Elektrischer Isolierstoff mit hoher elektrischer Zeitstandfestigkeit

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Isolierstoff mit hoher elektrischer Zeitstandfestigkeit und auf ein Ver­fahren zum Verbessern der elektrischen Zeitstandfestigkeit von peroxidisch vernetzten Kunststoffen auf Polyethylenbasis.

[0002] Es ist bereits bekannt, vernetzte Polyethylene (VPE) unter Verwendung von Peroxid als Vernetzungsmittel herzustellen. Dabei vernetzen die Polymerisate durch Einwirkung der freie Radikale erzeugenden organischen Peroxide.

[0003] Obwohl vernetzte Polyethylene dieser Gattung aufgrund ihrer hohen Widerstandsfähigkeit gegen Spannungsrisse, Beständigkeit gegen organische Lösungsmittel und hohen elektrischen Wider­stand auch bereits zur Herstellung elektrischer Isolierungen verwendet werden, läßt deren elektrische Zeitstandsfestigkeit vielfach noch zu wünschen übrig.

[0004] Andererseits ist es auch bereits bekannt (US-PS 3 075 948, DE-PS 1 794 028, 1 963 571, 2 255 115), die Vernetzung mit Hilfe von Silanen zu bewirken. Im Unterschied zur peroxidi­schen Vernetzung läuft die Umsetzung zwischen dem Polyolefin und dem Silan verhältnismäßig schnell ab; dabei sind nur ge­ringe Anteile an Radikale erzeugenden Verbindungen, wie orga­nische Peroxide und Perester, in einer geringen Menge von vor­ zugsweise weniger als 0,75 Gewichtsprozenten zuzusetzen, um zu verhindern, daß eine konventionelle peroxidische Vernetzung stattfindet.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen peroxydisch vernetzten Kunststoff auf Polyethylenbasis hinsichtlich seiner elektrischen Zeitstandfestigkeit zu verbessern, das heißt uner­wünschte Alterungserscheinungen zu vermindern oder gar zu ver­meiden.

[0006] Die Erfindung besteht darin, daß der peroxidisch vernetzte Kunststoff auf Polyethylenbasis einen Gehalt von nicht an der Vernetzung beteiligten Organosiliziumverbindungen, insbesondere Siliziumwasserstoffverbindungen, im Bereich zwischen 0,1 und 10 Prozent, bezogen auf den Kunststoff und berechnet in Ge­wichtsprozent, aufweist. Besonders vorteilhaft ist ein Gehalt zwischen 0,2 und 5 Prozent.

[0007] Derartige hinsichtlich der elektrischen Zeitstandfestigkeit verbesserte elektrische Isolierstoffe eignen sich vor allem zur Herstellung von Starkstromkabeln.

[0008] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verbessern der elektrischen Zeitstandfestigkeit peroxidisch vernetzter Kunststoffe auf Polyethylenbasis geht von dem bekannten Verfahren aus, bei dem Polyethylen bzw. Polyethylen bildende Ausgangsstoffe mit Peroxiden, Silanen und gegebenenfalls Katalysatoren und/oder Zusätzen bzw. Füllstoffen gemischt und unter oder nach dem Formgeben vernetzt werden. Im Unterschied zu diesem bekannten Verfahren wird den Ausgangssubstanzen des peroxidisch zu ver­netzenden Polyethylens ein Wirkstoff in Form von Silan, insbe­sondere Alkyl- oder Alkoxy-substituierte Vinylsilane in einem solchen Anteil zugegeben, daß dieser Wirkstoff und/oder dessen Reaktions-Folgeprodukte nach dem peroxidischen Vernetzen unter Beteiligung von Feuchtigkeit zu einer Strukturänderung beitragen.

[0009] Im Gegensatz zur Lehre der Fachwelt (DE-PS 1 963 571) ist die vor­liegende Aufgabe lösbar, wenn der Peroxidanteil nicht etwa weniger als 0,75 Prozent beträgt, sondern vielmehr einen zur peroxidischen Vernetzung ausreichenden höheren Anteil zwischen etwa 1,5 und 4,0 aufweist. Das bei der Erfindung zur Anwendung gelangende Silan ist nicht das Vernetzungsmittel, sondern ein zusätzlicher Wirkstoff. Dieser Wirkstoff kann beim peroxidischen Vernetzen an die Moleküle des Kunststoffs fixiert werden, wozu auch ein Anpfropfen an die Makromoleküle des Polyethylens möglich ist. Dieses Anpfropfen ist jedoch keine Vernetzung, da es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um eine konventionelle peroxidische Vernetzung des Polyethylens handelt.

[0010] Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß das elektrische Iso­liervermögen noch nach langer Gebrauchszeit von beispielsweise zehn Jahren nicht merklich beeinträchtigt wird. Im Vergleich zu klassischem VPE wurde eine erhebliche Verbesserung der elektri­schen Zeitstandfestigkeit ermittelt. Die Ursache hierfür dürf­te eine strukturelle Änderung des peroxidisch vernetzten Poly­ethylens bei Hinzutreten von Feuchtigkeit, insbesondere Wasser, sein; dabei treten die gewissermaßen eingebauten Organosilizium­verbindungen bzw. Siliziumwasserstoffe oder Silan als struktur­verändernder Wirkstoff in Erscheinung. Hierdurch kann die Bildung unerwünschter "Wasserbäumchen" verhindert werden.

[0011] Es empfiehlt sich, wenn bei der Herstellung des vernetzten Polyethylens Hydrolysekatalysatoren, beispielsweise Metall­salze organischer Säuren, aber auch andere organometallische Verbindungen, verwendet werden.

Beispiel:

[0012] Für die peroxidische Vernetzung des Polyethylens wird eine Ausgangsmischung hergestellt, für welche beispielsweise
    100 Teile Polyethylen
    2 Teile Dicumylperoxid und
    3 Teile Alkoxy-substituiertes Vinylsilan als die Zeitstandfestigkeit verbessernder Wirkstoff
    0,2 Teile Alterungsschutzmittel
gemischt werden. Anschließend erfolgt nach der Formgebung die peroxidische Vernetzung, die bei etwa 200°C ca. 5 Minuten in Anspruch nimmt.

Ansprüche

1. Elektrischer Isolierstoff mit hoher elektrischer Zeitstand­festigkeit aus peroxidisch vernetztem Kunststoff auf Polyethy­lenbasis (VPE), gekennzeichnet durch einen Gehalt von nicht an der Vernetzung beteiligten Organosiliziumverbindungen im Bereich zwischen 0,1 und 10 Prozent (bezogen auf den Kunststoff).

2. Elektrischer Isolierstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt von Siliziumwasserstoffver­bindungen im Bereich zwischen 0,2 und 5 Prozent.

3. Verwendung eines Isolierstoffs nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung von Starkstromkabeln.

4. Verfahren zum Verbessern der elektrischen Zeitstandfestig­keit von peroxidisch vernetzten Polyethylenen (VPE), bei dem Polyethylen mit Peroxid, Silan und gegebenenfalls Katalysato­ren, Zusätzen und/oder Füllstoffen gemischt und unter Druck und/­oder nach Formgeben vernetzt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangssubstanzen eines peroxidisch vernetzenden Poly­ethylens mit Silan als die elektrische Zeitstandfestigkeit verbesserndem Wirkstoff in einem solchen Anteil gemischt wird, daß dieser Wirkstoff und/oder dessen Reaktions-Folgeprodukte noch nach dem peroxidischen Vernetzen unter Beteiligung von Feuchtigkeit zu einer Strukturänderung beiträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß Alkyl- oder Alkoxy-substituierte Vinylsilane als Silane verwendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß Metallsalze organischer Säuren und/oder andere organometal­lische Verbindungen als Katalysatoren verwendet werden.