專利名稱：同軸電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及防火電纜，且尤其涉及防火同軸電纜。
存在著這樣的情況，諸如閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)等一些系統(tǒng)需要在人們撤離發(fā)生火災(zāi)的建筑物這一危急時(shí)刻保持工作。迄今，設(shè)計(jì)CCTV系統(tǒng)同軸電纜主要考慮的是其電子性能。已知的同軸電纜在常規(guī)情況下提供了令人滿意的性能，但在意外失火時(shí)就難以保持這樣好的性能了。另外，閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)可以起保護(hù)生命和指引消防工作的重要作用，這在失火時(shí)是非常必要的，但往往這時(shí)該系統(tǒng)是失靈的。
通常為防火而設(shè)計(jì)的同軸電纜包括一導(dǎo)體，一絕緣材料的環(huán)繞層，防火帶，一導(dǎo)體材料的屏蔽層和一外護(hù)套。在使用時(shí)，這種同軸電纜常常被牢固地定位在墻、天花板、地板上或電纜管道中等等。這些緊固裝置一般都牢固地固定在纜線的外表面。
在火災(zāi)的條件下，同軸電纜的溫度可以迅速地升高到很高的值，通常有800-950℃，這會(huì)使同軸電纜的組件發(fā)生熱膨脹。每個(gè)組件將按照其膨脹系數(shù)發(fā)生膨脹，于是由不同材料制成的每個(gè)組件將有不同的膨脹率。內(nèi)導(dǎo)體通常是由銅制成的并且要發(fā)生膨脹。非金屬材料的絕緣體也會(huì)膨脹，但局限在編織物之內(nèi)，由此使壓力提高。這些以及事實(shí)上同軸電纜沿其長度牢固地按間隔固定，可以導(dǎo)致同軸電纜的變形。
已知一種特殊類型的變形是扭曲或絞結(jié)。這種情況出現(xiàn)在由于外部膨脹的絕緣層緊密包裹著導(dǎo)體芯從而使導(dǎo)體芯的縱向膨脹受到阻礙或妨礙的時(shí)候。由于屏蔽層緊緊地包裹著絕緣層，并由于同軸電纜緊固在其外部，所以絕緣層的不能膨脹。扭曲效應(yīng)表明，沿著暴露在很高溫度(英國標(biāo)準(zhǔn)BS 6387的C類定標(biāo)為950℃)下的同軸電纜一部分長度上出現(xiàn)均勻間隔的變形。每個(gè)變形包括導(dǎo)體芯的一Z形絞結(jié)(見圖2)?？梢岳斫?，這種變形將損害電纜(為獲得高性能而同心安置導(dǎo)體、絕緣體和屏蔽層)的同心性，并導(dǎo)致同軸電纜性能的喪失。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種包括一電導(dǎo)體、一電絕緣材料的環(huán)繞層和一圍繞該絕緣材料的導(dǎo)電材料屏蔽層的同軸電纜；該電纜包括一與導(dǎo)體相鄰并允許該導(dǎo)體在失火條件下縱向膨脹的材料層。
由于允許該導(dǎo)體的表面相對于絕緣材料體移動(dòng)，所以該材料層允許導(dǎo)體縱向移動(dòng)。
該電纜可以包括一在火中分解而留下絕緣殘余物的材料層。
在本發(fā)明同軸電纜的一優(yōu)選實(shí)施例中，與導(dǎo)體相鄰并允許該導(dǎo)體縱向膨脹的材料層包括一在失火時(shí)導(dǎo)體/絕緣體交界面常常出現(xiàn)的溫度條件下融化的材料層。優(yōu)選的材料會(huì)在180-200℃溫度范圍融化。
失火時(shí)融化的優(yōu)選材料是聚合材料，如聚乙烯或聚丙烯或聚丁烯等。這一層還可以稱為覆蓋層，并可融化成一熔融材料層而起到潤滑劑的作用，使電導(dǎo)體沒有扭曲或絞結(jié)地縱向膨脹。
熔融材料層可以用各種方法涂覆在導(dǎo)體上，但優(yōu)選的是通過擠壓。
聚合材料層適宜在低溫未融化狀態(tài)時(shí)具有高的介電(如1.56至3.1左右)。
與芯相鄰的材料層可以包括一帶層。該帶可以是其上有云母薄層的玻璃纖維帶；這種帶通常稱為云母帶。該帶層并不緊緊地粘覆在導(dǎo)體上而妨礙導(dǎo)體/帶交界表面之間的滑動(dòng)。
該帶可以用遇到失火早期溫度時(shí)即失效的硅膠粘覆在導(dǎo)體上，于是該帶在常溫下與導(dǎo)體緊密接合，在失火早期與導(dǎo)體不緊密接合從而不妨礙其縱向膨脹。
該帶層與芯之間還適宜電和熱均絕緣。
該帶層允許導(dǎo)體縱向膨脹，并額外地形成彈性體實(shí)際阻擋層，以控制或抑制導(dǎo)體的徑向膨脹。對最高溫度區(qū)間扭曲膨脹的抑制可以使整個(gè)膨脹/變形發(fā)生偏離，由此在最高溫度區(qū)任何一端點(diǎn)處將發(fā)生相當(dāng)長度導(dǎo)體的輕微徑向膨脹或變形，但同軸電纜的同心率將仍然保持基本不變。
最好，當(dāng)發(fā)生失火事故時(shí)，在火中分解的材料層的燃燒產(chǎn)物被作為灰燼保留在導(dǎo)體芯的周圍。
最好，該灰燼具有的介電強(qiáng)度等于或大于未燃燒絕緣體的介電強(qiáng)度。
最好，該絕緣材料包括無機(jī)材料，并由這些材料構(gòu)成高溫分解的余留物。最好，該絕緣材料是聚合物，其主要聚合物組分是硅酮。優(yōu)選的硅酮是聚二甲基硅氧烷。
在火中分解的材料層可以是固體型材(solid in section)或者可以包含一些空隙或細(xì)孔。空隙或細(xì)孔例如可以通過在同軸電纜制造過程中對絕緣層進(jìn)行發(fā)泡而形成。通過采用泡沫材料，空氣或其它氣體將被引入到絕緣材料層中。這可以提高介電質(zhì)量和因而改善電纜的信號(hào)傳輸性能。另一方面，通過采用具有較低介電常數(shù)的絕緣材料，可以減小絕緣材料的厚度，從而在保持其傳輸性能的同時(shí)減小同軸電纜的直徑。
與芯相鄰的絕緣材料也可以是發(fā)泡的，以提高其介電性能和獲得較低的電容。
根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例，允許芯縱向膨脹的材料層有助于常溫下的介電強(qiáng)度，而在火中分解的材料層所余留的絕緣剩余物提供了后期即高溫時(shí)的電絕緣性。
重要的是，在平常使用和失火時(shí)，絕緣材料層均具有1.5至3.1之間的介電強(qiáng)度。最好該介電強(qiáng)度將在1.5和2.26之間?？煞纸獾牟牧蠈?，如硅酮橡膠，盡管在低溫時(shí)介電性(大約3.1)很差，但在分解時(shí)將形成具有高介電強(qiáng)度(即有較低的介電常數(shù))的灰燼層，該灰燼層在失火的情況下起絕緣層的作用。還要注意，允許導(dǎo)體膨脹的材料層，如聚乙烯，在普通電纜用途中提供了高介電強(qiáng)度(大約1.56至2.26的介電常數(shù))的絕緣層，盡管已經(jīng)知道在失火后期當(dāng)該層已融化或完全分解時(shí)它并不提供絕緣性。
包含絕緣的硅酮橡膠的已知同軸電纜，在失火早期可能會(huì)因?yàn)楣柰鹉z分解時(shí)形成了水而損失其電性能。在優(yōu)選實(shí)施例中，與導(dǎo)體相鄰的材料層將起阻擋層的作用，以防由于生成水而失去電性能。
該屏蔽層可由一層或多層置于絕緣材料層周圍的金屬網(wǎng)和/或金屬帶或箔構(gòu)成。在優(yōu)選的實(shí)施例中，屏蔽層由網(wǎng)狀導(dǎo)線構(gòu)成，優(yōu)選為普通軟銅、鍍銀或鍍錫銅線。
最好，用網(wǎng)線絕緣的芯的有效區(qū)域?yàn)?0％至96％。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，一多孔的含硅材料層被安置在絕緣材料層與屏蔽層之間。含硅材料有助于在失火時(shí)將絕緣層的燃燒產(chǎn)物保持在芯的周圍。含硅材料層可由任何適用的含有二氧化硅或硅酸鹽的多孔材料構(gòu)成。適用材料的例子包括二氧化硅纖維，玻璃纖維和礦物纖維。玻璃纖維帶尤其適宜，且可以螺旋地纏繞在絕緣芯周圍。
多孔含硅材料的表面適宜直接接觸絕緣層。
優(yōu)選該帶為具有空隙的編織帶，以允許空氣和氣體的膨脹和/或擴(kuò)展。玻璃帶層，其數(shù)量和結(jié)構(gòu)(如織物孔隙尺寸等)將取決于絕緣材料的量。某些形式和結(jié)構(gòu)的帶層可以反射熱，這將加強(qiáng)電纜的特性。還可以添加其它類型的提高電纜熱性能的材料。
優(yōu)選地是，電纜可以有一覆蓋在屏蔽層上的外絕緣層。該環(huán)繞層可以是另一玻璃帶層和/或塑料材料層，如含PVC的化合物，但優(yōu)選的材料是阻燃物?？梢圆捎米鳛檎嬲枞嘉锏木酆衔铮蛴酶郊映煞指男远x予了阻燃特性的聚合物組合。
優(yōu)選地是，環(huán)繞層材料是燃燒時(shí)不產(chǎn)生很大煙霧或煙氣的一種。優(yōu)選地是采用不含鹵族元素的材料。以O(shè)HLS為商標(biāo)出售的由聚乙烯中的水合礬土與聚乙烯共聚的組合物組成的材料尤其適用。
可以有選擇地加上另外的層，如鎧裝層，以進(jìn)一步對電纜提供物理保護(hù)。
現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中


圖1是本發(fā)明同軸電纜部分切掉的透視圖；和圖2表示已遭受扭曲的傳統(tǒng)電纜的剖面圖。
首先參見圖2，它表示了一傳統(tǒng)的電纜，其包括一導(dǎo)體10，一絕緣層12和一銅網(wǎng)層14。該電纜已經(jīng)歷過火燒，而且由于導(dǎo)體10在失火最初階段的膨脹受到阻礙，而在電纜的點(diǎn)21處發(fā)生了扭曲。
在圖1中，同軸電纜1包括一普通軟銅的電導(dǎo)體10。其它適用材料的例子是鍍銅的鋼，鍍銀的銅和鍍錫的銅。與導(dǎo)體相鄰的是一層聚乙烯11。聚乙烯層11被一硅酮絕緣層12包圍，而該硅酮絕緣層又由一玻璃帶層13包圍，而且是螺旋地纏繞在絕緣層12上。
銅網(wǎng)層14分布在玻璃帶層13的周圍，一網(wǎng)狀的銅線層圍繞在銅網(wǎng)層14周圍。層14和15應(yīng)該覆蓋玻璃帶層13至少85％的區(qū)域。第二玻璃帶層16圍繞著網(wǎng)層15。同軸纜具有適宜為阻燃材料的塑料外護(hù)套17，該材料產(chǎn)生的煙霧和煙氣較少且限制鹵族元素。由DeltaCrompton Cables Limited公司以O(shè)HLS為商標(biāo)標(biāo)識(shí)的材料是適用的。
根據(jù)本發(fā)明的電纜具有稱為覆蓋層的聚乙烯層11。在失火時(shí)，聚乙烯融化而提供一潤滑劑流體層，該流體層能使電導(dǎo)體無變形地縱向膨脹。覆蓋層的厚度在0.1與0.3mm之間；足夠的聚乙烯確保在失火早期覆蓋層融化時(shí)導(dǎo)體完全被流體層包圍。
由層11，12和13提供的多層系統(tǒng)還用于粘連和襯墊纜芯并防止扭曲。
在第二實(shí)施例中，聚乙烯層11由玻璃帶層11代替，它通過允許導(dǎo)體縱向膨脹并襯墊和物理地連接同軸電纜而防止出現(xiàn)扭曲和絞結(jié)，最終防止導(dǎo)體芯的變形。
在失火時(shí)，硅酮絕緣層12分解而形成固態(tài)的灰燼并繼續(xù)絕緣導(dǎo)體芯10。該灰燼具有等于或低于硅酮橡膠的介電常數(shù)。
實(shí)例根據(jù)本發(fā)明的電纜按下列尺寸制造分層 總OD
固體銅芯0.6mm普通軟 0.6mm聚乙烯覆蓋層0.2mm徑向厚度1.0mm硅酮橡膠絕緣層1.7mm徑向厚度 4.4mm玻璃帶19mm重疊25％ 4.82mm銅網(wǎng)16圈×8端頭 5.55mmOHLS外護(hù)套1.3徑向厚度8.15mm上述電纜經(jīng)過了電容、阻抗、插入損耗和速比的測試，并給出令人滿意的結(jié)果。
常溫(20℃)下的值為如下常溫下芯0.6mmPS的電阻61Ω/km電容 73pf/m阻抗 75ΩRLR＞10dB’s衰減 ＜3.5dB/100m在10MHz下速比0.614介電常數(shù)2.65該電纜經(jīng)過下述測試測試1BS6387 Cat C，W和Z的火焰測試，Cat.C是在300Vac和25mA下將電纜加熱到950℃持續(xù)三小時(shí)；Cat W是將電纜加熱到650C持續(xù)30分鐘，(其中15分鐘有水加到電纜上)；Cat Z是將電纜加熱到950℃持續(xù)15分鐘(每隔30秒加一物理撞擊)。
測試2視頻連接，如上所述持續(xù)三小時(shí)的BS6387 Burn Cat C，沒有圖象損失。
然后對電纜進(jìn)行火焰測試。第一測試根據(jù)BS6387 Cat C，W和Z進(jìn)行。讓300V交流電壓和25mA的電流通過該電纜，同時(shí)在950℃持續(xù)三小時(shí)。該電纜在測試中一直通有該電流，而沒有受損。然后進(jìn)行Cat.W和Cat.Z測試也沒有受損。第二測試根據(jù)BS6387 BurnCat C進(jìn)行，它包括讓視頻連接信號(hào)通過950℃溫度下的電纜，并持續(xù)三小時(shí)。該信號(hào)在整個(gè)測試中一直沒有圖象損耗地保持著。在燃燒期間，當(dāng)硅酮絕緣材料分解時(shí)，存在的返回?fù)p耗比僅僅造成負(fù)損害。經(jīng)比較，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信/同軸電纜在相同的測試條件下在16秒的測試時(shí)間內(nèi)已完全損壞。表現(xiàn)出的電纜扭曲僅僅是很輕微的。
本發(fā)明的同軸電纜可以用于在失火時(shí)需要繼續(xù)工作的應(yīng)用場合，如CCTV、數(shù)據(jù)纜線和其它應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種同軸電纜，包括一電導(dǎo)體，一電絕緣材料的環(huán)繞層和一圍繞該絕緣材料的導(dǎo)電材料屏蔽層，其中該電纜包括一與導(dǎo)體相鄰的材料層，它在失火的條件下允許導(dǎo)體縱向膨脹。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電纜，其中與導(dǎo)體相鄰的材料層包括一在失火達(dá)到的溫度條件下融化的材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電纜，其中與導(dǎo)體相鄰的材料層在180-200℃溫度范圍融化。
4.根據(jù)前述任意一權(quán)利要求的電纜，其中與導(dǎo)體相鄰的材料層包括一聚合材料層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電纜，其中的聚合材料是聚乙烯或聚丙烯或聚丁烯中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或65的電纜，其中的聚合材料層在未融化狀態(tài)時(shí)具有1.56至3.1的介電常數(shù)。
7.根據(jù)前述任意一權(quán)利要求的電纜，其中與導(dǎo)體相鄰的材料層是擠壓加到導(dǎo)體上的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的電纜，其中與芯相鄰的材料層包括一帶層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的電纜，其中所述的帶是其上具有云母薄層的玻璃纖維帶。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的電纜，其中所述帶層與芯電和熱都絕緣。
11.根據(jù)前述任何一權(quán)利要求的同軸電纜，進(jìn)一步包括一在火中分解并留有絕緣殘留物的材料層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的電纜，其中在火中分解并留有絕緣殘留物的材料層的燃燒產(chǎn)物，是在失火時(shí)作為灰燼保留在導(dǎo)體芯周圍。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的電纜，其中該灰燼具有等于或超過電絕緣材料層的介電強(qiáng)度。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13任意一權(quán)利要求的電纜，其中該絕緣殘留物具有1.5至3.10的介電常數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14任意一權(quán)利要求的電纜，其中在火中分解的材料層包括一熱解時(shí)可形成殘留物的無機(jī)材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的電纜，其中該無機(jī)材料為硅酮橡膠。
17.根據(jù)權(quán)利要求11至16任意一權(quán)利要求的電纜，其中在火中分解的材料層是固體型材。
18.根據(jù)權(quán)利要求11至16任意一權(quán)利要求的電纜，其中在火中分解的材料層包括一些細(xì)孔。
19.根據(jù)權(quán)利要求11至18任意一權(quán)利要求的電纜，其中與導(dǎo)體相鄰允許導(dǎo)體芯縱向膨脹的材料層在正常工作溫度時(shí)有助于介電強(qiáng)度，同時(shí)在火中分解并留有絕緣殘留物的材料層在諸如失火等比較高溫度時(shí)提供電絕緣。
20.根據(jù)前述任意一權(quán)利要求的電纜，其中該屏蔽層是一層或多層圍繞著絕緣材料層設(shè)置的金屬網(wǎng)，和/或金屬帶或箔。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的電纜，其中該屏蔽層是由網(wǎng)狀導(dǎo)線構(gòu)成的。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的電纜，其中該導(dǎo)線是一或多根普通軟銅線、鍍銀或鍍錫的銅線。
23.根據(jù)前述任意一權(quán)利要求的電纜，進(jìn)一步包括一位于電絕緣層與屏蔽層之間的多孔含硅材料層。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的電纜，其中多孔含硅材料層是玻璃纖維帶。
25.根據(jù)權(quán)利要求23或24的電纜，其中多孔含硅材料的表面直接與絕緣層接觸。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的電纜，其中玻璃纖維帶是編織帶。
27.根據(jù)前述任意一權(quán)利要求的電纜，進(jìn)一步包括一覆蓋在屏蔽層上的外絕緣層。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的電纜，其中環(huán)繞層的材料是一種在燃燒時(shí)不產(chǎn)生很多煙霧或煙氣的材料。
全文摘要
一種同軸電纜,在暴露于火中時(shí)能保持其電完整性。由于通常為銅的內(nèi)導(dǎo)體芯(10)和絕緣的環(huán)繞層(12)的膨脹率不同,已知的同軸電纜遇熱時(shí)會(huì)變形。在芯(10)與絕緣層(12)之間加一材料層(11)來防止高溫時(shí)發(fā)生變形。該層既通過融化形成一潤滑層,又通過起變形的物理阻擋作用來防止變形。
文檔編號(hào)H01B7/295GK1267390SQ9880814
公開日2000年9月20日 申請日期1998年7月10日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月14日
發(fā)明者尼爾·理查德·約翰·瑪伯特, 勞倫斯·斯坦里·萊奇, 馬丁·里頓, 卡爾·安拖尼·哈里森 申請人:德雷卡英國有限公司