CN101103292A - 具有防火特性的缆及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有改进的防火性质的阻水缆。所述缆包括第一复合材料(2)，所述复合材料(2)包含当供给水时可膨胀的第一物质(21)和当供给热时可发泡并适于产生玻璃层的第二物质(22)。复合材料(2)还包含第一物质(21)和第二物质(22)所粘结的基材(31-33)。复合材料(2)可通过在溶剂(33)中溶解第一物质(21)和第二物质(22)并将所述溶液引入到支承材料(31)中或施加到支承材料(31)上而生产。

Description

具有防火特性的缆及其生产方法

技术领域

本发明涉及具有防火特性的缆。本发明具体而言涉及光缆。

背景技术

US6,122,424描述了具有多个光波导、包围光波导的套管和包围套管的缆护套的光缆。包含阻燃物质和吸水物质的组件布置在套管和缆护套之间。三氧化锑、氯化石蜡、溴-磷化合物、三水合铝、硼酸锌、氢氧化镁和锡化合物被描述为适宜的阻燃物质。至于适宜的吸水物质，参考US 4,913,517，其中列出了基于聚丙烯酸、聚丙烯腈或聚乙烯醇的超吸收材料。

US 6,501,887 B1中公开了一种光缆，其具有多个带状光波导、包围带状光波导的套管和包围套管的缆护套。由本征阻燃材料构成的层布置在套管和缆护套之间并覆有由可膨胀的材料构成的层。天然或合成云母、玻璃、聚酰亚胺和芳酰胺被描述为适宜的阻燃材料。超吸收聚合物，特别是部分交联的丙烯酸酯聚合物被描述为适宜的可膨胀的材料。

DE 198 37 998 A1中公开了一种适于安装在建筑物内的防火元件，其具有由水玻璃组成的芯和由泡沫重量为10-100克/升的聚氨酯泡沫构成的护套，其中水玻璃以不透气和不透水的方式封装，残留水含量为20-40重量％。所述水玻璃中含摩尔比为3.41的SiO₂/Na₂O和25重量％的结晶水。当水玻璃被加热到约200℃的温度时，结晶水以水蒸汽的形式放出，结果产生固体矿物泡沫，其能承受1000℃的温度至多240分钟。

US 2003/0031818 A1中公开了具有多个光波导和包围光波导的缆护套的光缆。该缆护套含无卤塑料。聚乙烯、聚丙烯和聚氨酯被描述为适宜的无卤塑料。为改进防火特性，缆护套也包含泡沫形成物质和玻璃形成物质。水玻璃、可发泡云母、压缩石墨和这些物质的混合物被描述为适宜的泡沫形成物质。硼酸的盐、硅酸的盐和磷酸的盐被描述为适宜的玻璃形成物质。

引入到缆护套中的其他已知的阻燃物质为例如氢氧化铝或氢氧化镁。缆护套中阻燃物质的引入会对缆护套的其他性质带来不利的影响。例如，缆护套的耐撕裂性会降低。这种影响事实上可能是所希望的。但一般而言，缆护套应具有良好的耐撕裂性以有效地保护缆内部。

发明内容

本发明的目的是提供具有改进的防火特性的纵向防水缆。特别是，本发明旨在延长发生火情时缆的寿命。

按本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的缆和通过具有权利要求19的特征的缆生产方法实现。优选的实施方案由从属权利要求中的特征提供。

本发明的缆具有缆护套和由缆护套包围的复合材料，所述复合材料包含第一物质、第二物质和基材。当向其供水时，第一物质可膨胀。通过向其供热，第二物质可发泡并适于产生玻璃层。第一物质和第二物质与基材粘结。

所述复合材料与其他缆组件一起布置在缆内部，缆内部由缆护套包围并包含用作膨胀材料的第一物质和用作泡沫形成剂和玻璃形成剂的第二物质。缆内部起初是干燥的并具有空腔，其中布置有光波导。如果水从某些点渗入缆内部并与第一物质接触，则引发膨胀过程，其间，水被第一物质吸收，第一物质膨胀形成防水的密封材料。此后，其他缆组件在所有侧面上为所述密封材料所包围。水向缆内部的进一步进入以及已经进入的水在缆纵向方向的传播因此被阻止。如果热从任何点进入缆内部且泡沫形成剂的温度超过特定的限值，则发泡过程被引发，其间，第二物质发泡形成泡沫，并产生气体或蒸气。其他缆组件随后在所有侧面上为所述泡沫所包围。泡沫有孔并因此用作热绝缘体。这延缓了热向其他缆组件的渗入以及热沿缆的传播。发泡过程通过在泡沫表面上形成玻璃而完成。

第二物质的发泡使体积增大600％并形成柔性泡沫。如果所述柔性泡沫在相当长的时间内受到高温，则泡沫表面将形成硬玻璃层。如果在第二物质的发泡过程中向缆供给水，例如由于发生火情时使用水灭火，则第一物质中所含的盐可增强第二物质的发泡过程。

水向缆内部的进入以及温度的升高因此使复合材料的体积增大，复合材料膨胀为包围缆内部其他缆组件的空腔。基于膨胀过程和发泡过程之间的这些相似之处，用作膨胀材料的第一物质和用作泡沫形成剂及玻璃形成剂的第二物质被布置在缆内部相似的适宜点处。因此特别优选将第一物质和第二物质整合在共同的基材中，并将这样形成的复合材料布置在缆内部的适宜点处。

在第一种可选择方案中，基材包含第一支承层和粘合剂，其中第一物质和第二物质布置在第一支承层之中或之上并通过粘合剂与第一支承层粘结。粘合剂优选是水溶性的，以便复合材料一与水接触，第一支承层上的第一物质与第二物质间的粘结即消除。

在第一种可选择方案的第一种变体中，复合材料通过首先将包含第一物质和第二物质的粉末施加到支承层上产生，其中支承层仅部分被覆盖。然后向粉末和支承层上施加粘合剂，使粉末中的颗粒通过粘合剂粘结到支承层的裸露部分上。在第一种可选择方案的第二种变体中，复合材料通过首先将粘合剂作为粘合层施加到支承层上产生，然后将含第一和第二物质的粉末散布其上，使粉末中的颗粒通过粘合剂粘结到粘合层上。所述粉末可包含各自包含第一物质和第二物质的颗粒。所述粉末也可包含各自包含第一物质或第二物质的颗粒。

在第二种可选择方案中，基材包含第一支承层和第二支承层，其中第一物质和第二物质保持在第一支承层和第二支承层之间。粉末或粉末混合物首先被施加到第一支承层上。然后将第一支承层和第二支承层彼此相连。举例来说，粉末仅被布置在第一支承层的中心区域之上。然后第二支承层可在包围中心区域的边缘区域中与第一支承层连接。第一支承层和第二支承层优选由聚乙烯构成。第一支承层和第二支承层可通过加热聚乙烯粘结。第一物质和第二物质被封装在第一支承层和第二支承层之间，因此免受磨损。

复合材料优选包含毡、粉末和粘合剂。所述毡包含由支承材料组成的个体纤维。粉末含第一物质和第二物质并有颗粒。粉末中的颗粒通过粘合剂与毡粘结。粉末可通过例如粘合力或毛细力保持在毡的个体纤维间。粉末也可通过静电力保持在毡的表面上，如果粉末或毡带静电的话。粉末可包含各自包含第一物质和第二物质的颗粒。粉末也可包含各自包含第一物质或第二物质的颗粒。

支承材料与第一物质和/或第二物质形成化学键也是可行的。

第一物质优选由吸水性聚合物组成。所述聚合物含有可与水分子形成化学或物理键的单体。

所述聚合物优选至少部分交联。这样，聚合物的大分子彼此键合形成三维网络。如果聚合物的大分子与水键合，则聚合物的体积增大。但聚合物总是形成柔性的、内聚的物质。

所述聚合物优选包含聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸的至少部分中和的衍生物、聚环氧乙烷、纤维素或淀粉的衍生物、聚乙烯醇、聚乙烯醚、聚马来酸、丙烯酰胺、丙烯腈或丙烯酸酯。

第二物质优选包含硅和碱金属。第二物质优选包含二氧化硅和碱性氧化物。所述碱性氧化物优选为Na₂O和K₂O。二氧化硅与碱性氧化物的摩尔数之比优选为至少3比1。第二物质优选包含保有结晶水的硅酸钠或硅酸钾。

硅酸钠或硅酸钾为硅酸(H₂SiO₃)的盐。硅原子和氧原子形成三维网络，钠离子和钾离子镶嵌其中。硅酸钠通过将碳酸钠(Na₂CO₃，苏打)和尽可能纯的石英砂(SiO₂)熔合在一起产生。硅酸钾通过将碳酸钾(K₂CO₃，钾碱)和尽可能纯的石英砂(SiO₂)熔合在一起产生。石英砂含约99.7％的石英，剩余部分由铁、钙、铝和钛组成。碳酸钠或碳酸钾用来降低石英的熔点。熔合在一起的工艺在1300℃的温度下进行。熔体固化时形成固体水玻璃。

液体水玻璃通过将固体水玻璃溶解在水中产生，溶解优选在150℃-160℃间的温度和适当增大的压力下进行。所得溶液以强碱性的形式反应。如果将空气应用于该溶液，则空气中的CO₂将使水玻璃中和。溶液固化形成柔性的水玻璃，其含硅酸的溶胶或凝胶。水玻璃的柔性取决于含水量。高含水量将带来高柔性。固化速率和水玻璃的强度取决于SiO₂与碱性氧化物也就是Na₂O或K₂O间的摩尔比。SiO₂与碱性氧化物间的摩尔比为SiO₂的化学计量单元数除以碱性氧化物的化学计量单元数。SiO₂与碱性氧化物间的摩尔比等于或大于3的水玻璃不是碱性的，也不是吸湿的，因此在室温下几乎不受水攻击。相比之下，SiO₂与碱性氧化物间的摩尔比仅为例如2的水玻璃具有一定的吸湿性，当贮存在潮湿空气中时会团聚(baked)到一起。

第二物质优选还包含熟耐火土(粘土矿物)、长石(铝硅酸盐)、云母(页硅酸盐)或石墨。熟耐火土含水并在约500℃的温度下分解，所含的水被放出而形成硅酸。长石和云母用来降低石英的熔点。石墨可有助于泡沫表面上碳层的形成。这样的碳层能承受至多1200℃的温度。

在第一种变体中，所述缆优选具有一个传输元件。缆护套包围传输元件。复合材料包围传输元件。传输元件用来传输光或电信号。

传输元件优选具有一个光波导。光波导包含玻璃纤维和包围玻璃纤维的涂层。所述涂层包含所述复合材料。举例来说，光波导上的涂层可含丙烯酸酯。

传输元件优选由多个光波导和芯套组成。芯套包围多个光波导。芯套包含复合材料。举例来说，芯套可包含支承材料和粉末或粉末混合物。于是支承材料的分子结构产生粉末或粉末混合物的颗粒镶嵌其中的基体。

复合材料包围的传输元件通过例如首先提供支承材料包围的一个光波导或支承材料包围的一束光波导形成。然后产生包含第一物质、第二物质和溶剂的溶液。作为溶液的替代，也可以产生含第一和第二物质的胶体的分散体。光波导或光波导束然后被浸入溶液或分散体中，涂层用溶液浸透。

在第二种变体中，所述缆具有一个由缆护套包围的传输元件和布置在传输元件与缆护套之间的线状元件。线状元件包含复合材料。线状元件可包含纱线和施加到纱线上的涂层，其中所述涂层包含所述复合材料。线状元件也可整体地由所述复合材料形成。线状元件可通过从熔体挤出长丝而形成。于是熔体和长丝包含支承材料的均质体和粉末或粉末混合物，所述粉末或粉末混合物包埋在该支承材料中并包含第一物质和第二物质。

本发明的生产缆的方法包括多个步骤。提供供给水时可膨胀的第一物质和供给热时可发泡和形成玻璃的第二物质、溶剂以及支承材料。将第一物质和第二物质溶解于溶剂中，因此得到溶液。将溶液引入支承材料中或施加到支承材料上，形成复合材料。作为溶液的替代，也可以产生分散体，其中溶解有含第一物质和第二物质的胶体。

此外，优选提供一个传输元件。传输元件由复合材料包围。复合材料由缆护套包围。

也可以向溶液中引入可通过辐射聚合的单体或低聚物并照射已引入到支承材料中的溶液。通过例如可见光、红外光或紫外光照射位于溶液中的单体或低聚物，然后导致复合材料固化。

附图说明

图1示出了本发明的缆的复合材料的三种变体。

图2示出了本发明的缆的第一种变体，和

图3示出了本发明的缆的第二种变体。

具体实施方式

图1的上部示出了本发明的缆的复合材料的第一种变体。复合材料2具有支承层31、第一物质21、第二物质22和粘合剂33。第一物质21可通过供给水而膨胀。第二物质22可通过供给热而发泡。第一物质21和第二物质22布置在支承层31中。粘合剂33可特别是包含可辐射固化并使第一物质21和第二物质22粘结到支承材料31上的塑料。

本发明的缆的复合材料的第二种变体在图1中部给出。复合材料2具有第一支承层31、第二支承层32、第一物质21和第二物质22。第一物质21可通过供给水而膨胀。第二物质22可通过供给热而发泡。第一物质21和第二物质22布置在第一支承层31和第二支承层32之间。第一支承层31和第二支承层32可各自具有中心区域和包围中心区域的边缘区域，第一物质21和第二物质22布置在第一支承层31和第二支承层32的中心区域之间，第一支承层31和第二支承层32的边缘区域彼此相连，特别是通过粘合剂彼此粘结。在这种情况下，第一物质21和第二物质22由第一支承层31和第二支承层32形成的复合体包围。

本发明的缆的复合材料的第三种变体在图1下部给出。复合材料2具有第一支承层31、第一物质21、第二物质22和粘合剂31。第一物质21可通过供给水而膨胀。第二物质22可通过供给热而发泡。第一物质21和第二物质22布置在支承层31上。粘合剂33可特别是包含可辐射固化并使第一物质21和第二物质22粘结到支承材料31上的单体或低聚物。

第一物质21和第二物质22可各自呈粉末形式。含第一物质的粉末的典型粒度在1-100微米范围内。含第二物质的粉末的典型粒度在30微米左右。

复合材料的第一和第三种变体中所述的粘合剂33在各种情形下均是水溶性的。如果复合材料与水接触，则第一物质和第二物质与基材的粘结将消除，以致第一物质可无障碍地膨胀。第一物质21和第二物质22也可例如通过共价键、通过范德华键、通过静电力、通过粘合力或毛细力与支承材料粘结。

复合材料可以通过许多方式引入缆1中。一般而言，将第一和第二物质直接整合进毡、纱线、软线、长丝或粘合剂中是可行的，或可将第一和第二物质整合进涂层中。在这种情形下，不仅毡、纱线、软线或长丝可被覆以涂层，而且例如钢壳也可被覆以涂层。涂层厚度的典型值在0.1毫米左右。

图2示出了本发明的缆的第一种变体。缆1具有缆护套11、由缆护套11包围的毡12和由毡12包围的缆芯。缆芯具有居中布置在缆1中的中心元件16和多个布置在中心元件16周围的传输元件100。在各种情形下，传输元件10中的一个包围多个光波导100和包围多个光波导100的芯套11。在各种情形下，光波导100中的一个具有玻璃纤维1002和包围玻璃纤维的涂层1001。

为产生缆1，首先要提供多个光波导100，然后产生多个传输元件10。为产生各个传输元件10，要绕多个光波导100挤出芯套10。传输元件10布置在中心元件16周围，且在这种情形下优选是扭绞的以形成缆芯。缆芯由毡12包围。缆护套11然后绕毡12挤出。

特别地，图2中所示的缆1具有图1中所示的复合材料2。复合材料2具有可通过供给水而膨胀的第一物质21、可通过供给热而发泡并适于产生玻璃层的第二物质22以及第一物质21和第二物质22所粘结的基材31-33。在这种情形下，复合材料2的基材31-33可含缆1的各种组件。

在第一种变体中，复合材料2的基材31-33具有包含在缆1的毡12中的支承层31。毡12可例如包含由聚丙烯组成的纤维。第一物质21和第二物质22例如通过粘合剂33、通过吸附、粘合或毛细力粘结在毡12的纤维间或粘结到毡12的表面上。

在第二种变体中，复合材料2的基材31-33具有包含在中心元件16中的支承层31。中心元件12可为包含由聚丙烯组成的纤维的长丝。第一物质21和第二物质22例如粘结到长丝的纤维上、长丝的纤维间或长丝的表面上。

中心元件16也可具有长丝和用作支承层31并施加到长丝表面上的涂层。第一物质21和第二物质22然后与该涂层粘结。

图3示出了本发明的缆的第二种变体。缆1具有缆护套11、多个张力释放元件15和第一毡14以及由第一毡14包围的缆芯。张力释放元件15布置在缆护套11和第一毡14之间。缆芯具有内护套13、由内护套13包围的第二毡12和由第二毡12包围的多个传输元件200。各个传输元件200具有多组光波导100。光波导各自具有玻璃纤维和包围玻璃纤维的塑料套管。在各种情形下，一组光波导100彼此并排布置以形成带，相邻光波导的塑料套管通过粘合剂彼此粘结。自光波导100的组形成的带布置形成带组。

为产生缆1，首先要提供多个光波导100，然后产生多个传输元件10。在各种情形下，为产生传输元件10中的一个，多个光波导被覆以塑料套管、彼此并排布置并通过粘合剂粘结形成带。传输元件然后通过粘合剂粘结以形成带组。带组由第一毡12包围。内护套13绕第一毡12挤出。内护套13由第二毡14包围。张力释放元件15绕第二毡14布置。缆护套11然后绕张力释放元件15挤出以形成缆1。

复合材料2的基材31-33具有支承层31，其包含在缆1的相应毡即毡12和/或毡14中。相应毡可例如包含由聚丙烯组成的纤维。第一物质21和第二物质22例如通过粘合剂33、通过吸附、粘合或毛细力粘结在相应毡的纤维之间或粘结在相应毡的表面上。

缆1的内护套13可例如为钢壳。钢壳可具有沿缆1分布的接缝。沿接缝分布的钢壳的边缘区域可搭接或可由间隙隔开。在两种情形下，边缘区域由复合材料通过粘合剂彼此粘结。在这种情形下，复合材料的基材因此包含粘合剂。钢壳为支承层。

附图标记

1       缆

2       复合材料

11      缆护套

12、14  毡

13      内护套

15      张力释放元件

10      传输元件

101     芯套

16      中心元件

21      第一物质

22      第二物质

31      第一支承层

32      第二支承层

33      粘合剂

100     光波导

1001    纤维涂层

1002    玻璃纤维

Claims (21)

1.一种缆，其包括：

缆护套(11)，

由所述缆护套(11)包围的复合材料(2)，所述复合材料(2)包含：

供给水时可膨胀的第一物质(21)，

供给热时可发泡并适于产生玻璃层的第二物质(22)，

所述第一物质(21)和所述第二物质(22)所粘结的基材(31-33)。

2.权利要求1的缆，其中所述基材(31-33)具有

第一支承层(31)，

粘合剂(33)，其中所述第一物质(21)和第二物质(22)布置在所述第一支承层(31)之中或之上并通过所述粘合剂(33)与所述第一支承层(31)粘结。

3.权利要求1或2的缆，其中所述基材(31-33)包含：

第一支承层(31)，

第二支承层(32)，

其中所述第一物质(21)和第二物质(22)保持在所述第一支承层(31)和所述第二支承层(32)之间。

4.权利要求2或3的缆，其中所述第一支承层(31)由聚乙烯组成。

5.权利要求1的缆，其中所述复合材料(2)具有：

毡(31)，

包含所述第一物质(21)和所述第二物质(22)并具有颗粒的粉末，

粘合剂(33)，通过所述粘合剂(33)将所述粉末的所述颗粒粘结在所述毡(31)中。

6.权利要求1-5中任一项的缆，其中所述第一物质(21)由吸水的聚合物组成。

7.权利要求6的缆，其中所述聚合物是至少部分交联的。

8.权利要求6或7的缆，其中所述聚合物包含聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸的至少部分中和的衍生物、聚环氧乙烷、纤维素或淀粉的衍生物、聚乙烯醇、聚乙烯醚、聚马来酸、丙烯酰胺、丙烯腈或丙烯酸酯。

9.权利要求1-8中任一项的缆，其中所述第二物质(22)包含硅和碱金属。

10.权利要求1-9中任一项的缆，其中所述第二物质(22)包含二氧化硅和碱性氧化物。

11.权利要求10的缆，其中所述碱性氧化物为Na₂O或K₂O。

12.权利要求10或11的缆，其中所述氧化硅与碱性氧化物的摩尔数之比为至少3比1。

13.权利要求1-12中任一项的缆，其中所述第二物质(22)包含保有结晶水的硅酸钠或硅酸钾。

14.权利要求1-13中任一项的缆，其中所述第二物质还包含熟耐火土、长石、云母或石墨。

15.权利要求1-14中任一项的缆，所述缆包括：

由所述缆护套(11)包围的传输元件(10)，

其中所述复合材料(2)包围所述传输元件(100)。

16.权利要求15的缆，其中所述传输元件(10)包含一个光波导(100)，所述光波导(100)具有玻璃纤维(1002)和包围所述玻璃纤维(1002)的涂层(1001)，所述涂层(1001)包含所述复合材料(2)。

17.权利要求15的缆，其中所述传输元件(10)包含多个由芯套(101)包围的光波导(100)，所述芯套(101)具有包含所述复合材料(2)的涂层(1001)。

18.权利要求1-14中任一项的缆，

由所述缆护套(11)包围的传输元件(10)，

线状元件，布置在所述传输元件(10)和所述缆护套(11)之间并包含所述复合材料(2)。

19.一种制造缆的方法，所述方法包括步骤：

提供供给水时可膨胀的第一物质(21)和供给热时可发泡并形成玻璃的第二物质(22)、溶剂(33)以及支承材料(31)，

将所述第一物质(21)和第二物质(22)溶解于所述溶剂(33)中，从而产生溶液，

将所述溶液引入到所述支承材料(31)中，或将所述溶液施加到所述支承材料(31)上，从而形成复合材料(2)。

20.权利要求19的方法，所述方法包括步骤：

提供传输元件(100)，

用所述复合材料(2)包围所述传输元件(100)，

用缆护套(11)包围所述复合材料(2)。

21.权利要求19或20的方法，所述方法包括步骤：

向所述溶液中引入可通过辐射聚合的单体或低聚物，

照射所述复合材料(2)以使之固化。

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