CN1152969A - 耐火电线 - Google Patents

Abstract

用于耐火电缆的云母缠绕电线具有异常低的云母带缠绕交叠，这样出乎意料地在保持可接受的耐火度时制造了更光滑的外形。使用两层玻璃布背衬的云母带，优选地在布上具有聚合物膜，并且优选地使它们相应(小的)的交叠交错开。当在缠绕后的电线上挤压薄的(小于0.8mm)聚合物涂层时，这种光滑缠绕特别有效。

Description

耐火电线

本发明涉及耐火电线，当这种电线或包含它们的电缆处于火中时能保证电路的完整(intθgrity)。

关于这种电线已知的例子是用无机耐火材料覆盖，其目的是在通常的有机聚合物绝缘层熔化或烧掉时保证电导线与周围的绝缘。在不同的无机耐火覆盖物中，云母“纸”是通常首选的，为了方便以下描述以云母覆盖物为例，但本发明并不只限于这种材料。

云母纸中增添了玻璃网或聚乙烯膜作为背衬材料，它被制成可以螺旋形地缠绕于电导线上的带，从而产生一定程度的耐火性。云母缠绕的导线通常覆盖有常规的聚合物来产生要求的电学/机械性质。在火中，聚合物被烧毁，但电缆的完全性由云母片和绝缘的聚合物的炭化物保持。从耐火特性来看，通常认为云母越多越好，带子可含有不同重量的云母(例如80，20，160g/sqm)。

常规云母带螺旋形成缠绕时典型地有30％到50％(相对于带宽)的交叠，用于在被缠绕的导线弯曲时仍保持保护，因为在弯曲时交叠容易打开。为达到要求的耐火度，优选方法是高的交叠度。问题在于带子越厚，越重就越难成功地缠绕，特别是在小直径的导线上，容易产生带子损坏，皱折，和缠绕很差的表面，这样的表面又使后序过程更困难，导致线的最后外观和特性不令人满意，所以，如果需要高度的防火性，通常选择增加云母带的重量，同时忍受缠绕质量下降，或者选择缠绕2层带子，同时增加了线的直径。还有一个问题是交叠带容易使一些增强的玻璃网断裂，导致玻璃丝从缠绕物中突出。导线直径越小，带子越厚，这个问题就越严重，部分原因还在于这些带的断裂延展度很小(通常为3％)。几何计算建议为对付交叠需要更高的延展性，但这在实际中可以用压缩带子来补偿。为解决这个问题，带子提供商开发出了以聚合物膜背衬的替换物，虽然云母纸仍保持原来的不可延展性，这里存在有怀疑，即带子在缠绕过层中不脱层的可靠性，用聚乙烯背衬的带子替换玻璃和硅有机填充物粘接的带子后的耐火特性退化。以下事实加剧了这些问题，提供的云母带是离散的长度，为制造更长的连续被缠绕的导线，就要求每几百米云母带就拼接一次。通常使用连在云母带一端的合适的粘带进行拼接，这导致拼接处缠绕厚度增加。

这些问题是通过附带的示意草图A到G能更好地理解，图中

草图A表示在线中有“理想”的50％交叠缠绕；

草图B表示实际中达到的更现实的交叠度；

草图C表示线具有典型的33％交叠的单层缠绕；

草图D表示类似于草图B中缠绕的双层缠绕；

草图E表示具有类似草图C中缠绕的双层、缠绕绞线；

草图F表示(夸大的)已知缠绕的不足；和

草图G表示前面提到的云母拼接带造成的缠绕厚度增加。

理想地，如草图A中所示，可见宽度为W的云母缠绕带M连续缠绕有恰好50％的交叠，这样一次缠绕后覆盖导线C的整个表面的云母带厚度为单层云母带厚度的两倍。实际中，这种理想交叠很难达到，草图B表示更现实的结果，其中产生了带隙G，这是考虑云母M有一定的厚度，就需要低的交叠度来达到光滑的缠绕。草图C表示由可见宽度为W的云母带M以交叠(影线)度约为33％进行的一次缠绕。可见宽度M略大于带M的真实宽度，因为带与导线轴线之间存在螺母缠绕角。因为带隙G降低了缠绕的有效性，优选地使用两个云母带M1和M2，如草图D和E所示，保证在所有点至少存在两层云母缠绕带。草图F，为清楚起见有些夸张地，表示已知的云母带M缠绕于导线C上产生的不平整，表示了因交叠带的应力产生的脆的增强丝F(通常为玻璃)的断裂，它是不希望产生的。

云母缠绕的不足，甚至前面提到的因云母带拼接带来的厚度增加，在有厚的(1mm或更大)聚合物绝缘体涂于云母缠绕物外时，如草图G所示，这些不足都能容忍。宽度为W的云母带M如以前一样缠绕在导线C上，但拼接带S存在于两个或更多的相邻缠绕圈，因为通常拼接带的长度大于环绕导线C一周所需的长度，特别是对于小直径的导线。造成的缠绕厚度增加拼接带S厚度的一倍或两倍能清楚地看到(如果拼接是两带交叠(草图D和E)增量达到S厚度的四倍，所以这是在实际中要避免的)。厚的绝缘塑料涂层P，厚为1毫米或更大，用已知的方法如挤压于云母缠绕物上，如草图G的左边所示(未按比例)，这时，这个不足和草图F中所示的不平整与丝断裂就可克服。但是，在要求线的重量和体积必须减小的情况下，这种粗制的覆盖是不希望要的。

在具有较薄的绝缘材料P′涂层的高质量电线中，如草图G右边所示，上边提到的所有问题对云母缠绕耐火电线的外观和/或特性和/或制造效率产生有所增加的显著影响。凹凸不平的连接区域在某些地方必须被剪去，这限制了能制造缠绕线的连续长度。

本发明用简单得令人惊讶的方法减轻了前面提到的问题。

本发明提供一种含有导体的电线，导体上至少带有一底层耐火材料，其上螺旋形地缠绕无机耐火材料覆盖带，相邻圈间的交叠小于带宽的10％，优选地少于5％，更优的少于3％。

优选地，底层也包含一个无机耐火材料带螺旋形地缠绕于(优选地接触于)导线上。覆盖带的交叠区优选地位于底层带的交叠区之间，这样就可在线弯曲时保持保护，线弯曲容易导致覆盖带的小交叠打开。

根据本发明，发现减少如上面的覆盖带的交叠，可接近或可能达到真实的“平接边缘”缠绕，具有零交叠，得到非常平滑的螺旋缠绕外表面。具有连续底层的这种单层螺旋形缠绕对于一些目的有用，依赖于进一步使用的材料，但优选使用包含前面提到的螺旋形缠绕上的第二种无机耐火材料的底层。优选地，底层带相邻圈之间的交叠小于第二种带的带宽的20％(更优的小于15％)。

为避免疑惑，特指出词“螺旋”用于此处表示象沿柱体一样向前缠绕前进，该发明中柱体由导线表示，它优选地具有基本圆形的截面，当然不必排除其它形状的截面。

词“带”在这里用来指能螺旋形地缠绕导线的长条形物，不受特定规格，结构或物质的限制，除非这里特别说明。

本发明对下述电线特别有利，该电线由有机聚合物材料覆盖，覆盖物厚度小于0.8毫米，优选地小于0.6mm，更优的小于5mm，特别的小于0.4mm，位于和优选地连接在所说的缠绕带的最外层表面。

优选的底层中相邻圈的交叠不小于相应带宽的2％，优选的不小于4％，更优的不小于8％。

虽然为一些目的使用两种或多种不同材料和/或宽度和/或单位面积重量的带子，但通常优先选用两种(或可能多种)具有相似宽度和厚度的带子，更优选地是基本一致的。优选的外覆盖带的圈的交叠小于底层的圈的交叠。

本发明中缠绕具有清楚的极度平滑性的原因没有完全明白，但显然(不限定本发明于这个理论)，优选的覆盖层的支持缠绕能提供一定程度的“自由活动”或疏松，从而增强平滑度，也减少了交叠中的部分混合或互相紧压(部分的“交错”)，从而减轻了交叠的压力和不平整性。常规的扩展到接近带子中心部位的大交叠显然不能做到这点。优选的纤维背衬与近似地降低聚合物背衬云母带的交叠相比，表现出能产生更好的平滑效应。前面提到的易脆丝断裂也得到减少，猜想是因为根据本发明减小了交叠带的压力。

在根据本发明的一种优选缠绕的带的类型中，每个带的纤维支持物是稀疏织物，优选的是方形织物，其纬丝或纬线基本垂直于带的长度方向。为该发明中的目的，这种稀疏织物中的相邻丝优选地离开一定距离，该距离至少等于丝的平均厚度，更优的至少是丝平均厚度的两倍，优选的不大于丝平均厚度的20倍(更优的不大于10倍)。优选的纤维材料是编织的玻璃布。

特别选取聚合物背衬类型的云母纸或其它无机耐火材料用作覆盖带，因为它们有利于得到非常平滑的外形，在避免由疏松或断裂丝引起缺陷方面也优于布背衬带子。覆盖带的背衬优选地含有基本连续的有机聚合物膜，例如聚乙烯或聚酯膜。具有聚乙烯涂层或膜的带子用于前面提到的纤维(织物)背衬之上可以得利了组合于纤维或织物和聚合物(膜)背衬的优选特性。

根据本发明，在两层(或多层)缠绕中，优选地使覆盖(外层)带的交叠区基本上位于底层带交叠之间的中间部位。

参考附图中的图1和图2，可以更清楚地理解本发明的好处，这里

图1图示出根据本发明的两层减少了交叠的结构的一部分；和

图2表示缠绕的平滑外观，对比于草图F中的已知结果。

图1中，导线10上带有第一层玻璃布背衬的云母带20的螺旋缠绕，优选的带子的方形开织玻璃织物支持由剥离图22示出。带子缠绕使相连圈的交叠大约为带宽的10％(未按比例)，如图示，交叠24趋于轻微平整，以得到更平滑的缠绕。底层中也允许有更大的交叠。第二相似云母带30的覆盖缠绕具有带宽的约2％的交叠，交叠优选地安排在底带20中的交叠中间。这些小的交叠如前面所说的那样易于产生显著平滑的缠绕。

由本发明得到的平滑缠绕的极大的不曾料想到的优点是，可用较重的带子，有效的两层带子就能达到一定程度的耐火性能，这在以前需要四层(有尽可能最大的交叠的两层)。例如，两层玻璃布背衬的云母带，其重量为80g/m²，按草图G进行缠绕，产生的覆盖趋于理论上最大为320g/m²的四层。这个最高程度的覆盖实际上在4层带子盖上的点才能达到，但整条线的平均覆盖度会因为前面描述过的带隙的产生而小些。

业已发现，如图1所示缠绕两个重为120g/m²的玻璃布背衬的云母带能有利地基本上达到覆盖度趋于理论极小值240g/m²所能提供的耐火程度(整条线平均会略大，因为有小的交叠)。进而，当拼接带40出现在云母带上时，根据本发明减小交叠产生的“混合”效应表现出一定程度的优点，如图示中的拼接交叠42和44，这样基本减弱了拼接带厚度加倍效应的问题，如图G中所示。

结果，厚的(0.35mm)聚合物绝缘涂层50可由本身为已知的方法紧压于缠绕带20和30上，在拼接处只出现较小的和可以接受的变厚55。根据本发明制造出更细更光滑的电线，提高了生产效率，达到与以前相同的耐火标准，这在以前要求更高的较轻带的交叠百分比和/或更厚的聚合物涂层。

耐火性可通过耐火测试样品测量，耐火测试样品包含由两条不附带聚合物绝缘物的云母缠绕线绞扭在一起，然后套上铜编织层。耐火测试根据IEC 331(由International Electrotechnical Commission，1 rue deVaremke，Geneva发表)进行，加热到950℃±50℃。编织物接地，电压加到导线上。如果电缆保持电路完整超过60分钟就中止测试。

本发明可用于使用任何已知的合适的材料和生产方法来制造绝缘电线，特别是耐火电线。现在描述一个优选例子，进一步地说明发明。

实例

制造1.5mm²防火线说明

1)导线＝7股0.523mm的镀锡铜导线组成标称直径为1.50mm的圆形导线

2)导线由2层玻璃布背衬的云母带缠绕，云母带中云母含量为120g/m²。总的带厚为0.12mm。两条带的宽度为5mm，都按相同的标称螺旋线间距(每圈前进距离)向同一方向缠绕。

3)缠绕在工业电缆缠绕机上进行，缠绕机器上装配了2个同心装带操作头。

4)缠绕机对每个操作头设定了相同的转动方向和相同的速度，标称值为9.9mm的螺距和左手缠绕方向。

5)调节两个头保证上带在相对于下带的正确定位上形成。

6)缠绕后整个组件的直径是1.93mm。

7)为得到近似平整边缘，带子上带与下带的交叠为典型的10％。

8)制造带中的拼接使用适合的薄的粘性拼接带，小心地用在带子的玻璃面，不要使拼接在带子的云母面凸起。

9)每条带中的拼接要交错排列，不要重合。

10)如此制造的缠绕导线可用标准的绝缘线生产线进行绝缘处理。

11)管挤压或相似技术(本来已知的)用于使缠绕产品中的拼接导致的轻微直径增加可以接受。

12)使用以上技术，可以对缠绕导线用热塑性的无卤绝缘化合物(本身已知的)进行绝缘处理。

13)在该种缠绕导线上挤压上壁厚为0.35mm的该种材料是切实可行的。

14)由带拼接产生的直径增加将导致绝缘层直径产生与缠绕相同数量级的增加。拼接不必去除，同时耐火特性和电绝缘和机械性质不会削弱。

15)如此制造的绝缘电线用已知的方法可构造成多芯电缆，电缆包含进一步的压制和可能要求的钢防护层。

16)如此制造的良好设计的电缆的耐火性(电路完整性)能达到IEC311定义的加热温度950℃。

Claims (14)

1.一种含有导线的电线，其导线上带有至少一层底层耐火材料，耐火材料上螺旋形地缠绕一种无机耐火材料覆盖带，带子相邻圈的相互交叠小于带宽的10％，优选地小于5％，更优选地小于3％。

2.根据权利要求1的一种电线，其中底层包含一种无机耐火材料带螺旋地缠绕于导线上，覆盖带的交叠区域位于底层带的交叠区域之间。

3.根据权利要求2的一种电线，其中底层带相邻圈之间的带交叠小于底层带宽的20％，优选地小于15％。

4.根据权利要求2或3的一种电线，其中两个带具有基本相同的宽度和厚度。

5.根据权利要求2至4中任一个权利要求的一种电线，其中覆盖带相邻圈之间的交叠部分小于底层带相邻圈之间的交叠部分。

6.根据权利要求2-5中任一权利要求的电线，其中覆盖带的交叠部分基本位于底层带的交叠部分之间的中部。

7.根据前面任一权利要求的一种电线，其中覆盖带中相邻圈的交叠小于覆盖带宽的2％或基本上为零交叠。

8.根据前面任一权利要求的一种电线，具有有机聚合物材料涂层，其厚度小于0.8毫米，优选地小于0.6mm，更优的小于5mm，特别的小于0.4mm，涂层覆盖于，优选地接触于覆盖带的最外层表面。

9.根据前面任一权利要求的一种电线，其中覆盖带含有一种纤维支持物，优选地由无机材料构成。

10.根据权利要求9的一种电线，其中纤维支持物是稀疏织物(openweave cloth)，优选的是方形织物，其中纬线或纬丝基本垂直于带的长度方向。

11.根据权利要求10的一种电线，其中织物中相邻纤维离开一定距离，该距离至少等于纤维的平均厚度，优选地至少为纤维的平均厚度的两倍，优选地不大于纤维平均厚度的20倍(更优的不大于10倍)。

12.根据前面任一权利要求的一种电线，其中覆盖带有有机聚合物材料背衬，优选的是有机聚合物材料的基本连续的薄膜。

13.根据权利要求12的一种电线，其中所说的有机材料背衬被用作根据权利要求9至11中任一权利要求的纤维支持物上的涂层或薄膜。

14.根据前面任一权利要求的一种电线，其中覆盖带具有的断裂延伸度小于5％。

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