CN1016912B - 电缆和可膨胀电缆包带及其应用 - Google Patents

电缆和可膨胀电缆包带及其应用

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Abstract

本发明有关一种制造电缆用的可膨胀包带。可膨胀包带包含一种载体材料，该载体材料中或其上载有热致膨胀微囊体。本发明还有关在电缆制造中该包带的使用以及有关含有这样包带的电缆。

Description

本发明有关一种制造通讯电缆或电力传输电缆用的可膨胀包带，有关制造电缆中这种膨胀包带的应用以及有关包含这种膨胀包带的电缆。
通讯用电缆目前可分为二类，即带有铜导线的标准电缆和玻璃纤维电缆。
标准通讯电缆芯由一束传送信号用的细的绝缘铜线组成。一般地说，绝缘由挤压成型的合成塑料，例如聚乙烯构成，但也有可能用纸构成。这种电缆芯常用纸、簿膜或织物材料包扎，当考虑到电缆安全需要时，也许在这种带上还附有聚乙烯或其他塑料挤压成型的内护层。其次，围绕挤压成型内护层可设置一层铝箔保护层，最后，围绕该层设有挤压成型的外护层。
玻璃纤维电缆一般由很多玻璃纤维构成，这些玻璃纤维用特殊结构包绕，以便保护玻璃纤维免受湿气和变形的影响。为了避免变形，有时玻璃纤维放在具有高抗拉强度的专门通道构件里。为了避免湿气影响，通常在玻璃纤维的空间中注入防水材料，例如，基于矿脂的。围绕这电缆芯可绕有合成塑料簿膜带，例如聚乙烯，围绕该层，依次设有高抗拉强度的保护层。最后，围绕这组合件可附加一适合的塑料外护层，例如聚乙烯。
电力传输电缆，尤其是中张力和高张力的传输线一般有单股或多股的铜或铝芯构成。如果需要的话，围绕电缆芯可附加一半导电层。围绕该层可以是交叉的，也可以是不交叉结合的橡胶或聚乙烯绝缘层。 如果需要，围绕着这绝缘层再加一层半导电材料层，其次由很多铜或铝线构成的屏蔽层包绕。最后，围绕该屏蔽层设有诸如聚次亚乙烯，聚乙烯之类的挤压成型塑料或橡胶的外护层。
在所有这些种类的电缆中，存在着这样的危险，当电缆外护层损坏时，湿气的穿透会沿着电缆的长度方向扩散开来，从而对电缆产生不利的影响。为避免这不利影响已有了种种解决方案。
对具有绝缘铜导线标准通讯电缆来说，通过大量矿腊类材料注满电缆芯防止绝缘导线之间空间中长度方向的渗透，但是也可能对导线的绝缘提供短纤维吸水材料，或将电缆芯用橡胶制品，例如硅橡胶非连续地填满。为在挤压成型内护层下，或如果有聚脂薄膜层的话则在薄膜层下，提供良好的长度方向的防水性必须采取专门的措施。此外，如果有铝屏蔽层的话，那么在铝屏蔽层和内护层或聚脂薄膜之间，有一个使长度方向防水性能差的空间。
在填有基于矿脂（凡士林）混合剂的电缆中，例如基于铜导线的标准通讯电缆或玻纤电缆，会出现这样的问题，当电缆温度变化导致伸长或膨胀产生缩孔时，从而产生气隙，它使材料填不满了（收缩孔）。尤其是，这些孔在电缆中扩展贯穿较长距离，那么当外护层损坏时，湿气将容易在较长的长度内渗入电缆。
在电力传输电缆的情况下，当电缆损坏时，屏蔽层也许将导致电缆很长一段被淹没，因为在屏蔽线之间空间中存在大的空腔。已经有人提出在外护层下使用包带包绕电缆，该包带具有在水中膨胀的材料。只要水进入电缆，这材料就起作用并膨胀。由于膨胀，假如有损坏的话，损坏的地方就会和周围隔离，这样水就不可能再进一步渗入了。
这样的包带也适用于防水通讯电缆。
虽然这使电缆的防潮问题有了明显的改进，但是还存在水膨胀材料需要一段短时间才能起作用的缺点。以致于在该包带起作用前，水已在一段长度内渗入了电缆。
有时可能由于膨胀材料被冲掉而使膨胀填堵效力受到限制，而且膨胀程度也受水中的二阶或多阶离子影响。
本发明的目的是提供一种克服上述缺陷的膨胀包带。本发明涉及的在电缆制造中使用的膨胀包带包含一种载体材料，该载体材料中或其上载有热致膨胀微囊体。本发明的膨胀包带能用于电缆芯上或外护层下，并且当内护层或外护层是挤压成型的时，一旦某处存在空间，来自挤压材料的热就将使热致膨胀微囊体膨胀，并以此补偿任何体积收缩，该收缩在电缆芯中会因材料中受足够的暂时过压而出现。
在这种情况下，当膨胀包带能经常与填充混合物相接触时，该包带材料本身也将被填充混合物充填（通过压力或虹吸），该填充混合物在热作用下已变成某种液体。
然而，按照本发明，也可通过用填充混合物浸渍热膨胀包带或使用水膨胀材料提供在内护层或聚酯簿膜和带膨胀包带的铝屏蔽层之间的长度方向的防水功能。使用水膨胀材料可以这样来实现，或者通过使用加入两种材料的包带，或者通过使用两种分开的包带，其中一种包带具有热致膨胀微囊体，另一种包带具有水膨胀材料。
虽然随着热致膨胀材料和水膨胀材料组合，对某一膨胀来说作用时间的问题仍还存在，但是与单独使用水膨胀材料相比已有明显改进。因为在表面损坏的情况下，热致膨胀包带将阻止外部的水，以致于没有水能渗入电缆芯部分。然后一段短时间后，水膨胀材料就起作用并将形成完全的密封。
在这方面，在电力电缆中，微囊体或微球体的应用已描绘在德国公开说明书3404488中。该说明书公开了有关包含与微囊体混合的矿脂的混合物。电缆用包含没膨胀的微囊体的矿脂填充，并且其后将导致微囊体膨胀。当然，在更复杂电缆的情况下，要得到好的匀质的可再现的微囊体混合物是十分困难的，而要膨胀所有微囊体还需要专门措施。然而，与本发明最重要的不同是，这些微囊体是用来影响矿脂的介电常数的，而不是提供长度方向防水功能的。事实上，在德国公开说明书中记载的方式中。微囊体的使用没有解决上文概括的问题。
另一个使用微囊体的方案描绘在德国专利说明书3409364中，其记载了将微囊体应用于绝缘表面。该微囊体的使用也不足以提供长度方向的防水功能。
在这方面，应注意本发明可膨胀包带是一种必须独立加到电缆里，是不能与在固定地绕导线挤压的电绝缘中的相比。
尽管上述可膨胀包带在许多使用场合是令人满意的，但已发现其进一步改进的可能性。
为在那儿微囊体均匀膨胀，必须要同热源、即挤压成型护层足够地接触。在电信电缆中，例如，在该电缆中电缆芯的表面横截面是非常不同于圆形的，有时包带将趋向于粘附在电缆芯的槽中，尤其是如果其是经长度方向引入的话，以致于其与外护层没有充分地面与面接触，而较少的热传导将导致不均匀或不充分地膨胀。在一些情况下，甚至在某处完全未能产生膨胀，已经发现在这样的情况下电缆长度方向防水性是较差的，可以从最需要的地方。即电缆芯中的槽那里没有发生膨胀这一事实来说明这一点。
从电缆的结构来说，（例如，玻璃纤维电缆带有空隙地安放在外 壳中），必须使用在膨胀后有较厚厚度（2-4毫米）的包带。如果该包带是依靠挤压热膨胀的，那么就会随着包带径向热传输出现问题。面向热源的一侧将膨胀，并且这是产生高热阻的充分膨胀。包带本身是绝缘的，并将导致在其另一侧不膨胀或弱膨胀。
本发明的一个最佳实施例构成的包带在其上至少带有二种类型的微囊体。该两种或更多种类型的微囊体开始膨胀的温度是不同的。必须最少有0.1℃温差，要求2℃的温差，较佳为5℃的温差，最大温差也许为35℃，而最好为25℃。较大的温差有也许将会导致较低或最低膨胀型微囊体分解或瓦解的风险的缺点。
最好，不同类型的微囊体分布在各自层内。这对确保膨胀包带的良好效力是重要的。
每种类型的微囊体分别加入和/或应用于包带，以及两种包带共同包括在电缆中也是可以的。
然而，为了确保内护层或聚酯簿膜和具有膨胀包带的铝屏蔽层之间长度方向的防水性，根据本发明也可以用填充混合物浸渍热膨胀包带或使用水膨胀材料。后者可以这样来实现，或者通过使用一个或二个已经带有两种材料的包带，或者通过使用一个或多个单独的热致膨胀微囊体包带和一个带有水膨胀材料的包带。
本发明可膨胀包带能通过把未膨胀微囊体均匀地加入载体材料来制造。载体材料最好是纤维状结构，泡沫合成塑料，塑料簿膜，金属箔或纸。如果使用纤维状结构，最好是织成的纤维织物，网，编织的纤维织物，塞绳或无纺卷材。用作载体材料的原料可以是传统的纤维材料或簿膜塑料，并且也可使用金属箔，例如，铝箔。
可膨胀微囊体可以以固态区域或一切形式的规则图形，例如点、 线、条，或图案加入载体材料。当使用点时，它们可以无规则地加入。重要特征仅仅是必须用可膨胀的囊体把包带表面充分地复盖住，用“充分”这个词的含义是在热处理和微囊体膨胀后，用膨胀的囊体复盖得比包带的表面更大。囊体可以加入表面，也可完全加入在载体之中。
可膨胀胶囊借助于传统的粘合剂，例如借助于聚丙烯酸酯，聚丙烯腈，卤聚乙烯化合物，聚乙烯醇，聚乙烯吡咯烷酮，聚酯或环氧类的，以传统方式粘附于载体材料。把囊体加入载体材料可通过多种途径实施，例如，通过浸渍或通过印刷。当利用印刷技术时，可通过传统的印刷技术把在其中添加有微囊体的粘合剂分散体加入载体材料。也可利用网板印刷技术将分散体转换成稳定的泡沫并将囊体敷贴或掺入到载体。
当使用二种类型的微囊体时，最好一种掺入载体，而另一种敷贴到载体。
然后，将载有微囊体的载体干燥，并尽可能将其压缩到所需的厚度。当然以上二种处理过程要在低于使微囊体膨胀的温度下进行。
合适的微囊体是例如，包含有发泡剂，最好为物理发泡剂的聚偏二氯乙烯。
热致膨胀包带的尺寸，厚度和宽度，原则上取决于使用它们的电缆的尺寸。包带的最大宽度约等于应用包带处的电缆的周边长度，其可约从1厘米至最大15厘米之间变化。厚度最好为尽可能地簿。可能的最大厚度为1毫米，最簿约为0.01毫米。当然这些值要取在微囊体不膨胀的适度范围内。
如前所述，根据本发明，除了热致膨胀微囊体外，也可在膨胀包 带中加入水膨胀材料。合适的水膨胀材料是，例如，聚丙烯酸钠或聚丙烯酸钾，改良的淀粉，羧甲基纤维素（CMC），乳酪蛋白（MC），聚丙烯酰胺。
如果载体由合成塑料组成，为了增强其导电性，也可能在其中加入了金属纤维材料。
在本发明的最佳实施例中，通过应用在其一侧具有适量的不同于掺入或敷贴于其另一侧的不同类型微囊体的包带来改进该包带和热源即挤压层之间的接触。第二种类型的微囊体特征在于其膨胀温度低于第一种类型的膨胀温度。
有了这一层，随着所述的膨胀起作用，使得包带在相对低的温度下膨胀成为可能。通过利用，例如，通常用作填充电讯电缆的电缆芯的凡士林的热容量能引起预膨胀。在那里温度例如为80-90℃。据此，如果应用面向电缆芯一侧具有较低温度膨胀的微囊体的包带的话，包带将被趋于向外推，即使在电缆芯中存在槽也一样，以致于当其后加层时与它有一个良好的热接触，这对在包带中或包带上存在的其他微囊体的有效膨胀是需要的。
如果需要，包带可正好在其围绕电缆以前，将其在适当温度的热源上通过或穿过，使其预膨胀。
即使使用能膨胀成较厚厚度的包带，在组装时，必须确保会有在较高温度下膨胀的微囊体的包带一侧面向热源。然后，当包带膨胀时，在卷材的径向方向产生一温度梯度，用这样的方式还能实现最佳膨胀。
为制造通讯和/或电力电缆，本发明可膨胀包带的应用可类似于已知水膨胀材料的应用。在生产过程的适当位置，配置一个在其上具有足够长度，例如1000-1500米膨胀带的圆盘，使用适当装置 将包带不断地展开并包绕在电缆上。这最好平行于电缆的长度方向进行操作，但也有可能包带斜对地包绕在电缆上，或者连续地，即相邻卷的边缘刚好接触，或者相互之间稍稍搭接，或者以两个带的形式，它们相对限制在电缆直径之内，交叉地斜对绕，以致于电缆被断续地隔离。
本发明的另一实施例中，热致膨胀包带应用于电缆的两护层之间并其后热致膨胀作用于电缆，例如，附加刚度。这也许对在铺设时不是拉而是推的电缆来说是有利的。
此外，该电缆用常规的方式制造，只需要在给定时刻，为膨胀微囊体提供足够的热量。
本发明还有关于制造通讯或电子传输电缆本发明可膨胀包带的应用，以及有关由此而制造的电缆，该电缆包括单股或多股的绝缘或非绝缘导线（包括玻璃纤维）和一层或多层包皮。所述的电缆在其较外或最外层和单股或多股导线之间至少包括一层本发明可膨胀包带，它的微囊体可热致膨胀。
本发明电缆可用以矿脂为基础的或以其他材料为基础的疏水性填充材料，例如，硅、非硫化橡胶或沥清充填。但在另一实施例中，电缆不包含疏水性填充剂，而是在可膨胀包带中或邻贴在可膨胀包带上含有水膨胀材料。
用以下例子对发明进行说明，但是这些例子并不意味着以任何方式对发明加以限定。所有百分率和成份都以重量计。
例Ⅰ
通过在轧液机上浸渍，把粘合剂/微囊体分散体提供给平行定位的由40毫米长、每平方米25克、1.5分特的聚酯纤维和每平方 米15克的聚丙烯酸酯粘合剂组成的纤维质卷材。囊体是热致膨胀的。干固态，每平方米为20克。下表列出了分散体的成份。
表A
湿的    在原料中    干的    干燥后的    实际使用的
成份    干固体百分率    成份    百分率    克/平方米
聚丙烯酸酯
分散体    100    50    50    24.2    5
聚二氯乙烯
（PVDC）
共聚物微囊体    225    65    150    72.5    15
苯酚衍生物
湿润剂    4    80    2.2    1.5    0.3
丙烯酸盐
增稠剂    12    30    3.6    1.7    0.3
水    260
材料在低于微囊体膨胀的温度下干燥，然后将材料压延，使其厚度从0.45毫米减至0.20毫米。再将材料剪切到所需的宽度，所得到的可膨胀包带“膜”可用于电讯电缆中覆盖在挤压成型内护层下的电缆芯。
例Ⅱ
使用泡沫包层，向例Ⅰ中所描述的平行定位的纤维质卷材提供热致膨胀材料。将如表B所列构成的混合剂发泡并通过缝口涂刷到卷材上。
表B
湿的    在原料中    干的    干燥后的    实际使用的
成份    干固体百分率    成份    百分率    克/平方米
丙烯酸酯
分散体    100    50    50    20.4    4
聚二氯乙烯
（PVDC）
共聚物微囊体    225    65    150    61.2    12.2
基于苯酚衍生
物的湿润剂    4    80    3.2    1.3    0.3
丙烯酸盐
增稠剂    40    30    12    4.9    1
基于硬脂酸铵
的泡沫稳定剂    120    25    30    12.2    2.4
水    900
将列于表B的混合剂发泡，以便形成密度为每升200克的泡沫。应用每平方米20克的干固态。材料在低于微囊体开始膨胀的温度下干燥。在生产中，以每平方米20克的比例向材料添加颗粒为80-150微米的聚丙烯酸钠粉末层。该粉末吸收水为其自身重量的500-1000倍。如例Ⅰ所描述的，将所得到的包带压延至0.20毫米的厚度。在剪切成所需宽度后，该材料用于制造通讯电缆，在该电缆中材料应用于聚酯簿膜层和铝屏蔽层之间。
例Ⅲ
用掺有微囊体和炭黑的粘合剂分散体浸渍例Ⅰ中所描述的平行定位的纤维质卷材。分散体的组成如表C所示。
表C
湿的    在原料中    干的    干燥后的    实际使用的
成份    干固体百分率    成份    百分率    克/平方米
聚丙烯酸酯
分散体    100    50    50    17.7    7.8
炭黑分散体    300    25    75    26.6    11.7
基于聚二氯乙
烯（PVDC）共
聚物的微囊体    225    65    150    53.2    23.4
丙烯酸盐
增稠剂    12    30    3.6    1.3    0.6
基于苯酚衍生
物的湿润剂    4    80    3.2    1.1    0.5
把干固态每平方米44克的该分散体加入卷材，其后的进一步过程如例Ⅰ所描述。通过把包带加入屏蔽层下，并将导电或不导电的矿脂混合物填入屏蔽筛孔，将这种可膨胀包带用于电力电缆的制造。
例Ⅳ
将非常软的丙烯酸盐粘合剂混合液以规则图案印刷在例Ⅰ中所描述的平行定位的纤维质卷材上。该丙烯酸盐粘合剂混合液在室温下是粘的，并且是热致膨胀材料。这种混合剂的组成如表D所示。
表D
湿的    在原料中    干的    干燥后的    实际使用的
成份    干固体百分率    成份    百分率    克/平方米
聚丙烯酸酯
分散体    100    60    60    37.7    7.5
基于聚二氯乙
烯（PVDC）共
聚物的微囊体    150    65    97.5    61.3    12.3
丙烯酸盐
增稠剂    5    30    11.5    1    0.2
把每平方米20克的干固体加入卷材。为了处理纤维质卷材，向其添加重量为每平方米20克，颗粒大小为80-150微米的聚丙烯酸钠粉末。然后通过压延机将卷材的厚度减至为0.20毫米。将材料剪切至合适的宽度，将其绕在屏蔽层上，外护层下用于电力电缆。
例Ⅴ
通过在轧液机上浸渍，把包含有A型（在89℃开始膨胀）热致膨胀微囊体的粘合剂提供给平行定位的由40毫米长、每平方米25克、1.5分特的聚酯纤维和每平方米15克的聚丙烯酸酯粘合剂组成的纤维质卷材。分散体的组成如表A所示。
把每平方米20.6克的干固体加入浸渍的纤维质卷材。材料在低于A型微囊体的膨胀温度下干燥。然后将丙烯酸盐粘合剂和B型热膨胀微囊体（开始膨胀温度为72℃）的混合剂，以规则图案印刷在这浸渍的纤维质卷材上。
表E
混合剂的组成
湿的    在原料中    干的    实际使用的
成份    干固体百分率    成份    克/平方米
聚丙烯酸酯分散体    100    50    50    6.5
聚二氯乙烯（PVDC）
共聚物B型微囊体    150    65    97.5    13
丙烯酸盐增稠剂    5    30    1.5    0.2
把每平米19.7克的干固态材料加入卷材。在低于B型微囊体的膨胀温度下进行干燥。这材料优先于凡士林充填，以长度方向引入电信电缆。
例Ⅵ
通过在轧液机上浸渍，把包含有A型热致膨胀微囊体的粘合剂提供给平行定位的由40毫米长、每平方米25克、1.5分特的聚酯纤维和每平方米15克的聚丙烯酸酯粘合剂组成的纤维质卷材。
分散体的成份：
湿的    在原料中    干的    实际使用的
成份    干固体百分率    成份    克/平方米
聚丙烯酸酯分散体    100    50    50    5
聚二氯乙烯（PVDC）
共聚物A型微囊体    225    65    150    15
苯酚衍生物湿润剂    4    80    3.2    0.3
丙烯酸盐增稠剂    12    30    3.6    0.3
水    260
在每平方米加入20.6克干固体。材料在低于A型微囊体膨胀温度的温度下干燥。
通过泡沫复盖把B型微囊体提供给这浸渍的纤维质卷材。为此目的，将如表B所列的构成的混合剂发泡并通过缝口涂刷到卷材上。
表B中指示的混合剂发泡成每升200克的密度。在每平方米加入19.9克干固体。材料的干燥是在低于微囊体膨胀温度的温度下进行的。
B型微囊体的特征是，其膨胀温度低于A型微囊体的膨胀温度。例如，膨胀温度的温差可为5至20℃。这材料能用于在用凡士林填充电缆后，沿长度方向包绕通讯电缆。为导致在低温下膨胀的微囊体膨胀，可将包带经过保持适当温度的发热部件。

Claims (9)

1、一种制造电缆用的可膨胀包带，包含有一种载体材料，该载体材料中或其上载有热致膨胀微囊体，其特征在于，该载体材料载有两种在不同的温度下开始膨胀的类型的微囊体，该两种微囊体之间的开始膨胀温度的温差不小于5℃。
2、一种如权利要求1所述的可膨胀包带，其特征在于，这两种不同类型的微囊体添加在不同的层中。
3、一种如权利要求1或2所述的可膨胀包带，其特征在于，该载体材料包含纤维状结构，发泡合成塑料材料、合成塑料材料薄膜或金属箔或纸。
4、一种如权利要求3所述的可膨胀包带，其特征在于，该纤维状结构为无纺卷材。
5、一种如权利要求1所述的可膨胀包带，其特征在于，一种类型的微囊体包含在包带里，另一种类型的敷贴在包带上。
6、一种如权利要求1所述的可膨胀包带，其特征在于，该载体材料每侧面分别载有不同类型的微囊体。
7、一种如权利要求1或2所述的可膨胀包带，其特征在于，微囊体加入是以固态区域或作为点、线或图形以规则或无规则分布。
8、一种如权利要求1或2所述的可膨胀包带，其特征在于，还包括一种在水中膨胀的材料。
9、如权利要求1至8中任意一个权利要求所述的可膨胀包带在制造通讯电缆或电力传输电缆中的使用。
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