專利名稱：耐沖擊的自熄性電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自熄性電纜，本發(fā)明尤其涉及用于低壓或中壓電力傳輸或分配的電纜，以及涉及數(shù)據(jù)傳輸電纜或通信電纜例如電話電纜。
本發(fā)明更特別涉及一種自熄性電纜，該電纜沿徑向在至少一根導(dǎo)電元件外側(cè)配置有一層燃燒時(shí)煙霧少的、并賦予電纜優(yōu)良的抗意外沖擊機(jī)械性能的具有自熄性的聚合物包覆層。
在本說明書中，術(shù)語“低壓”是指低于約1千伏的電壓，術(shù)語“中壓”是指約1千伏與約30千伏之間的電壓。
此外，術(shù)語電纜“芯”是指由外面包覆有至少一層電絕緣體的導(dǎo)電元件構(gòu)成的半成品結(jié)構(gòu)。對(duì)只有一根“芯”的電纜稱為單極，對(duì)兩根芯的電纜稱為雙極，依此類推。
一般來說，自熄性電纜是通過將添加有適用添加劑的已具有阻燃特性的聚合物組合物包覆在上述芯的周圍或者直接包覆在導(dǎo)體本身(即未絕緣的導(dǎo)體)的周圍形成阻燃包覆層而制成的。
例如，眾所周知的實(shí)施方法是向這種聚合物組合物如聚烯烴基(如聚乙烯或乙烯/醋酸乙烯酯共聚物)組合物添加鹵化型阻燃劑如有機(jī)鹵化物與三氧化銻的混合物。
然而，鹵化型阻燃劑存在一些缺點(diǎn)，因?yàn)辂u化型阻燃劑在聚合物加工期間會(huì)發(fā)生部分分解，并會(huì)產(chǎn)生對(duì)操作者有毒的、對(duì)聚合物加工機(jī)械的金屬部件產(chǎn)生腐蝕的鹵化氣體。此外，當(dāng)聚合物組合物與火焰直接接觸時(shí)，所述添加劑會(huì)燃燒產(chǎn)生大量含有毒性氣體的煙霧。當(dāng)采用聚氯乙烯(PVC)作為聚合物基并添加三氧化銻時(shí)也存在同樣的缺點(diǎn)。
因此，近年來，自熄性電纜的制造已轉(zhuǎn)向采用不含鹵素的組合物，該組合物中的聚合物基(通常是聚烯烴類)是與無機(jī)阻燃填料相混合的，其中無機(jī)阻燃填料通常是金屬特別是鋁或鎂的氫氧化物、氧化物—水合物或水合鹽如氫氧化鎂或三水合鋁或它們的混合物，(見例如美國(guó)專利4145404和4673620，歐洲專利328051和530940)。氫氧化鎂是特別優(yōu)選的，因?yàn)樗休^高的分解溫度(約340℃)和令人滿意的熱穩(wěn)定性(見例如本申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)WO99/05688)。
然而，采用這些無機(jī)阻燃填料存在一些缺點(diǎn)，其中之一是為了獲得有效的阻燃作用，需要向聚合物材料添加大量的阻燃填料，通常，每100重量份聚合物需添加約120-250重量份。
如此大量的填料會(huì)使所得配混料的加工性能、機(jī)械性能和彈性下降，特別是斷裂伸長(zhǎng)率和斷裂負(fù)荷下降。
與上述化合物不同，其它無機(jī)物質(zhì)(例如玻璃纖維、煅燒高嶺土、碳酸鈣)在一般燃燒溫度下不會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)，(例如碳酸鈣約在825℃發(fā)生分解)，而這種分解反應(yīng)可能會(huì)產(chǎn)生干擾燃燒過程的產(chǎn)物。這些無機(jī)物質(zhì)可作為惰性填料，在聚合物材料中起“稀釋作用”(見例如“Compounding Materials for the Polymer Industries”，J.S.Dick，1987，Noyes publ.，具體說在63頁和144頁)，其結(jié)果是由于單位體積中可燃燒的聚合物材料少了，而使所得的混配料的燃燒性降低了。
另一類能產(chǎn)生阻燃效果的添加劑是磷基阻燃劑(見例如“Thechemistry and uses of Fire Retardants”，Chapter2，J.W.Lyons，Published by wiley-Interscience，1970)。通常，適用作阻燃劑的含磷化合物可以是亞磷酸或正磷酸的鹽(亞磷酸鹽、磷酸鹽或多磷酸鹽)，磷酸的有機(jī)酯或多酯(磷酸或多磷酸的單烷基酯、二烷基酯或三烷基酯或單芳基、二芳基或三芳基酯)，亞磷酸酯(亞磷酸的單烷基、二烷基或三烷基酯或單芳基、二芳基或三芳基酯)，膦酸酯或多膦酸酯(膦酸或多膦酸的單烷基或二烷基酯或單芳基或二芳基酯)。
除了含磷化合物外，含磷化合物與含氮化合物的混合物也可用作聚合物組合物的阻燃劑，所述混合物通常稱為“P-N混合物”(見“Thechemistry and uses of Fire Retardants”，J.W.Lyons，Wiley-Interscience(1970)，page 20和chapter 2)。含氮化合物可包括例如無機(jī)鹽(如銨鹽)或有機(jī)化合物及其鹽如胍、三聚氰胺及它們的衍生物，例如三聚氰胺氰脲酸酯或胍基脲以及它們的鹽。關(guān)于所述含磷化合物和含氮化合物在混合物(“P-N混合物”)中的應(yīng)用，參見例如本申請(qǐng)人的歐洲專利831120。
電纜在運(yùn)輸和安裝過程中有可能使其結(jié)構(gòu)受到意外的沖擊而損壞，甚至是嚴(yán)重的損壞(例如絕緣層變形，構(gòu)成電纜的各層間脫層)，這種損壞可能導(dǎo)致絕緣包覆層的電梯度發(fā)生變化，隨之導(dǎo)致包覆層絕緣性能下降。
對(duì)現(xiàn)今可商購(gòu)的電纜例如用于電力傳輸或分配的電纜來說，為了使這些電纜在受到意外沖擊時(shí)免遭破壞，通常采用能提供適當(dāng)機(jī)械強(qiáng)度的金屬鎧裝。這種鎧裝可以是金屬帶或金屬絲(通常是鋼制的)，或者是金屬護(hù)套(通常由鉛或鋁制造的)，通常，這種金屬鎧裝又是用外層聚合物護(hù)套包覆的。這種電纜結(jié)構(gòu)的實(shí)例已公開在美國(guó)專利5153381中。可以預(yù)期，這種鎧裝可用于自熄性電纜即具有上述阻燃包覆層的電纜中。
本申請(qǐng)人的WO98/52197說明了電力傳輸電纜的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括用來代替金屬鎧裝的、由適當(dāng)厚度的能賦予電纜高的耐意外沖擊性能的發(fā)泡聚合物制的包覆層。這種發(fā)泡聚合物包覆層優(yōu)選緊貼在外聚合物護(hù)套內(nèi)側(cè)。
本申請(qǐng)人已覺察到有必要制造一種除保證所需的阻燃性能外，還應(yīng)賦予電纜高的耐沖擊性能，即至少與金屬鎧裝相等的耐沖擊性能的自熄性電纜。
具體地說，大家都知道，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)大，以及面對(duì)越來越嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置能夠保證高度安全的即在運(yùn)輸或安裝過程中，或者在使用期間倘若遇到著火時(shí)既具有阻燃性，在面臨意外沖擊時(shí)又具有機(jī)械強(qiáng)度的電纜是很重要的。
例如，當(dāng)電纜需要以可看得見的或置于適當(dāng)?shù)墓艿乐械姆绞桨惭b在萬一會(huì)發(fā)生火焰的極危險(xiǎn)的環(huán)境中(例如封閉的地下環(huán)境如地鐵，鐵路隧道等)時(shí)，首先應(yīng)保證電纜是自熄性的，煙霧產(chǎn)生少，不會(huì)放出有毒或腐蝕性的氣體，第二，電纜應(yīng)具有多方面優(yōu)良的機(jī)械性能和耐外部介質(zhì)(熱、油)作用的性能，要使電纜易于安裝，并保證電纜具有優(yōu)良的質(zhì)量和耐用性。
考慮到這些方面，已經(jīng)有了這種需求，特別是上面提到的具體用途，因而在市場(chǎng)上已可購(gòu)到鎧裝型自熄性電纜。然而，在電纜內(nèi)配置金屬鎧裝，仍存在相當(dāng)多的缺點(diǎn)。例如，為制造這類電纜，在制造過程中需引入一步或多步額外步驟，因此從工廠的工藝技術(shù)來說，所述方法是較為復(fù)雜的，從經(jīng)濟(jì)上來說，既需要較高的費(fèi)用，又是費(fèi)時(shí)的。另一方面，電纜內(nèi)配置金屬鎧裝必然會(huì)大大地增加電纜的重量，這樣就不可避免地不僅會(huì)在安裝階段，而且也會(huì)在運(yùn)輸階段增加成本。
本申請(qǐng)人已察覺到必需制造一種新型的自熄性電纜，這種電纜兼有高的機(jī)械性能與所需的阻燃性能，同時(shí)又能保證成本低廉，制造工藝簡(jiǎn)便和快捷。
在非自熄型電纜的基礎(chǔ)上，如上面WO98/52197所述，本申請(qǐng)人最初考慮在自熄性電纜中嵌入發(fā)泡聚合物包覆層代替起增強(qiáng)作用的金屬鎧裝，從而制成具有高機(jī)械強(qiáng)度的、重量很輕的、而且制造過程簡(jiǎn)便、快捷的電纜。
然而，盡管具有上述無容置疑的優(yōu)點(diǎn)，但本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)該方法本身還面臨一個(gè)不易解決的問題，因?yàn)?，雖然該方法具有機(jī)械耐沖擊性能和重量輕的特定優(yōu)點(diǎn)，但發(fā)泡聚合物包覆層并不具有所要求的阻燃特性。相反，由于所述包覆層是發(fā)泡的，因此發(fā)泡體內(nèi)含氧化劑空氣，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，火焰在這種含空氣的發(fā)泡體中的蔓延是很快的。
由本發(fā)明人研究的下一個(gè)解決途徑是使上述發(fā)泡聚合物包覆層包含無機(jī)型阻燃填料(例如氫氧化鎂)。然而，在這方面所作的嘗試并沒有成功。事實(shí)上，為了獲得具有所需阻燃性能的包覆層，已發(fā)現(xiàn)，如上所述，必須采用大量的阻燃填料，另一方面，大量阻燃填料的存在又會(huì)使原料聚合物組合物沒有發(fā)泡的余地。
本申請(qǐng)人業(yè)已發(fā)現(xiàn)，通過使電纜擁有一層由添加了至少一種如下所述的溶脹劑的發(fā)泡聚合物組合物制的包覆層，可以獲得不含鹵素的自熄性電纜，這種電纜在萬一發(fā)生火焰時(shí)不會(huì)產(chǎn)生有毒的或腐蝕性氣體，只產(chǎn)生少量煙霧，并具有高的阻燃性和優(yōu)良的耐沖擊性能。
本申請(qǐng)人還發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的阻燃性發(fā)泡包覆層在某些情況下賦予電纜的耐機(jī)械沖擊性能甚至高于鎧裝型類似電纜的耐沖擊性能。
從下面的說明會(huì)更清楚地表明，本發(fā)明提供了一種解決本說明書中前面提及的先有技術(shù)中存在問題的極好方法。
例如，如上所述，包含具有阻燃性能的發(fā)泡聚合物包覆層的自熄性電纜不需要金屬鎧裝，就能在受到意外沖擊時(shí)免遭損壞。
這種結(jié)構(gòu)意味著特別有利的形態(tài)，首先，在機(jī)械強(qiáng)度相等的情況下，根據(jù)本發(fā)明的電纜較常規(guī)鎧裝電纜輕得多，有時(shí)機(jī)械強(qiáng)度還會(huì)高于鎧裝電纜。如上所述，采用較輕的電纜可使電纜的安裝和運(yùn)輸較為容易，因而可降低成本。
第二，由根據(jù)本發(fā)明的具有阻燃性的發(fā)泡材料制的包覆層是經(jīng)連續(xù)地?cái)D出而直接包在電纜上的，也可任選與其它的電纜包覆層(如填料和/或外聚合物護(hù)套)一起共擠出。這種擠出技術(shù)可大大簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝流程，與先有技術(shù)的鎧裝電纜相比，生產(chǎn)效率較高，費(fèi)用較低。
事實(shí)上，在電纜內(nèi)配置起增強(qiáng)作用的金屬鎧裝需要預(yù)設(shè)定各步驟的順序，并需要使用專門用于這類操作的設(shè)備。更具體地說，如果需要獲得先有技術(shù)的鎧裝電纜，例如單極型電纜，其制造過程必需包括第一生產(chǎn)線專用于擠出絕緣層和形成電纜芯，一旦形成電纜芯就卷繞在第一卷繞線軸上；第二生產(chǎn)線；與第一生產(chǎn)線分開的，供給從上述第一線軸上退卷的電纜芯，該生產(chǎn)線的作業(yè)是配置金屬鎧裝，將由此得到的半成品卷繞在第二卷繞線軸上；第三生產(chǎn)線供給所述半成品，該生產(chǎn)線的作業(yè)是擠出阻燃劑外聚合物護(hù)套，將該護(hù)套包在金屬鎧裝上，從而完成電纜制造過程。
從如上所述以及下面說明書中更詳細(xì)的說明可見，本發(fā)明由于取消了先有技術(shù)的鎧裝步驟，因而能在連續(xù)操作基礎(chǔ)上使生產(chǎn)過程簡(jiǎn)化。事實(shí)上，鎧裝步驟不可避免地會(huì)在電纜的生產(chǎn)中引入間歇性操作，間歇性操作既會(huì)降低生產(chǎn)效率，又會(huì)增加工程技術(shù)費(fèi)用。相反，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)泡聚合物材料制的阻燃包覆層是沿整個(gè)電纜長(zhǎng)度均勻分布的連續(xù)層。
此外，根據(jù)本發(fā)明的自熄性電纜對(duì)于生產(chǎn)步驟中兩電纜間的連接是特別有利的，或者如果需要在電纜與電氣設(shè)備間進(jìn)行連接也是特別有利的。代替金屬鎧裝的發(fā)泡聚合物包覆層可使這一接頭或連接更為簡(jiǎn)便和快捷，因?yàn)榕c鎧裝相比，操作困難較少，只需去除部分發(fā)泡包覆層(即包在待連接的電纜長(zhǎng)度上的包覆層部分)而不是鎧裝部分。
本發(fā)明不僅可用于電力傳輸電纜或電力分配電纜，而且也可用于數(shù)據(jù)傳輸電纜或通訊電纜以及電力通訊混合型電纜。因此，就這方面來說，在下面的說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語“導(dǎo)體”是指圓形或扇形構(gòu)形的金屬導(dǎo)體，或是光導(dǎo)纖維，或是電導(dǎo)體/光導(dǎo)體混合型導(dǎo)體。
因此，本發(fā)明的第一方面涉及包括至少一根導(dǎo)體和按徑向配置在所述至少一根導(dǎo)體外側(cè)的至少一層阻燃包覆層的自熄性電纜，其特征在于所述至少一層阻燃包覆層包含添加有至少一種如下規(guī)定的膨脹劑的發(fā)泡聚合物材料。
根據(jù)一個(gè)具體實(shí)施方案，本發(fā)明的自熄性電纜包括按徑向配置在所述阻燃包覆層外側(cè)的聚合物護(hù)套。
根據(jù)本發(fā)明，所述膨脹劑包含至少一種含磷化合物和/或至少一種含氮化合物或者一種或多種含磷及氮的化合物。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明自熄性電纜阻燃包覆層中的發(fā)泡聚合物材料包含與膨脹劑一起使用的至少一種礦物填料，優(yōu)選是阻燃礦物填料。
本發(fā)明的第二方面涉及賦予電纜阻燃性能和耐沖擊性能的方法，所述方法包括賦予所述電纜至少一層含有至少一種膨脹劑的發(fā)泡聚合物的包覆層的步驟。
在本說明書和后面的權(quán)利要求書中，術(shù)語“膨脹劑”是指含磷和/或含氮的化合物，當(dāng)這種化合物與原料聚合物材料相混合的情況下，一旦暴露在高溫下或者在火焰的直接作用下時(shí)，會(huì)形成膨脹的能抑制燃燒蔓延的碳基殘?jiān)?炭)。
據(jù)認(rèn)為，當(dāng)燃燒時(shí)，一方面，由氮產(chǎn)生的氮?dú)鈺?huì)使聚合物材料膨脹，另一方面，磷有助于增加燃燒所產(chǎn)生的碳基殘?jiān)?“炭”，即燃燒的灰分)，并使殘?jiān)矢哒辰Y(jié)性。這樣，在聚合物材料與周圍外部環(huán)境之間形成了一固體層，從而抑制了燃燒的蔓延。具體地說，在仍會(huì)燃燒的聚合物材料與火焰之間起物理屏障作用的所述固體層保護(hù)著所述材料并阻止新鮮氧氣到達(dá)材料表面給火焰提供氧氣。此外，因氮的作用而膨脹所產(chǎn)生的絕熱作用使材料層仍保持完整無損，即不受火焰的影響，這是由于膨脹后材料的熱導(dǎo)率遠(yuǎn)低于未膨脹材料的熱導(dǎo)率。由此可見，磷與氮之間產(chǎn)生了協(xié)同作用。
根據(jù)一個(gè)特定的實(shí)施方案，如果原料聚合物組合物內(nèi)已含有氮(例如，以聚酰胺或聚氨酯作為聚合物組合物的原料聚合物)，則膨脹劑可只由含磷化合物所構(gòu)成，當(dāng)燃燒時(shí)，產(chǎn)生膨脹作用所需的氮可由原料聚合組合物提供。
下面是關(guān)于附圖的說明，提供的附圖純粹是為了說明，而不是對(duì)本發(fā)明的任何限制，其中

圖1所示的是根據(jù)目前技術(shù)水平的具有金屬鎧裝的三極型電力傳輸電纜；圖2所示的是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的三極電纜；圖3所示的是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案的三極電纜；和圖4所示的是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的單極電纜。
在下面的說明中，術(shù)語“發(fā)泡聚合物材料”是指材料內(nèi)部有預(yù)定百分比的“自由”空間的聚合物材料，即材料內(nèi)部有未被聚合物材料占據(jù)而被氣體或空氣占據(jù)的空間。
通常，發(fā)泡聚合物中自由空間的百分比以“發(fā)泡度”(G)表示，G的規(guī)定如下G＝(do/de-1)×100式中do為未發(fā)泡聚合物的密度，de為發(fā)泡聚合物的表觀密度。
根據(jù)本發(fā)明的具有阻燃性能的發(fā)泡聚合物包覆層可由可發(fā)泡聚合物，任選在發(fā)泡后經(jīng)交聯(lián)而制得，在下面的說明書中將作更詳細(xì)的說明。
可發(fā)泡聚合物可選自聚烯烴，各種烯烴的共聚物，烯烴/不飽和酯共聚物，聚酯，聚碳酸酯，聚砜，酚醛樹脂，脲醛樹脂以及它們的混合物。適用的聚合物實(shí)例是聚乙烯(PE)具體是低密度PE(LDPE)、中密度PE(MDPE)、高密度PE(HDPE)和線形低密度PE(LLDPE)，聚丙烯(PP)，乙烯/丙烯彈體共聚物(EPM)或乙烯/丙烯/二烯三元共聚物(EPDM)，天然橡膠，丁基橡膠，乙烯/乙烯基酯共聚物如乙烯/酯酸乙烯酯(EVA)，乙烯/丙烯酸酯共聚物，具體是乙烯/丙烯酸甲酯(EMA)、乙烯/丙烯酸乙酯(EEA)、乙烯/丙烯酸丁酯(EBA)，乙烯/α-烯烴熱塑性共聚物，聚苯乙烯，丙烯腈/丁二烯/苯乙烯(ABS)樹脂，鹵化聚合物，具體是聚氯乙烯(PVC)，聚氨酯(PUR)，聚酰胺，芳族聚酯如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，以及它們的共聚物或機(jī)械共混物。
優(yōu)選的是，聚合物材料是聚烯烴聚合物或是基于乙烯和/或丙烯的共聚物，具體選自(a)乙烯與烯屬不飽和酯例如醋酸乙烯酯或醋酸丁酯的共聚物，共聚物中不飽和酯的含量通常為5％與80％(重量)之間，優(yōu)選為10％與50％(重量)之間；(b)乙烯與至少一種C3-C12α-烯烴、任選地與二烯的彈性體共聚物，優(yōu)選乙烯/丙烯共聚物(EPR)或乙烯/丙烯/二烯共聚物(EPDM)，優(yōu)選具有下列組成的共聚物35(摩爾)％-90(摩爾)％乙烯，10(摩爾)％-65(摩爾)％α-烯烴，0(摩爾)％-10(摩爾)％二烯(例如1，4-己二烯或5-亞乙基-2-降冰片烯)；(c)乙烯與至少一種C4-C12α-烯烴，優(yōu)選1-己烯、1-辛烯等、任選地與二烯的共聚物，共聚物的密度通常為0.86克/立方厘米與0.90克/立方厘米之間，其組成為75(摩爾)％-97(摩爾)％乙烯，3(摩爾)％-25(摩爾)％α-烯烴，0(摩爾)％-5(摩爾)％二烯。
(d)以乙烯/C3-C12α-烯烴共聚物改性的聚丙烯，其中聚丙烯與乙烯/C3-C12α-烯烴共聚物之重量比為90/10與30/70之間，優(yōu)選為50/50與30/70之間。
例如，屬于(a)類的產(chǎn)品是商品Elvax(DuPont)、Levapren(Bayer)和Lotryl(Elf-Atochem)，屬于(b)類的產(chǎn)品是商品Dutral(Enichem)和Nordel(Dow-DuPont)，屬于(c)類的產(chǎn)品是商品Engage(Dow-DuPont)和Exact(Exxon)，而用乙烯/α-烯烴共聚物改性的聚丙烯是商標(biāo)為Moplen或Hifax(Montell)或Fina-Pro(Fina)等的市售產(chǎn)品。
特別優(yōu)選的(d)類產(chǎn)品是包含作為連續(xù)基質(zhì)的熱塑性聚合物(例如聚丙烯)和分散在熱塑性基質(zhì)中的硫化彈性體聚合物(例如交聯(lián)的EPR或EPDM)的小微粒(直徑一般為約1-10微米)的熱塑性彈性體?？蓪椥泽w聚合物以非硫化形態(tài)摻入熱塑性基質(zhì)中，然后在加工期間通過添加適量交聯(lián)劑進(jìn)行動(dòng)態(tài)交聯(lián)?；蛘撸部墒箯椥泽w聚合物單獨(dú)進(jìn)行硫化，然后以小微粒分散在熱塑性基質(zhì)中。這種類型的熱塑性彈性體已在例如美國(guó)專利4104210和歐洲專利324430中作了介紹。
特別優(yōu)選的聚合物材料是例如美國(guó)專利4916198中介紹的在熔融態(tài)有高機(jī)械強(qiáng)度的聚丙烯(高熔體強(qiáng)度聚丙烯)，可商購(gòu)的這類聚丙烯的商標(biāo)名為Profax(Montell S.P.A)。該專利說明了制造所述聚丙烯的方法采用高能離子輻射，對(duì)線形聚丙烯實(shí)施照射步驟，通過照射足夠的時(shí)間，使聚丙烯中形成大量長(zhǎng)的支鏈，在所述步驟結(jié)束時(shí)，對(duì)經(jīng)照射的材料進(jìn)行適當(dāng)處理，使該照射的材料中所有自由基基本上失去活性。
特別優(yōu)選的聚合物材料中，還更優(yōu)選的是包括上述高度支化聚丙烯(用量一般為30％-70％(重量))與上述(d)類熱塑性彈性體(用量一般為30％-70％(重量))相共混的聚合物組合物(所述百分比以聚合物組合物總重量計(jì))。由于膨脹劑能容易地?fù)交斓剿鼋M合物中并順利地發(fā)揮功效，在所述膨脹劑加入后，在形成本發(fā)明阻燃包覆層的發(fā)泡加工期間組合物也不會(huì)出現(xiàn)問題，所以該聚合物組合物是特別有利的。此外，采用這種聚合物包覆層還可沿電纜長(zhǎng)度制成連續(xù)而均勻的阻燃包覆層。
根據(jù)本發(fā)明，發(fā)泡聚合物組合物中摻混有如本說明書中規(guī)定的膨脹劑。含磷化合物中可提及能構(gòu)成所述膨脹劑的是例如亞磷酸或磷酸(亞磷酸鹽、磷酸鹽或多磷酸鹽)，磷酸的有機(jī)酯或多酯(磷酸或多磷酸的單烷基酯、二烷基酯或三烷基酯或單芳基酯、二芳基酯或三芳基酯)，亞磷酸酯(亞磷酸單烷基酯、二烷基酯或三烷基酯或者單芳基酯、二芳基酯或三芳基酯)，膦酸或多膦酸酯(膦酸或多膦酸的單烷基酯或二烷基酯或者單芳基酯或二芳基酯)，其中烷基基團(tuán)優(yōu)選為(C2-C12)烷基基團(tuán)而芳基基團(tuán)優(yōu)選為苯基，單取代、二取代或三取代苯基，其中取代基各自選自(C1-C4)烷基和羥基。
通常，由于采用水溶性鹽形態(tài)的添加劑會(huì)導(dǎo)致絕緣包覆層的電絕緣性產(chǎn)生不利的變化，因此，優(yōu)選的是應(yīng)避免采用水溶性鹽形態(tài)的含磷添加劑。
具體說，優(yōu)選采用具有增塑性質(zhì)的有機(jī)磷化合物，例如上面提及的磷酸酯，其中優(yōu)選的酯是磷酸的二烷基酯、二芳基酯、烷基芳基酯、三烷基酯、三芳基酯、二烷基芳基酯或烷基二芳基酯，其中烷基基團(tuán)優(yōu)選為(C2-C12)烷基基團(tuán)，而芳基基團(tuán)優(yōu)選為苯基或單取代、二取代或三取代苯基，其中取代基各自選自(C1-C4)烷基和羥基，磷酸三芳基酯或烷基二芳基酯是特別優(yōu)選的。這些化合物的實(shí)例是磷酸異丙基二苯基酯，磷酸叔丁基二苯基酯，磷酸2-乙基己基二苯基酯，磷酸異癸基二苯基酯，磷酸三苯酯，磷酸三二甲苯酯或磷酸三甲苯酯。磷酸三苯酯是優(yōu)選采用的。
如果采用含氮化合物，其中優(yōu)選使用的是那些能與上述含磷化合物一起起所要求的協(xié)同效應(yīng)的化合物。這類化合物的實(shí)例是無機(jī)鹽，例如銨鹽，或有機(jī)化合物及其有機(jī)鹽，如胍、三聚氰胺及它們的衍生物例如三聚氰胺氰脲酸鹽或胍基脲以及它們的鹽。同樣，當(dāng)使用含氮化合物時(shí)，也必須采用能保證足夠電絕緣性能的包覆層包覆導(dǎo)體，還優(yōu)選避免使用水溶性鹽形態(tài)的含氮衍生物。具體地說，優(yōu)選采用高含氮的簡(jiǎn)單有機(jī)化合物，例如三聚氰胺、胍、脲以及它們的衍生物(三聚氰胺氰脲酸鹽或胍基脲)，采用三聚氰胺是特別優(yōu)選的。由于含氮化合物的降解產(chǎn)物可能產(chǎn)生毒性問題，因此，所述化合物的用量應(yīng)是為達(dá)到所要求的協(xié)同效應(yīng)能夠相容的最低用量是優(yōu)選的。
根據(jù)本發(fā)明的膨脹劑也可由含磷和含氮化合物所組成，例如銨、胍、三聚氰胺或哌嗪的磷酸鹽、多磷酸鹽或焦磷酸鹽或者相應(yīng)的混合磷酸鹽，以及磷酰胺，氨基膦酸酯和磷腈化合物或它們的混合物。
根據(jù)本發(fā)明，膨脹劑的用量(重量)通常為原料組合物總重量的1％與60％之間，優(yōu)選為2％與50％之間，更優(yōu)選為5％與30％之間。
如上所預(yù)期的，根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案，除上述膨脹劑外，制造根據(jù)本發(fā)明阻燃包覆層的發(fā)泡聚合物材料也可摻入一種或多種已知的無機(jī)填料，所述填料為阻燃型是有利的。優(yōu)選的是，與膨脹劑相配合的這類無機(jī)填料的摻入量不超過60phr(每100重量份的橡膠的份數(shù)(重量))，以使導(dǎo)入的無機(jī)填料不會(huì)對(duì)所要求的發(fā)泡度產(chǎn)生不利影響。優(yōu)選的是，所述無機(jī)填料由氫氧化鎂和/或碳酸鈣所構(gòu)成。
圖1是根據(jù)先有技術(shù)的中壓電力傳輸電纜(10)的橫截面圖解說明。
電纜(10)是三極型的，它包括三根導(dǎo)體(1)，每一導(dǎo)體包覆有具有電絕緣功能的絕緣層(2)。如上所述，該半成品結(jié)構(gòu)(1，2)稱為術(shù)語“芯”。
所述絕緣層(2)可由不含鹵素的、交聯(lián)或非交聯(lián)的具有電絕緣性能的聚合物組合物所構(gòu)成，這類聚合物組合物在技術(shù)上是已知的，可選自例如聚烯烴(各種烯烴的均聚物或共聚物)，烯屬不飽和烯烴/酯共聚物，聚酯、聚醚，聚醚/聚酯共聚物以及它們的共混物。這類聚合物的實(shí)例是聚乙烯(PE)，具體說是線形低密度PE(LLDPE)，聚丙烯(PP)，丙烯/乙烯熱塑性共聚物，乙烯/丙烯橡膠(EPR)或乙烯/丙烯/二烯橡膠(EPDM)，天然橡膠，丁基橡膠，乙烯/酯酸乙烯酯(EVA)共聚物，乙烯/丙烯酸甲酯(EMA)共聚物，乙烯/丙烯酸乙酯(EEA)共聚物，乙烯/丙烯酸丁酯(EBA)共聚物，乙烯/α-烯烴共聚物等。
參看圖1，三根芯是捆扎在一起的，所述三根芯之間形成的星形區(qū)域填充有已知類型的阻燃組合物(通常包含聚合物基和添加在聚合物中的無機(jī)礦物型阻燃填料)以形成大體上呈圓形截面結(jié)構(gòu)的填充層(3)。
按徑向在所述填充層(3)外側(cè)配置有常規(guī)金屬鎧裝(4)，如上所述，該鎧裝可由金屬絲(例如鋼絲)，鋁、鉛或銅制連續(xù)管形的金屬網(wǎng)，或管狀的金屬帶構(gòu)成的，其中金屬帶是通過焊接或以適當(dāng)粘合劑密封來達(dá)到足夠的密封性的。通常，金屬鎧裝(4)是由已知類型的金屬絲或金屬帶通過鎧裝機(jī)鎧裝而成的。
最后，所述金屬鎧裝(4)包覆有由已知類型的阻燃組合物制的外聚合物護(hù)套(5)。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的自熄性電纜的第一實(shí)施方案三極型低壓電力傳輸電纜(20)的橫截面。
為了簡(jiǎn)化說明，各附圖中相類似或相同的元件以同樣的符號(hào)標(biāo)記。
與圖1中表示的先有技術(shù)自熄性電纜(10)一樣，本發(fā)明的電纜(20)包括三根導(dǎo)體(1)，每根導(dǎo)體包覆有絕緣包覆層(2)以形成三根捆扎在一起的各自獨(dú)立的電纜“芯”。所述芯之間形成的星形區(qū)域填充有已知類型的阻燃組合物以形成絕緣填充層(3)，填充層(3)外側(cè)配置有由根據(jù)本發(fā)明發(fā)泡聚合物材料制的阻燃包覆層(21)。該包覆層外面又包覆有由已知類型的含聚合物基料和無機(jī)阻燃填料的阻燃組合物制的聚合物護(hù)套(5)。
可采用的無機(jī)阻燃填料是金屬特別是鈣、鋁或鎂的氫氧化物，水合氧化物、金屬鹽或水合鹽。例如氫氧化鎂、三水合氧化鋁、水合碳酸鎂、碳酸鎂、混合的鎂和鈣的水合碳酸鹽、混合的碳酸鎂和碳酸鈣或它們的混合物。常用的阻燃填料是未經(jīng)處理的或是經(jīng)含8-24個(gè)碳原子的飽和或非飽和脂肪酸或其金屬鹽表面處理的微粒，其中脂肪酸如油酸、棕櫚酸、硬脂酸、異硬脂酸、月桂酸，鹽如鎂或鋅的硬脂酸鹽或油酸鹽等。為了提高與聚合物基質(zhì)的相容性，阻燃填料也可用適當(dāng)?shù)呐悸?lián)劑例如有機(jī)硅烷或鈦酸酯如乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙?；柰椤⑩佀崴漠惐?、鈦酸四正丁基酯等進(jìn)行表面處理。添加的阻燃填料量應(yīng)按照使制得的電纜能符合常規(guī)電纜耐燃試驗(yàn)例如根據(jù)IEC332-1和IEC332.3A，B，C標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)來確定。通常，該添加量為阻燃組合物總重量的10％-90％(重量)，優(yōu)選30％-80％(重量)。
此外，眾所周知，可與所述阻燃填料相偶聯(lián)的聚合物基料實(shí)例是低密度聚乙烯(LDPE)(d＝0.910-0.926克/立方厘米)，乙烯與α-烯烴共聚物，聚丙烯(PP)，乙烯/α-烯烴橡膠，具體是乙烯/丙烯橡膠(EPR)，乙烯/丙烯/二烯橡膠(EPDM)，天然橡膠，丁基橡膠，以及它們的共混物。特別優(yōu)選的是乙烯與至少一種含3-12個(gè)碳原子的α-烯烴，任選與二烯，在“單點(diǎn)催化劑”具體說在金屬茂催化劑或可限幾何構(gòu)型催化劑存在下經(jīng)共聚合而得到的共聚物。
為了促進(jìn)阻燃填料與聚合物基質(zhì)的相容性，眾所周知，可向配混料添加能促進(jìn)阻燃填料中活性基團(tuán)與聚合物鏈之間相互作用的偶聯(lián)劑。這樣的偶聯(lián)劑可從先有技術(shù)中已知的偶聯(lián)劑中選擇，例如飽和的或含至少一種烯不飽和的硅烷化合物，含烯不飽和的環(huán)氧化合物，一元羧酸或優(yōu)選含至少一種烯不飽和的二羧酸，或者它們的衍生物，特別是酐或酯，例如馬來酸酐。
向配混料添加的偶聯(lián)劑的量主要隨所采用偶聯(lián)劑的類型和所加的阻燃填料的量而定，通常的用量為原料聚合物共混物總重量的0.01％-5％(重量)，優(yōu)選為0.05％-2％(重量)之間。
也可向上述阻燃組合物(聚合物基料+阻燃填料)添加其它常規(guī)組分，例如抗氧化劑，加工輔料，潤(rùn)滑劑，顏料，其它填料等。適用本目的的常規(guī)抗氧化劑是例如聚三甲基二氫喹啉，4，4’-硫代雙(3-甲基-6-叔丁基)酚，四[3-(3，5-二叔丁基-4-羥苯基)丙酸]季戊四醇酯，2，2’-硫代二亞乙基雙[3-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]等或它們的混合物。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的自熄性電纜(30)的第二實(shí)施方案的橫截面，圖中由發(fā)泡材料制的阻燃包覆層(31)處于所述電纜(30)的徑向最外層。與圖2所示電纜(20)不同，第二實(shí)施方案的電纜(30)不具有外聚合物護(hù)套(5)，基于阻燃包覆層(31)的阻燃性和機(jī)械強(qiáng)度，因而它充當(dāng)了電纜(30)與電纜外部環(huán)境之間的界面。
最后，圖4是根據(jù)本發(fā)明自熄性電纜(40)的又一個(gè)實(shí)施方案的橫截面，該電纜例如是單極型的通信電纜或數(shù)據(jù)傳輸電纜。電纜(40)只有一根導(dǎo)體(1)，其外側(cè)配置有根據(jù)本發(fā)明的阻燃發(fā)泡聚合物包覆層(41)。根據(jù)這一實(shí)施方案，自熄性電纜(40)中的導(dǎo)體(1)與由發(fā)泡聚合物材料制的阻燃包覆層(41)之間沒有絕緣層，與圖3所示的電纜相似，也沒有外防護(hù)的護(hù)套(5)。這樣，阻燃包覆層(4)除提供所需的阻燃作用外，還提供電絕緣功能和防護(hù)外部作用，尤其是防護(hù)意外沖擊的功能。
在一個(gè)未圖示說明的實(shí)施方案中，所述阻燃包覆層(41)的外表面是用含有已知類型的阻燃成分的防護(hù)護(hù)套包覆的。
如上所述的附圖只是能夠有利地利用本發(fā)明電纜的一些實(shí)施方案。
顯然，對(duì)這些實(shí)施方案是可作適當(dāng)修改的，因而，上述實(shí)施方案并不意味著對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用有任何限制。例如，可以設(shè)想采用具有扇形截面的電纜芯，當(dāng)這些電纜芯并合在一起時(shí)，可構(gòu)成近似圓形截面的電纜，因而不需設(shè)置填充層(3)；然后可直接沿這些并在一起的芯上擠出根據(jù)本發(fā)明的阻燃包覆層，接著可通過擠塑包覆外聚合物護(hù)套(5)。
技術(shù)熟練人員也知道本發(fā)明還有其它一些實(shí)施方案和實(shí)施方法，他們是能夠根據(jù)如成本，電纜鋪設(shè)環(huán)境(架空、嵌入管道中、直接埋入地下、建筑物內(nèi)、海底等)以及電纜的工作溫度(最高和最低工作溫度，環(huán)境溫度的變化)諸因素來評(píng)估最適宜的方案和實(shí)施方法的。
關(guān)于制造本發(fā)明電纜的方法，當(dāng)制造單極電纜時(shí)，表征所述方法的主要步驟如下所述。當(dāng)要制造多極電纜如三極電纜時(shí)，只要根據(jù)給定的指標(biāo)和技術(shù)熟練人員的技術(shù)知識(shí)，對(duì)上述制造單極電纜方法作適當(dāng)?shù)男薷募纯伞?br> 絕緣層(2)，優(yōu)選選自上述聚烯烴，尤其是選自聚乙烯、聚丙烯、乙烯/丙烯共聚物等，是通過擠出方法包覆在從適宜的線軸上退卷的導(dǎo)電元件(1)上的。在擠出步驟結(jié)束時(shí)，優(yōu)選按照已知技術(shù)例如采用過氧化物或通過硅烷對(duì)包覆材料進(jìn)行交聯(lián)。
根據(jù)本發(fā)明，然后制備由發(fā)泡聚合物材料制的阻燃包覆層。所述聚合物材料是與膨脹劑和與任選添加劑(例如抗氧化劑和聚合材料加工輔料)按技術(shù)上已知方法進(jìn)行預(yù)混合的。例如，混合操作可在具有切向轉(zhuǎn)子的密煉機(jī)(班伯里密煉機(jī))或具有互穿轉(zhuǎn)子的密煉機(jī)中實(shí)施，或者以諸如共捏合機(jī)型(布斯捏合機(jī))或順轉(zhuǎn)式或逆轉(zhuǎn)式雙螺桿型的連續(xù)混合機(jī)中實(shí)施。
因此，一旦混合過程已經(jīng)完成，可直接在上述絕緣層(2)上進(jìn)行阻燃包覆層的擠出操作，并在實(shí)施擠出操作期間進(jìn)行聚合物材料的發(fā)泡步驟。聚合材料的發(fā)泡可通過化學(xué)方法即添加適當(dāng)?shù)陌l(fā)泡劑(在預(yù)定壓力和溫度條件下能產(chǎn)生氣體的試劑)來進(jìn)行，或者通過物理方法即將高壓氣體直接注入擠塑機(jī)筒中的方法來進(jìn)行。適用的發(fā)泡劑的實(shí)例是偶氮二酰胺、對(duì)甲苯磺酰肼、有機(jī)酸(例如檸檬酸)與碳酸鹽和/或碳酸氫鹽(例如碳酸氫鈉)的混合物等。能以高壓氣體注入擠塑機(jī)機(jī)筒中的氣體實(shí)例是氮?dú)?、二氧化碳、空氣、低沸點(diǎn)烴(例如丙烷或丁烷)、鹵代烴(例如二氯甲烷、三氯一氟甲烷、1-氯-1，1-二氟乙烷)等或它們的混合物。
優(yōu)選的是，擠塑機(jī)機(jī)頭的孔徑小于配置所要求的阻燃包覆層后的電纜的最后直徑，以使擠塑機(jī)外的發(fā)泡聚合物達(dá)到所需的直徑。
已經(jīng)觀察到，在相同的擠出條件(如螺桿的轉(zhuǎn)速，擠出的線速度，擠塑機(jī)機(jī)頭直徑)下，對(duì)發(fā)泡程度影響最大的加工參數(shù)之一是擠出溫度。通常，擠出溫度低于130℃時(shí)，要得到足夠的發(fā)泡度是困難的，優(yōu)選的擠出溫度至少為140℃，特別為約180℃。正常情況下，提高擠出溫度能提高發(fā)泡度。
此外，通過調(diào)節(jié)冷卻速率可將聚合物的發(fā)泡控制在一定程度內(nèi)。具體地說，通過適當(dāng)?shù)販p慢或提高在擠塑機(jī)出口形成發(fā)泡包覆層的聚合物的冷卻速率，所述聚合物材料的發(fā)泡度就會(huì)提高或降低。
根據(jù)本發(fā)明，發(fā)泡度可在5％-500％，優(yōu)選在10％-200％而更優(yōu)選在20％-150％。
發(fā)泡聚合物材料可以是交聯(lián)或是非交聯(lián)的。交聯(lián)作用是在擠出和發(fā)泡步驟后，按照已知技術(shù)，特別是通過在自由基引發(fā)劑例如有機(jī)過氧化物(如過氧化二枯基)存在下，任選助交聯(lián)劑(如1，2-聚丁二烯，氰脲酸三烯丙酯或異氰脲酸三烯丙酯)存在下，經(jīng)加熱而實(shí)施的。
通常，對(duì)于低壓電力傳輸電纜或分配電纜來說，根據(jù)本發(fā)明的阻燃包覆層厚度優(yōu)選為0.5毫米與6毫米之間，更優(yōu)選為1毫米與4毫米之間。
如上所述，可將上述電纜制造過程設(shè)想為幾個(gè)連續(xù)擠出的步驟。有利的是，這一過程可按單程包覆技術(shù)例如通過“串級(jí)”技術(shù)來完成，其中采用三臺(tái)擠塑機(jī)以串聯(lián)方式排列。所述過程優(yōu)選只采用一個(gè)擠塑機(jī)機(jī)頭以共擠塑方式來完成。
下面將給出一些實(shí)施例，以對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的說明。
實(shí)施例1制備能制成根據(jù)本發(fā)明阻燃包覆層即其中摻混入如上規(guī)定的膨脹劑的發(fā)泡聚合物材料層的配混料。所述配混料的組成列于表1(表中以每100重量份原料聚合物的重量份計(jì)，即phr)。
配混料的各成分在密閉的韋爾納混合機(jī)(工作容積為6升)中進(jìn)行混合，原料聚合物和膨脹劑同時(shí)加入到混合機(jī)中(通常，如前所述，其它添加劑如抗氧化劑和聚烯烴加工輔料也可同時(shí)加入)，混合過程進(jìn)行約5分鐘。在該混合操作結(jié)束時(shí)，將在210℃-220℃下卸料的配混料置于開煉機(jī)中進(jìn)一步混合。在所述開煉機(jī)的下游得到的條狀配混料最后經(jīng)切粒操作切成粒料。
表1
HIGRAN SD 817(Montell)高熔體強(qiáng)度聚丙烯；SPINFLAN MF83(Montell)三聚氰胺和哌嗪的混合焦磷酸鹽，含氮22％(重量)，含磷19％(重量)。
實(shí)施例2制造具有與圖2所示相似結(jié)構(gòu)的低壓電纜，該電纜與圖2電纜的區(qū)別在于制造的電纜是雙極型電纜，而不是如圖2中說明的三極型電纜。
所述電纜的兩根電纜芯的每根芯是由在擠塑生產(chǎn)線上經(jīng)包覆了0.7毫米厚的基于硅烷交聯(lián)聚乙烯的絕緣層的銅導(dǎo)體(截面積為2.5平方毫米)構(gòu)成的。
通過擠塑法，將含有已知類型阻燃組合物的填充層包覆在所述芯上(每根芯的外徑為約3.3毫米)。更具體地說，用于本實(shí)施例的阻燃組合物包含Engage 8452(由金屬茂催化共聚合的乙烯/辛烯共聚物)，Hydrofy G5(磨制的天然氫氧化鎂)和硬脂酸鋅。所述填充層的厚度(所述芯的徑向外側(cè)部分)即這些芯的徑向拱弧外區(qū)域?yàn)榧s0.6毫米。采用80毫米單螺桿Bandera擠塑機(jī)(螺桿構(gòu)型為25D)將填充層包覆在芯上。
在連續(xù)步驟中，將具有實(shí)施例1中表1所列組成的阻燃包覆層擠塑包覆在所形成的填充層上。所述包覆層厚度為1毫米，擠塑操作是在與上述相同的擠塑機(jī)上進(jìn)行的。
阻燃包覆層的發(fā)泡是通過向擠塑機(jī)料斗添加2％(重量，以總重量計(jì))發(fā)泡劑HydrocerolCF70(羧酸/碳酸氫鈉，Boehringer Ingelheim制造)以化學(xué)法實(shí)施的。
構(gòu)成阻燃包覆層材料的最終密度為0.55千克/立方分米，發(fā)泡度為大約80％。
在連續(xù)步驟中，將含有已知類型的阻燃組合物的外保護(hù)護(hù)套包覆在阻燃包覆層上。更具體地說，采用的阻燃組合物包含Engage 8003(由金屬茂催化共聚合的乙烯/辛烯共聚物)，Hydrofy GS2.5(磨制的天然氫氧化鎂)和硬脂酸。所述護(hù)套的厚度為約1.4毫米，在這一情況下，擠塑操作是在與上述相同的擠塑機(jī)上進(jìn)行的。表2和表3分別列出了填充層擠出，阻燃包覆層擠出和外護(hù)套擠出時(shí)的擠塑機(jī)溫度分布和操作參數(shù)。
然后使電纜在水中冷卻，并卷繞在線軸上。
表2
表3
耐燃試驗(yàn)按照標(biāo)準(zhǔn)IEC332/3C(第2版，1992-03)對(duì)實(shí)施例2的自熄性電纜進(jìn)行耐燃試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，符合標(biāo)準(zhǔn)，該電纜具有所要求的阻燃性能。
電纜煙霧檢驗(yàn)對(duì)實(shí)施例2的自熄性電纜燃燒產(chǎn)生的煙霧進(jìn)行多項(xiàng)分析。進(jìn)行這些分析是為了評(píng)價(jià)電纜在封閉的或地下環(huán)境(如前面提及的)中發(fā)生火災(zāi)時(shí)的危害性(例如毒性指數(shù))。檢驗(yàn)結(jié)果列于表4，結(jié)果顯示，根據(jù)本發(fā)明的電纜滿足實(shí)施中的標(biāo)準(zhǔn)。
表4
耐沖擊試驗(yàn)為了評(píng)價(jià)根據(jù)本發(fā)明電纜試樣的耐沖擊性能，在沖擊試驗(yàn)后評(píng)價(jià)損壞情況。評(píng)價(jià)是以目視法檢查電纜受沖擊部位來進(jìn)行的。
沖擊試驗(yàn)是以27千克沖擊楔從35毫米高度落下，對(duì)電纜施加9.3焦耳(J)的沖擊能來進(jìn)行的，其中沖擊楔的V形端稍呈圓形(曲率半徑為1毫米)。對(duì)本發(fā)明來說，根據(jù)單次沖擊試驗(yàn)進(jìn)行耐沖擊性能評(píng)價(jià)。
在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，取下試樣沖擊區(qū)域的外聚合物護(hù)套、本發(fā)明的阻燃包覆層和填充層，以評(píng)價(jià)絕緣層上的殘余形變。對(duì)試樣作目視檢查，絕緣體上顯示很輕微的殘余形變，這一結(jié)果證明了由根據(jù)本發(fā)明發(fā)泡聚合物材料制造的阻燃包覆層以極好的方式吸收了沖擊能量。
實(shí)施例3(對(duì)照)制備與實(shí)施例2相類似的自熄性電纜，但不具有根據(jù)本發(fā)明的阻燃包覆層。
然后，對(duì)該電纜進(jìn)行如上所述的耐沖擊試驗(yàn)。在試驗(yàn)結(jié)果時(shí)，以目視檢驗(yàn)受試的試樣，發(fā)現(xiàn)該電纜的絕緣包覆層已明顯損壞。
這一對(duì)照實(shí)施例說明，采用由根據(jù)本發(fā)明(實(shí)施例2)的發(fā)泡聚合材料制的阻燃包覆層有助于大大地增加自熄性電纜的耐沖擊性能。因此，所述阻燃包覆層對(duì)于非鎧裝型自熄性電纜也是特別有利的。
實(shí)施例4通過與實(shí)施例2相似的制造步驟制造四極型低壓電纜。
所述電纜的四根電纜芯的每根芯是由在擠塑生產(chǎn)線上經(jīng)包覆了1.2毫米厚的硅烷交聯(lián)聚乙烯絕緣層的銅導(dǎo)體(截面積為120平方毫米)構(gòu)成的。
通過擠塑在所述電纜芯上包覆厚度為1.4毫米、含有與實(shí)施例2相類似的阻燃組合物的填充層。
在連續(xù)步驟中，將組成如表1所示的、厚度為2毫米的阻燃包覆層包覆在所得的填充層上。按與實(shí)施例2相同的方法，通過向擠塑機(jī)料斗添加2％(重量，以總重量計(jì))的發(fā)泡劑HydrocerolCF 70而使阻燃包覆層發(fā)泡，發(fā)泡度為約60％。
在隨后的擠塑步驟中，在形成的阻燃包覆層上包覆含有如實(shí)施例2所述的阻燃組合物的外保護(hù)護(hù)套，護(hù)套的厚度為約2.5毫米。
然后使電纜在水中冷卻，并卷繞在卷軸上。
耐燃試驗(yàn)按與實(shí)施例2相同的方法，按照標(biāo)準(zhǔn)IEC 332/3C對(duì)自熄性電纜進(jìn)行耐燃試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，符合標(biāo)準(zhǔn)。
耐沖擊試驗(yàn)為了評(píng)價(jià)根據(jù)本發(fā)明電纜試樣的耐沖擊性能，按照實(shí)施例2所述方法進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。這一沖擊試驗(yàn)是以通過改變沖擊楔的重量和改變沖擊楔下落高度所產(chǎn)生的三種逐漸遞增的不同沖擊能量對(duì)電纜進(jìn)行試驗(yàn)的。列于表5的試驗(yàn)結(jié)果是再一次通過目視檢查得到的，結(jié)果表明，本發(fā)明的自熄性電纜能經(jīng)受相當(dāng)高的沖擊能量，絕緣層損壞極小。
實(shí)施例5(對(duì)照)制備與實(shí)施例4相類似的自熄性電纜，但不具有根據(jù)本發(fā)明的阻燃包覆層。
更具體地說，鑒于非鎧裝的，也不具有根據(jù)本發(fā)明的阻燃包覆層的電纜所得到的負(fù)面結(jié)果(見實(shí)施例3的沖擊試驗(yàn))，為了達(dá)到較高的機(jī)械防護(hù)性能，以實(shí)施例4的電纜配置厚度為2.5毫米的常規(guī)金屬鎧裝。所述鎧裝是用直徑為2.5毫米的鋼絲以螺旋狀卷繞而成的。
在所述鎧裝層內(nèi)側(cè)，與實(shí)施例3電纜相似，該電纜具有1.4毫米厚的填充層，而在所述鎧裝的外側(cè)徑向配置有2.3毫米厚的外聚合物護(hù)套。
耐沖擊試驗(yàn)采用與實(shí)施例4相同的沖擊能量值對(duì)實(shí)施例5的電纜進(jìn)行同樣的沖擊試驗(yàn)。
列于表5的試驗(yàn)結(jié)果與根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例4電纜的沖擊試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果表明，對(duì)于施加相等的沖擊能來說，根據(jù)本發(fā)明的自熄性電纜具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。更具體地說，本發(fā)明電纜的機(jī)械強(qiáng)度甚至高于具備金屬鎧裝的電纜。
表5
本發(fā)明與先有技術(shù)相比較具有多項(xiàng)重要的優(yōu)點(diǎn)。
首先，從制造本發(fā)明電纜的方法與制造先有技術(shù)鎧裝的自熄性電纜的方法的比較來說，如上所述，前者遠(yuǎn)比后者簡(jiǎn)單，特別是通過共擠塑制造本發(fā)明電纜時(shí)。關(guān)于這一點(diǎn)的理由是由于本發(fā)明電纜不需要保護(hù)性鎧裝，如上所述，已由發(fā)泡聚合物材料制的阻燃包覆層所取代，因此也不需要額外的單獨(dú)制造上述鎧裝的步驟。具體說，這一步驟會(huì)導(dǎo)致制造過程的不連續(xù)性，因而在工程技術(shù)設(shè)備方面需較多的投資，較高的維護(hù)費(fèi)用，工廠后勤保障也比較復(fù)雜以及會(huì)大大地降低該方法的生產(chǎn)效率。然而，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，這種情況是不會(huì)遇到的，本發(fā)明方法可借助幾步連續(xù)擠塑步驟，或者優(yōu)選經(jīng)單一的共擠塑步驟，有利地在生產(chǎn)線上連續(xù)地制造自熄性電纜，而不需另外增加加工步驟。因此，與先有技術(shù)的方法相比，由于本發(fā)明方法簡(jiǎn)便，節(jié)省時(shí)間和資源，因而意味著本發(fā)明可提供在制造成本和產(chǎn)率兩方面都具有明顯優(yōu)點(diǎn)的連續(xù)生產(chǎn)方法。此外，本發(fā)明的自熄性電纜較先有技術(shù)的鎧裝電纜輕，而且具有阻燃發(fā)泡包覆層的電纜的機(jī)械性能(特別是耐沖擊性能)優(yōu)于具有常規(guī)阻燃包覆層的已知電纜。此外，本申請(qǐng)人還發(fā)現(xiàn)，在某些類型的電纜中根據(jù)本發(fā)明的電纜的耐沖擊性能甚至高于具有保護(hù)性金屬鎧裝的類似電纜。
權(quán)利要求
1.自熄性電纜(20，30，40)，該電纜包括至少一根導(dǎo)體(1)和按徑向配置在所述至少一根導(dǎo)體(1)外側(cè)的至少一層阻燃包覆層(21，31，41)，其特征在于所述至少一層阻燃包覆層(21，31，41)包含摻混有至少一種膨脹劑的發(fā)泡聚合物材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的自熄性電纜(20，30，40)，其特征在于所述電纜(20，30，40)包括按徑向配置在所述至少一層阻燃包覆層(21，31，41)外側(cè)的聚合物護(hù)套(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的自熄性電纜(20，30，40)，其特征在于所述膨脹劑包含至少一種含磷化合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的自熄性電纜(20，30，40)，其特征在于所述至少一種含磷化合物選自亞磷酸鹽，磷酸鹽，磷酸的有機(jī)酯，磷酸的有機(jī)多酯，或它們的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的自熄性電纜(20，30，40)，其特征在于所述膨脹劑包含至少一種含氮化合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的自熄性電纜(20，30，40)，其特征在于所述至少一種含氮化合物選自銨鹽、三聚氰胺、胍、三聚氰胺氰脲酸鹽、胍基脲、脲，或它們的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的自熄性電纜(20，30，40)，其特征在于所述膨脹劑包括含磷化合物和含氮化合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的自熄性電纜(20，30，40)，其特征在于所述化合物選自氨、胍、三聚氰胺或哌嗪的磷酸鹽、多磷酸鹽或焦磷酸鹽，磷酰胺，氨基膦酸酯，磷腈化合物，或它們的混合物。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求的任一項(xiàng)自熄性電纜(20，30，40)，其特征在于所述聚合物材料是聚烯烴聚合物或是基于乙烯和/或丙烯的共聚物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的自熄性電纜(20，30，40)，其特征在于所述聚合物材料選自a)乙烯與烯屬不飽和酯的共聚物，共聚物中不飽和酯的含量為5％與80％(重量)之間，優(yōu)選為10％與50％(重量)之間；b)乙烯與至少一種C3-C12α-烯烴，任選地與二烯的彈性體共聚物，彈性體共聚物具有下列組成35(摩爾)％-90(摩爾)％乙烯，10(摩爾)％-65(摩爾)％α-烯烴，0(摩爾)％-10(摩爾)％二烯；c)乙烯與至少一種C4-C12α-烯烴，任選地與二烯的共聚物，共聚物的密度通常為0.86克/立方厘米與0.90克/立方厘米之間。d)以乙烯/C3-C12α-烯烴共聚物改性的聚丙烯，其中聚丙烯與乙烯/C3-C12α-烯烴共聚物之重量比為90/10與30/70之間，優(yōu)選為50/50與30/70之間。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求的任一項(xiàng)自熄性電纜(20，30，40)，其特征在于所述阻燃包覆層(21，31，41)的發(fā)泡程度為5％與500％之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的自熄性電纜(20，30，40)，其特征在于所述發(fā)泡度為10％與200％之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的自熄性電纜(20，30，40)，其特征在于所述發(fā)泡度為20％與150％之間。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求的任一項(xiàng)自熄性電纜(20，30，40)，其特征在于所述阻燃包覆層(21，31，41)的厚度為0.5毫米與6毫米之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的自熄性電纜(20，30，40)，其特征在于所述厚度為1毫米與4毫米之間。
16.根據(jù)上述權(quán)利要求的任一項(xiàng)自熄性電纜(20，30，40)，其特征在于所述膨脹劑的用量為原料組合物總重量的1％與60％(重量)之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的自熄性電纜(20，30，40)，其特征在于所述用量為2％與50％(重量)之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的自熄性電纜(20，30，40)，其特征在于所述用量為5％與30％(重量)之間。
19.根據(jù)上述權(quán)利要求的任一項(xiàng)自熄性電纜(20，30，40)，其特征在于所述發(fā)泡聚合物材料中摻入至少一種礦物填料。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的自熄性電纜(20，30，40)，其特征在于所述礦物填料用量不超過60phr。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的自熄性電纜(20，30，40)，其特征在于所述礦物填料是阻燃填料。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的自熄性電纜(20，30，40)，其特征在于所述阻燃填料選自氫氧化鎂，三水合氧化鋁，水合碳酸鎂，碳酸鎂，混合的鎂和鈣的水合碳酸鹽，混合的鎂和鈣的碳酸鹽，以及它們的混合物。
23.根據(jù)權(quán)利要求19的自熄性電纜(20，30，40)，其特征在于所述礦物填料是選自玻璃纖維、煅燒高嶺土、碳酸鈣或它們混合物的無機(jī)物質(zhì)。
24.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)的自熄性電纜(20，30，40)，其特征在于所述阻燃包覆層(21，31，41)滿足根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)332/3C的阻燃特性要求。
25.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)的自熄性電纜(20，30，40)，其特征在于所述阻燃包覆層(21，31，41)是通過擠塑法制成的。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的自熄性電纜(20，30，40)，其特征在于所述阻燃包覆層(21，31，41)的發(fā)泡步驟是通過在所述擠塑過程中添加發(fā)泡劑實(shí)施的。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的自熄性電纜(20，30，40)，其特征在于所述發(fā)泡是通過在高壓下注入氣體而達(dá)到的。
28.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)的自熄性電纜(20，30，40)，其特征在于發(fā)泡后，使所述聚合物材料經(jīng)歷交聯(lián)步驟。
29.使電纜(20，30，40)具有阻燃性能和耐沖擊性能的方法，其特征在于賦予電纜(20，30，40)至少一層摻混有至少一種膨脹劑的發(fā)泡聚合物材料的阻燃包覆層(21，31，41)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其特征在于所述阻燃包覆層(21，31，41)是通過擠塑法制成的。
全文摘要
自熄性電纜，特別用于低壓或中壓電力傳輸或分配的電纜或用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娎|，包括至少一根導(dǎo)體和配置在所述導(dǎo)體外側(cè)的至少一層阻燃包覆層。阻燃包覆層是由摻混了至少一種膨脹劑的發(fā)泡聚合物材料制成的。
文檔編號(hào)H01B7/295GK1419698SQ01807108
公開日2003年5月21日 申請(qǐng)日期2001年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月21日
發(fā)明者S·拜利, D·逖勒利, P·維格逖, A·巴勒基 申請(qǐng)人:皮雷利·卡維系統(tǒng)有限公司