CN1138202A - 在局域网络中使用的耐火电缆 - Google Patents

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Abstract

一种低对数高性能TIA/EIA568第5类夹层规定电缆，构成线芯的有多个绞合线对导体，各导体由四氟乙烯/六氟丙烯共聚物材料加以绝缘，和单一绞合线对导体，其各导体由高密度聚乙烯材料加以绝缘。该线芯由增塑的乙烯和氯三氟乙烯共聚物材料的外套加以包围和封闭。

Description

在局域网中使用的耐火电缆
本发明涉及有阻燃和阻烟特性的通信电缆，更具体地涉及理想地适用于在楼房内部的第5类夹层电缆(a category5plenumcable)。
在许多楼房中，特别是在办公楼里，每一楼层的屋顶通常安排在上一楼层结构层板的下面，并称为吊顶。这种安排就形成了楼房的冷热系统的回流空气夹层(return air plenum)，其通常连续贯通楼层的整个长度和宽度。
如果在楼层的一间或几间屋内，在吊顶下失火，火势就会被墙壁，顶板和屋内地板所封闭。另一方面，如火焰达到夹层(plenum)，火势可能以十分危急的速度蔓延，特别是，如在通常情况下，在夹层内又堆放了易燃物。因为夹层是安放电力和通信两种类型电线电缆最合适的地方，如果这些电线电缆不是阻燃和阻烟的话，它们可能促使火和烟在楼层内的迅速蔓延，严重时危及整个楼房。由于电线和电缆的可燃性绝缘造成潜在危险，(美国)全国电气规程(NEC)就禁止在夹层中使用电缆，除非它们用金属导管加以封装。这种金属导管在挤满其它物体或装置的夹层中布线是困难的，在这里如需要或必须重新安排办公室和它的通信装置，计算机等，导管的重新布置可能非常昂贵。因此，NEC允许对导管要求的某些例外。如一电缆是耐火并仅产生少量的烟，只要该电缆在试验时满足或超过阻燃和阻烟的法规要求，就可以放弃对导管的使用要求。这种试验必须通过主管机关例如保险人的试验室(UnderwritersLaboratory)进行。
现有技术中，数据和其它信号传输是在电缆中进行的，其中导线是如用聚氯乙烯(PVC)加以绝缘的。不过，这种电缆经常产生传输高频信号时所不希望有的高的传输损耗。因此，试用了各种类型的材料作为各种替代的电缆结构。在Arroyo等人的美国专利No.4284,842中公开了一种具有高阻燃和阻烟特性的夹层电缆，它包括反射幅射热的金属阻挡层系统。对于少量的夹层电缆，即小于25对导线的电缆，这种结构就太昂贵了。在Adriaenssens等人的美国专利No，5162,609中公开了一种耐火电缆，其中各芯线有包括适当塑料材料的内层和阻燃塑料材料的外层这样的双层绝缘系统。该绝缘有所希望的低损耗因数和低的介电常数特性，和围绕在芯线周围包括阻燃聚烯烃材料的套，它亦有低损耗因数和低介电常数。但这种双层绝缘系统意味着附加成本的增加，特别是对于只有较少对导线的电缆，且在某些情况下导致匹配连接时的衰耗(SRL)增加。
对于用在建筑物内的电缆已制定了某些标准，例如商业建筑通信电缆敷设标准TIA/EIA-568，其中电缆是按照它们的电特性进行分类的。在各种分类中，第5类是最高等级，表明电缆具有直流电阻、导线对对地电容，阻抗，匹配连接时的衰耗(SRL)，衰减和近端串音方面严格要求的最大值和最小值。第5类电缆必须满足或超过这些要求，也是在必须进行高频信息传输的场合所应用的最佳电缆，应用于最现代化的办公系统。为了把第5类电缆用作夹层电缆，它必须满足在阻燃和阻烟方面的NEC条件，即必须通过保险人的试验室的燃烧试验。因此，一个第5类低对数(low paircount)夹层电缆必须满足该第5类的标准，并且同时满足夹层电缆的阻燃和阻烟标准，在这种情况下，它就是UL CMP夹层规定电缆。
现在几乎所有市售的低对数(六对或更低对数，特别是4绞合线对)的第5类电缆都使用四氟乙烯/六氟丙烯共聚物(FEP)作为导线对中各导线的绝缘，且使用含氟聚合物材料如乙烯和氯三氟乙烯共聚物(ECTFE)的套。最常用的FEP材料是Dupont制造的特氟隆TE-4100，而最常用于外套的ECTFE材料是由美国Ausimont提供的海拉尔985(Halar R 985)。当这些材料用于低对数电缆中时，只要它具有的要求的阻燃和阻烟特性而满足作为夹层电缆使用的条件，它也就满足第5类电缆的性能要求。
FEP材料如特氟隆价格昂贵，时常货源短缺，使得第5类夹层电缆制成品价昂在产量上也受限制。另外，海拉尔985虽然在燃烧和烟特性方面是优良的，但其比较坚硬和经常扭折，因此难以使电缆穿过任何夹层的布线和难于牵引，且在扭结时可能损坏电缆。
本发明是针对TIA/EIA 568第5类4对UL CMP夹层规定电缆，它至少克服了上述现有技术电缆的某些不足。
本发明的电缆包括多个(如4个)绝缘导体的绞合线，每个绝缘导体绞合线对包含一个细长的封闭在绝缘中的导线件，该绝缘有低的损耗系数，一般在1MHz时小于0.001，和极好的介电常数，在IMHz时小于2.5。绞合对的3个是用氟化乙烯-丙烯共聚物(FEP)材料加以绝缘的，如用特氟隆，而绞合对中的一个是用高密度的聚乙烯(HDPE)材料加以绝缘的。FEP材料和HDPE材料都具有上述的低消耗系数和低介电常数，它保证了特别是在高频情况下的最佳电性能。另外，两种材料都提供了基本均匀厚度的平滑表面约6-10密耳(mil)，从而保证了一低的结构失配衰耗(SRL)。
如前已指出的，FEP材料具有极好的阻燃特性和低的烟逸出特性。另一方面，HDPE是十分易燃的。为保证本发明电缆满足对夹层电缆的NEC燃烧和烟的规定要求，该4个绞合对封装于一个外套中，该外套由乙烯和氯三氟乙烯材料的增塑的共聚物组成厚度为10-16密耳。这样的材料，如市售的海拉尔379的燃烧性能比没增塑的如海拉尔985材料差一些。但本发明的电缆，如刚才所说具有10-16密耳厚度的外套，通过了UL 910夹层燃烧试验，因此该电缆满足了TIA/EIA 568第5种UL CMP夹层规定电缆的要求，在其它条件都相同时，因为取消了特氟隆作为绞合对中的一个的绝缘，它的生产就更经济，但主要是减轻了对难于取得材料的依赖性。
容易理解，所述绝缘和外套的厚度都是近似的，因为要经受正常制造的某些变化，但都在正常制造误差范围内。
由于通过在外套材料中的增塑剂而获得了更多的柔韧性，电缆更易于操作和通过夹层布线。另外，对前已指出过现有技术的电缆的碰到问题之一的扭折有缓解的趋向。
本发明另外一些特点和优点，通过下面结合附图的详细说明将会更加明显。
图1是本发明电缆的透视图；和
图2是图1电缆的剖视图。
在图1中示出实施本发明原理的4对第5类夹层电缆20的透视图。4对绞合线对包括三对21，22和23以及第4对24，形成一电缆芯，其被保护和绝缘外套26所包围。最好看图2，图2是图1电缆20的剖视图，形成各绞合线对21、22和23的各导线包括金属(最好是铜)导电部分27，其被封装在厚度约为6-10密耳的绝缘部分28中，绝缘部分28是由FEP材料如特氟隆TE-4100制成，具有低损耗系数，在1MHz时约等于0.001或更小，以及低介电常数，在1MHz时约1.9或更小。为使一非屏蔽电缆，例如图1和2所示的电缆，能传送例如是装备办公用的典型现代计算机中的高频信号，要求其损耗系数为0.004或更小。另外，对高频数据信号的低损耗传输，要求该绝缘有适当低的介电常数，即在1MHz下小于2.5。可以看出，绞合线对21、22和23都有绝缘部分28，其损耗系数和介电常数都显著低于所述的上限。
第4绞合线对24包括二绝缘导线29、29，其每个由金属最好是铜制成，导电部分31封装在约为8密耳厚的如高密度聚乙烯(HDPE)材料的绝缘部分32中。类似于绞合线对21，22和23的FEP材料，HDPE的损耗系数在1MHz下约0.001或更小，其介电常数在1MHz下约2.3或更小。因此绞合线对24的电特性与绞合线对21、22和23一样，满足第5类电缆芯线的要求。
使用HDPE作为绞合线对24的绝缘32的结果可使电缆成本稍有节省，因为HDPE价格低于特氟隆17倍左右。更重要的是HDPE容易得到，而特氟隆难于得到，尤其是在大批量生产电缆时。此外，HDPE的比重比特氟隆低得多，约为特氟隆2.1的0.94-0.95，这也是所希望的。
不过HDPE表现出很差的阻燃和抑制烟的性能，因此在该电缆用作夹层电缆的地方就需要有一个套26，其有足够的阻燃和抑制烟的性能，而足以防止HDPE材料点燃。按照本发明，包围由绞合线对形成缆芯线的外套26包含氟聚合物材料，特别是乙烯和氯三氟乙烯的共聚物(ECTFE)和增塑剂材料，如海拉尔379。该套有如约15密耳的厚度，从而有足够的阻燃和抑制烟的能力，但无须牺性通过结合增塑剂与ECTFE材料而获得的柔性。套的厚度在10-16密耳的范围内，已发现15密耳时性能最佳。
为使非屏蔽电缆作为合格的夹层电缆，其必须经受保险人的试验室的夹层燃烧试验UL 910，其中一些长度大约24英尺的电缆样品被放在火焰试验室内的电缆架上，样品电缆的总宽约为12英尺。在火焰室内300,000 BTU/小时的火焰伴以每分钟240英尺的空气流动，加到并吞没该电缆的4.5英尺，火焰施加持续20分钟。为使该电缆通过燃烧试验并作为合格的夹层电缆，火焰扩展不能超过5英尺。
火焰试验室的出口端装在长圆形过渡件和水平直线出口管上。光源在离过渡件的出口端约16英尺处沿水平出口管安装，且由此产生的光束向上直射并穿过该出口管的内部。光电管安排在该光源的对面以形成横穿约36英寸出口管的光通路，其中约16英寸被出口管中的烟所占用。光电管的输出正比于从光源接收到光的量，并提供在出口内光衰减的测量，这种衰减是由烟、颗粒物和其它排出物所引起的。光电管的输出连接到一合适的记录装置，以对用无量纲参数表示的烟模糊度进行连续记录，光密度由下式表示：
Figure A9610435900101
其中，Ti是通过无烟出口管的初始光传输，而T是在出口管中有烟存在情况下的光传输。允许最大光密度是0.5，且平均光密度不超过0.15。
本发明的电缆，按照上述方式进行试验时，在第一次试验中，最大火焰传播近似1.0英尺，峰值光密度0.46，平均光密度0.11。在第二次试验中该样品的最大火焰传播为1.5英尺，峰值光密度0.37，平均光密度为0.12。由此可见，本发明的电缆的样品通过了燃烧和烟两个阶段的UL 910燃烧试验，从而作为合格的无屏蔽的夹层电缆。
由此可见，本发明的电缆作为合格的TIA/EIA 568第5类ULCMP夹层规定电缆，它比当前普遍使用的电缆更易于得到，而减少了对目前这些电缆中所使用的某些材料的依赖性。另外，该电缆比目前使用的其它电缆更柔软，从而使其布线也就更加容易。对于本技术领域的工作人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，就本发明的电缆可做出各种变化和改进。

Claims (7)

1.一种适用于高频信号传输的无屏蔽耐火电缆，所说电缆包括：
包含多个绝缘导体绞合线对绝缘导体的芯线，所说各绞合线对的所说各绝缘导体包含封闭在四氟乙烯/六氟丙烯(tetrafluoroethylene/hexaflouropropylene)共聚物绝缘层中细长的金属导电件，该绝缘损耗系数在1MHz下低于0.001，其介电常数在1MHz下低于2.5，和单一绞合线对的绝缘导体，其中所说单一绞合线对的各绝缘导体包含封闭在高密度聚乙烯材料层中细长的金属导电件，该材料层的损耗系数在1MHz下为0.001或更低，其介电常数在1MHz下低于2.5；和
包围所说线芯的外套件，所说外套件包括增塑的阻燃材料。
2.如权利要求1的无屏蔽耐火电缆，其中所说增塑的阻燃外套的材料是乙烯和氯三氟乙烯(clorotriflouroethylene)的增塑共聚物。
3.如权利要求1的无屏蔽耐火电缆，其中所说多个绞合线对的各所说导体的所说绝缘层厚为6-10密耳。
4.如权利要求1的无屏蔽耐火电缆，其中所说各高密度聚丙烯层厚为6-10密耳。
5.如权利要求1的无屏蔽耐火电缆，其中所说外套件厚约10-16密耳。
6.一种用于传输高频信号并适用于楼层夹层内的无屏蔽耐火电缆，包括：
包含三绞合线对绝缘导体的芯线，各所说导体包含封闭在6-10密耳(mil)厚的四氟乙烯/六氟丙烯(tetraflouroethylene/hexaflouropropylene)共聚物材料层内细长的金属导电件，该材料在1MHz时损耗率数小于0.001而在1MHz时介电系数小于2.5；
所说线芯还包括绝缘导体的第4绞合线对，各所说导体包含封闭在6-10密耳厚的高密度聚乙烯材料内细长的金属导电件，该材料在1MHz时损耗系数为0.001或更小而在1MHz时介电常数为2.5或更小；和
包围所说芯线的外套件，所说外套件厚约10-16密耳并包含增塑的乙烯和氯三氟乙烯材料的共聚物。
7.如权利要求6的无屏蔽耐火电缆，其中所说电缆是TIA/EIA 568第5类UL CMP夹层规定电缆。
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