專利名稱：高性能耐高溫電線或電纜的制作方法
高性能耐高溫電線或電纜本發(fā)明涉及用在高要求或極端條件中例如用在鉆井或采礦、商業(yè)或軍用的航空航 天和航海應(yīng)用、以及機(jī)動(dòng)車(chē)、鐵路和公共交通運(yùn)輸工具(mass transport)中的高性能、耐高 溫和優(yōu)選耐火的電線和電纜。這樣的電纜可暴露于極端溫度、以及腐蝕性物質(zhì)或氣氛、或者 火中。高性能電線通常包括功能性的芯例如電導(dǎo)體或光纖、以及一層或多層絕緣和/或保 護(hù)性包覆層。這些包覆層應(yīng)該是柔韌的并且體積不太大，因?yàn)樵谠S多情況下要求電線具有 小的直徑。已知多種類型的聚合物用于電線和電纜護(hù)套中，例如聚四氟乙烯(PTFE)和聚醚 醚酮(PEEK)。PTFE具有如下優(yōu)點(diǎn)其是非常堅(jiān)韌(tough)和化學(xué)惰性的，具有高的軟化點(diǎn)、 低的摩擦系數(shù)和良好的電絕緣性質(zhì)。由于PEEK具有良好的阻燃性，是自熄性的且具有非常少的煙，因此其已經(jīng)在電線 和電纜護(hù)套中找到越來(lái)越多的應(yīng)用。其還具有對(duì)動(dòng)態(tài)切入(dynamic cut-through)和刮擦 摩擦的良好的機(jī)械耐受性、以及在為薄的部件例如膜時(shí)的良好的柔韌性、良好的延伸率。然 而，其對(duì)電弧徑跡(arc tracking)以及對(duì)丙酮和強(qiáng)酸的侵蝕可為敏感的。EP-A-572 177公開(kāi)了多孔PTFE和PEEK的電絕緣層壓材料。其目的是提供用于飛 機(jī)機(jī)體電線絕緣的柔韌電絕緣材料，其重量輕且具有高的機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性和耐化學(xué)性以 及減小的介電常數(shù)。然而，仍需要耐火且耐非常高的溫度的電線和電纜絕緣材料。賦予這樣的阻燃性 的一種方法是施加包括分散在聚合物基質(zhì)中的云母顆粒(典型地為小片)的包覆層。例如， JP-A-2003100149公開(kāi)了細(xì)云母粉和玻璃料在有機(jī)硅樹(shù)脂中的分散體用于包覆耐火電纜的 用途。然而，云母可增添成本，因此需要減少電纜護(hù)套的云母含量。例如，JP-A-2006120456 尋求通過(guò)將用以賦予拉伸強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性的玻璃帶與用以賦予耐熱性、電性能和粘附性 的有機(jī)硅帶組合來(lái)避免云母的使用。JP-A-2000011772公開(kāi)了由與氫氧化鋁和云母粉末混合的交聯(lián)硅橡膠制造的耐火包覆層。還需要可通過(guò)使用減小厚度的護(hù)套實(shí)現(xiàn)的減小直徑的電線和電纜。根據(jù)本發(fā)明，高性能耐高溫電線包括芯和護(hù)套，該護(hù)套包括由聚醚醚酮(PEEK)、或 者PEEK與另外的聚合物的共混物或合金制造的纏繞膜，所述共混物或合金含有至少30重 量％、優(yōu)選至少50重量％和更優(yōu)選至少80重量％的PEEK。所述纏繞膜可包括其它聚合物 組分，和可與其它聚合物層組合，特別是與防火或耐火層組合。在本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中，將PEEK帶與耐火層或例如包括分散在聚合物基質(zhì) 如有機(jī)硅(silicone)、基于二氧化硅的聚合物基質(zhì)或聚合物硅氧烷(polymeric siloxane) 中的云母的耐火層組合。該耐火層可為沿徑向在所述PEEK層內(nèi)部或外部的單獨(dú)的層的形 式?；蛘?，其可與由PEEK帶形成的膜組合。所述耐火層可具有背襯層(backing layer)，例如，玻璃纖維支撐層或者另外的聚 合物如聚烯烴的層。在另一實(shí)施方式中，PEEK膜可包括兩個(gè)PEEK層和在它們之間的云母層。所述云母層可包括顆粒的片或箔或?qū)?。其可適當(dāng)?shù)鼐哂?0 200 μ m、優(yōu)選不超過(guò)100 μ m的厚度。可提供額外的外部層以具有額外的強(qiáng)度、柔韌性和/或阻燃性。該外部層可例如 包含聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、乙烯四氟乙烯(ETFE)、PEEK、聚烯烴、聚酰胺、 硅氧烷聚醚酰亞胺(SILT0NE)、熱塑性聚醚酰亞胺如Ultem、聚酯、有機(jī)硅、聚氨酯、環(huán)氧樹(shù) 脂、丙烯酸類樹(shù)脂、或者任意這些的共聚物或共混物或合金。該外部層可被燒結(jié)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，PEEK膜和含有云母的膜可協(xié)同地組合以提供具有提高的阻燃性以及對(duì) 機(jī)械應(yīng)力(如彎曲、拉伸和磨擦)的耐受性的電線或電纜護(hù)套。這意味著可使用相對(duì)薄的 膜制造具有減小的總直徑的電線。根據(jù)本發(fā)明使用的PEEK帶優(yōu)選具有10 IOOym的厚 度。上述包覆層可施加于多種不同類型的芯，特別是導(dǎo)電電線或電纜，例如銅，其可 涂覆有鎳或錫或者鍍有銀；鋁，典型地為包銅鋁；銀；或鋼(steel)。為了其它目的，可使用 非金屬芯例如碳纖維芯或聚合物芯或陶瓷芯。電纜可為單芯或多芯的，或者可包括雙絞線、 多股芯或編織物(braid)。任意這些芯可涂覆有銅、鎳、錫或銀?，F(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，其中

圖1顯示可如何通過(guò)纏繞PEEK和其它聚合物帶制造根據(jù)本發(fā)明的絕緣電線；圖2是貫穿根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的多層包覆電線的橫截面；圖3是貫穿根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的包覆電線的橫截面；圖4是貫穿本發(fā)明的第三實(shí)施方式的橫截面；和圖5是貫穿本發(fā)明的第四實(shí)施方式的橫截面。首先參考圖1，多股電纜10具有通過(guò)纏繞和擠出施加到其上的三層護(hù)套，多股電 纜10可例如為未涂覆的或涂覆有鎳、銀或錫的銅電纜；鋁電纜，其可為包銅鋁電纜；鋼電 纜；或者非金屬電纜如碳纖維、聚合物纖維或陶瓷纖維。成螺旋形地纏上第一帶12，例如具 有分散在其中的云母小片的有機(jī)硅第一帶12，以形成第一纏繞包覆層14。然后，成螺旋形 地纏上第二帶15，例如聚醚醚酮第二帶15，以形成第二包覆層16。最后，例如通過(guò)擠出施加 另外的聚合物的外部層。圖2顯示貫穿例如如對(duì)于圖1所描述的其上已經(jīng)施加了三層護(hù)套的電纜的橫截 面。直接圍繞電纜20的最內(nèi)層M是用以賦予阻燃性的含有云母的護(hù)套。這可例如為含有 云母的有機(jī)硅帶，其可用玻璃纖維和/或聚乙烯層作背襯。該層可以相同或不同厚度的單 層或多層進(jìn)行施加。第二層沈包括具有10 100 μ m厚度的聚醚醚酮(PEEK)纏繞帶。PEEK可單獨(dú)使 用或者與其它聚合物共混或合金化，共混物或合金優(yōu)選含有至少60%和更優(yōu)選至少80% 的 PEEK。根據(jù)本發(fā)明，外部層28是任選的，但是當(dāng)使用外部層28時(shí)，其可為擠出的或纏繞 的。其提供包封層以形成電纜的額外保護(hù)層?？墒褂蒙厦鎸?duì)于該層所列出的任何聚合物、 聚合物共混物或合金。例如，可燒結(jié)PTFE以提供航空航天市場(chǎng)所要求的卓越的耐化學(xué)性。 PEEK層自身可燒結(jié)以憑其自身提供堅(jiān)韌的外部層。該實(shí)施方式中的PEEK和含有云母的聚合物的協(xié)同組合可提供具有潛在低的重量 和低的總直徑的耐高溫耐火電線。云母可提供最高達(dá)1000°c的絕緣和耐火性，與PEEK組合 提供即使在高溫下也非常好的機(jī)械性質(zhì)(包括抗動(dòng)態(tài)切入性)、不燃燒特性和非常低的煙排放。PEEK層可燒結(jié)或熔合以憑其自身提供堅(jiān)韌的外部層?，F(xiàn)在參考圖3的實(shí)施方式，芯電纜或電線30可與圖2的類似，但是護(hù)套的第一層 32為由在PEEK膜或帶上的單或雙云母層形成的組合纏繞層。云母部件可例如包括具有 或不具有聚乙烯層的云母/有機(jī)硅帶。該實(shí)施方式也可包括任選的外部層34，其內(nèi)容物 (contents)范圍可與圖2的實(shí)施方式的相同。此外，可對(duì)外部層進(jìn)行燒結(jié)。在圖4的實(shí)施方式中，芯40首先覆蓋有內(nèi)層42，內(nèi)層42包括纏繞的PEEK或者 PEEK與另外的聚合物的共混物或合金的膜。圍繞內(nèi)層42的是外部層，該外部層可通過(guò)纏繞 或擠出施加并且可包括分散在聚合物如有機(jī)硅中的云母和/或氧化鋁顆粒的防火層、或者 用于圖2和3中所示電線或電纜的外部層的任何聚合物的保護(hù)層。此外，可對(duì)該外部層進(jìn) 行燒結(jié)以提供堅(jiān)韌的外部層。如圖5中所示，纏繞的PEEK膜M，或者纏繞的PEEK與一種或多種其它聚合物的共 混物或合金的膜可用作用于各種各樣的電線或電纜構(gòu)造的外部保護(hù)層。該構(gòu)造可包括具有 另外的聚合物絕緣材料的導(dǎo)體、具有或不具有編織物例如雙絞線或四對(duì)雙絞線如Cat 7電 纜的完整電纜構(gòu)造。在圖5中所示的實(shí)施方式中，在具有在二氧化硅等基質(zhì)中的云母顆粒 的防火或耐火絕緣層52的三芯電纜50周?chē)纬蒔EEK外部護(hù)套(jacket)?？蓪?duì)PEEK外部 護(hù)套進(jìn)行熔合或燒結(jié)。
權(quán)利要求
1.包括芯和聚合物護(hù)套的電線或電纜，其中所述護(hù)套包括具有5 150μ m厚度的纏繞 的聚醚醚酮(PEEK)膜、或者含有至少30重量％ PEEK的PEEK與另外的聚合物的聚合物共 混物或合金膜。
2.權(quán)利要求1的電線或電纜，其中所述纏繞的PEEK膜具有10 100μ m的厚度。
3.權(quán)利要求1或2的電線或電纜，其中所述纏繞的PEEK膜包括含有至少50重量％ PEEK的共混物或合金。
4.權(quán)利要求3的電線或電纜，其中所述纏繞的PEEK膜包括含有至少80重量％PEEK的 共混物或合金。
5.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的電線或電纜，其中所述纏繞的PEEK膜包括兩個(gè)PEEK層和 在它們之間的云母層。
6.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的電線或電纜，其中所述PEEK膜與另外的聚合物的層組合。
7.權(quán)利要求6的電線或電纜，其中所述與PEEK膜組合的層為云母顆粒分散于其中的聚 合物基質(zhì)的耐火層。
8.權(quán)利要求7的電線或電纜，其中所述耐火層的基質(zhì)包括硅橡膠、基于二氧化硅的聚 合物基質(zhì)或聚合物硅氧烷。
9.權(quán)利要求7或8的電線或電纜，其中所述耐火層由纏繞帶形成。
10.權(quán)利要求9的電線或電纜，其中所述纏繞的耐火材料帶具有支撐或背襯層。
11.權(quán)利要求10的電線或電纜，其中所述纏繞的耐火材料層為玻璃纖維背襯的帶。
12.權(quán)利要求7 11中任一項(xiàng)的電線或電纜，其中所述耐火層作為圍繞所述芯的內(nèi)層 形成，且所述PEEK膜纏繞在所述耐火層周?chē)?br> 13.權(quán)利要求6 12中任一項(xiàng)的電線或電纜，包括圍繞著所述芯的PEEK膜與具有分散 于其中的云母顆粒的聚合物帶的組合內(nèi)層。
14.權(quán)利要求13的電線或電纜，其中所述組合內(nèi)層包括聚烯烴膜。
15.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的電線或電纜，還包括外部保護(hù)聚合物層。
16.權(quán)利要求15的電線或電纜，其中所述外部層由選自聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙 烯(PVdF)、乙烯四氟乙烯(ETFE)、PEEK、聚烯烴、聚酰胺、硅氧烷聚醚酰亞胺、熱塑性聚醚酰 亞胺、聚酯、有機(jī)硅、聚氨酯、環(huán)氧樹(shù)脂或丙烯酸類樹(shù)脂的聚合物或者任意這些聚合物的共 混物或合金形成。
17.權(quán)利要求15或16的電線或電纜，其中所述外部保護(hù)聚合物層為經(jīng)燒結(jié)或熔合的。
18.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的電線或電纜，其中所述PEEK膜為經(jīng)至少部分地?zé)Y(jié)或熔 合的。
19.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的電線或電纜，其中所述芯是聚合物芯、碳纖維芯或陶瓷-I-H心。
20.權(quán)利要求1 18中任一項(xiàng)的電線或電纜，其中所述芯是導(dǎo)電金屬芯。
21.權(quán)利要求20的電線或電纜，其中所述芯是銅的、鋁的、銀的或鋼的。
22.權(quán)利要求19 21中任一項(xiàng)的電線或電纜，其中所述芯涂覆有銅、鎳、錫或銀。
全文摘要
本發(fā)明提供電線或電纜，其包括芯(10)和護(hù)套，護(hù)套包括防火層(14)和纏繞的聚醚醚酮(PEEK)膜(16)，防火層(14)包括分散在聚合物基質(zhì)如有機(jī)硅中的云母顆粒?？商峁㏄EEK或另外的聚合物的外部包覆層(18)，其可被燒結(jié)以提供堅(jiān)韌的外部保護(hù)覆蓋層。PEEK層和云母層協(xié)同地組合以提供具有增強(qiáng)的阻燃性以及高的柔韌性和抗機(jī)械應(yīng)力性、同時(shí)具有減小的重量和直徑的護(hù)套。
文檔編號(hào)H01B3/04GK102056963SQ200980121126
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月5日
發(fā)明者安東尼奧·帕格利厄卡, 安德魯·卡斯韋爾 申請(qǐng)人:泰科電子英國(guó)有限公司