用于防火特性的电缆和产品设计的制作方法

文档序号:6843666阅读:253来源:国知局
专利名称:用于防火特性的电缆和产品设计的制作方法
技术领域
本发明涉及电缆和具有至少一个绝缘或保护金属基片的陶瓷形成层的产品,并且尤其是,涉及电缆和产品的设计和制造以及它们的用途。
背景技术
在许多情况下希望设计一种包含金属基片并且防火的产品。例如,当遇到火时,需要防火特性电缆继续操作和提供电路完整性。为了满足一些标准,当以规定的方式在指定的时间中(例如,15分钟、30分钟、60分钟、2小时)加热到指定温度(例如,650、750、950、1050℃)时,电缆通常必须保持电路完整性。在某些情况下,在加热阶段之前、期间和之后,对电缆进行常规的机械冲击。在加热循环的后期或者在加热阶段之后,为了精确计量它们对抗在火中可能经历的其他因素的性能,它们还经常遭受水注或喷雾。
以前通过用玻璃纤维制成的并用云母处理的带子缠绕该电缆的导体能满足对于防火特性电缆的这些要求。在生产期间用带子缠绕该导体,并且随后施加至少一个绝缘层。在暴露于升高的温度下,外部绝缘层退化并分离,但是该玻璃纤维将云母保持在适当的位置上。已经发现这些带子在火中可有效的保持电路完整性,但是因为额外的制造步骤,生产它们相当昂贵。而且将带子缠绕在电缆上的过程比起其他电缆生产步骤相对较慢,因此缠绕该带子减缓了电缆的整体生产,进一步增加了成本。已经尝试通过避免使用带子并挤压出由柔软的聚合成份组成的电缆涂层来降低成本,该柔软的聚合成份形成绝缘陶瓷,当暴露于火中时提供连续的电路完成性。
该陶瓷形成合成物在现有技术中是公知的。例如,US4269753和US4269757描述了直接将陶瓷形成合成物的涂层应用于较短长度的铜线。当被覆线暴露在850℃的空气下30分钟时,该涂层形成坚固的和坚硬的陶瓷基片而没有任何裂缝并且不会与铜线分离。US6387512显示了当通过施加500伏电压在903℃加热2个小时,将陶瓷形成涂层应用于电导体并且保持电路完整性。以Pollymers Australia Pty Ltd名义的国际申请No.PCT/AU2003/00968公开了适用于电缆和其它应用的基于陶瓷形成合成物的硅聚合物,当加热到高温时,其形成自支撑陶瓷材料。还是以Pollymers Australia Pty Ltd名义的国际申请No.PCT/AU2003/01383公开了适用于电缆和其他应用的自支撑陶瓷形成合成物,当暴露于和火有关的高温时,其稍微呈现收缩或没有收缩。
尽管理论上现有技术的陶瓷形成合成物能提供所需的电和/或热绝缘,但陶瓷形成合成物的其他物理特性在暴露于高温之前和之后,对于这些材料的实际应用,尤其是电缆应用中,很难实现兼顾适应较少的理想物理特性的需要。理想的,该陶瓷形成层应当能适应在火中经历温度升高和火后降低温度期间,金属基片和陶瓷形成合成物的延展的热系数之间的失配,在暴露于高温之前、期间和之后具有足够的机械特性,保持它的结构完整性,并且尤其是在暴露于高温期间和之后时有必要提供足够的防水层。
因此,本发明的一个目的是通过金属基片上的陶瓷形成材料提供防火特性电缆或防火特性产品,其克服了与使用陶瓷形成材料有关的一个或多个实际的问题。

发明内容
根据一个方面,本发明提供一种电缆,包括至少一个导体、当暴露于高温时形成陶瓷的绝缘层和至少一个热变化层,当暴露于高温时该层增强该绝缘陶瓷形成层的物理特性。
本申请发现通过另外提供至少一个热变化层,通过附加的热变化层可以适应在暴露于高温期间和之后时该陶瓷形成层的特性中的不足。当电缆暴露于通常在火中经历的高温时,提供至少一个附加层增强了电缆的整体特性。
在本发明的优选结构中,将至少一个热变化层复合在具有该绝缘层的导体上。当用在电缆设计中时,该至少一个热变化层能改善、补偿、或克服与该陶瓷形成材料有关的问题。
该绝缘层可由各种成份形成。优选的,通过暴露于高温,即火情中遭遇的温度时形成陶瓷的成份来形成该绝缘层。该陶瓷形成合成物可以基于无硅聚合物,基于硅聚合物,或者包括具有硅和无硅聚合物的混合物的碱基成份。该合成物可包括能够通过高温反应生产陶瓷的各种无机成份。该合成物也可以包括附加功能添加剂,如阻燃剂等。
优选的,该绝缘层是陶瓷形成合成物,该陶瓷形成合成物在暴露于通常在火中经历的温度上形成自支撑陶瓷层。国际申请No.PCT/AU2003/00968,其全部内容在此结合作为参考,描述了防火合成物,其包括硅聚合物,基于该合成物总重量的5-30wt.%云母和0.3-8wt.%玻璃添加剂。优选的,该陶瓷形成层在暴露于高温期间和之后时,稍微显露或没有尺寸变化。在上述国际申请No.PCT/AU2003/01383中公开了合适的陶瓷形成材料,其全部内容在此结合作为参考。该专利申请描述了一种合成物,其包含有机聚合物、硅酸盐矿物填充物和助熔剂或前体,该前体导致助熔剂的量占结果残留物的1-1.5wt.%。
根据本发明的第二方面,提供一种产生电缆的方法,包括以下步骤挤压出导体上的绝缘层,当暴露于高温时该绝缘层形成自支撑陶瓷,和挤压出至少一个辅助层,该辅助层在暴露于和火有关的温度期间是可变的,以增强该陶瓷形成层的物理特性。优选的,该至少一个辅助层与绝缘层复合。
优选的,通过该辅助层增强的特性是以下至少之一i)暴露于火之后该组合层的机械强度;ii)暴露于火之后该陶瓷形成层的结构完整性;iii)暴露于火之后该组合层对进水的阻力;iv)在暴露于火期间和之后该组合层的电阻和热阻。
在本发明的其他方面中,提供一种设计电缆的方法,包括以下步骤选择绝缘层用来挤压在导体上,当暴露于在火中经历的高温时该绝缘层形成自支撑陶瓷层,在暴露于火之前、期间和之后时确定该陶瓷形成层的特性,并且选择用于第二层的材料,该第二层能增强该陶瓷形成层的物理特性,并且该陶瓷形成层和至少一个辅助层挤压在导体上。优选的,该陶瓷形成层和至少一个辅助层复合在该导体上。
可选取的至少一个辅助层以增强该陶瓷形成层的特性是i)暴露于高温之后该组合层的机械强度;ii)暴露于高温之后该陶瓷形成层对结构完整性的保持;iii)暴露于高温之后该导体对进水的阻力;iv)在暴露于火期间和之后该组合层的电阻和热阻。
尽管本发明的上述方面通常参考电缆、电缆设计和电缆制造来讨论,但是本领域技术人员应当清楚,本发明可同样应用于防火特性产品的设计,该防火特性产品用于其他应用,在此该产品包括金属基片和至少一个保护陶瓷形成层或涂层,并且要求该产品应用于暴露在火期间和之后。本发明可应用的实际情况的特定范例包括,但不限于用于防火的与金属基片接触的封条;缝隙填充物(即,用于渗透的胶合辅料);用于船舱、列车、飞机、卡车和汽车上的金属门、舱壁、地板和其他结构的防火;建筑物中的防火隔板、屏障、天花板和炉衬;用于建筑物中或户外的电子设备的金属外壳;用于多层建筑物中的钢结构框架以隔离框架并允许它在增长的时间中保持所需的承重强度;用于建筑物管道的涂层;用于易燃材料存储区,如燃料和弹药库、炼油厂和化学处理工厂的防火间隔;以及保护军用车辆,包括船,免受燃烧弹药的影响。
因此,在本发明的其他方面中,包括防火特性产品、生产防火特性产品的方法和设计防火特性产品的方法。该产品包括金属基片、当暴露于高温时形成陶瓷的绝缘或保护层,和至少一个热变化层,其增强绝缘或保护陶瓷形成层暴露于高温时的物理特性。
当设计包括至少一个陶瓷形成层和金属基片的电缆或防火特性产品时,对于它的应用确定当暴露于火中时该组合物的不足,并且选择一个或多个热变化层以克服这些不足。因此,在本申请中一个或多个热变化或辅助层的特性增强了该陶瓷形成层的特性。
使用在暴露于高温后形成陶瓷的该陶瓷形成材料所遭遇的一个问题是在暴露于火期间和之后时该陶瓷的强度。
根据本发明的一个优选实施例,该至少一个热变化层是强度层,优选的复合在陶瓷形成层上。为了在至少暴露于高温期间和之后时提供所需的强度特性,该至少一个热变化层可包括第二陶瓷形成层。对于该层的最小需求是它形成的陶瓷比通过绝缘或保护陶瓷形成层所形成的陶瓷更坚硬,该合成陶瓷是自支撑的,并且当转变为陶瓷时它在尺寸上没有遭受明显的减小。在电缆应用中,该层可用作附加绝缘层或用作护套层。该第二陶瓷形成层优选的包括有机聚合物、无机填充物,该无机填充物优选是矿物硅酸盐和无机磷酸盐。优选的,第二陶瓷形成层还包括氢氧化铝。优选的,无机磷酸盐是聚磷酸铵。优选的,该层不接触金属导体或金属基片以最小化该无机磷酸盐将影响该电缆的绝缘特性或遭受于金属基片逆反应的可能性。
使用暴露于高温之后形成陶瓷的材料,例如电缆绝缘材料可能会遇到一个问题,即该材料的正常操作强度,在遇火之前可能小于本申请所希望的强度。因此,至少一个热变化层可以是操作强度层(即,在正常操作条件下具有优良的机械特性),优选地,复合在该陶瓷形成层上。首次使用这些层向该电缆提供定位所需的强度等级,并且在安装中保护电缆,并允许该合成绝缘体满足所需标准。由于在该操作强度层中使用的材料的特性,在暴露于火中经历的高温期间或之后时,不需要这些层来辅助该电缆。如果该操作强度层也是第二陶瓷形成层,在暴露于该高温期间或之后时可连续提供强度。如后面所述,该操作强度层也可以是釉形成层。
由该导体和陶瓷形成绝缘层的厚度来规定该第二陶瓷形成层的最小厚度,通过较厚的导体和需要较厚层的绝缘层用于第二层以保持结构完整性。
人们相信在该第二陶瓷形成层中的该无机磷酸盐在磷酸的其他合成物的分解温度中或低于该分解温度的温度中分解。在聚磷酸铵的情况下,氨也是分解产物。磷酸在有机材料接近形成含碳木炭中对任何有机材料脱水,该含碳木炭在后面的阶段变成陶瓷,此时氨用来形成所需级别的孔隙度。
该优选的第二陶瓷形成层的陶瓷形成合成物包括基于合成物的总重量,占重量至少15%的聚合物碱基合成物,该聚合物碱基合成物包括占重量至少50%的有机聚合物;基于该合成物的总重量,占重量20-40%的无机磷酸盐,优选的是,聚磷酸铵,和基于该合成物的总重量,占重量15%的无机耐熔填充物,优选的是硅酸盐矿物填充物。
第二陶瓷形成层还包括占重量10-20%的附加无机填充物或添加剂,其包含从镁或铝的氢氧化物或氧化物组中选择的至少一种。
优选的附加填充物或添加剂是氢氧化铝,优选的占重量10-20%。
当暴露于火中测定温度时该第二陶瓷形成层也需要形成自支撑和坚硬的多孔陶瓷(通常具有20vol%到80vol%的孔隙度),并且在总组成中至少40%是无机填充物。
有机聚合物是一种使有机聚合物作为该聚合物的主链的聚合物。例如,不认为硅酮聚合物是有机聚合物;然而,它可用于和有机聚合物混合是,作为微量组分,并且当它们进行热分解时,有利地提供具有精细微粒的二氧化硅源(辅助陶瓷的形成)。该有机聚合物可以是任何类型,例如热塑性聚合物、热塑性合成橡胶、交键合成橡胶或橡胶、热固性聚合物。该有机聚合物可以前体合成物的形式存在,该前体合成物包括试剂、预聚合物和/或低聚物,其可以共同反应以形成至少一种上述类型的有机聚合物。
该有机聚合物成份可以包括两个或多个不同的有机聚合物的混合物或融合物。
优选的,该有机聚合物可以适应形成陶瓷所需的大量无机添加剂,诸如聚磷酸铵、氢氧化铝和硅酸盐矿物填充物,同时保持良好的处理和机械特性。根据本发明希望在防火合成物中包含大量无机填充物,因为当与具有较低填充物含量的合成物相比,这些成分在暴露于火中时重量损失将降低。当通过加热行为形成陶瓷时,加载相对高浓度的聚磷酸铵、氢氧化铝和硅酸盐矿物填充物的合成物因此很少收缩和裂缝。
对于所选的有机聚合物,当暴露于火情中的高温时,在它分解之前不会流动或熔化是有利的。最优选的聚合物包括在防火合成物形成之后具有交键的聚合物,或具有热塑性但具有高熔点和/或在接近该熔点时分解形成陶瓷的聚合物;然而,也可以使用不具有这些特性的聚合物。合适的有机聚合物可在市场上获得,或者可通过本申请或采用公知技术制造。下面给出了合适的有机聚合物的范例,但是应当清楚由诸如在防火合成物中包含的附加成份,制备和应用该合成物的方式,以及该合成物的使用也可以影响具体有机聚合物的选择。
如所示,用于本发明的有机聚合物包括热塑性聚合物、热固性聚合物、和(热塑性)合成橡胶。该聚合物可包括聚烯烃的均聚物和共聚物。
特别适用于制造电缆涂层的该有机聚合物是市场上可获得的基于聚合物的热塑性和交键石蜡,任何密度的共聚物和三元共聚物。钴单体对于本领域技术人员是公知的。市场上可获得的特殊附加物是具有密度890至960kg/升的热塑性和交键聚乙烯,具有丙烯酸、乙烯基和其他石蜡单体的乙烯的共聚物,乙烯,丙烯和二烯单体的三元共聚物,所谓的热塑性硫化产品,其中一个成份是交键的,而连续相是热塑性的,并且通过过氧化、辐射和所谓的硅烷处理,所有聚合物的变体具有热塑性或交键。
存在于该聚合物碱基组成中的该有机聚合物占重量至少50%。这有助于该聚合物碱基组成加载附加成份,而不损害整个合成物的加工性能。应当注意,该聚合物碱基组成可包括硅酮聚合物。然而,在该情况下,通常存在于该聚合物碱基组成中的有机聚合物与该硅酮聚合物相比更重要。因此,在该聚合物碱基组成中,有机聚合物对硅酮聚合物的重量比可以是5∶1到2∶1,例如从4∶1到3∶1。对于重量百分比,如果存在,在配制的防火合成物的总重量的基础上,通常存在的硅酮聚合物占重量2至15%。当使用有机和硅酮聚合物的组合物时,高浓度的硅酮聚合物可产生处理问题,并且当根据本发明配制合成物时应当考虑该问题。
倾向于通过配制的合成物的理想特性来影响在防火合成物中聚合物碱基组成的数量上限。如果该聚合物碱基组成的量超过了整个合成物重量的60%,在火情中不太可能形成粘性的,坚固的残留物。因此,该聚合物碱基组成通常形成占配制的防火合成物的重量15%至60%,优选的从20%到50%。
根据本发明该实施例的合成物还包括硅酸盐矿物填充物作为必要成份。该填充物典型的包括铝硅酸盐(例如,高岭石、蒙脱石、叶蜡石-公知的粘土),碱性铝硅酸盐(例如,云母、长石、锂辉石、透锂长石),镁硅酸盐(例如滑石)和钙硅酸盐(例如,硅灰石)。可以使用两种或多种不同的硅酸盐矿物填充物。该填充物是市场上可获得的。在本发明的环境中,二氧化硅(硅石)不是硅酸盐矿物填充物。
该第二层的陶瓷形成成份包括占重量15%,优选的至少25%的硅酸盐矿物填充物。倾向于通过该合成物的加工性能来规定该成份的最大量。
除了矿物硅酸盐填充物之外,可以添加各种其他无机填充物。优选的无机填充物是镁和铝的氢氧化物或它们的氧化物。
还可以结合在1000℃不熔化的无机纤维,包括硅酸铝纤维。这可以导致降低在高温下的尺寸变化和/或提高该合成陶瓷的机械特性。
通常,在暴露于高温(到1000℃)之后,剩余的残留物通常构成占高温分解前的该合成物比重的至少40%,优选的至少55%,更优选的至少70%。希望更高数量的残留物,因为这可以在所有温度下提高该陶瓷强度。
为了在暴露于火期间和之后提高该陶瓷形成层的电阻和热阻,在电缆或产品的正常操作使用(即,在遇火之前)中,该至少一个热变化层可以是功能层,其与该绝缘或保护层形成的自支撑陶瓷相比,形成了较弱的自支撑陶瓷。例如,在电缆设计中使用该类型的护套层具有超过使用传统的护套层的好处,因为该传统护套层将增加厚度,并由此在该电缆暴露于火之后,剩余的陶瓷涂层的电绝缘特性仍保持。
在电缆设计中将陶瓷形成合成物应用在金属导体上产生的特殊问题是在暴露于高温期间以及在随后的冷却期间,该金属导体将以与在加热处理期间形成的陶瓷不同的速率膨胀和收缩。因此,即使该陶瓷在形成期间显示了良好的性状保持力,在热膨胀和收缩中的差别经常引起易碎的陶瓷裂缝,并可导致绝缘陶瓷涂层部分的移动,暴露该导体并损害电路完整性。在冷却阶段,该陶瓷层的裂缝更加明显。当该陶瓷强有力的粘合到该导体表面,或在该导体表面形成的氧化层上时(在遇火期间),该问题被强调。例如,根据铜导体,热膨胀中的差别可导致氧化亚铜/氧化铜表面断裂,并且移动粘合在氧化铜上的陶瓷片。虽然在特定涉及电缆应用中使用的金属导体时描述了该问题,但是本领域技术人员应当清楚,在金属基片涂有所述类型的防火合成物的任何情况下将产生该问题,因为当该合成物暴露于高温时,金属基片和形成的陶瓷的不同的热膨胀系数。该问题的程度将取决于陶瓷和金属的热膨胀系数之差的大小和在表面上形成的粘合剂的强度。
因此,在本发明的其他实施例中,提出了该问题,即在金属基片和陶瓷材料的热膨胀系数之间的失配,保护金属基片以防遇火,陶瓷材料向该基片提供保护。
在本发明的实施例中,在该金属基片上提供的至少一个热变化层是牺牲层,形成该层的合成物包括有机聚合物和无机填充物,其中能够该牺牲层在高温或低于高温时分解,导致在基片和陶瓷之间形成该无机填充物层,以便防止或最低限度的将陶瓷粘合到基片上。
以该方式使用该牺牲层确保通过该层使得该金属基片和形成的陶瓷保持相互分离,以最低限度或避免陶瓷粘附到基片上。实际上,至少该无机填充物不粘附到该金属基片或陶瓷上,从而降低陶瓷在冷却期间裂缝和移动的趋势,因为它减缓了由基片和陶瓷之间的热膨胀系数之差产生的应力。
在该牺牲层分解之后剩余的该无机填充物允许基片和形成的陶瓷独立地膨胀和收缩。在电缆应用中,减小陶瓷层中形成裂缝所产生的两个结果是减小了裸露导体的暴露,并且减少了进水的通道。因此,在设计中包含牺牲层增强了在暴露于火上或暴露于水中由于电短路造成电路故障的抵抗力。在该情况下,所使用的该无机填充物优选的具有高电阻,因此进一步辅助电路完整性。在所有情况中,残留填充物的低密度、粉状特性对有利的提供了传热的屏障,即该残留的填充物是绝热的。
该牺牲层通常由包含有机聚合物和无机填充物的合成物形成。在此,术语“有机聚合物”包含各种满足下列标准的聚合物。首先,该有机聚合物必须是在典型的遇火的温度下可以分解以留下很少或没有固体残渣。该有机聚合物在陶瓷形成层中的陶瓷形成的温度或该温度以下分解。第二,该有机聚合物必须能与合适含量的无机填充物(典型的在总组成中占重量25-75%,优选的超过50%)加载,同时保持良好的加工性能。该牺牲层的合成物的加工性能是重要的,尤其是通常在电缆应用中如果挤压该合成物。该有机聚合物能充分地适应高含量的无机添加剂,以便在该牺牲层热分级后,无机填充物的实质的连续层保留在该基片表面,这是重要的。需要将该无机填充物与基片分离,并如上所述形成陶瓷,并且如果在该有机聚合物中存在不足的无机添加剂,该无机填充物不能实现防止基片和形成的陶瓷之间直接接触的作用。如果该无机填充物不是均匀地分散在该有机聚合物中,也能出现同样的问题。与其他应用相比,在特定应用中更能允许基片和陶瓷之间某些程度的接触。电缆应用需要在导体和陶瓷之间具有无机填充物的连续层。
在高温下该聚合物对该无机填充物不起反应这是重要的,因为这可以产生粘附于该基片和/或陶瓷的反应产物。合适的有机聚合物在市场上可获得,或者可以通过本申请或采用公知技术来制造。下面给出了可以使用的合适的有机聚合物的范例。
可以从烯烃的均聚物以及一个或多个烯烃的共聚物中选择有用的热塑性聚合物。合适的聚合物的特定范例包括乙烯、丙烯、丁烯-1、异丁烯、己烯、1,4-甲基戊烯-1、戊烯-1、辛烷-1、壬烯-1和癸烯-1的均聚物。可以使用预氧化、Ziegler-Natta或茂金属催化剂制备这些聚烯烃,这在本领域是公知的。也可以使用这些烯烃的两个或多个共聚物。这些烯烃也可以与其他单体物质,如乙烯基或二烯化合物共聚合。可以使用的共聚物的特定范例包括基于乙烯的共聚物,如乙烯-丙烯共聚物(例如EPDM),乙烯-丁烯-1共聚物、乙烯-己烯-1共聚物和乙烯与两个或多个上述烯烃的共聚物。
该热塑性聚烯烃也可以是上述均聚物或共聚物的两个或多个的混合物。例如,该混合物可以是上述具有一个或多个聚丙烯、高压低密度聚乙烯、高密度乙烯、聚丁烯-1和包含烯烃共聚物的极性单体的体系中的一种的单相混合物,其中,该烯烃共聚物诸如乙烯/丙烯酸共聚物、乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物、乙烯/乙基丙烯酸酯共聚物、乙烯/丁基丙烯酸酯共聚物、乙烯/乙烯基醋酸盐共聚物、乙烯/丙烯酸/乙基丙烯酸酯三元共聚物和乙烯/丙烯酸/乙烯基醋酸盐三元共聚物。
要注意,该有机聚合物的选择将部分取决于该合成物的用途。例如,在特定应用中,需要该合成物的柔软度(诸如在电缆涂层中),并且当加载该无机填充物时,该有机聚合物需要根据它的特性来选择。已经发现聚乙烯和乙烯丙烯合成橡胶对于电缆涂层的合成物特别有用。而且,在选择该有机聚合物应当考虑在该聚合物分解是可以产生的任何有害或有毒气体。在特定应用中可以允许该气体的产生。
在该有机聚合物分解之后,该无机填充物的涂层将保留在基片上。要注意,对于特定应用(例如,电缆),希望该涂层连续并且机械性弱。该无机添加剂的功能是最小化或防止在高温下基片和陶瓷之间形成粘附。出于该考虑,这是重要的,即在火情中可能遭遇的温度下该无机填充物是不反应的。包括该无机填充物的任何反应可以导致产物的形成,其削弱了该无机填充物的作用。
在该实施例中使用的无机填充物可以是同质分散在该有机聚合物中的任何无机材料,并且在火中的温度下是惰性的。该无机填充物的使用是本发明的中心。单独使用有机聚合物作为该牺牲层将不会避免基片和形成的陶瓷之间的粘附。在该情况中,该聚合物将仅仅分解,留下很少或不留剩余物。该陶瓷将直接与该基片基础,导致上述问题。
理想的,该无机填充物具有高熔点温度,例如超过1000℃,优选的超过1500℃。该添加剂的成本也可能是个因素。合适的无机添加剂的范例包括金属氧化物、金属氢氧化物、滑石、和粘土。尤其是,可以使用滑石和粘土,所述可以形成氧化铝、氢氧化铝、氧化镁、氢氧化镁、硅酸钙和氧化锆。可以使用的两个或多个无机填充物的组合物,如果该组合物在火中的温度下是惰性的。更优选的,在该电缆中使用的该无机填充物是氢氧化镁,由于它具有非常低的电导率是有利的。
该牺牲层可以包括一个或多个附加功能成分,如果它们不干扰该无机填充物的作用。该附加成分包括阻燃剂材料和降低热和/或电导率的材料。该牺牲层也可以是操作强度层。
用于该牺牲层的该合成物可通过简单混合各个成分来制备。可以使用任何常规的混合装置。如果该合成物具有相对低的粘度,可以使用分散设备来处理,例如在油漆工业中使用的类型。对电缆应用有用的材料是高粘度的(较高分子量)并且可以使用两个滚轧机、密闭式混合机、双螺杆挤塑机等来处理。如果该有机聚合物是交键的,将需要一些加热的聚合物存在于合适的交联剂中。可以使用传统的交联剂。
本发明实施例可以应用的超出电缆应用的实际情况的特殊范例包括,但不限于用于渡船、列车和其他交通工具的防火墙内层、防火隔板、屏障、天花板和内层、用于建筑物管道的涂层;缝隙填充物(即,用于渗透的胶粘剂);结构防火[绝缘该建筑物的结构金属框架以允许在固定的时间段保持它所需的承重强度(或限制核心温度)]。
本发明的实施例对该导体的涂层,即在该电缆应用中尤其有用。因此本发明适用于电缆的制造,这在着火的情况下能提供电路完整性。在该电缆的设计中,用于该牺牲层和陶瓷形成层的合成物可直接挤压在导体上。可以利用常规设备实施该挤压。通常该牺牲层的厚度形成0.2至2毫米,例如从0.4至1.5毫米。该陶瓷形成层的厚度将取决于对导体的尺寸和操作电压的特殊标准的需要。典型的,该绝缘厚度将为0.6到3毫米。例如,对于澳大利亚标准的额定为0.6/1kv的35平方毫米导体将需要大约1.2毫米的绝缘厚度。在非电缆应用中,牺牲层和陶瓷形成层的合适的厚度可由实验测试来确定。
在本发明的其他优选实施例中,至少一个热变化层是釉面形成层,其包括在暴露于高温之后并冷却形成釉面层的成份,该釉面层实质上不能透过水。提供该釉面形成层邻近并直接物理接触形成陶瓷的该绝缘或保护层。而且发现,在暴露于高温之后形成的釉面可以增强结构完整性和形成的陶瓷层的强度。因此,该釉面形成层也可以充当操作强度层。在本发明的实施例中,独特的釉面形成成份形成釉面层,该釉面层可以阻挡在周围存在的水。例如,在电缆设计中,该釉面层由于实质上不透水而防止水进入导体。该釉面层可以包括次要缺点,如不连续、孔隙和裂缝。优选含量为使能够透过该釉面的水成为可忽略的。优选的该釉面层是粘着的并且连续,从而水不能透过该层。
该釉面形成层包括在火中的高温加热后冷却能够形成不渗水层的成份。可以自然发生冷却或作为熄灭火的特殊措施,诸如喷水。可以使用一个或多个釉面形成成份。概括的,通过软化/熔化可以形成该釉面层,并且釉面形成成份聚结以形成连续的和粘着的釉面。通过冷却使釉面凝固。按照该解释,该釉面形成成份必须在高温下软化/熔化,以便单一成份微粒可以合并以形成该釉面层。理想的,该釉面形成成份形成具有合适的粘度并且能流动(到有限程度)的液体,以便实现该釉面层的形成。尽管不是必要的,在釉面形成成份之间的化学反应对釉面层的形成至少负部分责任。可以提供其他添加剂,诸如耐熔混合剂。
为了清楚,如果釉面形成合成物包括在与火有关的温度中不经历必要的聚结和/或反应的成份,就不会观察到该釉面层作用。希望该釉面形成层包括一个或多个釉面形成成份,其能够在500℃的低温下形成合适的釉面。由于铜在1080℃熔化,在该电缆应用中使用的该釉面形成合成物没有必要包含在高于该温度的温度下“有活性的”釉面形成成份。
要注意,希望该釉面形成成份在火中的温度下形成液体。在该温度中,液体成份的粘度是重要的。如果粘度太低,该液体可能流动的太快,并且可引起在特定区域中的釉面损耗,或者在其他区域引起积累。这可导致缺陷形成。如果该釉面导电并且具有低粘度,也可以引起电缆中的电导率问题。例如,当在陶瓷形成绝缘层上提供该釉面形成层时,形成的釉可以流过在该绝缘层上存在的任何孔隙和/或裂缝,从该导体到该陶瓷形成层的外部表面建立传导路径。另一方面,如果液体太粘并且在高温下具有高表面张力,可以抑制具有合适湿润和粘着特性的粘着和连续釉面层的形成。当提供在陶瓷形成层上时,希望该釉面良好的浸湿和粘着在高温形成的陶瓷层上。这对于实现上述的强度好处是重要的。在加热期间形成的该液体釉面优选地具有低电导率,低表面张力和在高温下适度的高粘度,并且可由此选择该釉面形成成份。
关于使用两个或多个釉面形成成份的混合物是有利的。例如,已经发现在高温下相对低熔点成份可被吸收到下面的陶瓷形成层中。可以通过将相对低熔点成份与在高温下熔化的釉面形成成份混合来减小该影响。使用釉面形成成份的混合物也可以增加可以形成合适的釉面层的温度范围。
考虑上述各种因素,可以从以下选择该釉面形成成份a)在高温下反应/化合以形成玻璃液的两种或多种材料的化合物。该化合物的一些典型范例包括硅酸盐(诸如云母和长石),磷酸盐、硼酸盐和/或与碱性氧化物混合的它们的前体,碱土金属氧化物、特定过渡金属氧化物(例如,氧化锌)和/或它们的前体。“前体”意味着加热时产生该材料(以化合物形式)的任何化合物。
b)在高温下软化/熔化的玻璃、玻璃的混合物。对于电缆应用,希望该玻璃在高温下具有低电导率。因此,该玻璃优选地具有低碱金属成份。
c)(a)和(b)的组合物。
d)具有75%的耐熔填充物,诸如但不限于,氧化铝、氧化锆、金红石、氧化镁和石灰的(c)的化合物。
这是可能的,但绝不是必要的,即该釉面形成层包括附加成分并且这将取决于提供该层作为整个设计的一部分的方式。在一个实施例中,该釉面形成层只包含能够形成该釉面的成分。在该实施例中,在电缆设计中,可将该成分直接应用于该导体的表面(可被该陶瓷形成层覆盖)和/或应用于覆盖该导体的层,通常是制造的电缆的陶瓷形成层。
通过静电淀积技术可应用该成分,其中被涂敷的基片(即该导体或其他电缆层)接地并且该成分静电充电。静电力引起该成分被吸引并积聚在该基片的表面上。实际上,发生的该釉面形成层的应用作为最终电缆形成的连续处理的一部分。如果该釉面形成层包含树脂,高输出IR灯或其他热源可用于熔化该树脂,以便它流动形成光滑的涂层。随后,通过继续该热供应,或通过UV固化装置可将该涂层交联。在持续操作中,这可以在将挤压层应用在电缆期间实现。
釉面形成成分的数量和分布以允许形成的釉面层足以不使水渗透。该微粒大小、纤维长度、长宽比或纤维直径根据釉面形成成分的具体情况将对它有影响。当使用釉面形成成分的微粒时,平均微粒大小为200微米或更小,优选的50微米或更小,更优选的20微米或更小。该釉面形成合成物可以包括均匀分散在合适的载体中的釉面形成成分。通过公知的混合技术可以形成该合成物。该载体能使该合成物应用在基本均匀的层上。该载体的重要特点是它具有装载足够量的釉面形成成分的能力,以便在高温下可以形成合适的釉面,同时保持合适的加工性能以允许应用该合成物,例如作为电缆的层。因此,该载体必须具有满意的流变性特性。希望,该载体也具有将分散的成分和应用釉面形成合成物的基片浸湿的能力,并且当冷却或硬化时开发高强度(取决于该载体的特性)。这也是重要的,即该载体不包含任何在高温下干扰釉面形成的物质。理想的,该载体是一种在该温度下热分解而不留下残留物的物质。存在的残留物可能导致釉面层中的不连续和缺陷,并能引起传导率问题,如果该残留物是导电的。优选的该载体的加热或分解不会导致过多的气态副产物产生。而且,优选的该载体在低于该釉面开始形成的温度下分解。
在电缆应用中,该载体可以是热塑性聚合物,该聚合物通常用于提供电缆的层,诸如护套层。在该情况下,该载体加载合适量的釉面形成成分并以常规的方式挤压以形成釉面形成层。优选的,设置该载体用于尽快的提供非粘性层,因为通常该釉面形成层用作持续处理的一部分,该持续处理包括在釉面形成层上应用(通常通过挤压)附加层。如果在高温下该载体聚合物不烧干净,该特殊方法的应用不太有用。
在需要快速硬化的过程中,优选的,该载体可以是热固化或辐射固化。因此,可以从烷基丙烯酸酯、甲基丙烯酸烷基酯、具有丙烯酸双键低分子量聚氨基甲酸酯(称作聚氨酯丙烯酸酯)和硅树脂的均聚物和共聚物中选择该釉面形成成分的载体成分,它可以通过紧接着大气湿度之后作为次级硬化系统的UV辐射来硬化。适用于该载体成分的其他种类的辐射可硬化树脂是具有丙烯酸盐功能性的聚酯。
在电缆应用中,该釉面形成合成物的流变力应当使该合成物通过常规技术被挤压以形成光滑的和连续的层。使用的该载体的粘度和形成的釉面以及可能的额外的成分将是重要的。纯粹通过说明的方式,该载体树脂可能在25℃具有15-1500cP的粘度,优选的在25℃从30-400cP。
作为其他替换,通过将后者与均匀分散在合适的介质中的釉面形成成分的粘合液接触,该釉面形成成分可以提供在该电缆的外表面上。通过浸泽和涂刷可以应用该粘合液。优选的,为了实现将该釉面形成层快速的固定在合适的位置上,其中分散该釉面形成成分的介质是快干的或挥发的。该粘合液也可以包含有机聚合物成分,其通常包含在碱金属硅酸盐溶液中溶解的铝硅酸盐,诸如硅酸钾。加热中,该有机聚合物形成玻璃。而且,在该实施例中有可能使用溶胶凝胶技术来涂敷玻璃形成合成物的表面层。
该釉面形成成分对载体/介质的重量比通常在0.9∶1至1.2∶1的范围内。这是重要的,即尽可能高的保持该比例而有助于连续釉面层的形成。
一旦应用和合适的固定,通常由电缆的至少一个附加层来覆盖该釉面形成层。在发生应用该釉面形成成分的位置处向下挤压可以应用该层。例如,可以在与该导体直接接触的绝缘层上提供该釉面形成层,并且在其应用之后立刻在该釉面形成层上挤压出护套聚合物层。在该釉面形成层上提供一层可有助于将后者固定在合适的位置上。可以在该釉面形成层和该护套层之间提供耐割层。该耐割层可以被挤压到该釉面形成层上,然后将该护套层挤压到该耐割层上。
取决于在该涂层合成物中釉面形成成份的馏分,该釉面形成层通常具有500微米或更小的厚度,优选的250微米或更小,更优选的100微米或更小。为了节约,优选使用釉面形成成份的最小量(以及厚度)从而实现希望的结果,如上所述。典型的,该釉面形成层的厚度只是使用的该陶瓷形成层厚度的一小部分。例如,该釉面形成层的厚度通常是该陶瓷形成层厚度的50%或更小。实际上,该陶瓷形成层可以是0.8毫米,并且该釉面形成层是0.4毫米的厚度。本领域技术人员当然可以修改这些相对厚度,从而优化每个层的效果。
本发明实际使用的合适的釉面形成成份,载体和介质在市场上可获得。
本发明通过在此描述的技术也提供电缆或防火产品的制造过程。


图1是根据本发明的具有陶瓷形成绝缘层的电缆的透视图;图2是多导体电缆的透视图,其中本发明的合成物用作护套;图3显示了用于防火特性产品1的可能的设计;和图4显示了图3中位置II的横断面。
具体实施例方式
本发明的合成物用于导体的涂层时特别有用。该合成物因此适用于能在着火时提供电路完整性的电缆的制造。
图1和2分别显示了单导体和多导体电缆1、10,其具有绝缘层2、或层12,并且具有附加的热变化层4、14。在这两种电缆设计中,取决于该附加层的作用,该绝缘层和该热变化层的位置可以互换。
在该电缆的设计中,这些层可以被直接挤压在导体上,并且将该附加层挤压在绝缘层上。换句话说,在多芯电缆中,它们可以用作空隙填充物,作为添加到部件中以完成该部件的单独挤压填充物,作为在应用导线或带子护层之前的内层。
实际上,该合成物将典型的挤压在导体的表面上。利用常规设备以常规方式可以实施该挤压。如上所述,该绝缘层的厚度将取决于对导体的尺寸和操作电压的特殊标准的需要。典型的,该绝缘层将具有0.6至3毫米的厚度。例如,对于澳大利亚标准的额定为0.6/1kv35平方毫米导体将需要大约1.2毫米的绝缘厚度。要注意,可以产生电缆和防火特性产品以提供两个或多个互补的热变化层,其显示出在高温下优良的热和电绝缘特性。本发明能够制造优美简单设计的电缆,因为不需要包含单独的制造步骤,独特的层提供电绝缘、强度或防水特性。该电缆可以包含其他层,如耐割层和/或护套层。然而,该电缆不需要附加层以在高温下保持电绝缘。
在图3和4显示的实施例中,该金属基片12具有保护涂层16,其包括至少一个陶瓷形成层20和至少一个热变化层。热变化层的范例是牺牲层17,其具有釉面层18或形成坚固陶瓷18的层或釉面层18和形成坚固陶瓷19的层的组和。
在下面的非限制范例中示意本发明的实施例。
范例1一种合成物基于合成物A的EP聚合物形成,该合成物A包含如该说明书所述的聚磷酸铵和其他矿物。发现在暴露于1000℃之后具有轻微(2%)的膨胀。发现与其他陶瓷形成合成物相比具有稠密的表层,并且暴露于火中后防水。与,当利用在PCT/AU/2003/00183中描述的三点混合测试时,它具有比不包含聚磷酸铵的陶瓷形成合成物B高出因子7.5的高强度。
使用该合成物制造的电缆和用于电阻的测试时间,但是发现比的陶瓷形成合成物B的电阻低因子10。
通过只将将它用作在该合成物B的陶瓷形成层上的外层,来利用该层在强度和防水上提供的优点。
合成物A

合成物B

1.5平方毫米导体,由7根0.5毫米的普通铜导线捆绑在一起制成,被0.5毫米壁厚的陶瓷合成物B绝缘。该合成物A中逐条列出的合成物的第二层被直接挤压在上面,以提供1.0毫米的合成物壁厚。该绝缘导体通过扭曲装配有三个不同长度的相同绝缘导体。
然后将扭绞的绝缘导体包裹上市场上可获得的无卤素、低烟、低毒性热塑性化合物,形成最终的电缆。然后将该电缆进行AS/NZS30131995的电路完整性测试。
该电缆通过特定负载连接到形成电路的240伏电源,并在1050℃的最终温度下经历2个小时的煅烧测试,然后进行3分钟的水注喷射。
如所述的通过所示的合成物制造的电缆能保持电路完整性,并由此满足该测试的需要。
只使用合成物A的绝缘材料生产比较电缆,并且经历相同的测试,发现不能令人满意的执行。
范例235平方毫米铜导体的三个200毫米段用于形成不同的电缆设计原型。作为牺牲层的检验的挤压合成物是合成物C(主要大量添加氢氧化铝的乙烯丙烯橡胶,并包含过氧化物)和合成物D(包含过氧化物的硅酮聚合物用于热感应交联)。当在高温下加热时其形成陶瓷材料的合成物E(硅酮聚合物/云母/玻璃纤维/过氧化物73∶20∶5∶2)是所有三个原型的外层。通过同时将该合成物模塑和固化在电缆段上来准备该原型。该设计和层厚度显示在表1中。
表1

然后,在熔炉中将所有三个原型电缆在空气中加热到1000℃进行30分钟。然后将它们从熔炉中取出,并冷却到室温,监视它们在冷却期间的情况。
原型电缆1,其在导体和陶瓷形成合成物之间不具有层,当从熔炉取出时,未显示该陶瓷层上的可见裂缝。然后,在冷却期间该陶瓷绝缘材料逐渐裂缝,并且该电缆裂成几段。
原型电缆2C(根据本发明),当从熔炉取出时,未显示该陶瓷层上的可见裂缝,并且甚至在冷却15分钟后,没有发生绝缘材料裂缝或损耗。
原型电缆2D,具有该硅酮聚合物夹层,当从熔炉中取出时周围具有一些裂缝,并且在冷却8分钟后,发生严重裂缝,并且该电缆中部的大段的绝缘材料从该导体上剥落。
在测试后,对该电缆的直观和细微检查显示,在原型1中的陶瓷层有力的连接该铜导体上的氧化层。由于在氧化铜的薄层上附着的移位的陶瓷块,在该导体和该陶瓷之间的热膨胀失配导致冷却期间该陶瓷层的分解,该氧化铜从该导体表面剥离。对于原型2C,观察到连续粉末状残留物。该残留物似乎不能与该导体或该陶瓷绝缘材料反应或接合。因此有效的防止在该导体和该绝缘材料之间形成任何接合。与此相反,在原型2D中的夹层呈现坚硬和玻璃质,并与导体和该陶瓷层接合。
范例3由19根1.67平方毫米的导线制成的普通退火铜丝导体是电绝缘的,同时对于整个1.2毫米的壁厚具有基于EP聚合物的牺牲层和基于合成物E的陶瓷形成层的硅酮合成橡胶。类似的电缆仅仅由基于陶瓷形成层的硅酮合成橡胶制成而不具有该牺牲层。
在将这些样品焙烧到1000℃时,发现在这两种情况下仍然保持该导体的完整敷层。
然而,作为冷却的样品,由于不同化合价的氧化铜之间的相互作用,在不具有牺牲层的该样品中的导体开始破坏该陶瓷形成层。
在具有牺牲层的样品中,这不会发生。
范例4基于合成物的EP聚合物由62%的氢氧化镁制成用作高电阻的内牺牲层。在暴露于1000℃时,希望Mag(OH)2转变为MgO粉末,留下不会陶瓷化的粉末块。
由该材料制成的电缆样品包括35平方毫米和1.5平方毫米普通退火铜导体。在高达1050℃的熔炉中测试,导致Mag(OH)2理想的转变为MgO,并且导体上的粉末层由合成物J(在表3中给出)的外陶瓷形成层保持在合适的位置上。发现在1000℃下该层提供高出比其他内层材料系数2的较高电阻率。
范例5在该样品中,通过将占46份重量的市场上可获得的具有25℃下粘度为1175cPs的UV硬化聚丙烯树脂(TRA-coat15C)与10份重量的具有40μm平均粒度的精细白云母和44份重量的具有525℃软化点的玻璃粉“F”(在表2中给出的合成物)完全混合以产生均质混合物来制造釉面形成合成物。然后使用软刷将该釉面形成合成物应用在电缆样品的J合成物的陶瓷形成层上,并且也应用在尺寸为25毫米X15毫米X2毫米的相同的陶瓷形成绝缘材料片上。在空气中在速度为2米/分钟的传送带上使用F-600灯(120W/cm,360纳米)来执行该釉面形成层的UV硬化。在一个通过辐射单元后,该样品被硬化。该釉面形成层的厚度在100-600微米的范围内。然后在马弗炉中将涂敷的样品在1000℃中煅烧30分钟。在目视检查中,该煅烧的样品没有较大的缺陷/裂缝。发现在焙烧中,该釉面形成层在该陶瓷形成层上形成连续的陶瓷釉面。该釉面形成层不透水,这通过在该釉面上的水滴留存超过一分钟而没有渗透到该陶瓷形成层下面来揭示。
范例6用硼酸锌或硼氧化物替代该上面范例5中描述的釉面形成合成物中的9-23份重量的玻璃粉可进一步提高该釉面层的不透水性。
范例7在该范例中,通过将40份重量的包含90%水的聚乙烯的水溶液(乙烯醇)与占30份重量的具有525℃软化点的玻璃粉“F”和30份重量的具有500℃软化点的玻璃粉“G”以及在表2中给出的合成物完全混合以产生均质混合物来制造釉面形成合成物。然后使用软刷将该釉面形成合成物应用在电缆样品的合成物K(在表3中给出)的陶瓷形成层上。该釉面形成层的厚度在150-300微米的范围内。然后在马弗炉中将涂敷的样品在1000℃中煅烧30分钟。在目视检查中,该煅烧的样品没有较大的缺陷/裂缝。在焙烧中,该釉面形成层在该陶瓷形成层上形成连续的陶瓷釉面。该釉面形成层不透水,这通过在该釉面上的水滴留存超过一分钟而没有渗透到该陶瓷形成层下面来揭示。
范例8用具有平均粒度为大约40μm的精细白云母替代该上面范例7中描述的釉面形成合成物中的10份重量的玻璃粉“G”可导致釉面层均匀并且不透水。
范例9在该范例中,该釉面形成合成物包括具有525℃软化点的玻璃粉“H”(在表2中给出的合成物)。通过将电缆拉过玻璃粉的振动床将该玻璃粉施加在电缆样品的合成物K的陶瓷形成层上。在工业规模中,本申请方法也许并不实际,但是最终结果本质上与通过上述静电淀积方法获得的结果相同。根据包括在2.5米至3米的距离处12.5l/min的速率喷水的澳大利亚标准AS3013,在气燃炉中将涂覆的电缆样品和未涂覆、其他一致的电缆样品在1050℃下煅烧2小时,之后喷水3分钟。发现根据本发明涂覆的电缆显示了比不具有釉面形成层的比较电缆更优良的抗水性。事实上,后者在1分钟内短接,而具有该釉面形成层的电缆持续了整3分钟的喷水时段。确信这清楚的论证了在暴露于高温后,该釉面形成层在减小水渗入该陶瓷形成层上的效果。
表2在组成的氧化物的重量百分比中指定的玻璃粉的成份

范例10在不同的载体聚合物中使用高级玻璃粉F制造合成物,包括可硬化丙烯酸UV,和EP聚合物。这些合成物用作陶瓷形成合成物K上的薄层(0.2-0.4毫米),该陶瓷形成合成物K已经被挤压在1.5平方毫米(7/0.5毫米束)的普通退火铜导体上。发现,尽管可以提供合适的釉面层,但是该层中的材料引起该陶瓷化绝缘材料在1000℃下的电阻无法接受的降低,使得它们不适用于电缆应用。
表3

权利要求
1.一种电缆,包括至少一个导体,当暴露于高温时形成陶瓷的绝缘层和至少一个附加热变化层,在至少暴露于高温期间或之后时,该热变化层增强该绝缘陶瓷形成层的物理特性。
2.如权利要求1的电缆,其中当暴露于火中高温时,该绝缘层形成自支撑陶瓷层。
3.如权利要求1或2的电缆,其中从以下构成的组中选择由至少一个附加热变化层增强的该绝缘陶瓷形成层的物理特性i)在暴露于火之前、期间或之后时该组合层的机械强度,ii)在暴露于火之后,该陶瓷形成层的结构完整性;iii)在暴露于火之后,该组合层的进水阻力;和iv)在暴露于火中期间或之后时,该组合层的电阻或热阻。
4.如权利要求1或2的电缆,其中该至少一个热变化层是第二陶瓷形成层,其随着该绝缘层挤压在该导体上,并且当暴露于高温时形成自支撑的陶瓷。
5.如权利要求2的电缆,其中形成的第二陶瓷比由该绝缘层形成的陶瓷坚固。
6.如权利要求2的电缆,其中该第二陶瓷形成层包括有机聚合物,无机耐熔填充物和无机磷酸盐。
7.如权利要求6的电缆,其中该无机填充物是硅酸盐矿物填充物。
8.如权利要求6的电缆,其中该无机磷酸盐是聚磷酸铵。
9.如权利要求8的电缆,其中基于该合成物的总重量,在20-40%的重量范围内提供该聚磷酸铵。
10.如权利要求6的电缆,其中该第二陶瓷形成层还包括从镁和铝的氧化物和氢氧化物构成的组中选择的附加无机填充物和添加剂。
11.如权利要求10的电缆,其中该附加无机填充物是氢氧化铝。
12.如权利要求1或2的电缆,其中至少一个热变化层是设置在该金属导体上的牺牲层,该层由包括有机聚合物和无机填充物的合成物形成。
13.如权利要求12的电缆,其中在高温或低于高温下,该牺牲层分解,导致在基片和陶瓷之间形成无机填充物层,以便防止或最小化该陶瓷粘合到金属导体上。
14.如权利要求13的电缆,其中该牺牲层包括至少50%重量的无机填充物。
15.如权利要求12的电缆,其中在该牺牲层中的有机聚合物在该陶瓷形成层形成陶瓷的温度中或该温度以下分解。
16.如权利要求12的电缆,其中在该牺牲层中的有机聚合物在热分解时留下很少或没有留下残留物。
17.如权利要求12的电缆,其中该牺牲层的厚度是0.2-2毫米。
18.如权利要求12的电缆,其中该无机填充物是氢氧化镁。
19.如权利要求1或2的电缆,其中该至少一个热形成层是釉面形成层,其包含在暴露于高温后,冷却以形成釉面层的成份,该釉面层基本是不透水的。
20.如权利要求19的电缆,其中该釉面形成层包括两种或多种釉面形成成份。
21.如权利要求19的电缆,其中该釉面形成成份从包含两种或多种材料的组合物的组中选择,这些材料在高温时反应/组合以形成熔融玻璃、玻璃或在与火有关的高温下软化/熔化的玻璃混合物。
22.如权利要求19的电缆,其中构成该釉面形成层的合成物还包括载体成份,其能使该釉面形成层与该陶瓷形成层共同挤压在该导体上。
23.如权利要求22的电缆,其中该釉面形成成份对载体成份的重量比在0.9∶1到1.2∶1的范围内。
24.如权利要求1或2的电缆,其中至少一个附加层是操作强度层。
25.如权利要求1或2的电缆设计,其中该至少一个附加层是在与火有关的高温中形成较弱的自支撑陶瓷的护套层。
26.一种生产电缆的方法,包括将绝缘层挤压在导体上的步骤,该绝缘层当暴露于高温时形成自支撑陶瓷,并挤压至少一个暴露在与火有关的温度中时可变化的辅助层,以增强该陶瓷形成层的物理特性。
27.如权利要求26的方法,其中由该至少一个辅助层增强的特性是以下至少之一i)在暴露于火之前、期间或之后时该组合层的机械强度,ii)在暴露于火之后,该陶瓷形成层的结构完整性;iii)在暴露于火之后的进水阻力;和iv)在暴露于期间或之后时,该组合层的电阻或热阻。
28.如权利要求26的方法,其中至少一个辅助层包括第二陶瓷形成层,当其暴露于高温时形成自支撑和不同强度的陶瓷。
29.如权利要求28的方法,其中形成的第二陶瓷比由该绝缘层形成的陶瓷坚固。
30.如权利要求29的方法,其中该第二陶瓷形成层包括有机聚合物,无机填充物和无机磷酸盐。
31.如权利要求30的方法,其中该无机磷酸盐是聚磷酸铵。
32.如权利要求31的方法,其中该聚磷酸铵占总成分的重量的20-40%的量。
33.如权利要求30的方法,其中该无机填充物是硅酸盐矿物填充物。
34.如权利要求30的方法,其中该第二陶瓷形成层还包括从镁和铝的氧化物和氢氧化物构成的组中选择的附加填充物和添加剂。
35.如权利要求34的方法,其中该附加填充物或添加剂是氢氧化铝。
36.如权利要求26的方法,其中至少一个辅助层是设置在该金属导体上的牺牲层,该层是由包括无机聚合物和无机填充物的合成物形成。
37.如权利要求36的方法,其中该牺牲层包括至少50%重量的无机填充物。
38.如权利要求37的方法,其中该无机填充物是氢氧化镁。
39.如权利要求36的方法,其中该牺牲层的厚度是0.2-2毫米。
40.如权利要求26的方法,其中该至少一个辅助层是釉面形成层,其在暴露于高温后,冷却以形成基本是不透水的釉面层。
41.如权利要求40的方法,其中该釉面形成层包括至少一个釉面形成成份和载体成份,该至少一个釉面形成成份对载体成份的重量比在0.9∶1至1.2∶1的范围内。
42.一种设计电缆的方法,包括以下步骤选择用于挤压在导体上的陶瓷形成层,该陶瓷形成层当暴露于火中经历的高温时形成自支撑陶瓷层;在暴露于火之前、期间和之后时确定该陶瓷形成层的特性;选择用于辅助层的材料,该辅助层增强该陶瓷形成层的物理特性;和将该陶瓷形成层和至少一个辅助层挤压在导体上。
43.一种耐火产品,包括金属基片,当暴露于高温时形成陶瓷的保护层,和至少一个热变化层,在至少暴露于高温期间或之后时,该热变化层增强该保护陶瓷形成层的物理特性。
44.如权利要求43的产品,其中从以下构成的组中选择由至少一个附加热变化层增强的该保护陶瓷形成层的物理特性i)在暴露于火之前、期间或之后时该组合层的机械强度,ii)在暴露于火之后,该陶瓷形成层的结构完整性;iii)在暴露于火之后,该组合层的进水阻力;和iv)在暴露于火中或之后时,该组合层的电阻或热阻。
45.如权利要求43的产品,其中该至少一个热变化层是形成自支撑和不同强度的陶瓷的第二陶瓷形成层。
46.如权利要求45的产品,其中形成的第二陶瓷比由其他陶瓷形成层产生的陶瓷坚固。
47.如权利要求45的产品,其中第二陶瓷形成层应用于金属基片上,并且包括有机聚合物、无机填充物、和无机磷酸盐。
48.如权利要求47的产品,其中该无机磷酸盐是聚磷酸铵。
49.如权利要求48的产品,其中基于该合成物的总重,在20-40%重量的范围内提供该聚磷酸铵。
50.如权利要求47的产品,其中该无机耐熔填充物是矿物硅酸盐。
51.如权利要求47的产品,其中该第二陶瓷层该包括从镁和铝的氧化物和氢氧化物构成的组中选择的附加填充物和添加剂。
52.如权利要求51的方法,其中该附加填充物或添加剂是氢氧化铝。
53.如权利要求44的产品,其中至少一个热变化层是设置在该金属基片上的牺牲层,该层是由包括有机聚合物和无机填充物的合成物形成。
54.如权利要求53的产品,其中在高温或低于高温下,该牺牲层分解,导致在金属基片和陶瓷之间形成无机填充物层,以便防止或最小化该陶瓷粘合到基片上。
55.如权利要求54的产品,其中该牺牲层包括至少50%重量的无机填充物。
56.如权利要求44的产品,其中该至少一个热形成层是釉面形成层,其包含在暴露于高温后,冷却以形成釉面层的成份,该釉面层基本是不透水的。
57.如权利要求56的产品,其中该釉面形成成份从包含两种或多种材料的组合物的组中选择,这些材料在高温时反应/组合以形成熔融玻璃、玻璃或在与火有关的高温下软化/熔化的玻璃混合物。
58.如权利要求56的产品,其中构成该釉面形成层的合成物还包括载体成份,其能使该釉面形成层应用于该陶瓷形成层。
59.如权利要求43的产品,其中该至少一个附加层是操作强度层。
60.如权利要求43的产品,其中该至少一个附加层是在与火有关的高温中形成较弱的自支撑陶瓷的操作层。
61.一种生产耐火产品的方法,包括将陶瓷形成层应用在金属基片上的步骤,该陶瓷形成层当暴露于高温时形成自支撑陶瓷,和应用至少一个辅助层的步骤,该辅助层当暴露于和火有关的温度中时是可变化的,以增强该陶瓷形成层的物理特性。
62.如权利要求61的方法,其中由该至少一个辅助层增强的特性是以下至少之一;i)在暴露于火之前、期间或之后时该组合层的机械强度,ii)在暴露于火之后的进水阻力;iii)在暴露于火之后,该陶瓷形成层的结构完整性;和iv)在暴露于火中或之后时,该组合层的电阻或热阻。
63.如权利要求62的方法,其中至少一个辅助层包括形成自支撑和不同强度的陶瓷的第二陶瓷形成层。
64.如权利要求63的方法,其中形成的第二陶瓷比由其他陶瓷形成层产生的陶瓷坚固。
65.如权利要求63的方法,其中该第二陶瓷形成层包括有机聚合物、无机耐熔填充物、和无机磷酸盐。
66.如权利要求63的方法,其中该无机磷酸盐是聚磷酸铵。
67.如权利要求66的方法,其中基于该合成物的总重,在20-40%重量的范围内提供该聚磷酸铵。
68.如权利要求62的方法,其中该至少一个辅助层是设置在该导体上的牺牲层,该层是由包括无机聚合物和无机填充物的合成物形成。
69.如权利要求68的方法,其中该牺牲层包括至少50%重量的无机填充物。
70.如权利要求62的方法,其中该至少一个辅助层是釉面形成层,其在暴露于高温后,冷却以形成釉面层,该釉面层基本是不透水的。
全文摘要
一种电缆(1)包括导体(3)、绝缘层(2),当暴露于火中高温时,该绝缘层形成自支撑陶瓷层,和附加的热变化层(4)。该附加层(4)可以是当暴露于火中时形成自支撑陶瓷层的另一层,或者它可以充当在该绝缘层形成陶瓷的温度中或低于该温度下进行分解的牺牲层。在遇火期间或遇火之后该附加层可加强这些层的强度,加强遇火之后绝缘层的结构完整性,加强对于遇火之后进水的抵抗力,或者在遇火期间或遇火之后加强该层的电阻和热阻。
文档编号H01B3/12GK1768394SQ200480009132
公开日2006年5月3日 申请日期2004年3月31日 优先权日2003年3月31日
发明者格雷姆·亚历山大, 程一兵, 罗伯特·保罗·伯福德, 亚莱·曼苏里, 克里斯多佛·伍德, 肯尼斯·威利斯·巴尔伯, 普拉因格·多恩·达亚南达·罗德里戈, 伊万·伊万诺夫 申请人:陶瓷聚合体有限公司
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1