CN110520939A - 防止物质迁移的阻隔层、电导体、软管、制造经涂层的线缆或经涂层的软管的方法以及聚乙烯呋喃酸酯作为阻隔层的应用 - Google Patents

防止物质迁移的阻隔层、电导体、软管、制造经涂层的线缆或经涂层的软管的方法以及聚乙烯呋喃酸酯作为阻隔层的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种防止物质迁移的阻隔层，其中，阻隔层布置在线缆中和/或围绕电导体布置或布置在软管中，并且阻隔层具有聚乙烯呋喃酸酯或由聚乙烯呋喃酸酯构成。此外，本发明涉及电导体、线缆、软管、用于制造经涂层的线缆或经涂层的软管和聚乙烯呋喃酸酯作为阻隔层的应用。

Description

防止物质迁移的阻隔层、电导体、软管、制造经涂层的线缆或 经涂层的软管的方法以及聚乙烯呋喃酸酯作为阻隔层的应用
技术领域
本发明涉及一种用于防止物质迁移的阻隔层，其中，阻隔层布置在线缆中和/或围绕电导体布置或布置在软管中。此外，本发明涉及用于传输能量和/或信息的电导体、用于传输能量和/或信息的线缆、用于输送物质的软管、用于借助挤出装置制造经涂层的线缆或经涂层的软管和聚乙烯呋喃酸酯作为阻隔层的应用。
背景技术
为了防止物质迁移到线缆中或穿过软管进入环境，已知有各种阻隔层。例如使用围绕线缆中的电导体的铝层，以防止湿气进入电导体中。但是这种铝层具有的缺点是，这种铝层必须在额外的工作步骤中单独地焊接。尤其铝基于其刚性而使得由于铝层包围电导体，电导体和线缆变得不灵活。因此，使用铝层作为阻隔层的线缆仅可以有限的次数交变弯曲周期，其通常为几千个交变弯曲周期。
此外，已知含氟聚合物作为阻隔层。但是含氟聚合物具有的缺点是，含氟聚合物相比于其他的普通塑料在线缆和/或软管制造中具有非常高的熔化温度以及加工温度。因为含氟聚合物相比于使用的其他塑料需要过高的加工温度，在使用的其他塑料中其他塑料已经热分解，因此没有获得与其他塑料的持久连接。
同样已知由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)构成的阻隔层，但是其中，PET仅具有中等的防止迁移的阻隔特性并且尤其不适合在软管中输送含酸的物质。
基于现有技术的缺点，对于不同的迁移物质，如水、氧气、二氧化碳、增塑剂和/或化合物没有这样的阻隔物，该阻隔物包括充分闭合的阻挡环境的或输送的介质的层并且另一方面本身防止迁移以及没有损害经涂层的产品的弯曲灵活性。
发明内容
本发明的目的是，改进现有技术。
该目的通过防止物质迁移的阻隔层实现，其中，阻隔层布置在线缆中和/或围绕电导体或布置在软管中，并且阻隔层具有聚乙烯呋喃酸酯或由聚乙烯呋喃酸酯构成。
通过具有聚乙烯呋喃酸酯(PEF)，也称为聚亚乙基二羧酸呋喃酯或由聚乙烯呋喃酸酯构成的阻隔层一方面防止闭合的层阻挡环境介质或待输送的介质且另一方面通过PEF本身防止不同物质的迁移。
特别有利的是，紧密的闭合的PEF阻隔层同时是柔性的，从而线缆或软管可经历大量的交变弯曲周期，其在几千直至几百万的交变弯曲周期。
尤其PEF比PEF阻隔氧气的能力好十倍，比PET阻隔二氧化碳的能力好四倍并且比PET阻隔水的能力好约两倍。
此外，PEF是基于生物的聚合物并且可100％回收。
本发明的一种主要思想基于，通过使用聚合物聚乙烯呋喃酸酯(PEF)提供闭合的紧密的阻隔层，阻隔层同时是柔性的以及虽然线缆和软管通常受到交变弯曲负荷但是不限于线缆和软管的应用。此外，PEF的加工条件类似于线缆和/或软管制造的标准材料的加工条件。
应解释一下术语：
“阻隔层”尤其是指，作为闭合的层具有阻挡周围和/或待输送介质的屏障且本身防止特定物质迁移的层。阻隔层相应保护贴靠的另一层以防对位于其下的产品和/或组成部件和/或环境造成有害影响。阻隔层可尤其保护以防环境引起的影响，例如氧气和/或水侵入线缆的电导体中，或防止过程引起的影响，例如待输送的物质从软管中迁移到环境中。阻隔层尤其由PEF构成或具有PEF。
“迁移”尤其理解为物质移动到材料、塑料中和/或移动通过材料、塑料和/或移动到周围介质中。
“物质”尤其是气态的、液态的和/或固态的物质，物质可迁移通过线缆和/或软管的一种材料和/或多种材料。物质尤其是水、氧气、二氧化碳、增塑剂、化合物和/或化学混合物，例如液压液体。
“线缆”尤其是指以一种绝缘物质或多种绝缘物质包封的单线或多线的线束(多个单导线)，线缆用于传输能量和/或信息。线缆是电线或光缆。在多线线缆中尤其用作导体的芯线分别被包封并且相对绝缘。线缆也是线缆预制品。
“电导体”尤其是具有高密度的可自由运动的电荷载体并且由此具有良好导电性以及尽可能低的电阻的介质，由此该介质适用于输送带电粒子(电流)。电导体尤其是绝缘的金属线或绞合线。“金属线”尤其是成型为薄的、长的和/或可弯曲的圆形横截面的金属。但是金属线也可为扁的、四边形的或造型的金属线。金属线尤其由铜、铝或铜合金构成。“绞合线”是由薄的单个金属线构成的电导体并且尤其可轻松弯曲。绞合线尤其具有铜。绞合线的单个金属线尤其被共同的绝缘套包围(绞合导线)。尤其如果在一条线缆中联合多条绞合导线，由此称为芯线。绞合线具有的厚度为0.04mm至4mm。
“芯线”尤其是在线缆束之内的单个导线。芯线尤其具有铜、铝、银、钢和/或铅作为导体物质。芯线尤其具有的厚度为0.1mm至15mm。
“软管”尤其是具有限定横截面的柔韧的长形空心体，该横截面在其内部具有介质和/或引导介质，例如液压液体或压缩空气。但是在软管中也可使不同线缆成束地引导。软管尤其可为波纹软管、波纹管和/或平滑软管。
“聚乙烯呋喃酸酯”是一种基于2,5-呋喃二甲酸的塑料。2,5-呋喃二甲酸与乙二醇的反应产生聚酯聚乙烯呋喃酸酯(PEF)，其也称为聚乙烯二羧基富马酸酯。聚乙烯呋喃酸酯是基于生物的聚合物并且100％可回收。尤其聚乙烯呋喃酸酯具有的玻璃转变温度为86℃以及熔化温度为235℃。
在另一实施方式中，阻隔层通过在一个工序中与防护层一起通过挤出制成，从而阻隔层与防护层持久连接。
特别有利的是，阻隔层和防护层在唯一的工序中在挤出机的同一挤出头中制成。
通过在一个工序中在相同的和/或类似的温度下进行制造，使得阻隔层和防护层在挤出期间持久连接，就此二者直接彼此贴靠。
因此取消了用于施加阻隔层的额外工作步骤。此外，通过阻隔层与防护层的持久连接产生闭合的整个层，从而例如不会在防护层和阻隔层之间富含湿气。
“挤出”尤其理解为通过模塑模具将成型材料挤压成挤出的成型件。挤出尤其用于给金属线、线缆预制品、绞合线和/或电导体包封和/或涂层。此外，通过挤出可将软管制成为成型件。尤其借助挤出装置在10bar至1500bar的压力下并且在10℃至150℃的温度下进行挤出。
“防护层”尤其是在外部围绕金属线、线缆预制品、绞合线和/或线缆的层。防护层尤其用于绝缘和/或遮蔽金属线、线缆预制品或绞合线和/或作为保护线缆以防外部影响和/或遮蔽的线缆外皮。线缆可具有外防护层(线缆外皮本身)和/或围绕相应的电导体(金属线、绞合线、线缆预制品)的一个或多个内防护层。防护层尤其具有塑料，如聚烯烃，聚氨酯，聚氯乙烯，聚苯乙烯，聚四氟乙烯(PTFE)和/或硅树脂。
“持久连接”尤其理解为阻隔层和防护层在线缆、电导体和/或软管的整个利用期间和/或使用寿命期间彼此没有松开。
为了提供防止迁移的足够层厚以及应用专有的弯曲灵活性，阻隔层具有的层厚在0.01mm至10mm、优选0.05mm至1mm的范围中。
因此，PEF阻隔层可由于更好的阻隔性能比PET阻隔层实施得更薄。因此，降低了线缆和/或软管的重量和材料强度，从而除了PEF阻隔层本身更好的柔韧性以外，也通过线缆和/或软管的更低的材料强度进一步改善了弯曲灵活性。
当然PEF阻隔层也可具有与PET阻隔层相同的层厚，从而由此存在非常紧密且可靠的迁移屏障。
“层厚”尤其是阻隔层在径向方向上的材料厚度。
在另一实施方式中阻隔层具有的熔化温度为235℃。
由此PEF阻隔层可最佳地通过挤出围绕电导体施加和/或在防护层之下施加以及与防护层持久连接。
在本发明的另一方案中，通过用于传输能量和/或信息的具有阻隔层的电导体实现，其中，阻隔层具有聚乙烯呋喃酸酯或由聚乙烯呋喃酸酯构成和/或是前述的阻隔层，从而保护电导体以防物质迁移并且使电导体可灵活弯曲。
特别有利的是，通过PEF阻隔层保护电导体以防氧气、水和/或湿气侵入，而由此没有失去其弯曲灵活性。
在本发明的额外方案中，该目的通过用于传输能量和/或信息的线缆实现，其中，线缆具有至少一个电导体，具有前述阻隔层和/或具有前述电导体，从而保护电导体以防物质迁移并且线缆是可灵活弯曲的。
因此，在线缆具有多个芯线，芯线分别通过自身的阻隔层受到保护时，线缆此时也是可灵活弯曲的。此外，线缆可在外部的线缆防护层之下额外地还有阻隔层，从而通过双倍冗余可为每个待保护的芯线实现芯线的高可靠运行性以及线缆的高使用寿命。
在另一方案中，该目的通过具有阻隔层的用于输送物质的软管实现，其中，阻隔层具有聚乙烯呋喃酸酯或由聚乙烯呋喃酸酯构成和/或是前述阻隔层，从而软管没有物质从其内部迁移到周围环境中并且是可灵活弯曲的。
因此，可在软管内部输送介质和/或物质，而没有物质从内部溢出到周围、尤其环境中。在此特别有利的是，尽管有阻隔层，软管仍然保持可灵活弯曲并因此也可紧密卷绕成非常长的软管长度并且贮存。
在本发明的额外方案中，该目的通过用于借助挤出装置制造经涂层的线缆或经涂层的软管的方法实现，该方法具有以下步骤：
-将连续的电导体引入挤出装置中和/或
-将第一成型材料挤出成线缆或软管的防护层并且将具有聚乙烯呋喃酸酯或由聚乙烯呋喃酸酯构成的第二成型材料挤出成阻隔层，以及
-取出经涂层的线缆或经涂层的软管，从而经涂层的线缆或经涂层的软管具有阻隔层并且是可灵活弯曲的。
因此提供一种方法，其中，在挤出步骤中制成线缆或软管的阻隔层和防护层。
为了在同一挤出头(喷射头)中制造阻隔层和防护层，在210℃至270℃、优选230℃至240℃的范围中的温度下挤出。
特别有利的是，在不可混合的塑料中通过同时挤出实现形状锁合，形状锁合以粘接剂粘结锁合，粘接剂粘结实现塑料层之间足够好的粘附。
除了挤出，也可使邻接的阻隔层和防护层熔融以及持久连接。
在方法的另一实施方式中，在挤出时阻隔层制成为内层并且防护层制成为外层。
由此外部的线缆防护层与直接位于其下的阻隔层或外部的软管防护层与直接位于其下的阻隔层或线缆防护层和与其分开布置的一个阻隔层围绕一个电导体或多个阻隔层围绕多个电导体制成。
因此，一个阻隔层或多个阻隔层和防护层的布置可根据制成产品的需要进行挤出。
为了提高紧密性以及防止在不同层之间富含不期望物质，通过挤出使阻隔层和防护层持久连接。
在方法的另一实施方式中，在一个工作步骤中挤出第一成型材料和第二成型材料。
因此，能够快速地挤出成经涂层的线缆或经涂层的软管并因此能够快速、节省材料和能源的制造。
在本发明的额外方案中，该目的通过聚乙烯呋喃酸酯作为围绕电导体和/或在线缆中或在软管中的阻隔层的应用实现，从而保护电导体以防物质迁移并且是可灵活弯曲的和/或线缆是可灵活弯曲的或软管没有物质从其内部迁移到周围中并且是可灵活弯曲的。
附图说明
下面根据实施例详细阐述本发明。其中示出：
图1示出了信号导线的示意性剖视图，其具有聚乙烯呋喃酸酯层和电导体；
图2示出了电缆的示意性剖视图，其具有防护层和包括聚乙烯呋喃酸酯层的三股绞合线；以及
图3示出了具有防护层和聚乙烯呋喃酸酯层的波纹软管。
具体实施方式
信号电线121在其内部具有铜制的电导体105，其直径为5mm。电导体105被层厚为20μm的聚乙烯呋喃酸酯层101包围。聚乙烯呋喃酸酯层101又直接被层厚为1.5mm的由聚丙烯构成的防护层103包围。聚乙烯呋喃酸酯层101和防护层103通过在230℃下在同一挤出头中挤出施加到电导体105上，并且由此彼此持久熔融。
电缆123具有外防护层103并且在其内部具有三股绞合线107、109和111，绞合线被内防护层包围。第一绞合线107、第二绞合线109和第三绞合线111分别具有2mm的直径并且分别直接包有聚乙烯呋喃酸酯层101。通过每个聚乙烯呋喃酸酯层101保护三个绞合线107、109和111中的每一个以防湿气侵入，湿气可通过电缆123的防护层103迁移到电缆123的内部中。由于柔性的聚乙烯呋喃酸酯层101围绕三个绞合线107、109和111中的每一个，电缆123本身保持弯曲灵活性并且可在滚筒内直径为50mm的线缆滚轮上贮存和运输。
波纹软管125具有防护层103，防护层由聚丙烯构成。在防护层103之下布置熔合的聚乙烯呋喃酸酯层101。波纹软管125的内部空腔充满液压液体115。
通过紧密和闭合的聚乙烯呋喃酸酯层101防止物质从液压液体115迁移通过聚乙烯呋喃酸酯层101，从而没有溢出到波纹软管125的周围环境中。
波纹软管125借助以下工作步骤在挤出装置中制成：
在235℃的温度下并且在300bar的压力下通过模塑模具挤压流动性的聚乙烯(PE)和流动性的聚乙烯呋喃酯，从而制成具有由聚乙烯构成的外防护层103和内置的作为迁移屏障的聚乙烯呋喃酸酯层101的波纹软管125的成型件。
通过在一个工作步骤中同时通过模塑模具挤压流动性的聚乙烯和流动性的聚乙烯呋喃酯并且使其彼此邻接的熔融，使得由聚乙烯构成的防护层103和聚乙烯呋喃酸酯层101彼此持久连接。
然后，将成型的并且经涂层的软管从挤出机中取出。制成的波纹软管125具有25mm的额定内径并且缠绕到滚筒内直径为200mm的软管滚筒上。制成的波纹软管125具有大于100000次交变弯曲周期的耐受性。

Claims (10)

1.一种用于防止物质迁移的阻隔层，其中，所述阻隔层布置在线缆中和/或围绕电导体进行布置或布置在软管中，并且所述阻隔层具有聚乙烯呋喃酸酯或由聚乙烯呋喃酸酯构成。
2.根据权利要求1所述的阻隔层，其特征在于，所述阻隔层通过在一个工序中与防护层一起通过挤出制成，从而所述阻隔层与所述防护层持久地连接。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的阻隔层，其特征在于，所述阻隔层具有的层厚在0.01mm至10mm、优选0.05mm至1mm的范围中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的阻隔层，其特征在于，所述阻隔层具有的熔化温度为235℃。
5.用于传输能量和/或信息的具有阻隔层的电导体，其中，所述阻隔层具有聚乙烯呋喃酸酯或由聚乙烯呋喃酸酯构成，从而保护电导体以防物质迁移并且使电导体可灵活弯曲。
6.用于输送物质的具有阻隔层的软管，其中，所述阻隔层具有聚乙烯呋喃酸酯或由聚乙烯呋喃酸酯构成，从而所述软管没有从其内部到周围环境中的物质迁移并且是可灵活地弯曲。
7.用于借助挤出装置制造经涂层的线缆或经涂层的软管的方法，所述方法具有以下步骤：
-将连续的电导体引入挤出装置中和/或
-将第一成型材料挤出成线缆或软管的防护层并且将具有聚乙烯呋喃酸酯或由聚乙烯呋喃酸酯构成的第二成型材料挤出成阻隔层，以及
-取出经涂层的线缆或经涂层的软管，从而经涂层的线缆或经涂层的软管具有阻隔层并且是可灵活地弯曲。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在210℃至270℃、优选230℃至240℃的范围中的温度下挤出。
9.根据权利要求7或8中任一项所述的方法，其特征在于，在挤出时所述阻隔层制成为内层并且所述防护层制成为外层。
10.根据权利要求7或9中任一项所述的方法，其特征在于，在一个工作步骤中挤出所述第一成型材料和所述第二成型材料。
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