专利名称：具有抵抗啮齿动物和/或白蚁的保护护套的阻燃电缆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有绝缘的电缆，一方面该绝缘用于抵抗啮齿动物和白蚁，另一方面与众所周知的卤化绝缘材料相比，该绝缘具有高的阻燃性，较小的腐蚀性和当燃烧时产生相对少量的烟和较少量的有毒气体。
根据本发明的电缆特别适用于输电电缆，例如用于铺设在含有白蚁的地上或地下或铺设在建筑物中的输电电缆，或者用于运输工业的电缆，或它是信号电缆，例如通讯电缆或光信号电缆，或它适合在上述连线区域用于局域网中的声音或数据的传送。
铺设在地下的输电电缆是，例如适用于中压也适用于低压的电缆，就是说电压低于1kV的电缆。
可以指出的是下面仅仅描述的是输电电缆，但同样可应用于上述的其它电缆，只需做一些变化。
损害铺设在地下的输电电缆的动物害虫包括白蚁，白蚁是一种典型的生活在热带或亚热带地区的昆虫并且白蚁也出现在欧洲南部的部分地区。在这一点上，白蚁毁坏外部护皮，该护皮优选由塑料制成，也毁坏输电电缆的导体绝缘，并且因此降低后者的使用寿命和操作可靠性。
输电电缆具有一由电流导体和绝缘护皮组成的芯。用于提供从10到30kV的电压的中压电缆，进一步包括一含有中性导体的护套，其包围着绝缘护皮。输电电缆也经常被制成多芯，如三芯电缆。后者由彼此绞合在一起的三股电缆组成，它们被护皮固定在一起，该护皮至少部分是由聚氯乙烯或聚乙烯制成的。
为了延长使用寿命和增加操作可靠性，已知的铺设在含有白蚁的地上或地下的输电电缆进一步具有一保护护皮，该保护护皮包围着绝缘护皮或护套，其是由耐白蚁或不受白蚁影响的材料制成的，例如一种金属保护护皮。
因此，WO95/20227揭示了一种电缆，该电缆最后具有一个被涂敷过云母的条带缠绕的导体且具有一绝缘聚合物层并且被嵌入到一由填充有无机材料的聚合物制成的护皮中。施加一金属保护以确保电缆的柔软性和保护其以抵抗啮齿动物和白蚁，该金属保护成型为由波纹钢带制成的金属护皮。
在他们设计的用于上述用途的实施方案中，这种输电电缆具有一些缺点，因为附加保护护皮，电缆的生产是非常复杂的和相对较贵的。
另外，具有金属保护护皮的输电电缆，也包括由它们制成的三芯电缆，具有相对较大的截面并且相对较重，其结果是在储存、运输和铺设这些电缆时具有一些缺点。因此，例如，为了储存和运输的目的，电缆或三芯电缆部分被缠绕到辊上，其中在电缆缠绕到辊上期间需要观察卷盘的直径，该直径是电缆直径的函数，和其中在辊上的有效空间并且所允许的最大重量会对电缆部分的长度产生不合时宜的限制。
另一方面，典型的用于电线和电缆的绝缘和护皮的阻燃树脂组合物在此之前是已知的和其是通过将作为阻燃剂的三氧化二锑与聚氯乙烯树脂、氯丁橡胶或氯磺化聚乙烯橡胶混合来制备的，或通过将三氧化二锑、一种氯阻燃剂或溴阻燃剂与聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或乙丙橡胶混合来制备的。
由于这些组合物在其基础树脂或阻燃剂中含有卤素，在高温时它们会产生大量的如卤化氢气体(氯化氢气体，溴化氢气体)和卤素气体(氯气)的有毒气体，从而会牵涉到严重的安全问题。因此，使用这些组合物的产品不适于应用在对安全要求高的地方，例如，地铁、建筑、舰船、核电站和局域网。而且，还有一个缺点即卤素气体和卤化氢气体会腐蚀邻近的导体等。
为了改善传统的阻燃剂树脂组合物的除阻燃性之外的耐热性，交联被用在它们的基础树脂中，例如聚乙烯和乙丙橡胶。化学交联和电子束交联被经常用于此种处理。在化学交联中，用蒸汽等在高温和高压下对组合物进行热处理，和因此需要特殊的耐压容器和加热器具。另一方面，电子束交联需要一电子束发射腔和装置。每种交联都需要相当大的交联设备，这就大大提高了设备费用和维护费用，因此增加了组合物的生产成本。
关于传统的电缆，还会出现其它的严重问题，其中当例如由聚乙烯和交联的聚乙烯制成的电缆芯的内部结构元件被暴露在火焰中时，它们会熔化和象水滴一样流动到电缆的表面，在此于高温氛围下它们会气化并且立即起火，因此电缆燃烧并且使火变得更大。
此外，具有不含任何卤素的绝缘和护皮材料的电缆比那些具有这些组分的电缆在阻燃性方面是差的。为了提高具有不含卤素的绝缘材料的电缆的阻燃性，需要在其中混合大量的金属水合物，例如三水合铝(ATH)和/或氢氧化镁；但是这将降低电缆的物理和电学性能。为了克服这些缺点，已经发展了具有两层导体绝缘的输电电缆。因此，瑞士专利664230揭示了一种绝缘导体，该导体具有一不含卤素的内部绝缘层和一外保护层，该内部绝缘层包括阻燃剂，不含卤素的、交联的聚烯烃共聚物；该外保护层包括聚酰胺，热塑性塑料，不含卤素的聚酯弹性体或不含卤素的芳族聚醚。公知的是这两个绝缘层的聚合物彼此间是不很相容的，其结果是导体绝缘的两层彼此间不能粘合或彼此间粘合得很差，所以不希望的限制被因此施加到机械强度上。而且，揭示在瑞士专利664230中的输电电缆的导体绝缘不是用单独的挤出步骤进行生产的。相反，对金属导体来说，需要在彼此独立的两个工艺步骤中实施，其结果对经济生产来说是一种相当大的缺点。
本发明的一个目的是，始于WO95/20227揭示的绝缘导体，建议一种电缆，一方面其能够抵抗啮齿动物和/或白蚁，并且另一方面与公知的卤化材料相比，具有高的阻燃性，较小的腐蚀和当其燃烧时产生相对少的烟及较少量的有毒气体。
该目的根据本发明通过一种具有权利要求1的特征的电缆来达到，也就是，具有一芯绝缘，该芯绝缘当其燃烧时产生较少量的有毒气体和该芯绝缘是一种共挤出物并且由内层和外层组成。内层由不含卤素的、阻燃聚合物或聚合物混合物组成，及外层至少一部分是由非常坚韧的塑料涂层构成。
根据本发明的电缆对人类、动物和昆虫来说是无毒的。这意味着用于实现保护电缆免受白蚁和/或啮齿动物的侵害功能的芯绝缘的外层不包括任何化学活性剂，如杀虫剂，并且所述外层本质上是一种机械保护护皮。
根据本发明的电缆的有利实施方案显然来自从属权利要求。
能够根据Navel Engineering Standard Test No.NES-713和/或根据Standard Test N.F.C.20-454测量在燃烧时产生的气体的毒性，来完成芯绝缘的毒性测试，也就是至少包括非卤化聚合材料的内层的毒性测试。
根据本发明的每100g芯绝缘的平均毒性单位比允许的最大毒性值5单位/100g低很多。
在优选的实施方案中，电缆是输电电缆。根据本发明，所述输电电缆具有一芯，该芯包括相互绞合在一起的多个电流导体并且该芯被嵌入到圆筒的绝缘中。
在另一个优选的实施方案中，输电电缆是三芯电缆，其中三个输电电缆相互绞合在一起。本质上这些用于实施例的电缆与上述的输电电缆结构相同，每个都具有一芯，通过铜绞线和塑料绝缘来形成的。该三芯电缆被嵌入到根据本发明的内层和外层构成的圆筒绝缘中。
在这些情况下，内层包括作为防火剂的氢氧化铝和/或氢氧化镁和作为聚合物组分的至少一种聚烯烃或聚烯烃混合物，和外层是非常坚韧的塑料涂层并且该外层包括例如至少一部分聚乙烯聚合物，如高密度聚乙烯(HDPE)。
本发明的电缆满足工业标准对火焰蔓延和烟产生(或抑制)的要求同时显示出低的腐蚀性和毒性。当燃烧时，电缆产生相对少量的烟及较少的毒气。进一步，该电缆也具有满足例如IEC 60332-3，BS 6387和SS299标准的性能。
根据本发明的典型的输电电缆能够用以下方法生产。用共挤的方式将两个导体绝缘层施加到依次由许多独立的线组成的铜绞线上，为达到此目的，提供用于形成内层和外层的两种初始材料和包括属于上述化合物种类的聚合物。在挤出期间或之后，通过高能电子束的作用，至少导体绝缘的内层能够被进一步交联。
通过两层之间的功能划分，根据本发明的导体绝缘的总性能分布曲线可被满足。外层实现保护输电电缆不受白蚁和啮齿动物的侵害的功能。内层特别用于实现确保导体绝缘的阻燃和电性能的功能。
外层不含防火剂，总的导体绝缘的阻燃特性是由内层提供的。因此，重要的是制成适宜的两层之间的体积比或厚度比。
在本发明的进一步的实施方案中，选择内层和外层的聚合物，使得在对导体实施共挤状态时，它们彼此间粘合或彼此间粘接在一起并且因此增加了导体绝缘的耐机械擦伤性。为了进一步增强两层之间的粘合力，可以另外将增容剂与至少一种内层聚合物和/或至少一种外层的化合物混合，该增容剂允许在两层之间的官能团交联。
在本发明的另一个实施方案中，选择内层和外层的化合物，使得绝缘的pH值＞4.3。结果是电缆具有较小的腐蚀性和能满足EN 50267-2-3的标准。
以下是在本发明上下文中用于形成内层的适宜的聚合物-聚乙烯共聚物，如乙烯/醋酸乙烯酯(EVA)，乙烯/丙烯酸甲酯(EMA)，乙烯/丙烯酸丁酯(EBA)，乙烯/丙烯酸乙酯(EEA)，乙丙橡胶(EPR)，三元乙丙橡胶(EPDM)；-聚乙烯均聚物，如，具有密度＜0.920g/cm3的极低密度聚乙烯(VLDPE)；-基于EVA，EMA，EBA，EEA，EPR，EPDM或PE的马来酸酐(MAH)三元共聚物；和-基于EVA，EMA，EBA，EEA，EPR，EPDM或PE的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)三元共聚物。
用于形成内层的初始材料具有，作为基本成分的一种上述聚合物或至少两种这种类型的聚合物组成的混合物。
除了至少一种聚合物之外，内层材料包括大量的不含卤素的防火剂，如，氢氧化铝或氢氧化镁，和较少量的添加剂，如抗氧化剂，水解稳定剂，加工助剂，交联剂和偶联剂。
内层材料的指导配方可以定义如下30-40重量％的聚合物混合物40-70重量％的氢氧化铝(ATH)0-10重量％的添加剂外层由非常坚韧的塑料涂层组成。下面显示的是在本发明中特别适用于形成外层的材料-非常坚韧的聚酯弹性体，如聚醚-聚酯，例子是Hytrel(杜邦)；-非常坚韧的聚乙烯如高密度聚乙烯(HDPE)；和-聚乙烯的共聚物和聚合物混合物。
HDPE的例子如下
如果外层是由聚乙烯制成的，后者具有至少0.9g/cm3的密度，例如至少0.92g/cm3的密度和优选的至少是0.93g/cm3的密度。
用于形成外层的初始材料包括，作为基本组分的一种选自这两组之一中的聚合物。但用于外层的初始材料也可以是至少两种选自这些组中的聚合物的混合物。
进一步，根据本发明的导体绝缘的外层也可以包括相对少量的添加剂，如抗氧化剂，水解稳定剂，加工助剂和交联剂。
根据本发明，至少一种内层和/或外层的聚合物能够被辐射交联，例如使用10-25毫拉德(Mrad)的剂量。
需要指出的是，此处用于根据本发明的导体绝缘的上述配方仅表示几种可能实施方案的一种选择并且该配方可以在本发明的上下文中进行各种方面的改变。
权利要求
1.具有抵抗啮齿动物和白蚁的保护护套的阻燃电缆，该电缆具有一芯和一芯一绝缘，其特征在于在燃烧时该绝缘产生不多的有毒气体和该绝缘是由一内层和一外层组成的共挤出物，该内层由不含卤素的阻燃聚合物组成，其特别用于实现确保该绝缘的阻燃和电性能的功能，和该外层至少部分由坚韧的塑料涂层制成，其用于实现保护电缆免受白蚁和/或啮齿动物的侵害。
2.根据权利要求1的电缆，其特征在于该外层不包括活化剂，例如杀虫剂，以保护电缆免受白蚁和/或啮齿动物的侵害。
3.根据权利要求1或2的电缆，其特征在于该绝缘被测量出的毒性指数为小于5个单位/100克，因此显示出低毒性。
4.根据权利要求1至3中任一项的电缆，其特征在于它是一种具有电流导体的且该电流导体被绝缘包围的输电电缆。
5.根据权利要求4的输电电缆，其特征在于内层具有作为防火剂的氢氧化铝和/或氢氧化镁和作为聚合物组分的至少一种聚烯烃或聚烯烃混合物。
6.根据权利要求4或5的输电电缆，其特征在于该外层至少部分是由坚韧的聚酯弹性体和/或坚韧的聚乙烯制成的。
7.根据权利要求6的输电电缆，其中外层实质上是由坚韧的聚乙烯制成的，其特征在于该聚乙烯的密度至少是0.9g/cm3，例如至少是0.92g/cm3，和优选至少是0.93g/cm3。
8.根据权利要求4至7中任一项的输电电缆，其特征在于内层和/或外层还包括用于增加粘合强度的增容剂。
9.根据权利要求4至8中任一项的输电电缆，其特征在于内层和/或外层是交联的。
10.根据权利要求4至9中任一项的输电电缆，其特征在于绝缘的pH值＞4.3。
全文摘要
具有双层导体绝缘的电缆,其内层由不含卤素的、阻燃聚合物组成和其外层至少部分包括一坚韧的塑料涂层。该绝缘一方面能够抵抗啮齿动物和白蚁的侵害,并且另一方面与公知的卤化的绝缘材料相比具有高的阻燃性和较小的腐蚀性。通过在两层之间的功能划分可满足根据本发明的绝缘的总性能分布曲线。外层用于实现保护电导体不受白蚁和啮齿动物侵害的功能。内层用于实现特别是确保导体绝缘的阻燃性和电性能的功能。
文档编号H01B7/17GK1379412SQ0212018
公开日2002年11月13日 申请日期2002年3月1日 优先权日2001年3月2日
发明者C·斯图德, S·S·施阿夫 申请人:斯塔德电信电缆股份公司