專利名稱：具有耐沖擊涂層的電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電纜用涂層，該涂層能夠保護(hù)電纜不受意外沖擊。
諸如在電纜傳輸、鋪設(shè)等期間發(fā)生的意外沖擊可能會(huì)使電纜的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一系列損壞，包括絕緣層變形、絕緣層和半導(dǎo)體層分離等等；這種損壞可能會(huì)導(dǎo)致絕緣層的電梯度變化，結(jié)果造成該層的絕緣能力下降。
在目前可市售獲得的電纜，例如那些低壓或中壓輸電或配電用的電纜中，為保護(hù)電纜免受意外沖擊引起的可能的損壞，通常是包敷能夠耐這種沖擊的金屬裝甲。這種裝甲可以是帶或絲的形式(一般是用鋼制造)，或者是以金屬護(hù)套的形式(一般是用鉛或鋁制造)；反過來(lái)，這種裝甲還外包有外層聚合物護(hù)套。US專利5,153,381中就描述了這種結(jié)構(gòu)的電纜的一個(gè)實(shí)例。
據(jù)申請(qǐng)人觀察，上述金屬裝甲的存在具有很多缺陷。例如，包敷所說(shuō)的裝甲要在電纜加工的一個(gè)或幾個(gè)附加階段中進(jìn)行。此外，金屬裝甲的存在除造成環(huán)境問題外還大大增加了電纜的重量，如果需要換電纜的話，將不易處置按這種方式構(gòu)造的電纜。
公開號(hào)為7-320550的JP專利中描述了一種具有0.2-1.4mm厚耐沖擊涂層的家用電纜，該涂層放在絕緣體和外護(hù)套之間。這種耐沖擊涂層是一種含聚氨酯樹脂作為主組分的非發(fā)泡聚合物。
另一方面，已知為各種目的而在電纜的構(gòu)造中使用發(fā)泡聚合物材料。
例如，DE專利申請(qǐng)p 15 15 709公開了在外塑料護(hù)套和內(nèi)金屬護(hù)套之間使用中間層，以便增加外塑料護(hù)套的抗低溫性。但該文獻(xiàn)中沒有提及關(guān)于保護(hù)具有所說(shuō)中間層的電纜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)容。事實(shí)上，這種中間層應(yīng)當(dāng)補(bǔ)償外塑料護(hù)套中由于溫度降低而產(chǎn)生的彈性張力，并且可以由松散布置的玻璃纖維組成，或者由可以是發(fā)泡的或摻入中空玻璃球的材料組成。
另一篇DE實(shí)用新型G 81 03 947.6中公開了一種設(shè)備和機(jī)器內(nèi)部連接用的電纜，該電纜具有特別的機(jī)械抗性和撓性。所說(shuō)的電纜是為在滑輪上經(jīng)過并且具有足夠撓性以便在所說(shuō)滑輪上經(jīng)過后回復(fù)其直的結(jié)構(gòu)而專門設(shè)計(jì)的。因此，這種類型的電纜專門致力于抗靜態(tài)類型的機(jī)械負(fù)荷(如在滑輪上經(jīng)過時(shí)所產(chǎn)生的)，并且其主要的特點(diǎn)是撓性。本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易看出這種類型的電纜與具有金屬裝甲的低或中壓輸電或配電用電纜有實(shí)質(zhì)性區(qū)別，后者不是撓性的而是應(yīng)當(dāng)能夠抵抗某些強(qiáng)度對(duì)電纜的沖擊而引起的動(dòng)態(tài)負(fù)荷。
另外，在同軸或雙絞類型的信號(hào)傳輸電纜中，已知為使傳導(dǎo)金屬絕緣可使用發(fā)泡材料。同軸電纜通常是用來(lái)運(yùn)送高頻信號(hào)，如TV用同軸電纜(CATV)(10-100MHz)、衛(wèi)星電纜(最高2GHz)、計(jì)算機(jī)用同軸電纜(1MHz以上)；傳統(tǒng)電話電纜通常運(yùn)送約800Hz頻率的信號(hào)。
在這種電纜中使用發(fā)泡絕緣體的目的是增加電信號(hào)的傳送速度，以便達(dá)到空中傳導(dǎo)金屬中的理想的信號(hào)傳輸速度(接近光速)。這樣作的原因在于，與非發(fā)泡的聚合物材料相比，發(fā)泡材料通常具有較低的介電常數(shù)(K)，聚合物的發(fā)泡程度越大，其介電常數(shù)越成比例地接近空氣的介電常數(shù)(K＝1)。
例如，US專利4,711,811中描述了一種信號(hào)傳輸電纜，該電纜具有發(fā)泡的含氟聚合物作為絕緣體(厚度0.05-0.76mm)，所說(shuō)絕緣體外包有乙烯/四氟乙烯或乙烯/三氟氯乙烯共聚物(厚度0.013-0.254mm)膜。正如該專利所描述的，發(fā)泡聚合物的目的是使導(dǎo)體絕緣，外包發(fā)泡聚合物的非發(fā)泡聚合物膜的目的是改進(jìn)絕緣的機(jī)械性能，具體說(shuō)是通過當(dāng)將兩個(gè)被絕緣的導(dǎo)體絞成所謂“雙絞線”時(shí)賦予必要的抗壓強(qiáng)度。
EP專利442,346描述了一種具有基于發(fā)泡聚合物的絕緣層的信號(hào)傳輸電纜，所說(shuō)的絕緣層直接放在導(dǎo)體的周圍；這種發(fā)泡的聚合物具有超微孔結(jié)構(gòu)，其空隙體積大于75％(相當(dāng)于大于300％的發(fā)泡程度)。這種聚合物的超微孔結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)是在6.89×104Pa負(fù)荷下壓縮了至少10％并且除去負(fù)荷后能夠恢復(fù)原始體積的至少50％；這些數(shù)值大致相當(dāng)于材料所必須具有的以便抵抗擰絞電纜時(shí)壓縮的典型抗壓強(qiáng)度值。
國(guó)際專利申請(qǐng)WO93/15512也涉及了一種具有發(fā)泡聚合物絕緣層的信號(hào)傳輸電纜，據(jù)陳述是通過用非發(fā)泡的絕緣熱塑性聚合物涂敷發(fā)泡的絕緣體(如上述US4,711,811中所述)來(lái)獲得所需的抗壓強(qiáng)度，然而這樣降低了信號(hào)的傳播速度。所說(shuō)的專利申請(qǐng)WO93/15512描述了一種具有雙層絕緣層的同軸電纜，其中兩個(gè)層均由發(fā)泡的聚合物材料組成，內(nèi)層由微孔聚四氟乙烯(PTFE)組成，而外層由閉孔發(fā)泡聚合物(具體說(shuō)是全氟烷氧基四氟乙烯(PFA)聚合物)組成。這種發(fā)泡聚合物基的絕緣涂層是通過將PFA聚合物擠出到PTFE絕緣體內(nèi)層的外面、注射Freon 113氣作為發(fā)泡劑而獲得的。根據(jù)說(shuō)明書給出的詳細(xì)描述，閉孔發(fā)泡絕緣體使得保持高速傳送信號(hào)成為可能。在該專利申請(qǐng)中還明確了是耐壓縮的，盡管沒有給出有關(guān)抗壓強(qiáng)度的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。說(shuō)明書中強(qiáng)調(diào)了用這種雙層絕緣體外包的導(dǎo)體可以被擰絞，外發(fā)泡層中空隙率的增加可以導(dǎo)致獲得傳送速度的增加，由此使該包覆層反抗壓縮內(nèi)發(fā)泡層的能力沒有大的變化。
正如從上述文獻(xiàn)中看出的，使用“開孔”發(fā)泡聚合物材料作為信號(hào)傳輸電纜用絕緣層的主要目的是增加電信號(hào)的傳送速度；然而，這些發(fā)泡涂層的缺陷是具有不夠充足的抗壓強(qiáng)度。少數(shù)發(fā)泡材料也被上位定義成“抗壓縮的”，這是因?yàn)樗鼈儾粌H確保高速信號(hào)傳輸，還足以抵抗當(dāng)兩個(gè)涂敷有上述發(fā)泡絕緣層的導(dǎo)體被擰絞在一起時(shí)所典型產(chǎn)生的壓縮力；因而，同樣在這種情況中，所施加的負(fù)荷是基本上靜態(tài)類型的。
因此，一方面，由發(fā)泡聚合物材料制造的用于信號(hào)傳輸電纜的這些絕緣層必須要具有它們能夠承受相對(duì)適度壓縮負(fù)荷(例如當(dāng)兩個(gè)電纜被擰絞在一起時(shí)產(chǎn)生的)的特征，另一方面，就申請(qǐng)人知道的任何文獻(xiàn)中均沒有提及可通過發(fā)泡聚合物涂層來(lái)提供任何類型的抗沖強(qiáng)度。此外，雖然這種發(fā)泡絕緣涂層促進(jìn)了較高速度的信號(hào)傳輸，但正如上述專利申請(qǐng)WO93/15512中認(rèn)為的，在抗壓強(qiáng)度方面，不如由類似的非發(fā)泡材料制造的涂層有利。
據(jù)申請(qǐng)人目前的發(fā)現(xiàn)，通過在輸電電纜的結(jié)構(gòu)中插入具有適當(dāng)厚度和彎曲模量的由發(fā)泡聚合物材料制造的適宜涂層，優(yōu)選和外聚合物涂層的護(hù)套接觸，可以獲得具有高抗沖強(qiáng)度的電纜，由此可以避免在該電纜結(jié)構(gòu)中使用上述的保護(hù)性金屬裝甲。具體說(shuō)，申請(qǐng)人注意到應(yīng)當(dāng)選擇聚合物材料以便它具有足夠高的彎曲模量(在其發(fā)泡前測(cè)定的)，從而達(dá)到所期望的抗沖擊性，并且避免由于對(duì)其外表面的不期望的沖擊而造成的電纜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的可能的損壞。本說(shuō)明書中，術(shù)語(yǔ)“沖擊”是指包括能夠?qū)ΤＲ?guī)未裝甲的電纜結(jié)構(gòu)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性損壞、而對(duì)常規(guī)裝甲的電纜結(jié)構(gòu)具有可忽略不計(jì)效果的某種能量的所有動(dòng)態(tài)負(fù)荷。作為一種說(shuō)明，這種沖擊可以被認(rèn)為是通過V型圓形邊沖壓機(jī)(其曲率半徑約1mm)在電纜外護(hù)套上產(chǎn)生的約20-30焦耳的沖擊。
申請(qǐng)人還吃驚地注意到，將發(fā)泡的聚合物材料作為本發(fā)明電纜用的涂層使用，所獲得的抗沖強(qiáng)度好于使用以未發(fā)泡的相同聚合物為基礎(chǔ)的類似涂層。
具有這種類型涂層的電纜優(yōu)于常規(guī)具有金屬裝甲電纜的各種優(yōu)點(diǎn)是，例如較易加工、最終成品電纜的重量和尺寸減小、以及一旦工作周期結(jié)束有關(guān)電纜再循環(huán)的環(huán)境影響降低。
本發(fā)明一個(gè)方面是涉及一種輸電電纜，該電纜包括a)導(dǎo)體；b)至少一層致密絕緣涂層；c)一層由發(fā)泡聚合物材料制造的涂層，其中所說(shuō)的聚合物材料具有預(yù)定的機(jī)械強(qiáng)度特性和預(yù)定的發(fā)泡程度，以便給所說(shuō)的電纜提供耐沖擊特性。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，發(fā)泡聚合物材料是由發(fā)泡前其室溫下的彎曲模量根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)D790測(cè)定為大于200MPa、優(yōu)選400MPa-1500MPa、特別優(yōu)選600MPa-1300MPa的聚合物材料獲得的。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，所說(shuō)的聚合物材料的發(fā)泡程度為約20％-約3000％、優(yōu)選約30％-約500％、特別優(yōu)選發(fā)泡程度為約50％-約200％。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，發(fā)泡聚合物材料涂層的厚度為至少0.5mm、優(yōu)選1-6mm、特別是2-4mm。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選方面，發(fā)泡聚合物材料選自聚乙烯(PE)、低密度PE(LDPE)、中密度PE(MDPE)、高密度PE(HDPE)、和線型低密度PE(LLDPE)；聚丙烯(PP)；乙烯丙烯橡膠(EPR)、乙烯丙烯共聚物(EPM)、乙烯丙烯二烯三元共聚物(EPDM)；天然橡膠；丁基橡膠；乙烯/乙酸乙烯酯(EVA)共聚物；聚苯乙烯；乙烯/丙烯酸酯共聚物、乙烯/丙烯酸甲酯(EMA)共聚物、乙烯/丙烯酸乙酯(EEA)共聚物、乙烯/丙烯酸丁酯(EBA)共聚物；乙烯/α-烯烴共聚物；丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)樹脂；鹵化聚合物、聚氯乙烯(PVC)；聚氨酯；聚酰胺；芳族聚酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBT)；以及其共聚物或機(jī)械混合物。
根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選的方面，聚合物材料是基于PE和/或PP的聚烯烴聚合物或共聚物，優(yōu)選是用乙烯丙烯橡膠改性的，其中PP/EPR重量比為90/10-50/50、優(yōu)選85/15-60/40、特別是約70/30。
根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選的方面，基于PE和/或PP的聚烯烴聚合物或共聚物中含有預(yù)定量的粉末形式的硫化橡膠，優(yōu)選為聚合物的10-60wt％。
根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選的方面，電纜中還包括外聚合物護(hù)套，該護(hù)套優(yōu)選和發(fā)泡聚合物涂層接觸，優(yōu)選護(hù)套的厚度為至少0.5mm、優(yōu)選1-5mm。
本發(fā)明另一個(gè)方面是涉及給電纜提供抗沖強(qiáng)度的方法，該方法包括用由發(fā)泡聚合物材料制造的涂料涂敷所說(shuō)的電纜。
根據(jù)優(yōu)選的方面，給電纜提供抗沖強(qiáng)度的方法還包括用外保護(hù)性護(hù)套涂敷所說(shuō)的發(fā)泡涂層。
本發(fā)明另一個(gè)方面是涉及發(fā)泡聚合物材料在為輸電電纜提供抗沖強(qiáng)度中的用途。
本發(fā)明另一個(gè)方面是涉及包含至少一層絕緣層的電纜的抗沖強(qiáng)度的評(píng)價(jià)方法，該方法由以下步驟組成a)測(cè)定所說(shuō)絕緣層的平均剝離強(qiáng)度；b)讓電纜受到預(yù)定能量的沖擊；
c)測(cè)定所說(shuō)絕緣層在沖擊點(diǎn)處的剝離強(qiáng)度；d)檢查平均剝離強(qiáng)度與在沖擊點(diǎn)處測(cè)定的剝離強(qiáng)度之差小于所說(shuō)電纜相對(duì)于平均剝離強(qiáng)度的預(yù)定的值。
根據(jù)優(yōu)選的方面，剝離強(qiáng)度是在絕緣涂層和外層半導(dǎo)體涂層之間測(cè)定的。
本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“聚合物的發(fā)泡程度”應(yīng)理解為是指按照下式測(cè)得的聚合物的發(fā)泡度G(發(fā)泡程度)＝(d0/de-1)·100其中d0表示非發(fā)泡聚合物(即是指其結(jié)構(gòu)基本上沒有空隙體積的聚合物)的密度，de是指測(cè)定的發(fā)泡聚合物的表觀密度。
本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“發(fā)泡”聚合物應(yīng)理解為是指其結(jié)構(gòu)中的空隙體積(即是指沒有被聚合物占據(jù)而是被氣體或空氣占據(jù)的空間)百分率一般大于10％總聚合物體積的聚合物。
本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“剝離”強(qiáng)度應(yīng)理解為是指將涂層的一層與導(dǎo)體層或涂層的另一層分離(剝離)所需要的力；在將涂層的兩個(gè)層彼此分離的情況中，這兩個(gè)層一般為絕緣層和外半導(dǎo)體層。
一般來(lái)說(shuō)，輸電電纜絕緣層的介電常數(shù)(K)為大于2。此外，與其中“電梯度”參數(shù)不負(fù)任何重要性的信號(hào)傳輸電纜不同，輸電電纜中使用了對(duì)低壓約0.5KV/mm直到對(duì)高壓約10KV/mm范圍的電梯度；因此，在這些電纜中，傾向于避免在絕緣涂層中有多相性(例如空隙體積)的存在，多相性的存在會(huì)導(dǎo)致介電強(qiáng)度的局部變化，結(jié)果降低了絕緣能力。因而這種絕緣材料一般是致密聚合物材料，其中，在本發(fā)明中。術(shù)語(yǔ)“致密”絕緣體應(yīng)理解為是指其介電強(qiáng)度對(duì)中-高壓輸電電纜為至少5KV/mm、優(yōu)選大于10KV/mm、特別是大于40KV/mm的絕緣材料。與發(fā)泡聚合物材料不同，這種致密材料的結(jié)構(gòu)中基本上沒有空隙體積；具體說(shuō)，這種材料的密度為0.85g/cm3或更高。
本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“低壓”應(yīng)理解為是指最高為1000V(通常是大于100V)的電壓，術(shù)語(yǔ)“中壓”應(yīng)理解為是指約1-約30KV的電壓，術(shù)語(yǔ)“高壓”是指大于30KV的電壓。這種輸電電纜一般在50或60Hz的標(biāo)稱頻率下工作。
雖然在描述過程中對(duì)發(fā)泡聚合物涂層的使用是以輸電電纜為參考作了詳細(xì)的舉例說(shuō)明，其中這種涂層可以有利地取代目前在這種電纜中使用的金屬裝甲，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚這種發(fā)泡涂層可以有利地用于任何類型的電纜，從而可期望地給這種電纜提供適宜的抗沖擊性保護(hù)。具體說(shuō)，輸電電纜的定義不僅包括專門用于低壓和中壓的類型，還包括用于高壓輸電的電纜。
以下的附圖將幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明
圖1顯示了一種本領(lǐng)域現(xiàn)有的具有金屬裝甲的三極類型的輸電電纜。
圖2顯示了本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施方案，是一種三極類型的電纜。
圖3顯示了本發(fā)明的第二種實(shí)施方案，是一種單極類型的電纜。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)的中壓輸電電纜的橫截面圖，是一種具有金屬裝甲的三極類型的電纜。該電纜包括三個(gè)導(dǎo)體(1)，都分別外包有內(nèi)半導(dǎo)體涂層(2)、絕緣層(3)、外半導(dǎo)體層(4)和金屬屏蔽層(5)；為簡(jiǎn)單起見，在本說(shuō)明書的以下部分中將該半導(dǎo)體成品結(jié)構(gòu)定義為“芯”。將這三個(gè)芯捆在一起，并且在它們之間的星形空間區(qū)域裝滿填充材料(9)(通常是彈性體混合物、聚丙烯纖維等等)，以便使橫截面的結(jié)構(gòu)成為圓形，并且整體用內(nèi)聚合物護(hù)套(8)、金屬線裝甲(7)和外聚合物護(hù)套(6)包敷。
圖2是本發(fā)明電纜的橫截面圖，也是一種中壓輸電用的三極類型。該電纜包括三個(gè)導(dǎo)體(1)，都分別外包有內(nèi)半導(dǎo)體涂層(2)、絕緣層(3)、外半導(dǎo)體層(4)和金屬屏蔽層(5)；此時(shí)，芯之間的星形空間用耐沖擊的發(fā)泡聚合物材料(10)填充，所說(shuō)的發(fā)泡聚合物材料(10)反過來(lái)用外聚合物護(hù)套(6)包敷。在發(fā)泡聚合物涂層(10)中，還顯示出一相當(dāng)于發(fā)泡聚合物涂層最小厚度的圓形邊(10a)(借助一點(diǎn)劃線)，接近芯的外表面。
圖3是本發(fā)明電纜的橫截面圖，它是一種中壓輸電用的單極類型。該電纜包括中央導(dǎo)體(1)，外包有內(nèi)半導(dǎo)體涂層(2)、絕緣層(3)、外半導(dǎo)體層(4)、金屬屏蔽層(5)、發(fā)泡聚合物材料層(10)和外聚合物護(hù)套(6)。在圖3所示的單極電纜中，由于芯具有圓形橫截面，在三極電纜中所示的圓形邊(10a)與發(fā)泡聚合物材料的層(10)相重合。
這些圖顯而易見地只表示了電纜的幾種可能的實(shí)施方案，其中本發(fā)明可以得到有利地利用。顯然可以對(duì)這些實(shí)施方案作出本領(lǐng)域已知的適當(dāng)改進(jìn)，而 無(wú)對(duì)本發(fā)明應(yīng)用范圍的限制。例如，參考圖2，在芯之間的星形區(qū)域可以預(yù)先裝填常規(guī)的填充材料，獲得半加工的電纜，其橫截面大致相當(dāng)于包含在圓形邊(10a)內(nèi)的圓形橫截面，然后可以有利地在這個(gè)半加工電纜的橫截面區(qū)域上面擠出發(fā)泡聚合物材料(10)層，其厚度大致對(duì)應(yīng)到圓形邊(10a)，接下來(lái)擠出外護(hù)套(6)?；蛘撸梢越o芯裝配一橫截面扇形體，以當(dāng)這些芯結(jié)合在一起時(shí)形成大致圓形橫截面電纜的方式，而不需為星形空間區(qū)域使用填充材料；然后在這些這樣結(jié)合在一起的芯上面擠出抗沖擊發(fā)泡聚合物材料(10)的層，接著是外護(hù)套(6)。
對(duì)低壓輸電用的電纜來(lái)說(shuō)，電纜的結(jié)構(gòu)通常僅包括直接和導(dǎo)體接觸的絕緣涂層，該絕緣涂層上反過來(lái)涂敷有發(fā)泡聚合物材料的涂層和外護(hù)套。
其它解決形式對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的，所說(shuō)的本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠基于諸如費(fèi)用、電纜架設(shè)的類型(空中、插入管中、直接埋入地下、建筑內(nèi)、海底等)、電纜工作溫度(最高和最低溫度、環(huán)境溫度范圍)等等來(lái)評(píng)判出最方便的解決方式。
耐沖擊發(fā)泡聚合物涂層可以由任何類型的可發(fā)泡聚合物組成，如聚烯烴、聚烯烴共聚物、烯烴/酯共聚物、聚酯、聚碳酸酯、聚砜、酚醛樹脂、脲醛樹脂及其混合物。適宜的聚合物的實(shí)例是聚乙烯(PE)、低密度PE(LDPE)、中密度PE(MDPE)、高密度PE(HDPE)、和線型低密度PE(LLDPE)；聚丙烯(PP)；乙烯丙烯橡膠(EPR)、特別是乙烯丙烯共聚物(EPM)、或乙烯丙烯二烯三元共聚物(EPDM)；天然橡膠；丁基橡膠；乙烯/乙酸乙烯酯(EVA)共聚物；聚苯乙烯；乙烯/丙烯酸酯共聚物、特別是乙烯/丙烯酸甲酯(EMA)共聚物、乙烯/丙烯酸乙酯(EEA)共聚物、乙烯/丙烯酸丁酯(EBA)共聚物；乙烯/α-烯烴共聚物；丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)樹脂；鹵化聚合物、特別是聚氯乙烯(PVC)；聚氨酯(PUR)；聚酰胺；芳族聚酯、如聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)或聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBT)；以及其共聚物或機(jī)械混合物。優(yōu)選使用聚烯烴聚合物或共聚物，特別是基于和乙烯丙烯橡膠混合的PE和/或PP的那些。有利地，可以使用乙烯丙烯橡膠(EPR)改性的聚丙烯，PP/EPR重量比為90/10-50/50，優(yōu)選85/15-60/40，特別優(yōu)選約70/30的重量比。
根據(jù)本發(fā)明的其它方面，申請(qǐng)人還觀察到可以將要經(jīng)發(fā)泡處理的聚合物材料(特別是烯烴聚合物、尤其是聚乙烯或聚丙烯)和預(yù)定量的粉末形式的橡膠機(jī)械混合，例如硫化的天然橡膠。
一般來(lái)說(shuō)，粉末可以由粒度為10-1000μm、優(yōu)選300-600μm的顆粒形成。有利地，可以使用來(lái)自輪胎加工中的硫化橡膠廢料。粉末形式橡膠的百分比相對(duì)于待發(fā)泡的聚合物可以是10-60wt％，優(yōu)選30-50wt％。
待發(fā)泡的聚合物材料(無(wú)論是不經(jīng)進(jìn)一步加工而使用，還是在和粉末橡膠的混合物中作為可發(fā)泡基料使用)應(yīng)當(dāng)具有一定的剛度，以致當(dāng)將其發(fā)泡時(shí)能確保一定程度的所需耐沖擊性，從而保護(hù)電纜的內(nèi)部(即是指可能存在的絕緣體層和半導(dǎo)體層)免受隨后可能發(fā)生的意外沖擊的損壞。具體說(shuō)，材料應(yīng)當(dāng)具有足夠高的能力來(lái)吸收沖擊能量，以便將一定量的能量傳輸?shù)较旅娴慕^緣層，以致下面涂層的絕緣特性沒有被改進(jìn)超過預(yù)定值。其原因，正如以下更詳細(xì)描述所說(shuō)明的那樣，在于據(jù)申請(qǐng)人的觀察，在受到?jīng)_擊的電纜中，下面絕緣涂層的剝離強(qiáng)度的平均值和沖擊點(diǎn)處測(cè)定的值之間可觀察到有差異；有利地，在絕緣層和外半導(dǎo)體外層之間測(cè)定剝離強(qiáng)度。傳輸給下面層的沖擊能量越大，這種強(qiáng)度的差越大；其中剝離強(qiáng)度是在絕緣層和外半導(dǎo)體層之間測(cè)定的，據(jù)判斷當(dāng)沖擊點(diǎn)處的剝離強(qiáng)度相對(duì)于平均值的差小于25％時(shí)，保護(hù)涂層可為內(nèi)層提供足夠的保護(hù)。
申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)選自上述的聚合物材料特別適合于此目的，所說(shuō)的材料在發(fā)泡前的室溫下彎曲模量根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)D790的測(cè)定為大于200MPa、優(yōu)選至少400MPa。另一方面，由于發(fā)泡材料的過度剛性會(huì)使成品難操縱，因此優(yōu)選使用室溫彎曲模量小于2000MPa的聚合物材料。特別適合此目的的聚合物材料是發(fā)泡前的室溫下彎曲模量為400-1800MPa的材料，特別優(yōu)選室溫下彎曲模量為600-1500Mpa的聚合物材料。
這些彎曲模量值可以是特定材料的特征，或者可以得自將兩種或多種具有不同模量的材料混合，混合的比例為能夠獲得材料所需的剛度值。例如，為達(dá)到以適合方式降低剛度的目的，可以將彎曲模量大于1500MPa的聚丙烯用適宜量的約100MPa模量的乙烯丙烯橡膠(EPR)作適當(dāng)?shù)母男浴?br>
可市售獲得的聚合物的化合物實(shí)例為低密度聚乙烯Riblene FL 30(Enichem)；高密度聚乙烯DGDK 3364(Union Carbide)；聚丙烯PF 814(Montell)；用EPR改性的聚丙烯Moplen EP-S 30R、33R和81R(Montell)；Fina-Pro 5660G、4660G、2660S和3660S(Fina-Pro)。
聚合物的發(fā)泡程度以及涂層的厚度應(yīng)當(dāng)是致使它們能夠確保和外聚合物護(hù)套一起抵抗電纜操作和鋪設(shè)期間可能發(fā)生的典型沖擊。
如前所述，“聚合物的發(fā)泡程度”按照下式測(cè)得G(發(fā)泡程度)＝(d0/de-1)·100其中d0表示非發(fā)泡聚合物的密度，de是指測(cè)定的發(fā)泡聚合物的表觀密度。
申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，對(duì)相等厚度的發(fā)泡層來(lái)說(shuō)，在保持所需耐沖擊性所允許的范圍內(nèi)，優(yōu)選使用發(fā)泡程度高的聚合物材料，這是因?yàn)檫@樣可以限制聚合物材料的用量，對(duì)成品的節(jié)約和減輕重量均是有利的。
發(fā)泡程度是非常易變的，既是所用特定聚合物材料的函數(shù)又是欲用涂層厚度的函數(shù)；通常來(lái)說(shuō)，發(fā)泡程度可以是20％-3000％，優(yōu)選30％-500％，特別優(yōu)選50％-200％的發(fā)泡程度。發(fā)泡聚合物通常具有閉孔結(jié)構(gòu)。
據(jù)申請(qǐng)人觀察，超過一定程度的發(fā)泡，聚合物涂層提供所需抗沖強(qiáng)度的能力將下降。具體說(shuō)，據(jù)觀察獲得保持高效防護(hù)沖擊的高發(fā)泡程度聚合物的可能性與待發(fā)泡聚合物的彎曲模量值有關(guān)。其原因據(jù)申請(qǐng)人觀察是聚合物材料的模量隨該材料發(fā)泡程度的增加而降低，大致相當(dāng)于下式E2/E1＝(ρ2/ρ1)2其中E2表示較高發(fā)泡程度的聚合物的彎曲模量；E1表示較低發(fā)泡程度的聚合物的彎曲模量；ρ2表示較高發(fā)泡程度的聚合物的表觀密度；ρ1表示較低發(fā)泡程度的聚合物的表觀密度；作為指導(dǎo)，對(duì)具有約1000MPa彎曲模量的聚合物來(lái)說(shuō)，25％-100％發(fā)泡程度的變化大致需要材料的彎曲模量值減半。因此，彎曲模量較高的聚合物材料可以比彎曲模量值較低的聚合物材料被發(fā)泡成較大的程度，而不損害涂層耐沖擊的能力。
另一個(gè)容易影響電纜抗沖強(qiáng)度的可變因素是發(fā)泡涂層的厚度；能夠確保用這種涂層獲得所期望抗沖強(qiáng)度的最小厚度取決于該聚合物的發(fā)泡程度和彎曲模量。通常來(lái)說(shuō)，據(jù)申請(qǐng)人的觀察，對(duì)相同的聚合物和相同的發(fā)泡程度，通過增加發(fā)泡涂層的厚度可以達(dá)到較高數(shù)值的抗沖強(qiáng)度。然而，對(duì)使用有限量涂層材料來(lái)降低成品費(fèi)用和尺寸的目的來(lái)說(shuō)，發(fā)泡材料層的厚度為確保所需抗沖強(qiáng)度所需要的最小厚度是有利的。具體說(shuō)，對(duì)中壓類型的電纜，據(jù)觀察厚度為約2mm的發(fā)泡涂層通常將能夠保證足以抵御這種類型電纜受到的正常沖擊。優(yōu)選，涂層厚度為大于0.5mm，具體是約1mm-約6mm，特別優(yōu)選2mm-4mm。
申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)了可以對(duì)具有各種彎曲模量值的材料合理近似地定義出涂層厚度和聚合物材料發(fā)泡程度之間的關(guān)系，從而可以將發(fā)泡涂層的厚度作為發(fā)泡程度和聚合物材料模量的函數(shù)適宜地定出尺寸，特別是對(duì)約2-4mm發(fā)泡涂層的厚度。
這種關(guān)系可以按下式表達(dá)V·de≥N其中V表示每直線米電纜的發(fā)泡聚合物材料的體積(m3/m)，所說(shuō)體積與由發(fā)泡涂層最小厚度定義的圓形邊有關(guān)系，相當(dāng)于圖2多極電纜的圓形邊(10a)、或圖3單極電纜中定義的涂層(10)。de表示發(fā)泡聚合物材料的表觀密度(kg/m3)；N表示上述兩個(gè)數(shù)值的積的結(jié)果，它應(yīng)當(dāng)大于或者等于0.03，對(duì)模量＞1000Mpa的材料來(lái)說(shuō)；0.04，對(duì)模量為800-1000Mpa的材料來(lái)說(shuō)；0.05，對(duì)模量為400-800Mpa的材料來(lái)說(shuō)；0.06，對(duì)模量為＜400Mpa的材料來(lái)說(shuō)。
參數(shù)V通過以下關(guān)系與發(fā)泡涂層厚度(S)有關(guān)V＝π(2Ri·S+S2)其中Ri表示圓形邊(10a)的內(nèi)半徑。
參數(shù)de通過前述關(guān)系與聚合物材料的發(fā)泡程度有關(guān)G＝(d0/de-1)·100基于上述的關(guān)系，據(jù)發(fā)現(xiàn)對(duì)具有不同室溫彎曲模量(Mf)的各種材料來(lái)說(shuō)，在直徑約22mm的電纜的圓形部分上放置約2mm厚度的發(fā)泡涂層，該涂層應(yīng)當(dāng)具有大約以下數(shù)值的最小表觀密度0.40g/cm3，對(duì)LDPE來(lái)說(shuō)(Mf約200)；0.33g/cm3，對(duì)70/30 PP/EPR混合物來(lái)說(shuō)(Mf約800)；0.26g/cm3，對(duì)HDPE來(lái)說(shuō)(Mf約1000)；0.20g/cm3，對(duì)PP來(lái)說(shuō)(Mf約1500)。
這些發(fā)泡聚合物表觀密度值相當(dāng)于約以下數(shù)值的最大發(fā)泡程度130％，對(duì)LDPE來(lái)說(shuō)(d0＝0.923)；180％，對(duì)PP/EPR混合物來(lái)說(shuō)(d0＝0.890)；260％，對(duì)HDPE來(lái)說(shuō)(d0＝0.945)；350％，對(duì)PP來(lái)說(shuō)(d0＝0.900)。
同樣，在同一尺寸電纜上放置約3mm厚度的發(fā)泡涂層，獲得以下的最小表觀密度0.25g/cm3，對(duì)LDPE來(lái)說(shuō)；0.21g/cm3，對(duì)PP/EPR混合物來(lái)說(shuō)；0.17g/cm3，對(duì)HDPE來(lái)說(shuō)；0.13g/cm3，對(duì)PP來(lái)說(shuō)；相當(dāng)于約以下數(shù)值的最大發(fā)泡程度270％，對(duì)LDPE來(lái)說(shuō)；320％，對(duì)PP/EPR混合物來(lái)說(shuō)；460％，對(duì)HDPE來(lái)說(shuō)；600％，對(duì)PP來(lái)說(shuō)。
上述結(jié)果說(shuō)明為使預(yù)定厚度的發(fā)泡涂層的抗沖強(qiáng)度特性達(dá)到最佳，就應(yīng)當(dāng)同時(shí)考慮到材料的機(jī)械強(qiáng)度特性(特別是其彎曲模量)和所說(shuō)材料的發(fā)泡程度。然而，通過應(yīng)用上述關(guān)系測(cè)得的數(shù)值不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是限定本發(fā)明的范圍。具體說(shuō)，聚合物的最大發(fā)泡程度，所說(shuō)的聚合物具有接近定義數(shù)N變化時(shí)的間隔值上限的彎曲模量值(即是指400、800和1000MPa)，事實(shí)上甚至可能大于根據(jù)上述關(guān)系計(jì)算的值；因此，諸如一厚度約2mm的PP/EPR層(Mf約800MPa)仍有可能提供甚至發(fā)泡程度約200％所具有的所需沖擊保護(hù)作用。
聚合物通常是在擠出過程中發(fā)泡；這種發(fā)泡既可以是通過添加適宜“發(fā)泡”化合物(即能夠在規(guī)定溫度和壓力條件下產(chǎn)生氣體的化合物)以化學(xué)方式發(fā)生的，也可以是通過將氣體高壓下直接注射到擠出機(jī)筒中以物理方式發(fā)生的。
化學(xué)“發(fā)泡劑”的適宜實(shí)例是偶氮二甲酰胺、有機(jī)酸(如檸檬酸)與碳酸鹽和/或碳酸氫鹽(如碳酸氫鈉)的混合物。
高壓注射到擠出機(jī)筒用的氣體的實(shí)例是氮?dú)狻⒍趸?、空氣和低沸點(diǎn)烴如丙烷和丁烷。
外包發(fā)泡聚合物層的保護(hù)性外護(hù)套方便地可以是普通使用的類型?？捎玫耐馔繉佑玫牟牧鲜蔷垡蚁?PE)，特別是中密度PE(MDPE)和高密度PE(HDPE)、聚氯乙烯(PVC)、彈性體的混合物等。MDPE或PVC是優(yōu)選使用的。一般來(lái)說(shuō)，形成該外護(hù)套用的聚合物材料的彎曲模量為約400-約1200MPa，優(yōu)選約600-約1000MPa。
申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，外護(hù)套的存在有助于與發(fā)泡涂層一同提供給涂層所需的抗沖強(qiáng)度特性。尤其是據(jù)申請(qǐng)人觀察，對(duì)相同厚度的發(fā)泡涂層來(lái)說(shuō)，這種護(hù)套對(duì)抗沖強(qiáng)度的貢獻(xiàn)是隨著形成發(fā)泡涂層用聚合物的發(fā)泡程度的增加而增加。外護(hù)套的厚度優(yōu)選為大于0.5mm，具體是1-5mm，優(yōu)選2-4mm。
本發(fā)明具有抗沖強(qiáng)度的電纜的制備要通過參考圖2的電纜結(jié)構(gòu)圖來(lái)描述，但其中待涂敷的芯之間的星形空間不直接填充發(fā)泡聚合物(10)，而用常規(guī)填料來(lái)填充；然后將發(fā)泡涂料擠出到這個(gè)半加工的電纜之上，在該半加工電纜周圍形成圓形邊(10a)，并且接下來(lái)外包外聚合物護(hù)套(2)。電纜芯的制備，即導(dǎo)體(4)、內(nèi)半導(dǎo)體層(9)、絕緣體(5)、外半導(dǎo)體層(8)和金屬屏蔽層(4)的裝配，通過本領(lǐng)域已知的方法來(lái)完成，例如通過擠出方式。然后將這些芯捆在一起，并且用常規(guī)填充材料(如彈性體混合物、聚丙烯纖維等等)，一般是采用將填料擠出在被捆的芯上，從而獲得圓形橫截面的半加工電纜。之后將發(fā)泡聚合物涂料(10)擠出到填充材料上。優(yōu)選，擠出機(jī)頭模具的直徑略微小于具有發(fā)泡涂層的電纜的最終直徑，以便允許聚合物在擠出機(jī)外面發(fā)泡。
據(jù)觀察，在相同擠出條件下(如螺桿的旋轉(zhuǎn)速度、擠出生產(chǎn)線的速度、擠出機(jī)頭的直徑等等)，擠出溫度是一項(xiàng)對(duì)發(fā)泡程度有相當(dāng)影響的工藝變量。通常來(lái)說(shuō)，對(duì)160℃以下的擠出溫度，獲得足夠的發(fā)泡程度是困難的；擠出溫度優(yōu)選至少180℃，特別是大約200℃。通常，擠出溫度的增加對(duì)應(yīng)較高的發(fā)泡程度。
此外，可以通過作用于冷卻速率來(lái)一定程度地控制聚合物的發(fā)泡程度，因?yàn)橥ㄟ^適當(dāng)減緩或加速冷卻(如果形成發(fā)泡涂層用的聚合物在擠出機(jī)出口)，可以增加或降低所說(shuō)聚合物的發(fā)泡程度。
正如申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)的，通過測(cè)定電纜涂層的剝離強(qiáng)度、該剝離強(qiáng)度平均值和在評(píng)價(jià)沖擊點(diǎn)處測(cè)定值之間的差，可以定量測(cè)定出對(duì)電纜涂層的沖擊效果。具體說(shuō)，對(duì)具有包括內(nèi)半導(dǎo)體層、絕緣層和外半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)的中壓型電纜來(lái)說(shuō)，在外半導(dǎo)體材料層和絕緣層之間測(cè)定剝離強(qiáng)度(及相關(guān)的差)是有利的。
據(jù)申請(qǐng)人觀察，電纜可能受到的特別嚴(yán)重的沖擊效果，特別是裝甲的中壓電纜，可以通過基于French標(biāo)準(zhǔn)HN33-S-52的沖擊試驗(yàn)的方式來(lái)再現(xiàn)，所說(shuō)的French標(biāo)準(zhǔn)HN33-S-52是涉及高壓輸電用裝甲電纜，它允許約72焦耳(J)的電纜沖擊能量。
涂層的剝離強(qiáng)度可以根據(jù)French標(biāo)準(zhǔn)HN33-S-52來(lái)測(cè)定，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)是測(cè)定將外半導(dǎo)體層和絕緣層分離所需要施加的力。申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，通過在沖擊發(fā)生點(diǎn)處連續(xù)測(cè)定所說(shuō)的力，可測(cè)得表示兩層之間粘合力變化的力的峰值。據(jù)觀察，這些變化一般關(guān)聯(lián)著涂層絕緣能力的下降。外覆蓋層(在本發(fā)明中，外覆蓋層由發(fā)泡涂層和外護(hù)套組成)提供的抗沖強(qiáng)度越小，變化將成比例地越大。因此，在沖擊點(diǎn)處測(cè)定的力的變化大小(相對(duì)于沿電纜測(cè)定的平均值)指示了保護(hù)涂層提供的保護(hù)程度。一般來(lái)說(shuō)，相對(duì)于平均值剝離強(qiáng)度的變化最大到20-25％被認(rèn)為是可接受的。
可以根據(jù)欲提供給下面電纜結(jié)構(gòu)的沖擊保護(hù)來(lái)適當(dāng)選擇發(fā)泡涂層的特性(材料、發(fā)泡程度、厚度)，其中發(fā)泡涂層和適宜的保護(hù)性外聚合物護(hù)套一起使用是有利的，還可以依據(jù)用作絕緣體和/或半導(dǎo)體的特定材料的特性，例如材料的硬度、密度等等。
正如從本發(fā)明描述中可以領(lǐng)會(huì)的，本發(fā)明的電纜由于發(fā)泡聚合物涂層相比金屬裝甲具有有利的特性而特別適合于取代常規(guī)的裝甲電纜。然而，它的使用不應(yīng)當(dāng)限制于專門的應(yīng)用中。事實(shí)上，本發(fā)明的電纜在所有期望電纜具有增強(qiáng)抗沖性能的用途中運(yùn)用均是有利的。具體說(shuō)，在直至現(xiàn)在使用裝甲電纜將有利但因?yàn)榻饘傺b甲有缺陷而受到阻礙的用途中，本發(fā)明的耐沖擊電纜可以取代這些所有用途中的常規(guī)的未裝甲電纜。
為進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明，以下給出一些舉例說(shuō)明性的實(shí)施例。實(shí)施例1
制備具有發(fā)泡涂層的電纜為評(píng)價(jià)本發(fā)明發(fā)泡聚合物涂層的抗沖強(qiáng)度，制備各種試驗(yàn)用件，制備方法是通過在芯上擠出不同厚度的具有各種發(fā)泡程度的幾種聚合物，其中所說(shuō)的芯由涂敷有0.5mm半導(dǎo)體材料層、3mm絕緣混合物層(該材料基于EPR)、和0.5mm“易剝脫”半導(dǎo)體材料層(該材料基于用碳黑強(qiáng)化的EVA)的約14mm厚多線導(dǎo)體組成，使總芯厚度達(dá)到約22mm。
使用低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、LDPE和細(xì)粉狀硫化天然橡膠(粒度300-600μm)的70/30重量比機(jī)械混合物(PE-粉末)、ERP橡膠改性的PP(70/30重量比混合物的PP-ERP)作為待發(fā)泡的聚合物材料；在以下內(nèi)容中這些材料用字母A至E來(lái)識(shí)別，并且在下表中作詳細(xì)描述
對(duì)聚合物進(jìn)行化學(xué)方法發(fā)泡，或者使用兩種不同發(fā)泡化合物(CE)，如下說(shuō)明
將待發(fā)泡的聚合物和發(fā)泡化合物裝載到(所用比例見表2)一80mm-25D單螺桿擠出機(jī)中(Bandera)；該擠出機(jī)裝配有特征在于最終區(qū)深度為9.6mm的螺紋傳送螺桿。擠出系統(tǒng)由能夠提供光滑壓出待涂敷芯的陽(yáng)模(其直徑一般要比待涂敷的芯的直徑大約0.5mm)、以及陰模(其直徑被選擇成以便其大小比具有發(fā)泡涂層的電纜直徑小約2mm)組成；按此方式，擠出的材料在擠出頭的出口處發(fā)泡，而不是在機(jī)頭的內(nèi)部或擠出機(jī)的內(nèi)部。將待涂敷的芯的擠出速度(擠出生產(chǎn)線速度)設(shè)定成是發(fā)泡材料所需厚度的函數(shù)(參見表2)。在離擠出頭約500mm的距離是冷卻管(含冷卻水)，以便使發(fā)泡停止并且使擠出材料冷卻。然后將電纜纏在線軸上。
聚合物材料/發(fā)泡劑混合物的組成和擠出條件(速度、溫度)可以適當(dāng)?shù)馗淖?，如下?所示。表2發(fā)泡混合物和擠出條件<
1)擠出機(jī)溫度是相對(duì)于機(jī)筒和擠出頭。當(dāng)僅給出一個(gè)數(shù)值時(shí)，這些溫度是相同的。在擠出機(jī)的初始區(qū)，溫度大約150℃。
樣品1沒有經(jīng)歷發(fā)泡，大概是因?yàn)閿D出機(jī)的溫度太低(165℃)，出于同樣原因樣品5經(jīng)歷有限的發(fā)泡(僅5％)。
接下來(lái)通過常規(guī)擠出方法給具有發(fā)泡涂層的電纜涂敷不同厚度的(參見表3)的常規(guī)MDPE護(hù)套(CE90-Materie PlasticheBresciane)，獲得具有表3定義特征的電纜樣品；其中聚合物沒有經(jīng)歷發(fā)泡的第1號(hào)電纜被當(dāng)作對(duì)比性的非發(fā)泡聚合物涂層。為對(duì)比目的，表3還給出了缺乏發(fā)泡填料而僅用外護(hù)套包敷的電纜的特性(0號(hào)電纜)。表3涂層特性
以上述相同的方式，使用彎曲模量為約600MPa的由用約30％ERP橡膠改性的聚丙烯組成的發(fā)泡聚合物涂料，制備另一批6種電纜樣品，見表4(實(shí)例12-17)；表4還給出兩個(gè)電纜的對(duì)比實(shí)施例，其中電纜具有發(fā)泡涂層但缺乏外護(hù)套(實(shí)例16a和17a)。表4涂層特性
實(shí)施例2抗沖強(qiáng)度測(cè)試為評(píng)價(jià)根據(jù)實(shí)施例1制備的電纜的抗沖強(qiáng)度，對(duì)電纜進(jìn)行沖擊試驗(yàn)接著評(píng)價(jià)損壞程度。同時(shí)通過對(duì)電纜肉眼分析的方式和通過測(cè)定沖擊點(diǎn)處半導(dǎo)體材料層剝離強(qiáng)度變化的方式來(lái)評(píng)價(jià)沖擊效果。沖擊試驗(yàn)是基于French標(biāo)準(zhǔn)HN33-S-52，該標(biāo)準(zhǔn)是為約72焦耳(J)的電纜沖擊能量提供的，所說(shuō)的72焦耳沖擊能量是通過27kg的重物從27cm的高處墜落而獲得的。對(duì)本試驗(yàn)來(lái)說(shuō)，這種沖擊能量由8kg重物從97cm高處墜落產(chǎn)生。重物的沖擊端裝有V型的圓形邊(1mm曲率半徑)沖切頭。在本發(fā)明的目的中，對(duì)單沖擊的抗沖強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)樣品6-12，從第一次約100mm的距離處重復(fù)第二次試驗(yàn)。
根據(jù)French標(biāo)準(zhǔn)HN 33-S-52測(cè)定剝離強(qiáng)度，依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定將外半導(dǎo)體層與絕緣層分離所需要施加的力。通過連續(xù)測(cè)定所說(shuō)的力，在發(fā)生沖擊的點(diǎn)處測(cè)得力的峰值。對(duì)每個(gè)測(cè)試件來(lái)說(shuō)，在沖擊點(diǎn)處，測(cè)得“正”力峰值(相當(dāng)于分離兩層所需要的力的增加(相對(duì)平均值))和“負(fù)”力峰值(相對(duì)平均值下降)。從測(cè)得的力峰值的最大(Fmax)和最小(Fmin)值之間的差中，獲得沖擊點(diǎn)處剝離強(qiáng)度的最大變化值。
依據(jù)以下關(guān)系，通過測(cè)定上述差(Fmax-Fmin)與所測(cè)電纜平均剝離強(qiáng)度值(F<>)之間的百分率來(lái)計(jì)算剝離強(qiáng)度的變化率％變化率＝100(Fmax-Fmin)/F<>
因此，沖擊點(diǎn)處測(cè)定的所說(shuō)力的變化大小(相對(duì)沿電纜測(cè)定的平均值)指示著發(fā)泡涂層提供的保護(hù)程度。一般來(lái)說(shuō)，相對(duì)于平均值剝離強(qiáng)度的變化最大到20-25％被認(rèn)為是可接受的。表5給出了樣品0-17a剝離強(qiáng)度的變化值。表5剝離強(qiáng)度的％變化率
<p>正如從表3中看到的，樣品1(沒有獲得發(fā)泡)的剝離強(qiáng)度百分變化率極其高；這說(shuō)明非發(fā)泡聚合物的吸收沖擊能力比發(fā)泡了的相同厚度的同樣聚合物層明顯地低(參見樣品3，具有61％的發(fā)泡涂層)。樣品3顯示出比25％極限值略微高的剝離強(qiáng)度變化；該樣品有限的抗沖強(qiáng)度主要?dú)w因于發(fā)泡涂層的厚度，該厚度相對(duì)其它樣品的2-3mm厚度僅為1mm。
樣品5(具有3mm厚的發(fā)泡涂層)由于聚合物發(fā)泡程度低(5％)而具有高數(shù)值的剝離強(qiáng)度，因此證明了發(fā)泡程度低的涂層提供的抗沖強(qiáng)度較有限。而樣品4(雖然發(fā)泡材料厚度比樣品5的薄)具有較高的抗沖強(qiáng)度，相比21％變化率的樣品5其剝離強(qiáng)度的變化為13％，由此證明了發(fā)泡程度越高提供的抗沖強(qiáng)度越高。
通過比較樣品13和樣品15，看出了對(duì)相同厚度的發(fā)泡材料層和外護(hù)套層來(lái)說(shuō)，聚合物發(fā)泡程度的增加(22-124％)是怎樣需要涂層抗沖強(qiáng)度的增加的(剝離強(qiáng)度從16-17％到10％的變化)。通過比較樣品16和17證實(shí)了這一趨勢(shì)。然而，通過將樣品16a和17a(沒有外護(hù)套)與各樣品16和17比較，可以看出外護(hù)套對(duì)沖擊保護(hù)的貢獻(xiàn)是怎樣隨發(fā)泡程度的增加而增加的。實(shí)施例3裝甲電纜的抗沖強(qiáng)度對(duì)比測(cè)試為驗(yàn)證發(fā)泡涂層的抗沖強(qiáng)度效力，測(cè)試第10號(hào)電纜對(duì)常規(guī)裝甲的電纜。
裝甲電纜具有與10號(hào)電纜相同的芯(即涂敷有一層0.5mm半導(dǎo)體材料層、一層3mm絕緣混合物層(該材料基于EPR)、和一層0.5mm“易剝脫”半導(dǎo)體材料層(該材料基于用碳黑補(bǔ)強(qiáng)的EVA)的約14mm厚多線導(dǎo)體，總芯厚度達(dá)到約22mm)。按照a)約0.6mm厚的橡膠基填充材料層；b)約0.66mm厚的PVC護(hù)套；c)分別約0.5mm厚的2個(gè)裝甲鋼帶；
d)約2mm厚MDPE外護(hù)套，從內(nèi)向外依次包繞所說(shuō)的電纜芯。
為比較測(cè)試，使用一“落重物型”的動(dòng)態(tài)機(jī)器(CEAST 6758型)。通過分別從50cm高處(約54焦耳沖擊能量)和20cm高處(約21焦耳沖擊能量)墜落11kg的重物進(jìn)行兩組試驗(yàn)；在重物的沖擊端裝配約10mm半徑的半球形頭。
所得的電纜變形結(jié)果顯示在圖4和5(分別為50cm和20cm高度)，其中本發(fā)明的電纜用a)表示，常規(guī)裝甲的電纜用b)表示。
測(cè)定芯的變形情況，以便評(píng)價(jià)電纜結(jié)構(gòu)的損壞程度。事實(shí)上，半導(dǎo)體-絕緣-半導(dǎo)體護(hù)套變形較大，更可能會(huì)導(dǎo)致電纜絕緣性的電缺損。結(jié)果在表6中有所匯總。表6半導(dǎo)體層經(jīng)沖擊后的％厚度減少率
從表6總結(jié)的結(jié)果看出，本發(fā)明電纜的抗沖強(qiáng)度性能好于常規(guī)裝甲的電纜。
權(quán)利要求
1.一種輸電電纜，包括a)導(dǎo)體；b)至少一層致密絕緣涂層，位于所說(shuō)的導(dǎo)體周圍；和c)一層由發(fā)泡聚合物材料制造的涂層，位于所說(shuō)致密絕緣涂層的周圍，其中所說(shuō)的聚合物材料具有預(yù)定的機(jī)械強(qiáng)度特性和預(yù)定的發(fā)泡程度，以便給所說(shuō)的電纜提供耐沖擊特性。
2.權(quán)利要求1所要求的電纜，其中發(fā)泡聚合物材料是由發(fā)泡前其室溫下的彎曲模量根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)D790測(cè)定為至少200MPa的聚合物材料獲得。
3.權(quán)利要求1所要求的電纜，其中所說(shuō)的彎曲模量為400MPa-1800MPa。
4.權(quán)利要求1所要求的電纜，其中所說(shuō)的彎曲模量為600MPa-1500MPa。
5.權(quán)利要求1所要求的電纜，其中所說(shuō)的聚合物材料的發(fā)泡程度為約20％-約3000％。
6.權(quán)利要求1所要求的電纜，其中所說(shuō)的聚合物材料的發(fā)泡程度為約30％-約500％。
7.權(quán)利要求1所要求的電纜，其中所說(shuō)的聚合物材料的發(fā)泡程度為約50％-約200％。
8.上述權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所要求的電纜，其中所說(shuō)發(fā)泡聚合物材料的涂層的厚度為0.5mm。
9.上述權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所要求的電纜，其中所說(shuō)發(fā)泡聚合物材料的涂層的厚度為1-6mm。
10.上述權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所要求的電纜，其中所說(shuō)發(fā)泡聚合物材料的涂層的厚度為2-4mm。
11.權(quán)利要求1所要求的電纜，其中所說(shuō)的發(fā)泡聚合物材料選自聚乙烯(PE)、低密度PE(LDPE)、中密度PE(MDPE)、高密度PE(HDPE)、和線型低密度PE(LLDPE)；聚丙烯(PP)；乙烯丙烯橡膠(EPR)、乙烯丙烯共聚物(EPM)、乙烯丙烯二烯三元共聚物(EPDM)；天然橡膠；丁基橡膠；乙烯/乙酸乙烯酯(EVA)共聚物；聚苯乙烯；乙烯/丙烯酸酯共聚物、乙烯/丙烯酸甲酯(EMA)共聚物、乙烯/丙烯酸乙酯(EEA)共聚物、乙烯/丙烯酸丁酯(EBA)共聚物；乙烯/α-烯烴共聚物；丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)樹脂；鹵化聚合物、聚氯乙烯(PVC)；聚氨酯；聚酰胺；芳族聚酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBT)；以及其共聚物或機(jī)械混合物。
12.權(quán)利要求1所要求的電纜，其中所說(shuō)的發(fā)泡聚合物材料是基于PE和/或PP的聚烯烴聚合物或共聚物。
13.權(quán)利要求1所要求的電纜，其中所說(shuō)的發(fā)泡聚合物材料是用乙烯丙烯橡膠改性的基于PE和/或PP的聚烯烴聚合物或共聚物。
14.權(quán)利要求13所要求的電纜，其中所說(shuō)的發(fā)泡聚合物材料是用乙烯丙烯橡膠(EPR)改性的聚丙烯，PP/EPR重量比為90/10-50/50。
15.權(quán)利要求14所要求的電纜，其中所說(shuō)的PP/EPR重量比為85/15-60/40。
16.權(quán)利要求14所要求的電纜，其中所說(shuō)的PP/ERP重量比為約70/30。
17.權(quán)利要求12所要求的電纜，其中所說(shuō)的基于PE和/或PP的聚烯烴聚合物或共聚物中還含有預(yù)定量的粉末形式的硫化橡膠。
18.權(quán)利要求17所要求的電纜，其中粉末形式的硫化橡膠的預(yù)定量為聚合物的10-60wt％。
19.上述權(quán)利要求1-18中任一項(xiàng)所要求的電纜，其中所說(shuō)的電纜包括外聚合物護(hù)套。
20.權(quán)利要求19所要求的電纜，其中所說(shuō)的護(hù)套和所說(shuō)的發(fā)泡聚合物涂層相接觸。
21.權(quán)利要求19或20所要求的電纜，其中所說(shuō)的護(hù)套的厚度為大于0.5mm。
22.權(quán)利要求19或20所要求的電纜，其中所說(shuō)的護(hù)套的厚度為1-5mm。
23.給輸電電纜提供抗沖強(qiáng)度的方法，包括用由發(fā)泡聚合物材料制造的涂料涂敷所說(shuō)的電纜。
24.權(quán)利要求23所要求的方法，還包括用外聚合物護(hù)套包敷所說(shuō)的發(fā)泡涂層。
25.發(fā)泡聚合物材料為輸電電纜提供抗沖強(qiáng)度的用途。
26.評(píng)價(jià)包含至少一層絕緣涂層的電纜的抗沖強(qiáng)度的方法，該方法由以下步驟組成a)測(cè)定所說(shuō)絕緣層的平均剝離強(qiáng)度；b)讓電纜受到預(yù)定能量的沖擊；c)測(cè)定所說(shuō)絕緣層在沖擊點(diǎn)處的剝離強(qiáng)度；d)檢查平均剝離強(qiáng)度與在沖擊點(diǎn)處測(cè)定的剝離強(qiáng)度之差小于預(yù)定的值。
27.權(quán)利要求26所要求的方法，其中剝離強(qiáng)度是在絕緣涂層和外層半導(dǎo)體涂層之間測(cè)定的。
28.權(quán)利要求27所要求的方法，其中平均剝離強(qiáng)度和在沖擊點(diǎn)處測(cè)定的剝離強(qiáng)度之差小于25％。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于電纜的涂層,該涂層能夠保護(hù)電纜免受意外沖擊。通過在輸電電纜結(jié)構(gòu)中插入適當(dāng)厚度的發(fā)泡聚合物材料涂層,優(yōu)選和外聚合物涂層的護(hù)套接觸,可以具有高抗沖強(qiáng)度的電纜。此外申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn),使用發(fā)泡聚合物材料作為電纜涂層可以使電纜獲得比使用沒有發(fā)泡的相同聚合物作為類似涂層的電纜更高的抗沖強(qiáng)度。包含這種類型涂層的電纜比包含金屬裝甲的常規(guī)電纜有各種優(yōu)勢(shì),例如較易加工、成品電纜的重量和尺寸得到減少、并且一旦其工作周期結(jié)束有關(guān)電纜再循環(huán)的環(huán)境影響降低。
文檔編號(hào)H01B7/18GK1255229SQ98804971
公開日2000年5月31日 申請(qǐng)日期1998年5月8日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月15日
發(fā)明者S·貝利, L·卡米, A·巴瑞吉, L·巴爾科尼 申請(qǐng)人:皮雷利·卡維系統(tǒng)有限公司