专利名称：包含剪切致稠组合物的缆线的制作方法
技术领域：
本发明涉及缆线。在一个方面，本发明涉及能量和通讯缆线，而另一 方面，本发明涉及保护这些缆线免受因外加力导致损坏的方法。在其他应 用中，本发明涉及包含剪切致稠组合物的缆线。
背景技术：
能量和通讯传输缆线易于受到许多不同方式导致的损坏，包括被如下
物体戳穿铁4产、卡车和其他设备，加上子弹、箭和其他抛物体。使用厚 的绝缘塑料层、金属铠装层等设计缆线以抵抗这些破坏。 一种设计是在导 体部件周围为双层或多层绝缘和/或保护涂层，如美国专利4,789,589、 5,841,072和7,105,749教导的那些。另 一种设计包括涂布聚合物的金属屏蔽 物和铠装产品，如得自The Dow Chemical Company的ZETABONtm金属铠 装产品。此设计的一种变型是用发泡聚合物层，例如发泡聚丙烯层代替金 属层。
还有另 一种设计是含有阻水的触变凝胶的緩冲管，如美国专利 6,714,707、 6,496,629和5,505,773教导的。另 一设计是4吏用油脂组合物作为 缆线填充材料，如美国专利5,433,872教导的。这些油脂组合物包括分子量 为至少4,000的多元醇和使该多元醇增稠的试剂如胶粒。美国专利申请公开 2004/0063812 Al教导了一种缆线填充材料，它是微球和凝胶的分散体，其 中所述凝胶含有油性基质和有机高分子胶凝剂。
需要与这些现有的抵抗损坏的技术一样有效的和更有效的体系。修补 和/或更换这些损坏的缆线是昂贵而费时的；与使用受损的缆线引起的损失 有关的费用和麻烦可能是显著的；以及由损坏的缆线(例如高能电力缆线) 可能招致的人身伤害和性能损失可能是巨大的。因此，能够加入对外加力
的进步。
4发明概述
在一种实施方式中，本发明为一种缆线，其包括被装入缆线护套中的 剪切致稠流体包围的导体。所述导体可以设计成导电或导光，且所述剪切 致稠流体体系是悬浮在载体或低粘度流体中的颗粒的组合。所述缆线护套 可以由任何合适的材料如金属、塑料等制成，并且往往由聚合物材料如聚 烯烃制成。该缆线可以包括其他结构组件如一个或多个绝缘材料层、芯管
(coretube)或緩沖管结构、半导体屏蔽材料、加固线材或元件，以及金属带 屏蔽材料。
在缆线中分散剪切致稠流体的方式可以大幅变化。在一种实施方式中， 剪切致稠流体和缆线护套的聚合物基质分散在一起。在另一实施方式中， 剪切致稠流体分散在聚合物基质中，该聚合物基质和缆线护套共挤出、涂 布在缆线护套上，或者和缆线护套层合在一起。在此实施方式中，护套以 外层(即，暴露于环境的层)的形式存在，含有剪切致稠流体的聚合物基质以 内层(即，面对缆线内部的层)的形式存在。在又一实施方式中，剪切致稠流 体构成不连续的层，而不是受缚于缆线内的聚合物，例如，作为缆线内另 一层(如緩冲管或半导体包裹物(wrap))上的涂层，或者被携带在带或织物上 以及缠绕在缆线的一个或多个内部组件周围。在另一实施方式中，剪切致 稠流体包含在缆线组件中，所述缆线组件包括另外存在于缆线设计中的纤 维或纱以提高缆线的性质如抗拉强度。在此实施方式中，这些纱或纤维可 以松散地包含在缆线结构中，或者它们可以包含在其他结构组件如芯管或 緩冲管中。在另一实施方式中，剪切致稠流体为充满缆线内一个或多个通 道的自由或不受约束(loose or unbound)的流体。 在另一实施方式中，本发明使用剪切致稠流体以提高发泡或膨胀聚合 物体系的耐用性(abuse resistance)和抗冲性，该聚合物体系在缆线中用作绝
内。包含发泡聚合物体系的缆线绝缘材料层可以降低信号衰减并可以增加 缆线的物理性 能。
在另一实施方式中，本发明使用剪切致稠流体形成高品质成焦(char forming)的阻燃体系，其中将要求具有阻燃性能的填料体系部分或全部加入 剪切致稠流体组成中，或者将要求具有阻燃性能的填料体系用剪切致稠流 体中的填料补充。阻燃聚合物组合物常常用在外层和内层或缆线部件中，以在失火时保护缆线或周围环境免于损坏。在阻燃体系中^_用剪切致材料 可以使体系在引起剪切致稠响应的环境下产生优异的性能。本实施方式的 缆线的特征在于既具有阻燃性又具有剪切致稠功能。
优选实施方式的描述 "缆线"、"电力缆线"、"输送线"等术语指在保护性护套或外壳 内的至少一根线材或光纤。通常，缆线是绑在一起的两根或更多根线材或 光纤，通常在常用的保护性护套或外壳中。在护套内的单根线材或纤维可 以是棵露的、被覆盖的或绝缘的。组合缆线可以既含有电线又含有光纤。
可以将该缆线等设计用于低压、中压或高压应用中。在美国专利5,246,783、 6,496,629和6,714,707中说明了典型的缆线设计。
"剪切致稠流体，，、"极限剪切致稠流体，，、"STF" 、 "ESTF，，等 术语指随着剪切应力增加显示出粘度具有大的、有时不连续的增加的液体 组合物。除了其他组分之外，剪切致稠流体可以包含在流体的剪切致稠特 性方面起作用的一种或多种填料，这些其他组分的含量使得它们本质上不 影响流体对应力增加的剪切致稠响应。
在本发明实践中使用的剪切致稠流体是现有技术中已知的， 一般性地 描述在美国专利申请公开US 2005/0266748 Al中。这些流体通常是悬浮在 溶剂中的颗粒的组合。所用的颗粒可以由各种材料制成，例如但不限于， 无机氧化物如二氧化硅，金属碳酸盐如碳酸钙，或有机聚合物如聚苯乙烯 或聚曱基丙烯酸曱酯，或由乳液聚合制备的聚合物。所述颗粒可以稳定在 溶液中或通过电荷、布朗运动、吸附的表面活性剂，和吸附的或接枝的聚 合物，聚电解质，聚两性电解质，或低聚物进行分散。颗粒形状包括球形 颗粒、椭圆形颗粒、或者盘状或粘土状颗粒。该颗粒可以是合成的和/或天 然存在的无机材料。另外，该颗粒在尺寸和形状上可以是单分散的、双分 散的或多分散的。
粒度可以方便地改变，但通常小于约l微米，优选小于约0.5微米，更 优选小于约0.25微米((im),使得颗粒可以容易地加入缆线结构体中，由此 充满与STF接触的缆线组件(例如导体和半导体屏蔽材料，绝缘材料和半 导体屏蔽材料等)之间或之中可能存在的任何间隙。使用的载体流本性上可以是水性的(即，添加或不添加盐如氯4匕钠的 水，以及控制pH的缓冲液)用于静电稳定的或聚合物稳定的颗粒，或者有 机物(如乙二醇、聚乙二醇、乙醇)，或者硅类(如硅油、苯基三曱基硅氧烷)。 载体流也可以由载体流的相容混合物构成，并可以含有游离表面活性剂、 聚合物和低聚物。载体流优选是环境稳定的，由此在使用期间它们保持缆 线和悬浮颗粒的完整。
颗粒悬浮在栽体流中并应产生具有剪切致稠性质的流体。剪切致稠不 要求膨胀响应，即，它可能与体积增加无关，该体积增加例如常常在干燥
粉体中观察到或者有时在较大颗粒(例如，粒度大于IOO微米的颗粒)的悬浮
液中观察到。所述载体流可以用第二载体流稀释。
为了保护缆线免受外加力，优选剪切致稠流体直接位于缆线的最外层 的下面，使得因机械方式引起的变形将使该物质剪切致稠并由此保护缆线 最里面的组件免受损坏。在缆线制造时可以通过注入自由i也施加该流体，
或者可以将其束縛至最外层或铠曱层，或其他内层。也可以将STF浸渍到 多种可行的基质(例如，塑料、织物等)之一中，然后用于捆绑或包裹缆线的 内部组件，如中心管、芯管、緩沖管、单根线材、双绞式线材(twistedpairs of wires)等。剪切致稠流体也可以用于填充或充满缆线内部各组件周围的空隙 中，或者缆线设计的多个内层之间的空间。
缆线可以包括适合其最终用途如电力输送、通讯、地上或地下应用、 海底应用等的一种或多种结构材料，它可以采取4壬何合适的结构。可以构 造缆线的代表性聚合物包括聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚醚、高分子碳氟化 合物、聚氨酯、聚硅氧烷等，缆线可以采取如美国专利5,246,783、 6,496,629 和6,714,707中描述的多种不同设计中的任何一种。
在另 一 实施方式中，可以将剪切致稠流体加入能发泡的绝缘材^l"组合 物中，使得发泡过程将剪切致稠流体提供到发泡材料包含的小孔的壁上， 从而在发泡材料中提供剪切致稠特性。此剪切致稠提供有效的体系用于获 得期望的气泡尺寸和分布，同时也提供弹性的和保护性的泡沫层。在另一 实施方式中，将剪切致稠流体加到发泡材料的小孔的内部，由此增强发泡 材料的保护性能。
剪切致稠流体可以包含在任何泡沫组合物中，例如，聚氨酯、聚烯烃 等中，并可以用于任何发泡方法，例如使用化学或物理发泡剂的方法，交
7联或非交联等。代表性的泡沫组合物和方法描述在如下文献中美国专利
5,288,762、 5,340,840、 5,369,136、 5,387,620和5,407,965， D. Klempner和 K.C. Frisch编辑的T/a"c/6ooA: 尸o/jwerawc/ rec/z"o/ogy, Hanser Publishers, Munich, Vienna, New York, Barcelona (1991)。在这些泡;末纟且合物 和发泡方法中剪切致稠流体的含量和使用方式是本领域技术人员熟知的。
在另一实施方式中，剪切致稠体系可以是阻燃体系(其基质由室温或燃 烧温度下为流体的材料提供)的组成部分。这些体系可以含有卣化或非卣化 填料，该填料有常规尺寸和纳米尺寸两种，这有助于在着火条件下缆线的 成焦性能。
通过使用阻燃剂和剪切致稠流体可以变为阻燃或防火的聚合物的非限 制性实例包括聚烯烃(包括WO2006026256列出的那些)、聚酰胺、聚苯乙烯、 丙烯酸类树脂、聚氯乙烯、聚氨酯、聚酯，或者那些还包含硅烷官能团、 环氧官能团或在水存在下将反应而交联聚合物树脂的其他官能团的聚合 物。
代表性的阻燃剂和填料包括滑石、碳酸钙、有机粘土、玻璃纤维、大 理石粉、水泥粉、长石、硅石或玻璃、凝熔二氧化硅、硅酸盐、氧化铝、 各种含磷化合物、溴化铵、三氧化锑、氧化锌、硼酸锌、 >琉酸钡、有机硅、 硅酸铝、硅酸钩、氧化钛、玻璃微球、白垩、云母、粘土、硅灰石、八钼 酸铵、膨胀化合物、可膨胀石墨，和两种或更多种这些材料的混合物。填 料还可以携带或含有多种表面涂层或处理物，如硅烷、脂肪酸等。卣化的 有机化合物包括卣化烃如氯化石蜡，卣化的芳族化合物，如五溴曱苯、十 溴苯醚、十溴二苯基乙烷、亚乙基-双(四溴邻苯二曱酰亚胺)、全氯戊环癸 烷(dechlorane)加上其他含卣素的阻燃剂。本领域4支术人员^!夸知道并选择与 组合物期望的性质相符合的合适的卣化剂。组合物可以进一步包含多种其 他添加剂。通常添加潮气固化催化剂，如二月桂酸二丁基锡或二锡氧烷 (distannoxane)用于可潮气固化树脂。可以添加过氧化物和自由基引发剂用于 交联所述树脂。此外，在需要时可以添加颜料和填料。
组合物可以含有其他添加剂，例如，抗氧4匕剂(如，受阻酚，例如Ciba Specialty Chemicals的IRGANOXTMl010，注册商标)，亚磷酸酯(例如，Ciba Specialty Chemicals的IRGAFOS 168,注册商标)，UV稳定剂，粘结添加 剂，光稳定剂(如受阻胺)，增塑剂(如邻苯二甲酸二辛酯或环氧化大豆油)，热稳定剂，脱模剂，增稠剂(如烃类增稠剂)，蜡(如聚乙烯蜡)，加工助剂(如 油类、有机酸如硬脂酸、有机酸的金属盐)，交联剂(如过氧化物或硅烷)， 着色剂或颜料(添加范围使得它们对本发明组合物期望的物理或机械性能没 有干扰)，以及其他阻燃添加剂。上述添加剂以本领域技术人员已知的功能 等价量进行使用，通常该量基于组合物的总重量至多为约65wt%。
可以通过本领域已知的任何合适的方式将本发明的组合物进行加工以 制备制品。例如，通过已知方法，如压延、吹制、流延、才齐出或共冲齐出方 法，可以将组合物加工为膜或片材或者多层结构的一个或多个层。也可以 由包含剪切致稠流体的组合物制备注塑部件、压塑部件、挤出部件或吹塑 部件。
尽管通过前面的说明以相当多的细节描述了本发明，但此细节是为了 说明而不应看作对所附权利要求书的限制。所有美国专利、美国专利申请 和美国专利申请公开并入本文作为参考。
权利要求
1.缆线，其包括被装入缆线护套中的剪切致稠流体包围的导体。
2. 权利要求1的缆线，其中所述剪切致稠流体包括载体流和颗粒，所 述颗粒包括无机氧化物、金属碳酸盐或有机聚合物中的至少 一种。
3. 权利要求2的缆线，其中所述无机氧化物为二氧化硅。
4. 权利要求2的缆线，其中所述金属碳酸盐为碳酸钙。
5. 权利要求2的缆线，其中所述有机聚合物为聚苯乙烯或聚曱基丙烯 酸曱酯中的至少一种。
6. 权利要求2的缆线，其中粒度小于约1微米。
7. 权利要求6的缆线，其中所述导体包括铜或铝。
8. 权利要求6的缆线，其中所述导体包括至少一根光导纤维线。
9. 权利要求6的缆线，其中所述载体流包括水。
10. 权利要求6的缆线，其中所述载体流是有机物。
11. 权利要求10的缆线，其中所述载体流是乙二醇、聚乙二醇、乙醇 或硅类流体中的至少 一种。
12. 权利要求6的缆线，其中所述缆线进一步包括半导体屏蔽材料、绝 缘材料和金属带屏蔽材料中的至少 一种。
13. 权利要求12的缆线，其中所述护套、半导体屏蔽材料、绝缘材料 和金属带屏蔽材料中的至少一种包含聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚醚、高分 子碳氟化合物、聚氨酯和聚硅氧烷中的至少一种。
14. 能发泡的绝缘材料组合物，其包括剪切致稠流体，该流体在对发泡 绝缘材料施加足够的形变时将提供剪切致稠特性。
15. 缆线结构体，其中将赋予所述缆线阻燃性需要的填料体系部分或全 部加入剪切致稠流体。
16. 缆线结构体，其中用赋予所述缆线阻燃性需要的填料体系补充剪切 致稠流体。
17. 权利要求1的缆线，其中所述缆线护套包括聚合物材料，所述剪切 致稠流体分散在该材料中。
18. 权利要求l的缆线，其中所述剪切致稠流体分散在聚合物材料中， 所述聚合物材料与聚合物缆线护套共挤出、与聚合物缆线护套层合，或者 涂布在聚合物缆线护套上。
19. 权利要求l的缆线，其中所述剪切致稠流体在缆线内是不连续层。
20. 权利要求19的缆线，其中所述剪切致稠流体负载在带或织物上， 所述带或织物缠绕在除缆线护套之外的一个或多个缆线组件周围。
21. 权利要求1的缆线，其中所述剪切致稠流体负载在疏松纤维层内或 在纱或线内。
22. 权利要求21的缆线，其中所述纱或线包含在所述缆线的另一结构 组件内。
23. 权利要求22的缆线，其中所述另一结构组件为芯管和緩沖管中至 少之一。
24. 权利要求1的缆线，其中所述剪切致稠流体在缆线通道内分散自由 且不受约束。
全文摘要
剪切致稠组合物可以在能量或通讯传输缆线中起作用以提供增强的对抗外加力(例如，铁铲切断或戳穿)的保护。作为自由层或受缚层，或者当经由浸渍到内部组件或包裹物所用的基材中而使用时，该剪切致稠组合物提供远远胜过常规技术的对抗机械损坏的保护。在用于缆线组件的能发泡的组合物中，所述剪切致稠组合物提供适合于改进泡沫性能的增强的聚合物熔体的完整性。作为阻燃成分，该剪切致稠组合物提供适合于优异的阻燃性的改进的成焦机理。
文档编号H01B7/18GK101563733SQ200780047226
公开日2009年10月21日 申请日期2007年11月29日 优先权日2006年12月19日
发明者劳伦斯·H·格罗斯, 斯科特·H·沃瑟曼, 杰弗里·M·科根, 蒂莫西·J·珀森 申请人:联合碳化化学及塑料技术有限责任公司