高溫絕緣帶和以其覆套的導線或線纜的製作方法

2023-05-23 16:04:51

高溫絕緣帶和以其覆套的導線或線纜的製作方法
【專利摘要】一種複合絕緣帶(20)包括由至少兩層構成的層壓物或共擠物，所述至少兩層包括其中分散有雲母顆粒的聚合物基質的絕緣的第一層(24)和聚醚醚酮(PEEK)或包含至少50％聚醚醚酮的混合物或合金的第二層(26)，其中至少一個所述層的與另一所述層相反的表面上塗覆有含氟聚合物薄膜(25)。帶可用以在諸如電線的導體(10)上形成多層覆蓋層。諸如PTFE之類的含氟聚合物的外保護層(28)可通過纏繞或擠出的方式圍繞所述纏繞帶而施加。在優選的實施例中，含氟聚合物薄膜施加於帶的兩側。
【專利說明】高溫絕緣帶和以其覆套的導線或線纜
【技術領域】
[0001]本發明涉及用於在諸如鑽井或採礦、商用或軍用航空航天和海事應用及汽車、軌道和大宗運輸的苛刻的或極端的條件下使用的高性能、耐高溫的、也可以是耐火的導線和線纜。此種線纜可能暴露於極端溫度以及暴露於腐蝕性物質或大氣或者暴露於火中。高性能導線總體上包括諸如電導體或光纖的功能性芯體，以及一個或多個絕緣和/或保護性覆蓋層。這些覆蓋層應為柔性且不過分龐大的，因為在很多情況下需要導線具有小的直徑。此種小直徑、高性能的導線可通過纏繞薄的單層或多層帶、通過擠出或通過這些技術的組合來形成。
【背景技術】
[0002]已知用於導線和線纜護套的各種類型的聚合物，比如聚四氟乙烯(PTFE)和聚醚醚酮(PEEK)。PTFE具有非常堅韌以及化學惰性、高軟化點、低摩擦係數和良好的電絕緣性質的優勢。
[0003]PEEK已經被發現越來越多地使用於導線和線纜護套中，因為其具有良好的耐燃性、自熄性且產生的煙極少。其還具有良好的延展性、在比如薄膜的薄的區段中的良好的柔性和對於動態切割和擦刮磨損的良好的機械耐性。然而其會易受電弧徑跡的影響以及受丙酮和強酸的侵蝕。
[0004]EP-A-572 177公開了多孔PTFE和PEEK的電絕緣層壓件。其目的在於提供用於機身導線絕緣體的柔性電絕緣材料，該絕緣體為輕質的且具有高的機械強度、耐熱性和耐化學性及降低的介電常數。
[0005]存在對耐火併且耐極高溫度的導線和線纜絕緣體的需求。提供這種耐燃性的一種方式是應用包括分散在聚合物基質中的雲母顆粒(通常為小片)的覆蓋層。例如，JP-A-2003100149公開了將細雲母粉和玻璃粉(glass frit)分散在有機矽樹脂(siliconeresin)中用於塗覆耐火線纜的用法。
[0006]然而，雲母會增加成本且因此需要降低線纜護套的雲母含量。例如，JP-A-2006120456設法通過組合提供拉伸強度和尺寸穩定性的玻璃帶和提供耐熱性、電特性和膠粘性的有機娃帶(silicone tape)以避免雲母的使用。
[0007]JP-A-2000011772公開了用混合有氫氧化鋁和雲母粉的交聯矽橡膠(siliconerubber)製成的耐火覆蓋層。
[0008]還存在對直徑減小的導線和線纜的需求，這種需求能通過使用厚度減小的護套來實現。
[0009]GB-A-2460686公開了一種具有功能性芯體和包括內防火層、PEEK製成的纏繞薄膜和PEEK或另一種聚合物製成的外覆蓋層的護套，其中內防火層包括分散在比如有機矽的聚合物基質中的雲母顆粒。以這種方式，能夠獲得需要的溫度和耐燃性且雲母限制在三層中的一層中並且優選厚度不超過100 μ m。
[0010]W08900757 (Penneck)描述了一種具有良好的電性質和機械性質的導線，其具有圍繞導體的無機電弧控制層、包括圍繞電弧控制層的芳族聚合物的絕緣層和圍繞絕緣層的次徑跡控制層。該導線顯示出對於乾電弧(dry arcing)和溼徑跡(wet tracking)的良好的耐受性。
[0011]然而，仍然存在對除了具有良好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械性質的導線和線纜的需求。

【發明內容】

[0012]根據本發明的第一方面，提供有包括層壓物或共擠物的複合絕緣帶，所述層壓物或共擠物包括聚合物基質的絕緣第一層和包括聚醚醚酮(PEEK)的第二結構層，所述聚合物基質優選是耐高溫且也可是耐火的，其中分散有雲母顆粒，其中至少一個所述層的與另一所述層相反的表面上塗覆有含氟聚合物薄膜。
[0013]含氟聚合物覆蓋層可被施加於與第一層相對的第二層的表面上和/或施加於與第二層相對的第一層的表面上。此含氟聚合物層可例如基於PTFE、PFA或FEP，且能通過包括作為覆蓋層施加的各種方法來施加。
[0014]本發明的帶可以通過作為絕緣護套纏繞至導線或線纜來施加。因此，根據本發明的又一方面，提供有包括芯體和聚合物護套的導線或線纜，其中護套包括:
[0015](a)如上限定的複合絕緣帶，其圍繞芯體纏繞使得其中第一層更靠近芯體；以及
[0016](b)纏繞或擠出的含氟聚合物的外層。
[0017]絕緣的第一層包含分散在諸如聚矽氧烷的聚合物基質中的雲母。
[0018]在擠出的外含氟聚合物層的施加之前施加粘接連結層會是有利的，特別是在複合帶在纏繞帶的第二層上包括含氟聚合物外覆蓋層的情況下。用於連結層的適合的材料包括環氧或馬來官能化的氟化彈性體(maleic functionalised fluorinated elastomer)或，更優選的，諸如PFA或PTFE的官能化含氟聚合物。粘接連結層可通過擠出或通過諸如浸塗的其他塗覆方法施加。額外地或替代地，可在含氟聚合物外層的施加之前進行加熱或燒結步驟以熔合所纏繞的複合帶的第一層和第二層。
[0019]當帶施加於導線時形成內和/或外層的含氟聚合物覆蓋層的優點包括導線終端的改善的絕緣層的剝離和提高的電絕緣性。
[0020]將覆蓋層施加於形成靠近帶所纏繞的導體的內層的包含雲母的第一層的進一步的優點包括卓越的電性能，顯著提高的絕緣性及對幹/溼電弧徑跡的耐受性。
[0021]在利用纏繞的帶而絕緣的導線的外側上具有含氟聚合物覆蓋層且所述纏繞的帶在PEEK層上具有這樣的覆蓋層的情況下，該含氟聚合物層可以被加熱以熔合它並產生一個均質層。
[0022]含氟聚合物外層(b)施加於覆套的導線或線纜以提供額外的強度、化學耐受性、柔性和/或耐燃性。它也可提高耐磨損性，主要通過消除對被纏繞的線來說典型的表面的凹凸不平。該外層可例如包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯四氟乙烯(ETFE)、聚氟烷氧基(PFA)或這些材料中的任意種的共聚物或混合物或合金。該外層可被固定或可熔合或燒結，優選在350°C _420°C的溫度下。
[0023]帶的第二結構層包括聚醚醚酮(PEEK)或包括至少50%且更優選的是65%的PEEK的混合物或合金。PEEK可以與其它的聚芳基醚酮混合或成為合金。這些包括芳族環的鏈，其中一些芳族環由氧原子連接，而另一些芳族環由羰基連接。其中許多具有比PEEK更高的熔點和玻璃化溫度。
[0024]可形成部分PEEK合金層的PAEK的示例列於下表1中，其中聚合物通過其縮寫名稱識別，其中E代表醚，K代表酮且Φ指代苯環，因此例如PEKK為聚醚酮酮。也給出了熔點CU和玻璃化溫度(Tg)。用於合金化或者混合的優選的聚合物為其中酮鍵連接與醚鍵連接的比例為1:1或更大的那些，這些化合物具有較高的Tg和！^
[0025]
【權利要求】
1.一種複合絕緣帶(20)，其包括層壓物或共擠物，所述層壓物或共擠物包括其中分散有雲母顆粒的聚合物基質的絕緣的第一層(24)和包括聚醚醚酮或包含至少50%聚醚醚酮的混和物或合金的第二層(26)，其中至少一個所述層的與另一所述層相反的表面上塗覆有含氟聚合物薄膜。
2.根據權利要求1所述的複合絕緣帶，其中所述第二層(26)包括按重量計至少65%的PEEK的混合物或合金。
3.根據權利要求2所述的複合絕緣帶，其中所述第二層(26)的聚醚醚酮與另一聚芳醚酮或與包含與五元環熔合的六元環的雜環單元的聚合物進行混合或合金化。
4.根據上述任一權利要求所述的複合絕緣帶，其中所述絕緣的第一層(24)具有施加到其與所述第二層(26)相反的表面上的碳氟化合物層或覆蓋層(25)。
5.根據上述任一權利要求所述的複合絕緣帶，進一步包括在與所述第一層(44)相反的所述第二層(46)的側面上的含氟聚合物的層(47)。
6.一種導線或線纜，其包括芯體(10)和聚合物護套(16、28)，其中，所述護套包括: (a)圍繞芯體進行纏繞的根據上述任一權利要求的複合絕緣帶(20)，其中所述第一層(24)更靠近芯體，以及 (b)纏繞的或擠出的含氟聚合物的外層(28)。
7.根據權利要求6所述的導線或線纜，其中所述外保護性聚合物層(28)被燒結或熔合。
8.根據權利要求6或7所述的導線或線纜，其中所述第二層(26)被至少部分地燒結或熔合。
9.根據權利要求8所述的導線或線纜，其中整個所述護套(16)被燒結。
10.根據權利要求6-9中任一項所述的導線或線纜，其中所述層壓的複合薄膜(20)以40-70%、優選48-58%的重疊度螺旋纏繞到所述芯體(10)上。
11.根據權利要求10中所述的導線或線纜，其中所述重疊度為48-58%。
12.根據權利要求6-11中任一項所述的導線或線纜，其中所述保護性外層作為所述複合帶的層圍繞芯體纏繞。
13.根據權利要求6-11中任一項所述的導線或線纜，其中所述外保護層(28)通過擠出形成。
14.根據權利要求6-13中任一項所述的導線或線纜，其中所述第一層和第二層(24、26)和保護性外層中的每一個具有的厚度為25-100 μ m。
15.根據權利要求6-13中任一項所述的導線或線纜，其中第一層和第二層(24、26)和保護性外層(28)中的每一個具有的厚度為25-50 μ m。
16.一種製造絕緣導線或線纜的方法，其包括以下步驟:通過將根據權利要求1-5的任一項所述的複合帶(20)螺旋纏繞到細長的芯體(10)上以形成護套(16);通過纏繞或擠出將含氟聚合物的外層(28)施加於所纏繞的帶上；以及燒結至少所述外層。
17.根據權利要求14所述的方法，其中所述燒結在350°C_420°C的溫度範圍內發生。
18.根據權利要求16或17所述的方法，其中所述外層(16)通過在提高的溫度下和在惰性氣氛中應用電子束輻射而進行交聯。
19.根據權利要求16-18中任一項所述的方法，其中使所述護套(16)在170-300°C下經受高達24小時的退火處理。
【文檔編號】B32B1/08GK103796823SQ201280030808
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年6月11日 優先權日:2011年6月20日
【發明者】A·帕格裡厄卡, P·哈蒙德 申請人:泰科電子英國有限公司