JP2014525846A - 高温絶縁テープ及びそれに覆われた電線又はケーブル - Google Patents

Abstract

【解決手段】複合絶縁テープ（２０）は、雲母粒子が分散されたポリママトリクスの絶縁第１層（２４）と、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、又はＰＥＥＫを少なくとも50％含有する混合物又は合金の第２層（２６）とからなる少なくとも２層の積層又は共押出し成形物を具備する。ここで、他方の層の反対側の少なくとも一方の層の表面は、フルオロポリマ膜（２５）でコーティングされている。このテープは、電線等の導体（１０）に多層コーティングを形成するのに用いることができる。ＰＴＦＥ等のフルオロポリマの外側保護層（２８）は、巻回されたテープの周囲に巻回又は押出し成形により取り付けられる。好適な実施形態において、フルオロポリマ膜は、テープの両面に取り付けられる。

Description

本発明は、掘削又は採掘、商業又は軍事、航空宇宙及び航海用途、並びに自動車、電車及び運輸等の厳しく過酷な条件で使用する、耐火性も有する高性能の耐高温電線及びケーブルに関する。このようなケーブルは、腐食物質、気圧又は火や、極端な温度にさらされる。高性能電線は、導電体や光ファイバ等の機能性芯と、１層以上の絶縁・保護コーティングとからなるのが一般的である。多くの場合、電線は小径であることが要求されるので、これらのコーティングは可撓性を有するべきであるが嵩張ってはならない。このような小径の高性能電線は、薄い単一層又は多層のテープの巻回、押出し成形、又はこれらの技術の組合せで形成される。

ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）及びポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の多様なタイプのポリマを電線及びケーブルのシースに使用することが知られている。ＰＴＦＥは、高い軟化点、低摩擦係数、良好な電気絶縁特性を有し、極めて頑丈で化学的に不活性であるという利点を有する。

ＰＥＥＫは、良好な難燃性、煙があまり出ない自己消火性を有するので、電線及びケーブルのシースでの使用が増大している。ＰＥＥＫはまた、良好な伸び、膜等の薄い部分での良好な可撓性、並びにカットスルー及び摩耗に対する良好な機械抵抗特性を有する。しかし、アークトラッキングや、アセトン、強酸の影響を受け易い。

欧州特許出願公開第５７２１７７号明細書は、多孔質ＰＴＦＥ及びＰＥＥＫの絶縁積層を開示する。この目的は、高い機械的強度、耐熱性、耐化学薬品性、低い誘電定数を有する軽量の、機体電線絶縁用の可撓性絶縁材料を提供することである。

耐超高温性と共に耐火性を有する、電線及びケーブル用の絶縁物に対する需要がある。このような難燃性を与える一つの方法は、ポリママトリクス内に分散した、典型的な血小板状の雲母粒子を具備するコーティングを塗布することである。例えば、特開２００３−１００１４９号公報には、耐火ケーブルをコーティングするために、シリコーン樹脂内での雲母微粉末及びガラス原料の分散を使用することが開示されている。

しかし、雲母はコスト高となるので、ケーブルシースの雲母含有量を低減する必要がある。例えば、特開２００６−１２０４５６号公報は、引張強度及び寸法的安定性を与えるためのガラステープと、耐熱性、電気特性及び接着性を与えるためのシリコーンテープとを組み合わせることにより、雲母の使用を回避しようとしている。

特開２０００−１１７７２号公報は、水酸化アルミニウム及び雲母粉末で混合された架橋シリコーンゴム製の耐火コーティングを開示する。

また、厚さが薄いシースを用いることにより達成可能な、小径の電線及びケーブルに対する要求事項もある。

英国特許出願公開第２４６０６８６号明細書は、機能性芯及びシースを有する電線を開示する。シースは、シリコーン等のポリママトリクス内に分散された雲母粒子と、巻回されたＰＥＥＫ膜と、ＰＥＥＫ又は別のポリマの外部コーティングとを具備する内部難燃性層を有する。このようにして、必要とされる温度及び難燃性は、好適には100μｍを超えない厚さを有する、３層の内の１層に閉じ込められた雲母で得られる。

国際公開第８９／００７５７号パンフレットは、良好な電気的及び機械的特性を有する電線を開示する。この電線は、導体を取り囲む無機アーク制御層、このアーク制御層を取り囲む芳香族ポリマを具備する絶縁層、及びこの絶縁層を取り囲む第２トラッキング制御層を有する。電線は、ドライアーキング及びウエットトラッキングに対して良好な抵抗を示す。

しかし、良好な絶縁性及び高い耐熱性に加えて、特に高温での機械的特性が向上した電線及びケーブルに対するニーズが残っている。

本発明の第１態様によれば、好適には高い耐熱性を有すると共に難燃性をも有し、雲母粒子が分散されたポリママトリクスの絶縁第１層と、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を含む第２構造層との積層又は共押出し成形物を具備する複合絶縁テープが提供される。ここで、これらの層の少なくとも一方の層の表面であって、他方の層とは反対側の層の表面は、フルオロポリマ膜でコーティングされている。

フルオロポリマのコーティングは、第１層の反対側の第２層の表面や、第２層の反対側の第１層の表面に付けられてもよい。フルオロポリマ層は、例えばＰＴＦＥ、ＰＦＥ又はＦＥＰベースであり、コーティングとしての用途を含む多様な手段で付けることができる。

本発明に係るテープは、絶縁シースとして電線又はケーブルに巻回することにより、取り付けることができる。このため、本発明の別の態様によれば、芯及び以下のポリマ製シースを具備する電線又はケーブルが提供される。すなわち、
（ａ）芯により近い第１層で芯の周囲に巻回された上述した複合絶縁テープと、
（ｂ）フルオロポリマの巻回された又は押出し成形された外層と
を具備するシースである。

絶縁第１層は、ポリマシロキサン等のポリママトリクス内に分散された雲母を具備する。

特に複合テープが巻回テープの第２層上にフルオロポリマコーティングを有する場合、押出し成形されたフルオロポリマ外層の取付けの前に、接着タイ層を付けると有利である。タイ層に適した材料は、エポキシ、又はマレイン機能化されたフッ化エラストマ、より好適にはＰＦＡ又はＰＴＦＥ等の機能化されたフルオロポリマである。接着タイ層は、押出し成形や、ディップコーティング等の他のコーティング法により塗布することができる。さらに或いは代わりに、巻回された複合テープの第１層及び第２層を溶融させるために、フルオロポリマ外層の取付けの前に、加熱工程又は焼結工程が実行される。

テープが電線に取り付けられる際に内層や外層を形成するフルオロポリマコーティングの利点は、絶縁性の増大及び電線接続のための絶縁体の剥取り性の向上である。

テープが巻回される導体付近に内層を形成する、雲母含有の第１層に付けられたコーティングの別の利点は、優れた電気特性、特に絶縁性の増大及びドライ又はウエットアークトラッキングに対する抵抗性である。

ＰＥＥＫ層上にこのようなコーティングを有する巻回テープで絶縁された電線の外部上のフルオロポリマコーティングの場合、フルオロポリマ層は、溶融し均一層を形成するよう加熱することができる。

シースを被った電線又はケーブルに付けられたフルオロポリマ外層（ｂ）は、付加的強度、耐化学薬品性、可撓性や難燃性を与える。また、主に巻回された電線に典型的な表面の凹凸を無くすことにより、耐摩耗性を向上させることができる。この外層は、例えばポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、或いはこれらの共重合体、混合物又は合金からなる。この外層は、好適には350〜420℃の温度で固定され、溶融され又は焼結される。

テープの第２構造層は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、或いは少なくとも50％、好適には65％のＰＥＥＫを含む混合物又は合金からなる。ＰＥＥＫは、他のポリアリールエーテルケトンと混合又は合金化されてもよい。これらは、酸素原子又はカルボニル基によりいくつかが架橋された芳香環の鎖を具備する。これらの多くは、ＰＥＥＫより高い融点及びガラス転移点を有する。

ＰＥＥＫ合金層の一部を形成可能なＰＥＥＫの例は、以下の表１に列記される。ここで、Ｅはエーテルを表し、Ｋはケトンを表し、Φはベンゼン環を示す結果、例えばＰＥＫＫはポリエーテルケトンケトンであるというように、ポリマは省略された名前で識別される。融点（Ｔ_m）及びガラス転移点（Ｔ_g）も示される。合金化又は懇望するのに好適なポリマは、ケトンの連鎖及び他の連鎖の割合が１：１以上であるポリマであり、これらの化合物はより高いＴ_m及びＴ_gを有する。

ＰＥＥＫと混合又は合金化される他のポリマには、五員環に溶融された六員環を含有する複素環単位、例えばポリイミド、ポリベンズイミダゾール、ベンゾオキサゾール、ポリベンゾチアゾール、及びこれらの共重合体からなるポリマがある。

ＰＥＥＫ第２層は、25〜100μｍの厚さ、より好適には25〜75μｍの厚さを有する。いくつかの実施形態において、テープ（ａ）及びフルオロポリマ層（ｂ）の各巻回は25〜50μｍの厚さを有する。

高度の難燃性を有する厚い層を要する電線及びケーブルに関しては、特に雲母含有ポリマが必要とされるであろう。内側及び外側のフルオロポリマコーティングは、使用時に、好適には2〜25μｍの厚さを有する。

上述したテープは、多数の異なるタイプの芯、特に導電性の電線又はケーブル、例えばニッケルコート、錫コート又は銀めっきされた銅、アルミニウム、典型的には銅クラッドアルミニウム、銀又は鉄に付けることができる。他の目的については、カーボン繊維製芯、ポリマ製芯又はセラミック製芯等の非金属製芯が使用可能である。ケーブルは、単芯でも多芯でもよいし、ツイストペアの電線、多数の撚り線の芯又は編組であってもよい。これらの芯のいずれも、銅、ニッケル、錫又は銀でコーティングされてもよい。

本発明に係る絶縁電線が、ＰＥＥＫ及び他のポリマを含有する複合テープを巻回することでどのように作成できるかを示す図である。 本発明の第１実施形態に係る多層コーティングされた電線を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係るコーティングされた電線を示す断面図である。 本発明の別の実施形態に係る複合テープの拡大図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を説明する。

最初に図１を参照すると、例えばニッケル、銀、錫又はアルミニウムでコーティングされている又はされていない銅、銅クラッド、鉄、或いはカーボン繊維又はセラミック繊維等の非金属ケーブルであってもよい撚り線導体１０は、巻回及び押出し成形により取り付けられた３層のシースを有する。複合テープ２０は、巻回コーティング１６を形成するよう芯に螺旋状に巻回される。

複合テープは、内部に血小板状雲母が分布する例えばシリコーン製の第１層２４を具備する。芯１０に最も近い表面は、ＰＴＦＥ等のフルオロポリマ製のコーティング２５を有する。

第１層２４の反対側には、ＰＥＥＫ、或いはＰＥＥＫの混合物又は合金である第２層２６が積層されている。

最後に、例えば押出し成形又はテープの巻回によりフルオロポリマの外層２８が取り付けられる。図１において、この層は押出し成形されているものとして図示されているが、第１層２４及び第２層２６を有する複合膜として巻回されてもよい。

第１層２４及び第２層２６は、好適には芯の周囲を40〜70％、好適には48〜58％重なり合った状態で螺旋状に巻回される。

図２は、例えば図１に関して説明したように、３層シースが導体１０の周囲に取り付けられたケーブルの断面図である。導体を直に取り囲む第１層２４は、絶縁性及び可能であれば難燃性を与える雲母含有シースである。この層は、例えば雲母含有シリコーンであってもよい。この層は、導体に隣接する内面にフルオロポリマのコーティング２５を有する。

第２層２６は、25〜100μｍの厚さを有するＰＥＥＫからなる。このＰＥＥＫは、単体で、或いは他のポリマとの混合物又は合金として使用される。混合物又は合金は、ＰＥＥＫを少なくとも50％、より好適には65％含有すべきである。

外層２８は、第１層及び第２層を有する複合テープの一部として押出し成形されるか、巻回されることができる。この層は、封入層を提供してケーブルに対する追加保護層を形成する。この層として上述した任意のポリマ、ポリマ混合物又はポリマ合金を用いることができる。例えば、ＰＴＦＥを焼結し、航空宇宙市場で要求される並外れた耐化学薬品性を提供してもよい。

本実施形態における雲母含有ポリマ及びＰＥＥＫの相乗作用のある組合せにより、潜在的な軽量及び小さな全径を有しながら耐熱性が高く耐火性のある電線を提供することができる。雲母は、1000℃までの耐火性及び絶縁性を提供することができ、ＰＥＥＫとの組み合わせにより、高温における耐カットスルー性、不燃特性、及び低い煙排出を含む向上した機械的特性を提供する。高温焼結を含む製造工程は、ＰＥＥＫ構造層における半結晶化を支持しなければならない。

２つの層２４，２６は、図１にあるように、図１に示されたテープからの予め形成された単一の複合巻回層として取り付けられる。雲母層は、コーティング内層２５と共に、シリコーン又はポリマシロキサン等のポリママトリクス内に分散された雲母粒子を具備する。フルオロポリマ外層２８については、内容量の範囲が上述した実施形態のものと同じであってもよい。繰り返すが、外層は焼結されてもよい。

図３に示されるように、巻回された複合膜３６は、多様な電線又はケーブルの構造用に構造層として用いることができる。これは、別のポリマ絶縁体を有する導体、カテゴリ７ケーブル等の１対のツイストペア又は４つ１組のツイストペア等の編組付き又は編組無しの完全なケーブル構造を含む。図３に示された実施形態において、本発明のコーティングは、シリカ等のマトリクス内の雲母粒子の難燃性すなわち耐火性の絶縁内層３２、ＰＥＥＫポリマ又はポリマ混合物の中間層３４、及びＰＥＥＫ層上のフルオロポリマ外膜３７を具備する本発明に係る巻回されたテープで３芯ケーブル３０の周囲に形成される。シースは保護外層３８により完成する。これは、押出し成形又は巻回により付けられ、上述した実施形態の保護層と同じ範囲から選択された組成を有することができる。

保護シースをより頑丈にすると共に耐化学薬品性を向上させるために、本発明の電線又はケーブルの周囲のシースは、好適には高温で、好適には不活性雰囲気内で、電子ビーム放射により架橋してもよい。

最後に、シースは、170〜300℃で好適には24時間を上限とする少なくとも12時間、アニーリング工程にさらされてもよい。

次に、図４を参照して、本発明の別の一実施形態に係る複合ケーブルを説明する。ここで、第１層及び第２層は、それぞれ４４及び４６の番号が付与される。これらは、図１ないし図３の実施形態の対応する層と同じ組成を有する。

本実施形態において、フッ化炭素コーティング４５は、導体の周囲にテープを巻回することにより形成されるコーティングの内側にある第２層とは反対側の第１層の面に付けられる。第２フッ化炭素コーティング４７は、第１コーティング４４とは反対側の第２コーティング４６に付けられる。このため、これは巻回された膜の外層に連続し、その上にはフルオロポリマの別の保護外層が巻回又は押出し成形により付けられる。

本発明の複合テープは、好適にはモジュラーの形状である。雲母層は、電気絶縁性に加えて難燃性特性の増大を比例して与えるよう厚さを増大させることができる。この層の好適な厚さは多くの目的では50μｍを超えないが、電線全径を最小に保つために、難燃性が必要な場合には、この層の厚さは50μｍ以上の例えば50〜100μｍの範囲であってもよい。この層の厚さ又は他の層も、個々の要求事項に適合するよう調整されてもよい。

１０ 芯
１６ 巻回コーティング（ポリマ製シース）
２０ 複合絶縁テープ
２４ 第１層
２５ コーティング
２６ 第２層
２８ 外層（ポリマ製シース）
４４ 第１層
４６ 第２層
４７ 第２フッ化炭素コーティング（層）

Claims (19)

1. 雲母粒子が分散されたポリママトリクスの絶縁第１層（２４）と、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ＰＥＥＫを少なくとも50％含有する混合物又は合金からなる第２層（２６）との積層又は共押出し成形物を具備する複合絶縁テープ（２０）であって、
   前記層の少なくとも一方の層の表面であって、他方の層とは反対側の層の表面は、フルオロポリマ膜でコーティングされていることを特徴とする複合絶縁テープ。
2. 前記第２層は、ＰＥＥＫを少なくとも65重量％含有する混合物及び合金を具備することを特徴とする請求項１記載の複合絶縁テープ。
3. 前記第２層のＰＥＥＫは、別のポリアリールエーテルケトンと、又は五員環で溶融された六員環を含有する複素環単位のポリマと混合又は合金化されていることを特徴とする請求項２記載の複合絶縁テープ。
4. 前記絶縁第１層は、前記第２層とは反対側の表面に付けられたフッ化炭素の層又はコーティング（２５）を有することを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項記載の複合絶縁テープ。
5. 前記第１層（４４）の反対側の前記第２層（４６）にフルオロポリマの層（４７）をさらに具備することを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１項記載の複合絶縁テープ。
6. 芯（１０）及びポリマ製シース（１６，２８）を具備する電線又はケーブルであって、
   前記シースは、
   前記芯により近い前記第１層を有する、前記芯の周囲に巻回された請求項１ないし５のうちいずれか１項記載の複合絶縁テープ（２０）と、
   フルオロポリマの巻回された又は押出し成形された外層（２８）と
   を具備することを特徴とする電線又はケーブル。
7. 前記外層は焼結され又は溶融されていることを特徴とする請求項６記載の電線又はケーブル。
8. 前記第２層は、少なくとも部分的に焼結され又は溶融されていることを特徴とする請求項６又は７記載の電線又はケーブル。
9. 前記シース全体が焼結されていることを特徴とする請求項８記載の電線又はケーブル。
10. 積層された複合膜（２０）が40〜70％、好適には48〜58％重なり合った状態で芯上に螺旋状に巻回されていることを特徴とする請求項６ないし９のうちいずれか１項記載の電線又はケーブル。
11. 重なり合いは48〜58％であることを特徴とする請求項１０記載の電線又はケーブル。
12. 前記外層は、前記複合テープの一層として前記芯の周囲に巻回されていることを特徴とする請求項６ないし１１のうちいずれか１項記載の電線又はケーブル。
13. 前記外層は押出し成形により形成されてことを特徴とする請求項６ないし１１のうちいずれか１項記載の電線又はケーブル。
14. 前記第１層、前記第２層及び前記外層の各々は25〜100μｍの厚さを有することを特徴とする請求項６ないし１３のうちいずれか１項記載の電線又はケーブル。
15. 前記第１層、前記第２層及び前記外層の各々は25〜50μｍの厚さを有することを特徴とする請求項６ないし１３のうちいずれか１項記載の電線又はケーブル。
16. 絶縁電線又はケーブルの製造方法であって、
    細長の芯上に請求項１ないし５のうちいずれか１項記載の複合絶縁テープを螺旋状に巻回することによりシースを形成する工程と、
    前記巻回されたテープ上に巻回又は押出し成形によりフルオロポリマの外層を付ける工程と、
    少なくとも前記外層を焼結する工程と
    を具備する絶縁電線又はケーブルの製造方法。
17. 前記焼結工程は、350〜420℃の範囲の温度で行われることを特徴とする請求項１６記載の絶縁電線又はケーブルの製造方法。
18. 前記外層は、高温の不活性雰囲気内で電子ビーム放射により架橋されることを特徴とする請求項１６又は１７記載の絶縁電線又はケーブルの製造方法。
19. 前記シースは、170〜300℃で24時間までアニーリング工程にさらされることを特徴とする請求項１６ないし１８のうちいずれか１項記載の絶縁電線又はケーブルの製造方法。

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