NO851595L - Elektriske ledninger med flammehemmende isolasjonsbelegg - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører flammehemmende elektriske ledninger med- lav røkavgivelse omfattende en elektrisk ledende metalltråd og et belegglag av en polymerblandingkarakterisertved at polymerblandingen omfatter en tetrafluoretylen/heksafluorpropylen-kopolymer og en polyfunksjonell monomer inneholdende minst to umettede bindinger som er fornettet ved bestråling med elektronstråler.

Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for fremstilling av den elektriske ledning og det særegne ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er at en elektrisk ledende metalltråd belegges med en blanding omfattende en tetrafluoretylen/heksafluorpropylen-kopolymer og en polyfunksjonell monomer inneholdende minst to umettede bindinger ved hjelp av en smelteekstruderingsmetode og at den ekstruderte belagte tråd bestråles med elektronstråler.

Disse og andre trekk ved oppfinnelsen fremgår av patentkrav-ene.

Elektroniske apparater som f.eks. regnemaskiner og kopierings-apparater anvendes i stadig økende utstrekning. Elektriske ledninger og kabler anvendt for å forbinde disse apparater eller terminaler kalles derfor "plenumkabler". I de senere år blir slike ledninger i økende grad koblet i takinstallasjoner. Av denne grunn er det nødvendig at disse elektriske ledninger og kabler ikke bare er flammehemmende men at de også tilfredsstiller strenge regler med hensyn til røkavgivende egenskaper. Spesielt kreves det at de skal være i stand til å tilfredsstille de røkdannelses- og flammehemmende bedømmelsestester som bestemt ved den såkalte "Steiner Tunnel Method" definert i UL (Underwriters Laboratories) standard. Hittil har faktisk bare elektriske ledninger av PVC (polyvinylklorid) innlagt i et metallrør eller når et slikt metallrør ikke anvendes, elektriske ledninger belagt med en fluorholdig harpiks kunnet tilfredsstille de ovenfor beskrevne tester.

I forbindelse med slike fluorholdige harpikser er det kjent at en tetrafluoretylen/heksafluorpropylen-kopolymer (i det følgende forkortet "FEP"), polyvinylidenfluorid, en klortri-fluoretylen/etylen-kopolymer, etc., tilveiebringer gode egenskaper med hensyn til lav røkavgivelse og flammehemmende egenskaper. Det antas generelt at av disse fluorholdige harpikser er FEP spesielt overlegen med hensyn til røkdannende egenskaper. Det er imidlertid funnet at en polyetylen-isolert flerkjernekabel med det ytterste lav fremstilt av FEP ikke tilfredsstiller den nevnte Steiner Tunnel Method test med hensyn til røkdannelse.

Det er et formål for den foreliggende oppfinnelse å tilveie-bringe en elektrisk ledning som er overlegen med hensyn til røkdannelse og flammehemmende egenskaper og som er forholdsvis billig.

Som utførelsesformer av oppfinnelsen nevnes en flammehemmende elektrisk ledning med lav røkavgivelse omfattende en elektrisk ledende metalltråd som har et belegglag av en harpiksblanding omfattende en tetrafluoretylen/heksafluorpropylen-kopolymer og en polyfunksjonell monomer inneholdende minst to umettede bindinger som er fornettet ved bestråling med elektronstråler.

En annen utførelsesform vedrører en flammehemmende elektrisk ledning med lav røkavgivelse omfattende (1) minst en elektrisk isolert kjerne omfattende en elektrisk ledende metalltråd med et elektrisk isolerende belegg derpå og (2) et ytre lav fremstilt av en harpiksblanding omfattende en tetrafluoretylen/ heksafluorpropylen-kopolymer og en polyfunksjonell monomer inneholdende minst to umettede bindinger som er formettet ved bestårling av elektronstråler.

Ved den første utførelsesform av oppfinnelsen, når den elektriske ledning består av en metalltråd og belegglaget av harpiksblandingen virker belegglaget som et elektrisk isolerende belegg.

Grunnen til at FEP anvendes ved den foreliggende oppfinnelse er at blant fluorholdige harpikser som er forholdsvis over-legne med hensyn til lav røkangivende egenskap er FEP spesielt gunstig med hensyn til disse egenskaper.

Som polyfunksjonelle monomerer anvendes foretrukket monomerer med minst tre funksjonelle grupper. Når en polyfunksjonell monomer valgt fra gruppen bestående av triallylcyanurat, triallylisocyanurat, trimetylolpropan-trimetakrylat, trimetylolpropan-triakrelat, trimetylolheksan-trimetakrylat og trimetylolheksan-triakrylat anvendes er de gunstige virkninger av elektronstrålebestråling meget store. Når i det minste en av triallylcyanurat eller triallylisocyanurat anvendes som en polyfunksjonell monomer kan et belegg som er spesielt utmerket med hensyn til varmemotstand og mekanisk styrke oppnås. Dette belegg kan motstå en varmesjokktest ved en tempe-ratur på 300°C.

Det er i oppfinnelsens sammenheng funnet at den elektriske ledning i samsvar med oppfinnelsen kan motstå den nevnte Steiner Tunnel Method test. Et slikt resultat var uventet på grunn av at FEP harpiksen i og for seg og FEP harpiksblandingen i samsvar med den foreliggende oppfinnelse som bestråles med elektronstråler har samme Dm (maksimal røkdensitet) målt under anvendelse av et U.S. NBS (National Bureau of Standards) røkdensitetkammer. I både FEP harpiksen og FEP harpiksblandingen var Dm 50 eller mindre ved flamme og ikke-flammetester. Det ble i forbindelse med oppfinnelsen gjennomført tester under anvendelse av NBS røkdensitetskammer fremstilt av American Instrument Co. og i samsvar med bruksanvisningen som fulgte med kammeret omhandlet i en katalog (1973).

Den nevnte Steiner Tunnel Method test anvender et apparat med en skål anordnet i en horisontal og i dennes lengderetning slik at den horisontale tunnelfest som definert i ASTM E-84 kan gjennomføres. En ende av en kabelprøve antennes med en brenner. Etter 20 minutter måles utstrekningen av kabelbran- nen. Den regulerte maksimale brannstrekning er 154,2 cm. I tillegg måles mengden av røk ved bruk av en fotoelektrisk celle. Det er nødvendig at log Io/I=0,5 eller mindre (hvori Io er initial lystransmisjon og I er lystransmisjonen etter 20 minutters brenntid.

Ved metoden for bestemmelse av Dm brennes en testprøveharpiks i bestemt mengde i et kammer og mengden av røk måles under anvendelse av en fotocelle. Dm er et produkt av logaritmen av forholdet mellom lystransmisjon i kammeret før brenningen i forhold til lystransmisjonen etter brenningen og en spesifikk koeffisient bestemt i samsvar med testbetingelsene.

Kommersielt tilgjengelig FEP harpikser hvori det molare forhold er omtrent 7/3 til 3/7 kan anvendes med fordel. En FEP med smelteindeks (372°C-5 kg) på fra 0,75 til 8,5 anvendes foretrukket ved den foreliggende oppfinnelse. Den ovenfor beskrevne polyfunksjonelle monomer tilsettes FEP harpiksen og smelteblandes.

Den resulterende blanding påføres vanligvis på en isolert elektrisk ledning ved hjelp av en smelteekstruderingsmetode og bestråles så med elektronstråler.

Tykkelsen av FEP harpiksbelegget ved den foreliggende oppfinnelse er ikke begrenset så lenge som laget har en tilstrekke-lig mekanisk styrke somønskes i samsvar med den påtenkte bruk av ledningen. Vanligvis er tykkelsen omtrent 0,1 mm eller mer men et lag med en tykkelse på mindre enn 0,1 mm og foretrukket ikke under 0,05 mm kan også anvendes.

Mengden av polyfunksjonell monomer som tilsettes er foretrukket fra 0,1 til 20 vektdeler og mer foretrukket fra 0,2 til 10 vektdeler pr. 100 vektdeler FEP harpiks. Hvis mengden av polyfunksjonell monomer som tilsettes er mindre enn 0,1 vektdel kan virkningen av elektronstrålebestrålingen oppnås bare i utilstrekkelig grad. På den annen side, hvis mengden av poly funksjonell monomer som tilsettes er på mer enn 20 vektdeler kan det være vanskelig å oppløse den polyfunksjonelle monomer i FEP harpiksen. Som et resultat ved ekstruderingsbelegning varierer mengden av ekstrudert blanding. Mengden av elektronstråler absorbert er foretrukket fra 1 til mindre enn 30 Mrad og mer foretrukket fra 3 til 25 Mrad. Hvis mengden av elektronstråler absorbert er 30 Mrad eller mer vil FEP harpiksen gjerne ha tendens til å dryppe under den nevnte Steiner Tunnel Method test og mengden av røk økes. Hvis mengden av elektronstråler som absorberes er mindre enn 1 Mrad vil FEP harpiksen også ha tensens til å dryppe og det vil følgelig være vanskelig å opprettholde formen av FEP harpiksbelegglaget på den eller de isolerte kjerner. De ovenfor beskrevne to områder for mengden av absorberte elektronstråler er også foretrukket henholdsvis mer foretrukket for oppnåelse av et belegg som kan tilfredsstille varmesjokktesten.

Som elektrisk ledende metalltråd kan tråder som f.eks. kobbertråd, tinnbelagt kobbertråd, nikkelbelagt kobbertråd etc. anvendes.

Ved fremstilling av en elektrisk ledning av den ovenfor beskrevne andre utførelsesform som det isolerende belegglag kan kjente polymerer som f.eks. polyetylen anvendes som et isolerende belegg og harpiksblandingen i samsvar med den foreliggende oppfinnelse kan også anvendes.

Ved den annen utførelsesform av oppfinnelsen kan antallet av isolerte kjerner være en eller flere. Når to eller flere isolerte kjerner anvendes blir kjernene vanligvis viklet i en bunt med et heftebånd. Heftebåndet består vanligvis av en harpiks som ikke smelter ved oppvarming og et polyimidhefte-bånd som ikke smelter ved oppvarming anvendes foretrukket for dette formål.

Oppfinnelsen beskrives mer detaljert med henvisning til de etterfølgende eksempler.

EKSEMPEL 1

En flerkjernekabel inneholdende fire FEP isolerte kjerner og med 1,9 mm ytre diameter fremstilles ved ekstruderingsbelegning av en FEP harpiks (molforhold omtrent 1/1, som et produkt FEP nr. 100 fremstilt av Du Pont) på en metalleder (tinnbelagt kobber) av AWG (American Wire Gage) 22 (0,64 mm i diameter) og åtte polyetylenisolerte kjerner under anvendelse av samme metalleder som beskrevet ovenfor (tykkelse av poly-etylenlaget 0,63 mm) ble fremstilt ved å vikles med et polyimid-heftebånd ("Kapton" som er en handelsbetegnelse for et produkt som fremstilles av Du Pont) med tykkelse 25^um og bredde 30 mm som 1/2 vikling. En harpiksblanding omfattende FEP harpiksen som beskrevet i det foregående og triallylcyanurat i mengde 5 vektdeler pr. 100 vektdeler FEP harpiks ble ekstruderingsbelagt på polyimid-heftebåndlaget som det ytterste lag i tykkelse 1,2 mm. Det ytterste lag med bestrålt med 15 Mrad elektronstråler ved bruk av en elektronstråleakselerator med en akselerasjonsspenning på 2 Mev. Denne flerkjernekabel ble underkastet den nevnte Steiner Tunnel Method test i henhold til UL standard. Brannstrekningen var 106,68 cm og røkdannelsesegenskapen var 0,46. Det ble funnet at flerkjernekabelen var tilfredsstillende både med hensyn til brannstrekning og lav røkavgivelse. Røkegenskapen av FEP harpiksblandingen anvendt ved fremstillingen av det ytterste lag ble målt ved bruk av et NBS røkdensitetskammer med resultat Dm= 2 7 ved brenning.

EKSEMPEL 2

En harpiksblanding omfattende den samme FEP harpiks som anvendt i eksempel 1 og triallylisocyanurat tilsatt i mengde 5 vektdeler pr. 100 vektdeler av FEP harpiks ble ekstruderingsbelagt i en tykkelse på 1,2 mm som ytterste lag på en 12-kjernekabel med samme struktur som i eksempel 1 og deretter bestrålt med 15 Mrad elektronstråler ved bruk av en 2 Mes elektronakselerator. Deretter, på samme måte som i eksempel 1, ble den nevnte Steiner Tunnel Method test gjennomført og også røkavgivelsen av FEP harpiksblandingen ble målt under anvendelse av NBS røkdensitetskammeret. Ved Steiner Tunnel Method testen var brannstrekningen 121,92 cm og røkdannelses-egenskapen var 0,5. Dette er tilfredsstillende både med hensyn til brannstrekning og røkdannelsesegenskaper som i eksempel 1. Ved målingen av røkegenskapene under anvendelse av NBS røkkammeret var Dm 25 under brannen.

EKSEMPEL 3

En harpiksblanding omfattende den samme FEP harpiks som anvendt i eksempel 1 og trimetylolpropan-trimetakrylat tilsatt i mengde på 10 vektdeler pr. 100 vektdel FEP harpiks ble ekstruderingsbelagt i en tykkelse på 1,2 mm som det ytterste lag på en tollkjernekabel med samme struktur som i eksempel 1, og deretter bestrålt med 20 Mrad elektronstråler ved bruk av en 2 Mev elektronakselerator. Deretter, på samme måte som i eksempel 1, ble den nevnte Steiner Tunnel Method test gjennom-ført og også røkdannelsesegenskapene av FEP harpiksblandingen ble målt under anvendelse av det nevnte NBS røkdensitetkammer. Ved testen var brannstrekningen 115,82 cm og røkdannelses-egenskapen var 0,5. Dette fra tilfredsstillende både med hensyn til brannstrekning og røkegenskaper. Ved målingen av røkegenskapene under anvendelse av NBS røkkammeret var Dm 26,5 under brannen.

EKSEMPEL 4

På en metalleder omfattende 19 metalltråder av nikkelbelagt kobber med ytre diameter 1,0 mm ble det tilveiebragt et belegg av en harpiksblanding av 100 vektdeler av en FEP harpiks ("TEFLON" som er en handelsbetegnelse for et produkt fremstilt av Du Pont) og 5 vektdeler triallylisocuanurat ved ekstru-der ingsbelegning i en tykkelse på 0,2 mm som et elektrisk isolerende lag. Laget ble bestrålt med 5 Mrad elektronstråler under anvendelse av en elektronstråleakselerator med en akselerasjonsspenning på 2 Mev for å fornette harpiksblandingen .

Den således oppnådde elektriske ledning ble viklet på en metallstang med 1,27 cm diameter i 3 viklinger og hver av de to ender av tråden ble belastet med 675 g belastning. Den således belastede ledning ble holdt i et termostatbad ved 300°C i 7 timer. Etter uttagning og avkjøling av ledningen ble denne underkastet en spenningsmotstandstest under anvendelse av 2500 V vekselstrøm i 1 minutt i vann og det ble iakttatt at ledningen kunne motstå dette.

EKSEMPEL 5

Samme forsøk som i eksempel 4 ble gjennomført med unntagelse av at 3 vektdeler triallylisocyanurat ble anvendt i stedet for triallylcyanurat og bestrålingsmengden var 10 Mrad. Det ble iakttatt at den således fremstilte ledning kunne motstå varmesjokktesten som beskrevet i eksempel 4.

SAMMENLIGNINGSEKSEMPEL 1

Samme FEP harpiks som anvendt i eksempel ble ekstruderingsbelagt i en tykkelse på 1,2 mm som ytterste lag på en 12-kjernekabel med samme struktur som i eksempel 1. Denne flerkjernekabel ble underkastet den nevnte Steiner Tunnel Method test og mengden av røk fra FEP harpiksen ble målt ved bruk av NBS røkdensitetkammeret. Ved den nevnte test tilfredsstilte brannsvirkningen standard krav (brannstrekning 121,92 cm) men røkegenskapene var lavere enn standard (røkavgivende evne 1,17). I forbindelse med røkegenskapene som målt under anvendelse av NBS røkkammeret var Dm 25,5 under brann.

Det kan sees fra de ovennevnte resultater at ledninger i samsvar med den foreliggende oppfinnelse spesielt tilfredsstiller standard krav.

SAMMENLIGNINGSEKSEMPEL 2

En harpiksblanding omfattende en etylen/tetrafluoretylen-kopolymer (ETFE) og triallylcyanurat ble tilsatt i mengde 5 vektdeler pr. 100 vektdeler ETFE ble ekstruderingsbelagt i en tykkelse på 1,2 mm som ytterste lag på en 12-kjernekabel med samme struktur som i eksempel 1 og deretter bestrålt med 15 Mrad elektronstråler ved bruk av 2 Mev elektronakselerator. Deretter ble den nevnte Steiner Tunnel Method test gjennomført og mengden av røk ble mål tunder anvendelse av NBS røkdensi-tetkammer. Ved den nevnte Steiner Tunnel Method test tilfredsstilte brannstrekningen standard krav (brannstrekning 106,86 cm) men røkdannelsesegenskapene var under standard (røkavgivning: 1,53). Med måling av røkegenskapene under anvendelse av NBS røkdensitetkammer var Dm 110 under brann.

Det kan således sees at bruk av tetrafluoretylen/heksafluorpropylen i samsvar med den foreliggende oppfinnelse er nød-vendig for å tilfredsstille standardkravene.

Claims (9)

1. En flammehemmende elektrisk ledning med lav røkavgivelse under brann omfattende en elektrisk ledende metalltråd med et belegglag av en elektrisk isolerende polymerblanding, karakterisert ved at polymerblandingen omfatter en tetrafluoretylen/heksafluorpropylen-kopolymer og en polyfunksjonell monomer inneholdende minst umettede bindinger som er fornettet ved bestråling med elektronstråler, enten påført som eneste belegg eller som et ytre belegg over et annet elektrisk isolerende polymerbelegg.

2. Elektrisk ledning som angitt i krav 1, karakterisert ved at mengden av polyfunksjonell monomer som tilsettes fra 0,1 til 20 vektdeler pr. 100 vektdeler kopolymer.

3. Elektrisk ledning som angitt i krav 1, karakterisert ved at mengden av absorberte elektronstråler er fra 1 til 30 Mrad, foretrukket fra 3 til 25 Mrad.

4. Elektrisk ledning som angitt i krav 1, karakterisert ved at den polyfunksjonelle monomer er valgt fra gruppen bestående av triallyl-cyanurat, triallyl-isocyanurat, trimetylolpropan-trimetakrylat, trimetylolpropan-triakrylat, trimetylolheksan-trimetakrylat og trimetylolheksan-triakrylat.

5. Elektrisk ledning som angitt i krav 1, karakterisert ved at det molare forhold mellom tetrafluoretylen og heksafluorpropylen i kopolymeren er 7/3 til 3/7.

6. Elektrisk ledning som angitt i krav 1, karakterisert ved at metalltråden er valgt fra gruppen bestående av kobbertråd, tinnbelagt kobbertråd og nikkelbelagt kobbertråd.

7. Elektrisk ledning som angitt i krav 1, karakterisert ved at belegglaget har en tykkelse på 0,05 mm eller mer.

8. Elektrisk ledning som angitt i krav 1, karakterisert ved at det indre isolerende belegg omfatter polyetylen.

9. Fremgangsmåte for fremstilling av den nevnte elektriske ledning, karakterisert ved at en elektrisk ledende metalltråd som eventuelt er forsynt med et belegg av en elektrisk isolerende polymer påføres en blanding omfattende en tetrafluoretylen/heksafluorpropylen-kopolymer og en polyfunksjonell monomer inneholdende minst to umettede bindinger ved hjelp av en smelteekstruderingsmetode og den ekstruder-ingsbelagte ledning bestråles med elektronstråler.