JP2010514143A - ずり粘稠化組成物を含むケーブル - Google Patents

Abstract

ずり粘稠化組成物はエネルギー又は通信伝送ケーブル内で働いて、外部から加えられた力、例えば、ショベルからの切断又は破壊に対する保護を強化することができる。自由な層又は拘束された層として、或いは内部成分又は外被用に使う基材中に含浸させて使用すると、ずり粘稠化組成物は、従来技術をはるかにしのぐ、機械的損傷に対する保護をもたらす。ケーブル成分用の発泡性組成物においては、ずり粘稠化組成物は、発泡性能を高めるためのポリマー溶解の完全性を向上させる。難燃剤成分として、ずり粘稠化組成物は、優れた難燃性のためのチャー形成メカニズムを促進する。

Description

本発明はケーブルに関する。一局面では、本発明はエネルギー及び通信ケーブルに関し、別の局面では、本発明は、外部から加えられた力による損傷から該ケーブルを保護する方法に関する。さらに別の用途では、本発明はずり粘稠化組成物を含むケーブルに関する。

エネルギー及び通信伝送ケーブルは、ショベル、トラック及び他の道具、さらに弾丸、矢、及び他の投射物による破壊を含む多くの異なる手段によって損傷を受けやすい。ケーブルは、厚い絶縁プラスチック層、金属外装層等を用いてこのような損傷に耐えるようにデザインされる。１つのデザインは、ＵＳＰ４，７８９，５８９、５，８４１，０７２及び７，１０５，７４９で教示されているもののような、導体素子の回りの絶縁及び／又は保護被覆の二層又は多層化である。別のデザインは、ポリマー被覆金属遮蔽及び外装製品、例えばＤｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＺＥＴＡＢＯＮ（商標）金属外装製品を含む。このデザインの１つの変形は、金属層を発泡ポリマー層、例えば発泡ポリプロピレン層で置き換えることである。

さらに別のデザインは、ＵＳＰ６，７１４，７０７、６，４９６，６２９及び５，５０５，７７３で教示されているもののようなチキソトロピーの防水ゲルを含むバッファー管の使用である。さらに別のデザインは、ＵＳＰ５，４３３，８７２で教示されているもののようなケーブル充填材料としてのグリース組成物の使用である。これらのグリース組成物は、少なくとも４，０００の分子量を有するポリオールと、このポリオールにシックニングを付与する物質、例えばコロイド粒子とを含む。米国特許出願公開２００４／００６３８１２Ａ１は、ミクロスフェアと、油性基剤及び有機ポリマーゲル化剤を含むゲルとの分散系であるケーブル充填材料を教示する。

これらの現存する耐損傷技術と同様の効果があり、さらに有効な系が望ましい。損傷ケーブルを修理及び／又は交換するには費用がかかり、時間を集約的に用い、損傷ケーブルの使用の損失に伴う費用及び不便さは相当であろうし、ケーブル、例えば、高エネルギー電力ケーブルを損傷することから招かれ得る人的傷害及び財産損失はすさまじいだろう。結果として、外部から加えられた力に極端な抵抗性を示す自由な材料又は拘束された材料をケーブルデザインに組み込む能力は、ケーブル保護技術における大きな進歩であろう。

一実施形態では、本発明は、ケーブルジャケット内に収容されたずり粘稠化流体系で取り囲まれた導体を含むケーブルである。電気又は光を伝導するように導体をデザインすることができ、ずり粘稠化流体系は、キャリア流体又は低粘度流体中に懸濁している粒子の組合せである。ケーブルジャケットはいずれの適切な材料、例えば、金属、プラスチック等からも作られ、多くの場合、ポリオレフィンのようなポリマー材料から作られる。ケーブルは、１つ以上の絶縁層、コア又はバッファー管構造、半導体シールド、強化ワイヤー又は要素、及び金属テープシールド等の他の構造成分を含むことができる。

ずり粘稠化流体をケーブル内に分散させる方法は広範に変化し得る。一実施形態では、ケーブルジャケットのポリマーマトリックスを用いてずり粘稠化流体を分散させる。別の実施形態では、ケーブルジャケットと共押出しされ、又はケーブルジャケットで被覆され、又はケーブルジャケットと積層されたポリマーマトリックス内にずり粘稠化流体を分散させる。当該実施形態では、ジャケットは外層、すなわち環境にさらされる層として存在し、ずり粘稠化流体を含むポリマーマトリックスは内層、すなわちケーブルの内側に面する層として存在する。さらに別の実施形態では、ずり粘稠化流体は、例えば、バッファー管若しくは半導体外被のような、ケーブル内の別の層上の被覆物として、ケーブル内で拘束されているか、又はテープ若しくは布上に支持されて、ケーブルの１つ以上の内部成分の回りに巻き付けられている、非ポリマーの不連続な層を構成する。さらに別の実施形態では、ずり粘稠化流体が、引張り強さ等のケーブル特性を向上させるためにケーブルデザインに別の方法で存在するファイバー又はヤーンを含むケーブル成分内に含まれる。当該実施形態では、該ヤーン又はファイバーをケーブル構造内にルーズに含めることができ、或いはコア管又はバッファー管のような他の構造成分内に含めることができる。さらに別の実施形態では、ずり粘稠化流体は、ケーブル内の１つ以上のチャネルを満たすルーズ又は非拘束流体である。

別の実施形態では、本発明は、ケーブル内の絶縁層として使用される発泡又は海綿状ポリマー系の濫用又は衝撃抵抗を強化するためのずり粘稠化流体の使用である。ずり粘稠化流体をポリマーマトリックス内又は発泡ポリマーのセル内に包めることができる。発泡ポリマー系を含むケーブル絶縁層は信号減衰を減らすことができ、ケーブルに物理的性能を付加することもできる。

別の実施形態では、本発明は、高品質のチャー形成難燃剤系であって、難燃剤の性能に必要な充填材系が、部分的若しくは全体的にずり粘稠化流体成分中に組み込まれているか、又は二者択一的に、ずり粘稠化流体内の充填材によって補充されている、チャー形成難燃剤系を形成するためのずり粘稠化流体の使用である。難燃剤ポリマー組成物は多くの場合ケーブルの内外層中又は火災時にケーブル若しくは周囲環境への損傷に対して保護するための成分中で使用される。難燃剤系にずり粘稠化材料を使用すると、ずり粘稠化反応を誘導する環境下で該系の優れた性能をもたらすことができる。この実施形態のケーブルは、難燃剤とずり粘稠化の両機能性を特徴とする。

「ケーブル」、「電力ケーブル」、「伝送線」及び同様の用語は、保護ジャケット又はシース内の少なくとも１つのワイヤー又は光ファイバーを意味する。典型的に、ケーブルは、典型的に通常の保護ジャケット又はシース中の一緒に結合した２つ以上のワイヤー又は光ファイバーである。ジャケットの内側の個々のワイヤー又はファイバーは裸でよく、又は被覆又は絶縁されていてよい。結合ケーブルは電気ワイヤーと光ファイバーを両方含有し得る。低電圧、中電圧及び高電圧用途に合わせてケーブル等をデザインすることができる。典型的なケーブルデザインは、ＵＳＰ５，２４６，７８３、６，４９６，６２９及び６，７１４，７０７で例証されている。

「ずり粘稠化流体」、「極端なずり粘稠化流体」、「ＳＴＦ」、「ＥＳＴＦ」及び同様の用語は、せん断応力が上昇するにつれて、大きい、時には不連続な粘度の上昇を示す液体組成物を意味する。ずり粘稠化流体は、他成分に加えて、これらの他成分が、増加する応力に対する該流体のずり粘稠化反応を実質的に妨げない程度まで、該流体のずり粘稠化挙動に役立つ１種以上の充填材を含むことができる。

この発明の実施で使用するずり粘稠化流体は当技術分野で周知であり、米国特許出願公開ＵＳ２００５／０２６６７４８Ａ１で一般的に記載されている。これらの流体は、典型的に溶媒中に懸濁している粒子の組合せである。使用する粒子は、種々の材料、例えば、限定するものではないが、二酸化ケイ素等の鉱物酸化物、炭酸カルシウム等の金属炭酸塩、又はポリスチレン若しくはポリメチルメタクリレート等の有機ポリマー、又はエマルション重合製ポリマーから調製され得る。粒子を溶液中で安定化することができ、或いは電荷、ブラウン運動、吸着界面活性剤、及び吸着ポリマー若しくはグラフトポリマー、高分子電解質、高分子両性電解質、又はオリゴマーによって分散させることができる。粒子の形状として、球形粒子、楕円形粒子、又は円板様若しくは粘土粒子が挙げられる。粒子は合成材料及び／又は天然に存在する鉱物でよい。また、粒子は大きさ及び形状について単分散、二分散、又は多分散でよい。

粒子サイズは便利に変化し得るが、典型的に、ＳＴＦが接触しているケーブル成分間、例えば導体と半導体シールド、絶縁体と半導体シールドの間等に存在し得るいずれの隙間をも満たすようにケーブル構造内に粒子を容易に組み込めるように、粒子サイズは約１ミクロン（μｍ）未満、好ましくは約０．５ミクロン未満、さらに好ましくは約０．２５ミクロン未満である。

使用するキャリア流体は、静電的に安定化された粒子又はポリマー安定化粒子のためには事実上水性でよく（すなわち、塩化ナトリウムのような塩、及びｐＨを調節するためのバッファーを添加したか又は添加しない水）、或いは有機（例えば、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、エタノール）、又はシリコンベース（例えば、シリコン油、フェニルトリメチコーン）でよい。キャリア流体は、キャリア流体の適合性混合物で構成されていてもよく、自由な界面活性剤、ポリマー、及びオリゴマーを含んでよい。キャリア流体は、供給中にケーブル及び懸濁している粒子にとって不可欠なままであるように、好ましくは環境に安定である。

粒子はキャリア流体中に懸濁しており、ずり粘稠化特性を有する流体を生成しなければならない。ずり粘稠化はダイラタント反応を必要としない。すなわち、ずり粘稠化は、乾燥粉末でしばしば観察され、時には大きい粒子、例えば１００ミクロンより大きいサイズの粒子の懸濁液で観察されるような体積の増加を伴わないだろう。流体を第２のキャリア流体で希釈してもよい。

外部から加えられた力からケーブルを保護するため、機械的手段による変形が該材料をずり粘稠化し、ひいてはケーブルの最内成分を損傷から保護するように、好ましくはずり粘稠化流体をケーブルの最外層の直下に配置する。ケーブル製造中に注入によって流体をルーズに適用してよく、或いは最外層、又は外装層、又は別の内層に流体を拘束させることできる。ＳＴＦを多くの可能な基材、例えばプラスチック、布等の１つの中に含浸させてから、これを用いて例えば中心管、コア管、バッファー管、単線、より二線ワイヤー等のケーブルの内部成分を拘束又は巻き付けることもできる。ずり粘稠化流体を用いて、ケーブル内部の個々の成分の周囲の隙間、又は該ケーブルデザインの複数の内層間の空間を満たすか又はあふれさせることもできる。

ケーブルは、その究極的な最終用途、例えば、電力伝送、通信、地上又は地下、海底等に適した１つ以上の構造材料を含むことができ、ケーブルはいずれの適切な構造をも取ることができる。ケーブルを構成することができる代表的ポリマーとして、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリマーフルオロカーボン、ポリウレタン、ポリシロキサン等が挙げられ、ケーブルは、ＵＳＰ５，２４６，７８３、６，４９６，６２９及び６，７１４，７０７で例証されている当該デザインのようないくつかの異なるデザインのいずれの１つをも取ることができる。

別の実施形態では、ずり粘稠化流体を発泡性絶縁体組成物に添加して、その発泡プロセスが、発泡材料を含むセル壁にずり粘稠化流体を与えて、発泡材料内でずり粘稠化挙動をもたらすようにすることができる。ずり粘稠化は、泡の望ましいサイズと分布を達成するために有効な系を提供すると同時に弾力性のある保護発泡層をも提供する。別の実施形態では、ずり粘稠化流体を発泡材料のセル内部に添加することによって、発泡材料の保護特性を高める。

いずれの発泡組成物、例えば、ポリウレタン、ポリオレフィン等にもずり粘稠化流体を含めることができ、いずれの発泡方法、例えば、化学的又は物理的膨張剤、架橋又は非架橋等を使用する当該方法でもずり粘稠化流体を使用することができる。代表的な発泡組成物及び方法は、ＵＳＰ５，２８８，７６２、５，３４０，８４０、５，３６９，１３６、５，３８７，６２０及び５，４０７，９６５並びにＨａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｆｏａｍｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｄ．Ｋｌｅｍｐｎｅｒ及びＫ．Ｃ．Ｆｒｉｓｃｈ編、Ｈａｎｓｅｒ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ、Ｍｕｎｉｃｈ、Ｖｉｅｎｎａ、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、Ｂａｒｃｅｌｏｎａ（１９９１）に記載されている。これらの発泡組成物におけるずり粘稠化流体の使用量及び使用法並びに発泡方法は、十分に当業者のスキルの範囲内である。

さらに別の実施形態では、ずり粘稠化系は難燃剤系（室温又は燃焼温度で流体である材料によってもたらされるマトリックスを有する）中の成分であり得る。これらの系は、ハロゲン化及び非ハロゲン化充填材を含むことができ、両方とも火災条件下でケーブルのチャー形成性能に寄与する、都合のよい大きさ及びナノサイズである。

難燃剤とずり粘稠化流体の使用によって難燃性又は耐火性を与えることができるポリマーの非限定例として、ポリオレフィン（ＷＯ２００６０２６２５６に列挙されたものを含む）、ポリアミド、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、ポリエステル、又はさらにシラン官能基、エポキシ官能基、若しくは水の存在下で反応して該ポリマー樹脂を架橋する他の官能基を含むこのようなポリマーが挙げられる。

代表的な難燃剤及び充填材として、タルク、炭酸カルシウム、有機粘土、ガラスファイバー、大理石粉塵、セメント粉塵、長石、シリカ又はガラス、ヒュームドシリカ、シリケート、アルミナ、種々のリン化合物、臭化アンモニウム、三酸化アンチモニー、三酸化アンチモニー、酸化亜鉛、ホウ酸亜鉛、硫酸バリウム、シリコーン、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸カルシウム、酸化チタン、ガラスミクロスフェア、チョーク、マイカ、粘土、珪灰石、オクタモリブデン酸アンモニウム、膨張化合物、膨張可能グラファイト、及びこれらの材料の２種以上の混合物が挙げられる。充填材は、例えばシラン、脂肪酸等の種々の表面被覆又は処理を有するか又は含んでよい。塩化パラフィン等のハロゲン化炭化水素、ペンタブロモトルエン、デカブロモジフェニルオキシド、デカブロモジフェニルエタン、エチレン−ビス（テトラブロモフタラミド）、デクロランプラス（dechlorane plus）及び他のハロゲン含有難燃剤等のハロゲン化芳香族化合物を含むハロゲン化有機化合物。当業者は、組成物の所望性能と一致する適切なハロゲン物質を認識して選択するだろう。組成物は、さらに種々の他の添加剤を含むことができる。湿気硬化性樹脂には、一般的にジブチル錫ジラウレート又はジスタノキサン等の湿気硬化触媒を加える。樹脂を架橋するために過酸化物又はフリーラジカル開始剤を添加することができる。さらに、所望により顔料及び充填材を添加してよい。

組成物は、例えば、酸化防止剤（例えば、ヒンダードフェノール、例えば、Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓの登録商標ＩＲＧＡＮＯＸ^ＴＭ１０１０）、亜リン酸塩（例えば、Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓの登録商標ＩＲＧＡＦＯＳ^ＴＭ１６８）、ＵＶ安定剤、粘着添加剤、光安定剤（例えばヒンダードアミン）、可塑剤（例えばジオクチルフタレート又はエポキシ化大豆油）、熱安定剤、離型剤、粘着付与剤（例えば炭化水素粘着付与剤）、ワックス（例えばポリエチレンワックス）、加工助剤（例えば油、ステアリン酸等の有機酸、有機酸の金属塩）、架橋剤（例えば過酸化物又はシラン）、着色剤又は顔料のような他の添加剤を、本発明の組成物、及び他の難燃性添加剤の所望の物理的又は機械的特性を妨げない程度まで含むことができる。上記添加剤は、当業者に既知の機能的に等価な量で、一般に該組成物の全質量に基づいて約６５質量％までの量で使用される。

当技術分野で既知のいずれの適切な手段によっても本発明の組成物を加工して物品を製造することができる。例えば、カレンダー、ブロー成形、キャスティング、押出し又は共押出し法等の既知の方法によって、組成物をフィルム若しくはシート又は多層構造の１つ以上の層に加工することができる。ずり粘稠化流体を含む組成物から射出成形、圧縮成形、押出し又はブロー成形部品を製造することもできる。

前記明細書によって本発明をかなり詳細に記述したが、この詳細は説明の目的のためであり、以下に添付する特許請求の範囲に対する限定と解釈すべきでない。全ての米国特許、許可された米国特許出願及び米国特許出願公開を参考として本明細書で援用する。

Claims (24)

1. ケーブルジャケット内に収容されたずり粘稠化流体で取り囲まれた導体を含むケーブル。
2. 前記ずり粘稠化流体がキャリア流体と粒子を含み、前記粒子が、鉱物酸化物、金属炭酸塩又は有機ポリマーの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のケーブル。
3. 前記鉱物酸化物が二酸化ケイ素である、請求項２に記載のケーブル。
4. 前記金属炭酸塩が炭酸カルシウムである、請求項２に記載のケーブル。
5. 前記有機ポリマーが、ポリスチレン又はポリメチルメタクリレートの少なくとも１つである、請求項２に記載のケーブル。
6. 前記粒子の大きさが約１ミクロン未満である、請求項２に記載のケーブル。
7. 前記導体が銅又はアルミニウムを含む、請求項６に記載のケーブル。
8. 前記導体が少なくとも１つの光ファイバーストランドを含む、請求項６に記載のケーブル。
9. 前記キャリア流体が水を含む、請求項６に記載のケーブル。
10. 前記キャリア流体が有機である、請求項６に記載のケーブル。
11. 前記キャリア流体が、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、エタノール、又はシリコンベース流体の少なくとも１つである、請求項１０に記載のケーブル。
12. 前記ケーブルが、半導体シールド、絶縁体及び金属テープシールドの少なくとも１つをさらに含む、請求項６に記載のケーブル。
13. 前記ジャケット、半導体シールド、絶縁体及び金属テープシールドの少なくとも１つが、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリマーフルオロカーボン、ポリウレタン及びポリシロキサンの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載のケーブル。
14. 発泡性絶縁体組成物であって、この発泡した絶縁体に十分な変形を加えるとずり粘稠化挙動をもたらすずり粘稠化液体を含む、発泡性絶縁体組成物。
15. ケーブル構造であって、このケーブルに難燃性を与えるために必要な充填材系が、部分的又は全体的にずり粘稠化流体中に組み込まれている、ケーブル構造。
16. ケーブル構造であって、このケーブルに難燃性を与えるために必要な充填材系によってずり粘稠化流体が補充されている、ケーブル構造。
17. 前記ケーブルジャケットがポリマー材料を含み、この材料内に前記ずり粘稠化流体が分散している、請求項１に記載のケーブル。
18. ポリマーケーブルジャケットと共押出しされ、又はポリマーケーブルジャケットに積層され、又はポリマーケーブルジャケット上に被覆されたポリマー材料内に前記ずり粘稠化流体が分散している、請求項１に記載のケーブル。
19. 前記ずり粘稠化流体が、該ケーブル内の不連続層である、請求項１に記載のケーブル。
20. 前記ずり粘稠化流体が、前記ケーブルジャケット以外の該ケーブルの１つ以上の成分の回りに巻き付けられたテープ又は布上に支持されている、請求項１９に記載のケーブル。
21. 前記ずり粘稠化流体が、ルーズファイバーの層内又はヤーン若しくはより糸内に支持されている、請求項１に記載のケーブル。
22. 前記ヤーン若しくはより糸が、該ケーブルの他の構造成分内に含まれる、請求項２１に記載のケーブル。
23. 前記他の構造成分が、コア管及びバッファー管の少なくとも１つである、請求項２２に記載のケーブル。
24. 前記ずり粘稠化流体が、該ケーブルのチャネル内でルーズかつ拘束されずに分散している、請求項１に記載のケーブル。