226 wie z.B. Sunpar LW 120, vertrieben von der Sun Refining and Marketing Company. Das Ölstreckmittel ist in einer Menge von 88,5 bis 89,5 Gewichtsteilen enthalten. Daneben ist ein Styrol-Kautschuk-Blockcopolymerisat in einer Menge von 5,4 bis 5,6 Gewichtsteilen enthalten. Als Kautschuk ist z.B. ein von der Shell Chemical Company unter der Bezeichnung Kraton G 1652 vertriebener Dreiblockkautschuk geeignet. Die Füllzusammensetzung enthält etwa 4,9 bis 5,1 Gewichtsteile Polyethylen. Als Polyethylen ist z.B. ein von der Allied Signal Company unter der Bezeichnung AC-9 oder AC-9A vertriebenes Polyethylen geeignet. Weiterhin sind mit enthalten ein Verträglichkeitsmacher in der Menge 0,4 bis 0,6 Gewichtsteile und ein Antioxidans in einer Menge von 1 Gewichtsteil. Ein geeigneter Verträglichkeitsmacher ist Kronitex 100, vertrieben von der FMC Corporation, und ein geeignetes Antioxidans ist Irganox 1035, vertrieben von Ciba-Geigy. Eine bevorzugte Zusammensetzung enthält 89,0 Gewichtsteile Strecköl, 5,5 Gewichtsteile Kautschuk, 5 Gewichtsteile Polyethylen, 0,5 Gewichtsteile Verträglichkeitsmacher und 1 Gewichtsteil Irganox 1035 als Stabilisator.
Wichtig ist die richtige Viskosität des Materials. Das Füllverfahren erfolgt bei erhöhten Temperaturen. Vom apparate- und verfahrenstechnischen Standpunkt ist es sinnvoller, die Viskosität des Füllmaterials zu herabzusetzen, als die Temperatur zu erhöhen. Die Arbeitstemperatur ist durch das üblicherweise zur Iso lierung der Leiter eingesetzte Material auf den Bereich um 110ºC beschränkt. Man kann also nur über die Wahl der Zusammensetzung weiter variieren. Ein geeigneter Bereich erstreckt sich von 400 cps bei 88ºC bis 11 cps bei 110ºC. Das zweite Kriterium sind die Ausbreitungseigenschaften nach zwei Stunden bei drei Temperaturen, 50º, 60º und 70ºC. Es dient als Maß für die Standfestigkeit des Füllmaterials bei erhöhten Betriebstemperaturen. Die mechanischen Eigenschaften der angegebenen Füllzusammensetzung erwiesen sich in fast jedem Fall als ausreichend. Subjektiv lassen sich die mechanischen Eigenschaften der Materialien vielleicht besser wie folgt zusammenfassen. Das vorbekannte Vaselinematerial ist eine Schmierstoffähnliche Substanz, während die Beschaffenheit der hier beschriebenen Materialien eher der eines weichen Radier gummis ähnelt.
Eine wichtige physikalische Eigenschaft des Materials ist seine Handhabbarkeit. Diese wurde subjektiv beurteilt und bildete eine Grundlage für die Wahl des Styrol/Ethylen-Butylen/Styrol-Blockcopolymerisats. Eine weitere wichtige physikalische Eigenschaft des Materials ist das Fließverhalten bei erhöhten Temperaturen, und sie ist die Grundlage für die Wahl der Zusammensetzungsbereichsgrenzen.
Als superabsorbierendes Pulver zum Mischen mit der FLEXGEL-Füllzusammensetzung kann man das superabsorbierende Polymer ARIDALL 1125-J der Chemical Corporation einsetzen. Die Füllzusammensetzung und das superabsorbierende Polymer werden so gemischt, daß das superabsorbierende Polymer in der Mischung in einer Menge von bis zu etwa 10 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile der Mischung enthalten ist.
ARIDALL-Polymere sind vernetzte Acryle aus der gemeinhin als Superabsorber bekannten Produktklasse. Dazu zählen auch Stärkepfropfpolymere, vernetzte Glycolate und Celluloseether. Von diesen Typen sind die vernetzten Acryle auf dem besten Wege, sich zu den beliebtesten Superabsorbern zu entwickeln. ARIDALL-Polymere weisen neben einer hohen Absorptionskapazität eine geeignete Gelsteifigkeit auf, wodurch sie sich ideal als Absorptionsmittel für verschiedenste Körperpflege- und medizinische Wegwerfprodukte eignen.
Wie alle Superabsorber auf Basis von Acryl beruht auch bei ARIDALL-Polymeren die Saugfähigkeit auf Carboxylatgruppen an der Hauptkette des Polymers. Wenn ein wäßriges Medium mit dem Polymer in Berührung kommt, werden die Carboxylatgruppen schnell solvatisiert, wobei sie einander abstoßende negative Ladungen entwickeln. Dadurch entknäult sich das Polymer und nimmt das Mehrfache seines Eigengewichts an Medium auf. Durch Vernetzen geht das Polymer nicht in Lösung. Durch Wasserstoffbrückenbildung richtet sich das Medium schnell auf der Polymeroberfläche aus. Das dabei entstehende Gel zeigt eine hervorragende Fähigkeit, Wasser auch unter Druck absorptiv zu binden. Die Flüssigkeitsaufnahmefähigkeit von ARIDALL-Polymeren beruht auf einem physikalischchemischen Prinzip.
Das vorgenannte Superabsorbermaterial hat eine Aufnahmefähigkeit von 35 g/g an Kochsalzlösung, einen Feuchtigkeitsgehalt von 6 ± 2%, einen Acrylatmonomerrestgehalt von 600 ppm, einen pH-Wert (0,1% Festgehalt) von 7 ± 0,3 und eine Teilchengrößeverteilung von 100-1000 Mikron.
Ein weiteres geeignetes superabsorbierendes Polymer wird von der Firma Absorbent Technologies, Inc., unter der Bezeichnung Aqua Keep J-550 vertrieben. Es hat eine Kapazität (an 0,9%iger Kochsalzlösung) von 65 ml/g, ein Rückhaltevermögen (0,5 psi) von 43 ml/g, einen pH-Wert von 7,5 und einen Monomerrestgehalt von 75 ppm sowie eine Teilchengrößenverteilung von 32 bis 200 mesh, wobei 3,7% die Meshgröße 200 passieren.
Ein weiterhin geeignetes FLEXGEL-Füllmaterial enthält 77,5 bis 78,5 Gewichtsteile eines Strecköls des Typs 104B gemäß ASTM D2226. Ein geeignetes Strecköl ist das bereits erwähnte Produkt SUNPAR LW 120. Mit enthalten sind auch 3,9 bis 4,1 Gewichtsteile des Styrol-Kautschuk- Zweiblockcopolymerisats KRATON G-1726 sowie 0,9 bis 1,1 Gewichtsteile des Styrol-Kautschukdreiblock copolymerisats KRATON G1652, jeweils zu beziehen bei der Shell Chemical Company. Weiterhin enthalten sind ein Polyethylen in einer Menge von 6,9 bis 7,1 Gewichtsteilen, ein Polybuten in einer Menge von 9,8 bis 10,2 und 1 Gewichtsteil Antioxidans. Beim Polybuten kann es sich um den Typ H-300 der Amoco Chemical Company handeln. Beim Polyethylen handelt es sich bevorzugt um das schon erwähnte AC-9 oder AC-9A, während Irganox 1035 als Antioxidans zum Einsatz kommt. Siehe die schon erwähnte US 4 259 540.
Eine weitere Füllzusammensetzung enthält ein Styrol-Kautschukzweiblockcopolymerisat als Ersatz für mindestens einen Teil des Styrol-Kautschuk-Styroldreiblockcopolymerisats und ist in der US 4 870 117 offenbart, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Die Zusammensetzung enthält etwa 80 bis 87 Gewichtsteile eines Strecköls des Typs 1048 gemäß ASTM D 2226. Ein geeignetes Strecköl ist von der Sun Refining and Marketing Company unter der Bezeichnung Sunpar LW110 erhältlich. Zwei Styrol-Kautschukblockcopolymerisatbestandteile sind enthalten, einerseits Kraton G1726 in einer Menge von 0,4 bis 0,6 Gewichtsteilen und andererseits Kraton G 1652 in einer Menge von 4,9 bis 5,1 Gewichtsteilen, jeweils von der Shell Chemical Company erhältlich. Mit enthalten sind auch 6,9 bis 7,1 Gewichtsteile AC-9- oder AC-9A-Polyethylen der Allied Signal Company sowie 6,9 bis 7,1 Gewichtsteile H-300-Polybuten der Amoco Chemical Company. Enthalten ist auch ein Antioxidans in einer Menge von 1 Gewichtsteil, wobei es sich bevorzugt um Irganox 1035, vertrieben von Ciba-Geigy Corporation, handelt.
Das vorbekannte Dreiblockkautschukmolekül ist beidseitig styrolverkappt. Das Material hat eine höhere Pseudovernetzungsdichte als das in der Füllzusammensetzung eingesetzte Styrol-Kautschukzweiblockcopolymerisat, bei dem der Kautschuk nur einseitig styrolverkappt ist. Die Vernetzungen sind physikalischer Natur, da sie nicht schon in der Schmelze vorliegen, und ergeben sich aus separaten Styrol- und Kautschukblockdomänen, die sich aufgrund der inhärenten Unverträglichkeit der zwei Blocktypen bilden. Soweit die Styrolblöcke unterhalb ihrer Glasübergangstemperatur Tg von etwa 90ºC liegen, wirken sie im Fall der beidseitigen Verkappung mit Styrol (Dreiblock) unterhalb der Glasübergangstemperatur Tg von Styrol als physikalische Vernetzung. Durch diese niedrigere physikalische Vernetzungsdichte wird das in der Zusammensetzung enthaltene Öl wirksamer geliert. Somit kommt es weit weniger oder überhaupt nicht zur Synerese (Entquellung) und Zellfüllung bei Schaumisolierung.
Man kann auch ein Styrol-Kautschukzweiblockcopolymerisat einsetzen, dessen Molekulargewicht ungefähr die Hälfte des vorherigen Styrol-Kautschukstyrolcopolymerisats beträgt, das aber ungefähr das gleiche Styrolblock- zu Kautschukblockverhältnis aufweist. Ein niedrigerviskoses Material ermöglicht den Zusatz von Polybutenöl und Polyethylenwachs zu der Füllzusammensetzung, um den Isolierungszellfüllschutz und das Hochtemperaturfließverhalten zu verbessern. Solch ein niedrigerviskoses Material ist zwar in Form eines niederviskosen Prozeßöls erhältlich, jedoch nicht, ohne wesentliche Nachteile bei Parametern wie Flammpunkt und Flüchtigkeit in Kauf nehmen zu müssen. Bei Einsatz einer ausreichenden Menge von Styrol-Kautschukcopolymerisat kann ein Zusatz von Polybutenöl ganz wegfallen. Da jedoch in der Regel das Copolymerisat teurer als das Polybutenöl ist, ist es wirtschaftlich wünschenswert, das Zellfüllen bei Schaumisolierung mit einer Kombination der beiden Materialien zu verhindern. Aus Gründen der Spleißvergußverträglichkeit und der Verarbeitbarkeit der Füllmassen ist es allerdings wünschenswert, die Polybutenölmenge so gering wie möglich zu halten. Entsprechend der Überlegung, die dem Anwender am wichtigsten erscheint, ist es also möglich, das Rezept auf verschiedenste Art und Weise einzustellen. Zweifellos wäre es äußerst wünschenswert, das Styrol-Kautschuk- Styroldreiblockcopolymerisat des Standes der Technik teilweise durch das Styrol-Kautschukzweiblockcopolymerisat zu ersetzen. Bereits geringe Gehalte des Styrol- Kautschukzweiblockcopolymerisats (etwa 1%) erweisen sich als besonders günstig bei synereseanfälligen Rezepten, die mit flammverzögernden Eigenschaften auszurüsten sind.
Der Einsatz eines Zweiblockcopolymerisats verringert zwar die Viskosität, führt aber zu einem etwas schmierigen Material, das bei Kunden zum Teil auf Widerstand treffen könnte. Die erhöhte Viskosität ist nämlich auf das Dreiblockcopolymerisat zurückzuführen, das dem Füllmaterial seinen Gelzustand verleiht. Es hat sich gezeigt, daß man eine weniger schmierige, geringerviskose Zusammensetzung dadurch erreichen kann, daß man den Gehalt an Zweiblockcopolymerisat verringert, und ein niederviskoses Öl zugibt.
Das Handhabungsverhalten der Füllmasse läßt sich ändern, indem man das Verhältnis des Zweiblockcopolymerisats zu dem Dreiblockcopolymerisat variiert. Je höher der Anteil des Zweiblockcopolymerisats, desto schmieriger die Füllmasse. Andererseits führt ein hoher Dreiblockcopolymerisatgehalt zu einem hochgelierten Füllmaterial. Nach einer bevorzugten Ausführungsform sollte das Gewichtsprozentverhältnis des Zweiblockcopolymerisats zu dem Dreiblockcopolymerisat im Bereich von etwa 0,05 bis 5 liegen.
Die Viskositätsmessung gibt Aufschluß über die Verarbeitbarkeit des Materials. Kabel werden gefüllt, indem man das Füllmaterial in die Zwischenräume zwischen den Drahtpaaren einspritzt. In der Regel erfolgt das bei Kupferdrahtkabeln nach der Bildung von Kernen aus einer Anzahl von Drahteinheiten. Es ist also wichtig, daß das Material die richtige Viskosität besitzt. Das Füllverfahren erfolgt bei erhöhter Temperatur. Vom apparate- und verfahrenstechnischen Standpunkt ist es sinnvoller, die Viskosität des Füllmaterials herabzusetzen, als die Temperatur zu erhöhen. Die Arbeitstemperatur ist durch das üblicherweise zur Isolierung eingesetzte Material auf den Bereich um 110ºC beschränkt. Man kann also nur über die Wahl der Zusammensetzung weiter variieren. Für gute Verarbeitbarkeit ergab die Vorgabe für die Zusammensetzung eine maximale Viskosität von 60 Centipoise bei 110ºC.
Mit der hier beschriebenen Mischung gefüllte und beflutete Kabel mit 3000 isolierten Metalleiterpaaren haben den BELLCORE-Test der 12 Fuß hohen Wassersäule erfolgreich bestanden. Der Test wurde von einem Kabel bestanden, das auf einer Umhüllungsstraße gefüllt wurde, wobei das Pulver über eine in der Nähe der Straße angeordnete Vorratskammer zugegeben wurde, in der das Füllmaterial auf einer erhöhten Temperatur gehalten wird.
Neben Füllmassen, die das Eindringen von Wasser in Kabelkerne verhindern sollen, finden auch Flutungsmassen Anwendung, die Hüllenzwischenflächen gegen Wasser abdichten und das Verrutschen des äußeren Kunststoffmantels beim Verlegen verhindern sollen. Der Flutungsmasse kann man im gleichen Konzentrationsbereich wie für Füllmassen eines der am anderen Ort in dieser ausführlichen Beschreibung aufgeführten superabsorbierenden Polymere zugeben, um ein Anschwellen in der Gegenwart von Wasser zu erzeugen. Dadurch wird die Wasserblockierung in den Hüllenzwischenflächen verbessert, ohne die zur Verhinderung eines Mantelverrutschens erforderliche Taktizität zu beeinträchtigen.
Ein superabsorbierendes Polymer kann auch in ein Flutstoffgemisch eingemischt werden, bei dem es sich um ein ataktisches Polypropylen oder Polybutylen handelt, wobei letzteres bevorzugt und bei der Amoco Chemical Company zu beziehen ist. Hierbei wird das superabsorbierende Pulver wie bei der Füllmischung in einer Menge von bis zu 10 Gew.-%, bezogen auf die Mischung, eingearbeitet.
Die Füllmischung gelangt in innigen Kontakt mit der Isolierung der Leiter, aus denen ein Kabelkern besteht. Es ist also wichtig, daß die Füllmischung die elektrischen oder mechanischen Eigenschaften der Isolierung nicht beeinträchtigt. Versuche haben gezeigt, daß FLEXGEL-Massen, die superabsorbierende Polymere, wie sie am anderen Ort in dieser ausführlichen Beschreibung aufgeführt sind, enthalten, diese Eigenschaften nicht beeinträchtigen. Im einzelnen haben die Versuche gezeigt, daß eine 28tägige Einwirkung von FLEXGEL-Füllmassen mit superabsorbierendem Polymer bei 70ºC (was dem in der US- amerikanischen Kabelindustrie angewendeten Alterungskriterium entspricht) die Oxidationsstabilität gewisser Isolierungsstoffe nicht beeinträchtigt wird. Auch sind die elektrischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Kabels sehr befriedigend. Die dielektrische Konstante beträgt weniger als etwa 2,3 und der Verlustfaktor weniger als 10&supmin;&sup4; Mikroradiant.
Wendet man sich nun der Figur 3 zu, so sieht man, schematisch dargestellt, eine Fertigungsstraße, insgesamt durch die Ziffer 59 bezeichnet, auf der ein Kern aus zuerst zu Einheiten assemblierten und danach zum Kabelkern zusammengruppierten Leiterpaaren mit einem einen Mantel umfassenden Hüllsystem versehen wird. Natürlich enthält das Kabelhüllsystem wie schon erwähnt neben dem Mantel noch weitere Elemente.
Von einem Kernwagen 52 aus wird der Kern 22 durch eine Füllkammer 54 hindurchbewegt. In der Füllkammer 54 wird eine aus einem Vorratstank 56 bei einer erhöhten Temperatur von etwa 100ºC zugeführte Mischung aus einer FLEXGEL-Füllzusammensetzung und einem superabsorbierenden Pulver unter Druck auf den Kern aufgebracht. Die Viskosität der Mischung und ihre Temperatur sind so bemessen, daß die Mischung weitgehend die Zwischenräume des Kerns füllt.
Der gefüllte Kern wird aus der Füllkammer bewegt und mit einem Band 58 aus Kunststoff wie Polyethylenterephthalat umwickelt. Um die Kernumwicklung herum kann man ein Abschirmsystem anordnen, das eine oder mehrere gewellte Metallschichten enthalten kann. So kann zum Beispiel eine Innenschicht aus gewelltem Aluminiumband 61 und eine Außenschicht aus gewelltem Stahlband 63 bestehen. Auf die Metallschichten wird ein Außenmantel aus Kunststoff aus einem Extruder 65 aufextrudiert. Einige Kabel können auch mit einem Innenmantel versehen werden.
Das mit Kunststoff ummantelte Kabel wird dann von einem Winde 69 durch eine Kühlwanne 67 hindurch gezogen und wird anschließend auf einer Rolle 71 aufgewickelt.
Zwischen den vorstehend beschriebenen Schichten des Hüllsystems wird ein bereits oben beschriebenes Flutungsmaterial angeordnet, welches die Wasserblockierungsfähigkeiten des Kabels verstärkt. Das Flutungsmaterial wird wahlweise zwischen Teilen des Hüllsystems mittels der Vorrichtung 73 aufgetragen.

Claims

1. Kabel mit mehreren sich in Längsrichtung erstrekkenden Übertragungsmedien, gekennzeichnet durch

ein wasserblockierendes Material aus einer Mischung aus einer Füllmittelzusammensetzung, die in Zwischenräumen zwischen den Übertragungsmedien angeordnet ist und ein Styrol/Kautschuk-Copolymerisat, ein paraffinisches und/oder naphthenisches Öl und Polyethylen in kabelfüllmittelzusammensetzungsgerechten Anteilen enthält, und einem superabsorbierenden Polymer aus der Gruppe der vernetzten Acryle, der Stärkepfropfpolymere, der vernetzten Glycolate und der Celluloseether, das, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Mischung, in einer Menge von höchstens 10 Gewichtsteilen enthalten ist, wobei die Viskosität der Mischung einem Wert entspricht, bei dem sich ein bis zu 3000 Metalleiterpaare umfassender Kabelkern damit füllen läßt und das Kabel einen Verlustfaktor von 10&supmin;&sup4; Mikroradiant und eine dielektrische Konstante von weniger als 2,3 aufweist.

2. Kabel nach Anspruch 1, wobei das Styrol/Kautschuk-Copolymerisat ein Styrol/Kautschuk- Verhältnis von 0,2 bis 0,5 aufweist.

3. Kabel nach Anspruch 1, wobei ein paraffinisches oder napththenisches Öl gemäß ASTM-Typ 103, 104A oder 104B oder deren Mischungen mit einer Dichte von mindestens 0,860, einer SUS-Viskosität von mindestens 45 bei 98,9ºC (210ºF), einem Stockpunkt nach ASTM D97 von höchstens -6,7ºC (20ºF) und einem Gehalt an aromatischen Ölen von höchstens 5 Prozent, ein Styrol/Ethylen- Butylen/Styrol-Blockcopolymerisat mit einem Styrol/Kautschuk-Verhältnis von 0,2 bis 0,5 und Polyethylen mit einer Erweichungstemperatur von 110ºC bis 130ºC in der Füllmittelzusammensetzung enthalten sind.

4. Kabel nach Anspruch 3, wobei das Öl mit 88,5 bis 89,5 Gewichtsteilen, das Blockcopolymerisat mit 5,4 bis 5,6 Gewichtsteilen und das Polyethylen mit 4,9 bis 5,1 Gewichtsteilen in der Füllmittelzusammensetzung enthalten sind.

5. Kabel nach Anspruch 3, wobei das Öl mit 77,5 bis 78,5 Gewichtsteilen, als Blockcopolymerisat 0,9 bis 1,1 Gewichtsteile eines Dreiblockcopolymerisats und 3,9 bis 4,1 Gewichtsteile eines Zweiblockcopolymerisats und das Polyethylen mit 6,9 bis 7,1 Gewichtsteilen in der Füllmittelzusammensetzung enthalten sind, wobei die Füllmittelzusammensetzung daneben zusätlich noch 9,8 bis 10,2 Gewichtsteile Polybuten enthält.

6. Kabel nach Anspruch 1, wobei die Füllmittelzusammensetzung eine Mischung eines Styrol/Kautschuk-Zwei blockcopolymerisats enthält, wobei der Styrolblock ein Styrolhomopolymerisat und der Kautschukblock ein gesättigtes Olefincopolymerisat enthalten und das Styrol/Kautschuk- Zweiblockcopolymerisat ein Styrol/Kautschuk-Verhältnis von 0,2 bis 0,5 aufweist.

7. Kabel nach Anspruch 3, wobei das Kabelfüllmaterial eine Mindestfließtemperatur von 80ºC aufweist.

8. Kabel nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Styrol/Kautschuk-Zweiblockcopolymerisat um ein Styrol/Ethylenbutylen-Zweiblockcopolymerisat handelt.

9. Kabel nach Anspruch 8, wobei das Öl eine Dichte von mindestens 0,85, eine SUS-Viskosität von mindestens 40 bei 98,9ºC (210ºF) und einen Stockpunkt von höchstens -6,7ºC (20ºF) sowie das Polyethylen eine Erweichungstemperatur von 105ºC bis 130ºC aufweisen.

10. Kabel aus mehreren isolierten Leitern, die innerhalb eines Hüllsystems so angeordnet sind, daß sich Hohlräume zwischen den Leitern und/oder zwischen den Leitern und dem Hüllsystem ergeben, und einer die Hohlräume füllenden Füllmischung, gekennzeichnet durch eine Füllmischung aus einer Mischung von:

einer Füllmittelzusammensetzung aus:

einem Styrol/Kautschuk-Zweiblockcopolymerisat mit einem Styrol/Kautschuk-Verhältnis von 0,2 bis 0,5, wobei der Styrolblock des Zweiblockcopolymerisats ein Styrolhomopolymerisat und der Kautschukblock des Zweiblockcopolymerisats ein gesättigtes Olefincopolymerisat enthalten;

einem Styrol/Kautschuk/Styrol-Dreiblockcopolymerisat mit einem Styrol/Kautschuk-Verhältnis von 0,2 bis 0,5, wobei das Gewichtsprozentverhältnis von Zweiblockcopolymerisat zu Dreiblockcopolymerisat im Bereich von 0,5 bis etwa 5 liegt;

einem paraffinischen und/oder napthenischen Öl;

4-12% Polyethylen mit einer Erweichungstemperatur von 105ºC bis 130ºC, wobei das Kabelfüllmaterial eine Fließtemperatur von mindestens 80ºC aufweist und wobei das Füllmaterial bei der Fülltemperatur eine Viskosität von weniger als 60 Centipoise aufweist;

einem superabsorbierenden Polymer aus der Gruppe der vernetzten Acryle, der Stärkepropfpolymere, der vernetzten Glycolate und der Celluloseether in einem, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Füllmischung, 10 Gewichtsteile nicht überschreitenden Anteil;

wobei das Kabel einen Verlustfaktor von 10&supmin;&sup4; Mikroradiant oder eine dielektrische Konstante von weniger als 2,3 aufweist.