專利名稱：高溫絕緣帶和用其覆套的電線或電纜的制作方法
高溫絕緣帶和用其覆套的電線或電纜本發(fā)明涉及適合在諸如在鉆井或采礦、商用或軍用航空航天和船舶應(yīng)用及汽車、軌道和大量運(yùn)輸?shù)挠行枨蟮幕驉毫拥臈l件中使用的高性能、耐高溫的電線和電纜，其還可為耐火的。這類電纜可能暴露于極端溫度以及暴露于腐蝕性物質(zhì)或氣氛或者暴露于火。高性能電線通常包括功能性芯，諸如電導(dǎo)體或光學(xué)纖維；和一個(gè)或多個(gè)絕緣和/或保護(hù)包覆層。這些包覆層應(yīng)為柔性且體積不龐大的，因?yàn)樵诤芏嗲闆r下需要電線具有小直徑。所述小直徑、高性能的電線可通過包裹薄的單層或多層帶、通過擠出或通過這些技術(shù)的組合來形成。 已知各種類型的聚合物適用于電線和電纜護(hù)套，諸如聚四氟乙烯(PTFE)和聚醚醚酮(PEEK)。PTFE具有非常堅(jiān)韌以及化學(xué)惰性、高軟化點(diǎn)、低摩擦系數(shù)和優(yōu)良電絕緣性質(zhì)的優(yōu)勢(shì)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)PEEK日益用于電線和電纜護(hù)套中，因?yàn)槠渚哂袃?yōu)良的耐燃性、在極低發(fā)煙的情況下自動(dòng)滅火。其還具有優(yōu)良伸長(zhǎng)率、處于諸如薄膜的薄片狀態(tài)下的優(yōu)良柔性和對(duì)于動(dòng)態(tài)切割和擦刮磨損的優(yōu)良機(jī)械抗性。然而，其可對(duì)電弧徑跡以及由丙酮和強(qiáng)酸引起的侵蝕敏感。EP-A-572 177公開了多孔PTFE和PEEK的電絕緣疊層物。其目的在于提供用于航空電線絕緣的柔性電絕緣材料，其為輕質(zhì)的，具有高機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性和耐化學(xué)性及降低的介電常數(shù)。需要耐火以及耐極高溫度的電線和電纜絕緣材料。賦予這種耐燃性的一種方式是施加包含分散在聚合物基質(zhì)中的云母粒子(典型地薄片)的包覆層。JP-A-2003100149例如公開了細(xì)云母粉和玻璃粉在聚硅氧烷樹脂中的分散體用于涂覆耐火電纜的用途。然而，云母可增加成本且因此需要降低電纜護(hù)套的云母含量。例如，JP-A-2006120456設(shè)法通過組合玻璃帶以賦予聚硅氧烷帶拉伸強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性來賦予耐熱性、電特性和膠粘性來避免使用云母。JP-A-2000011772公開了用與氫氧化鋁和云母粉混合的交聯(lián)聚硅氧烷橡膠制成的耐火包覆層。還需要直徑減小的電線和電纜，其可通過使用厚度減小的護(hù)套來獲得。GB-A-2460686公開了具有功能性芯和包括包含分配在諸如聚硅氧烷的聚合物基質(zhì)中的云母粒子的內(nèi)部防火層、PEEK包裹薄膜和具有PEEK或另一聚合物的外包覆層的護(hù)套的電線。以這種方式，可得到需要的耐溫度性和耐燃性，而云母限制在三層中的一層中，該層的厚度優(yōu)選不超過100 μ m。W08900757 (Penneck)描述了具有優(yōu)良電性質(zhì)和機(jī)械性質(zhì)的電線，其具有圍繞導(dǎo)體的無機(jī)電弧控制層、圍繞電弧控制層的包含芳族聚合物的絕緣層和圍繞絕緣層的第二徑跡控制層。該電線顯示出優(yōu)良的耐干電弧和濕徑跡性質(zhì)。然而，仍然需要除了具有優(yōu)良的絕緣性和耐高溫性以外還具有特別是在高溫下改善的機(jī)械性質(zhì)的電線和電纜。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供包括具有至少兩層的疊層物或共擠出物的復(fù)合絕緣帶，所述疊層物或共擠出物包括具有聚合物基質(zhì)的絕緣第一層，其優(yōu)選耐高溫且也可耐火，其中分散有云母粒子；和具有含有芳族環(huán)和/或雜環(huán)且具有至少350°c的熔點(diǎn)和至少150°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的聚合物的第二構(gòu)造層。絕緣云母層可具有背襯層，例如具有玻璃纖維的支撐層或具有諸如聚烯烴的另一聚合物的層。在另一實(shí)施方案中，復(fù)合帶可具有施加到第二層的與第一層相反的表面上和/或施加到第一層的與第二層相反的表面上的含氟聚合物包覆層。所述含氟聚合物層可例如基于PTFE、PFA或FEP且可通過包括施加為包覆層的各種方法施加。施加到電線的內(nèi)部和/或外部含氟聚合物層的優(yōu)勢(shì)包括
(i)增強(qiáng)的電絕緣；
( )改善的對(duì)于電線終端的絕緣材料剝落；和· (iii)在含氟聚合物包覆層在用包裹的帶絕緣的電線外側(cè)的情況下，可以加熱該含氟聚合物層以將其熔化并產(chǎn)生均勻?qū)?。根?jù)本發(fā)明的另一方面，提供包括芯和聚合物護(hù)套的電線或電纜，其中所述護(hù)套包括
(a)用靠近所述芯的第一層包裹于所述芯周圍的如上定義的復(fù)合絕緣帶；和
(b)包裹的或擠出的具有含氟聚合物的外層。絕緣第一層包含分散在諸如聚合硅氧烷的聚合物基質(zhì)中的云母?？梢杂欣卦谑┘訑D出的外部含氟聚合物層之前施加膠粘連接層，特別是在復(fù)合帶包括含氟聚合物包覆層且在包裹帶的第二層上形成外包覆層的情況下。所述連接層的合適材料包括用環(huán)氧化物或順丁烯二酸官能化的(epoxy or maleic functionalized)氟化彈性體或更優(yōu)選諸如PFA或PTFE的官能化含氟聚合物。所述膠粘連接層可通過擠出或通過諸如浸涂的其他涂覆方法施加。另外或供選地，可在施加含氟聚合物外層之前進(jìn)行加熱或燒結(jié)步驟以熔化包裹的
復(fù)合帶的第一層和第二層。為了額外的強(qiáng)度、耐化學(xué)性、柔性和/或耐燃性而提供含氟聚合物外層(b)。該外層例如可包含聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯四氟乙烯(ETFE)、聚氟烷氧基(PFA)或這些聚合物的任意的共聚物或共混物或合金。該外層可固定或可優(yōu)選在3500C _420°C的溫度下熔化或燒結(jié)。帶的第二構(gòu)造層例如可包含聚芳醚酮(PAEK)或其共混物或合金。這些包含芳族環(huán)的鏈，其中一些芳族環(huán)由氧原子連接，且其他芳族環(huán)由羰基連接。適合本發(fā)明的目的的那些具有比PEEK高的熔點(diǎn)和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。具有所需要的熔點(diǎn)(Tm)和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的PAEK的實(shí)例列于下表I中，其中所述聚合物由其縮寫名稱識(shí)別，其中E代表醚，K代表酮且Φ指代苯環(huán)，因此例如PEKK為聚醚酮酮。優(yōu)選的聚合物為其中酮連接鍵與醚連接鍵的比例為1:1或更大的那些聚合物，這些化合物具有較高的Tg和Tm。
權(quán)利要求
1.復(fù)合絕緣帶(20)，其包括具有至少兩層的疊層物或共擠出物，所述疊層物或共擠出物包括具有分散有云母粒子的聚合物基質(zhì)的絕緣第一層(24)和具有含有芳族環(huán)和/或雜環(huán)且具有至少350°C的熔點(diǎn)和至少150°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的聚合物的第二層(26)。
2.權(quán)利要求I的復(fù)合絕緣帶，其中所述第二層(26)包含含有至少65重量％的聚芳醚酮(PAEK)的共混物或合金，所述聚芳醚酮具有至少1:1的酮與連接芳族環(huán)的醚基的比例。
3.權(quán)利要求2的復(fù)合絕緣帶，其中所述第二層(26)的PAEK與含有與五元環(huán)稠合的六元環(huán)的雜環(huán)單元的聚合物共混或合金化。
4.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的復(fù)合絕緣帶，其中所述絕緣第一層(24)具有施加到其與所述第二層(26)相反的表面上的氟烴或聚硅氧烷層或包覆層(25)。
5.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的復(fù)合絕緣帶，其還包括在所述第二層(46)的與所述第一層(44)相反的一側(cè)上的具有含氟聚合物的層(47)。
6.電線或電纜，其包括芯(10)和聚合物護(hù)套(16、28)，其中所述護(hù)套包括 (a)用靠近所述芯的所述第一層(24)包裹于所述芯周圍的前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的復(fù)合絕緣帶(20)和 (b)包裹的或擠出的具有含氟聚合物的外層(28)。
7.權(quán)利要求6的電線或電纜，其中所述外部保護(hù)性聚合物層(28)燒結(jié)或熔化。
8.權(quán)利要求6或7的電線或電纜，其中所述第二層(26)至少部分地?zé)Y(jié)或熔化。
9.權(quán)利要求8的電線或電纜，其中所述整個(gè)護(hù)套(16)燒結(jié)。
10.權(quán)利要求6-9中任一項(xiàng)的電線或電纜，其中所述疊層復(fù)合薄膜(20)以40-70%、優(yōu)選48-58%的重疊螺旋卷繞到所述芯(10)上。
11.權(quán)利要求6-10中任一項(xiàng)的電線或電纜，其中所述保護(hù)性外層作為所述復(fù)合帶的層卷繞于所述芯周圍。
12.權(quán)利要求6-10中任一項(xiàng)的電線或電纜，其中所述外部保護(hù)層(28)通過擠出形成。
13.權(quán)利要求6-12中任一項(xiàng)的電線或電纜，其中所述第一層(24)和所述第二層(26)和所述保護(hù)性外層各自具有25-100 μ m的厚度。
14.權(quán)利要求6-12的電線或電纜，其中所述第一層(24)和所述第二層(26)和所述保護(hù)性外層(28)各自具有25-50 μ m的厚度。
15.制造絕緣電線或電纜的方法，其包括以下步驟通過將復(fù)合帶(20)螺旋卷繞到延伸的芯(10)以形成護(hù)套(16)，通過包裹或擠出施加具有含氟聚合物的外層(28)和燒結(jié)至少所述外層；其中所述復(fù)合帶(20)包括具有分散有云母粒子的聚合物基質(zhì)的第一層(24)和包含含有芳族環(huán)和/或雜環(huán)且具有至少350°C的熔點(diǎn)和150°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的聚合物的第二層(26)。
16.權(quán)利要求13的方法，其中所述燒結(jié)在350°C_420°C的溫度下發(fā)生。
17.權(quán)利要求15或16的方法，其中所述外層(16)通過在高溫下且在惰性氣氛下施加電子束福射來交聯(lián)。
18.權(quán)利要求15-17中任一項(xiàng)的方法，其中使所述護(hù)套(16)在170-300°C下經(jīng)受至多24小時(shí)的退火處理。
全文摘要
本發(fā)明提供復(fù)合絕緣帶(20)，其包括具有至少兩層的疊層物或共擠出物，所述疊層物或共擠出物包括具有分散有云母粒子的聚合物基質(zhì)的絕緣第一層(24)和具有含有芳族環(huán)和/或雜環(huán)且具有至少350℃的熔點(diǎn)和至少150℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的聚合物的第二層(26)。所述帶可用以在諸如電線的導(dǎo)體(10)上形成多層包覆層。具有諸如PTFE的含氟聚合物的外部保護(hù)層(28)可通過包裹或擠出圍繞所包裹的帶而施加。
文檔編號(hào)H01B7/29GK102883882SQ201180024371
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月18日
發(fā)明者P.哈蒙德, A.帕格利厄卡 申請(qǐng)人:泰科電子英國(guó)有限公司