TW201503164A - 用於佈纜之發泡聚合物分離器 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種電纜分離器，其包含具有縱向長度之預成形物件，其中該預成形物件係實質上完全由具有高於160℃之玻璃轉移溫度且不含鹵素之發泡聚合物材料形成。提供一種資料通信電纜，其包含複數個導體及本發明之電纜分離器，其中該電纜分離器分離該複數個導體。亦提供一種製造包含本發明之分離器之電纜的方法。

Description

用於佈纜之發泡聚合物分離器

本申請案係關於一種用於佈纜之發泡熱塑性聚合物分離器。更詳言之，該發泡熱塑性聚合物分離器在電纜(諸如資料通信電纜)中之導體之間提供電分離。

習知的資料通信電纜通常包含封閉於保護性外部護套內之多對扭絞導體。此等電纜常常包括雙絞線分離器以便在電纜內之導體對之間提供實體距離(亦即分離)，從而減少串音。習知的分離器通常係由諸如聚烯烴及含氟聚合物之介電材料製得，該等材料提供足夠的電絕緣。

用於形成分離器之標準材料(如聚烯烴及某些含氟聚合物)由於多個原因而為不利的。若電纜之一部分著火，則需要限制由於電纜之可燃性部分(例如分離器)熔融或燃燒而產生之煙霧的數量。亦需要預防或限制火焰沿著電纜自電纜之一部分向另一部分傳播。習知的用於電纜分離器之材料具有不良的煙霧及/或火焰阻滯性質。因此，彼等材料會增加著火時所散發之煙霧的數量以及火焰沿著燃燒電纜移動之距離。為了減輕此等缺點，一些製造商向習知的聚烯烴及含氟聚合物材料中添加阻燃劑及煙霧抑制劑。然而，煙霧抑制劑及阻燃劑常常增加分離器之介電常數及耗散因數，從而藉由增加緊密近接於分離器的雙絞線之信號損失而對電纜之電性質造成不良影響。阻燃劑及煙霧抑制 劑亦通常含有鹵素，其為不利的，因為鹵素燃燒時會釋放危險性酸性氣體。

此外，添加分離器亦給電纜增加了重量。需要保持電纜之重量儘可能地低，例如，為了便於運輸到工地及為了降低建築內對於支撐的要求。為了降低對於電氣效能之影響且亦為了減少電纜之重量，一些製造商可「發泡」分離器以便減少所使用的材料之數量。發泡材料為以輕質蜂巢形式存在之任何材料，該輕質蜂巢式形式係由在製造製程中引入氣泡所產生。然而，習知的分離器材料之發泡僅最小程度地減少所使用的材料之數量，因為發泡量受發泡體之所得物理強度的限制。分離器必須具有足夠的強度以在電纜處理或製造中防止損傷。另外，若發泡材料不具有足夠的強度，則可能發生發泡分離器之壓碎或變形，從而導致雙絞線之間的壓實及較少分離。因此，傳統發泡分離器常常具有不良的機械穩定性。

因此，鑒於與習知的分離器相關聯之彼等缺點，需要一種電纜分離器，其充分減少電纜內之雙絞線之間的串音，同時在不添加鹵素的情況下改良電纜之火焰傳播及煙霧散發性質。結構穩固且儘可能輕質的電纜分離器亦為理想的。

因此，本發明之一例示性實施例提供一種電纜分離器，其包含具有縱向長度之預成形體，其中該預成形物件實質上完全由具有高於160℃之玻璃轉移溫度且不含鹵素之發泡熱塑性聚合物形成。

本發明亦可提供一種資料通信電纜，其包含複數個導體及一分離器。該分離器包括具有縱向長度之預成形體，其中該預成形體實質上完全由具有高於160℃之玻璃轉移溫度且不含鹵素之發泡熱塑性聚合物形成。該分離器分離該複數個導體。

本發明亦可提供一種製造電纜之方法，該方法包括如下步驟： 提供具有高於160℃之玻璃轉移溫度且不含鹵素之發泡熱塑性聚合物，及擠壓發泡聚合物材料以形成具有預定形狀之分離器。隨後提供複數個導體。在形成具有預定形狀之分離器之後且在不進一步操作分離器的情況下，將分離器安置於該複數個導體之間。隨後擠壓包圍該分離器及該複數個導體之外部護套。

本發明之其他目標、優勢及顯著特徵將由以下實施方式而變得顯而易見，以下實施方式結合所附圖式揭示本發明之較佳實施例。

100‧‧‧電纜分離器

100'‧‧‧分離器

100"‧‧‧分離器

102‧‧‧預成形體/分離器主體

103‧‧‧突出物

103'‧‧‧突出物

106‧‧‧第一末端

108‧‧‧第二末端

200‧‧‧資料通信電纜

202‧‧‧導體

204‧‧‧保護性護套

206‧‧‧扭絞導體對

當結合附圖考慮時，藉由參考以下實施方式，更好地理解本發明及其多個附帶優勢，將更容易獲得本發明及其多個附帶優勢之更全面的理解，其中：圖1為根據本發明之一例示性實施例之用於佈纜的發泡分離器之截面端視圖；圖2A為根據本發明之一例示性實施例之資料通信電纜的截面端視圖，該資料通信電纜包括圖1所說明之發泡分離器；圖2B為根據本發明之一例示性實施例之資料通信電纜的截面端視圖；及圖2C為根據本發明之一例示性實施例之資料通信電纜的截面端視圖。

參照圖1及圖2A，根據本發明之一例示性實施例之電纜分離器100通常包含具有縱向長度之預成形體102，該預成形體102較佳地實質上完全由發泡熱塑性聚合物材料形成。該發泡聚合物材料為具有高於160℃之玻璃轉移溫度且不含鹵素之高效能熱塑性聚合物。使用發泡聚合物形成電纜分離器可改良所得電纜之耐煙性及耐火性、改良電纜之電氣效能、改良分離器之剛性(且因此改良其結構完整性)及減少 總電纜的重量。

分離器100之預成形體102可採取多種形狀，其限制條件為所選形狀適合在資料通信電纜200中提供導體分離。如圖1所示，分離器主體102可形成實質上交叉網形狀。分離器主體102可包含自主體102之縱向長度向外延伸之一或多個突出物103。換言之，突出物103自主體102之中心向外延伸。如圖1中所描繪，儘管可使用任意數目之突出物103，但分離器100較佳地具有四個突出物103。在至少一個實施例中，分離器100包含四個自主體102之中心延伸之預成形突出物103，從而各突出物103垂直於相鄰突出物103。

各突出物103可具有起源自主體102之中心的第一末端106及突出物103終止之處之第二末端108。沿著突出物103之長度，在第一末端106與第二末端108之間，突出物103可錐形化。詳言之，突出物103可在其第一末端106處為最厚的且在其第二末端108處為最窄的。

根據一個實施例，主體102可為約0.025-0.035吋寬(不包括突出物103之寬度)，且整個分離器100之寬度及高度可為約0.14-0.25吋。

參照圖2B，根據本發明之另一例示性實施例之分離器100'實質上與圖2A之分離器100相同，除了分離器100'較佳地具有更大的尺寸。更詳言之，分離器100'按一定尺寸形成以使得預成形體102'之突出物103'較佳地延伸至電纜之護套。

參照圖2C，根據本發明之又另一例示性實施例之分離器100"可以實質上平坦的部件之形式預成形。舉例而言，實質上平坦的部件可為帶。實質上平坦的分離器100"可具有更寬的中心及更窄的末端。

在所有的實施例中，分離器實質上完全由具有高於160℃之玻璃轉移溫度且不含鹵素的發泡高效能熱塑性聚合物形成。不含鹵素之材料含有少於900ppm(百萬分率)之氯或溴，及少於1500ppm之總鹵素。具有高玻璃轉移溫度(高於160℃)之高效能聚合物在經受火焰時 具有高阻燃性/耐火性及低煙霧散發量。此外，高效能熱塑性聚合物具有固有地高強度及韌性，其可在各種高壓力應用中改良該等聚合物之機械效能。適合用於形成本發明之分離器的高效能聚合物材料包括(但不限於)聚醚碸、聚(芳基醚碸)、聚(聯苯醚碸)、聚碸、聚醚醯亞胺、聚苯、聚醯亞胺、聚苯基碸、聚苯硫醚、聚(芳基醚酮)、聚(醚醚酮)及其摻合物。根據一個實施例，聚合物材料可為均聚物、共聚物、交替共聚物或嵌段共聚物。若該材料為上述聚合物之共聚物，則其較佳為其矽氧烷共聚物。

與習知的用於形成分離器之材料不同，無需向本發明之聚合物發泡體中添加煙霧抑制劑或阻燃劑以達到聯邦規定標準所要求的強制燃燒效能。因此，本發明之分離器無需包括任何含有鹵素之添加劑。因此，若著火，則將不會釋放危險性酸性氣體。此外，該分離器不需要添加劑，此為有利的，因為添加劑會增加分離器之有效介電常數及耗散因數，從而增加電纜之信號損失。

下表1中將習知的含有鹵素之乙烯-氯三氟乙烯(ECTFE)材料之煙霧及火焰傳播效能與不含鹵素的50%發泡PEI相比較。詳言之，將由各材料產生之交叉網狀分離器併入兩個不同的電纜中--構造1及構造2。構造2僅為與構造1相比更大的電纜，其具有更大的交叉網。根據美國消防協會(NFPA)標準，更確切地根據NFPA 262，測試燃燒效能。藉由煙霧之平均光密度及峰值光密度來量測煙霧效能。可以看出，PEI發泡體對於這兩種電纜構造均展現出與習知ECTFE相比改良的煙霧效能及相當的火焰傳播效能。此外，對於構造1，PEI發泡體展現出與ECTFE相同的火焰傳播效能，且對於構造2，PEI發泡體展現出與ECTFE相比改良的火焰傳播效能。PEI發泡分離器符合所有聯邦規定標準，該等標準要求火焰傳播5呎或更少、煙霧之平均光密度最大為0.15且煙霧之峰值光密度最大為0.50。

本發明之例示性實施例之分離器經「預成形」以便將其製造成所要形狀，該形狀在電纜構造中及在其之後被保持。使用預成形分離器為有益的，因為分離器一旦形成，其不需要進一步的組態或配置以產生用於電纜中之所要形狀。換言之，電纜製造製程藉由預成形或預形成分離器，且因此在完成電纜構造(例如添加護套及扭絞導線對)時無需對分離器進行其他操作而得以流水線作業。然而，聚合物發泡體較佳地具有足夠的可撓性以容許其被構造至電纜內，且其同時具有充足的剛性以便在電纜之製造、安裝及使用中實質上保持其形狀。聚合物分離器之剛性向電纜中添加結構及硬度，其在防止電纜扭折方面為理想的，諸如在自電纜封裝拉出之製程中。較硬的電纜亦可降低建築中之支撐點之間的下陷，從而減少安裝中之阻力。

與其他材料相比具有更高的拉伸強度、拉伸模數、撓曲強度及撓曲模數之高效能聚合物非常適合於形成分離器。具有更高的拉伸強度/模數之材料比具有較低的拉伸強度/模數之材料更硬，且在向其施力時不容易變形。具有更高的撓曲強度及撓曲模數之材料比具有較低的撓曲強度/模數之材料更好地抵抗彎曲，且在向其施加撓曲力時不容易變形。根據Active Standard ASTM D638，對於各種習知的聚合物材料量測拉伸強度/模數，且根據Active Standard ASTM D790，對於同樣的聚合物材料量測撓曲強度/模數。在以下表2中可以看出，均不含鹵素的聚醚醯亞胺(PEI)及聚苯基碸(PPSU)在拉伸強度、拉伸模數、撓曲強度及撓曲模數上均勝過習知的鹵化材料，諸如氟化乙烯-丙烯(FEP)、乙烯-氯三氟乙烯(ECTFE)、全氟甲基烷氧基(MFA)及阻 燃性聚乙烯(FRPE)。作為高效能聚合物之PEI及PPSU材料亦在相同的類別中勝過作為非高效能聚合物之高密度聚乙烯(HDPE)。FEP及MFA之撓曲強度極低，以至於兩者均不能可靠地量測。

藉由發泡本發明之分離器之聚合物，形成分離器所需的材料數量與習知的電纜分離器相比顯著減少，因此減少電纜之總重量且減少產生火焰及煙霧之材料的數量。於表2中可以看出，一些高效能聚合物材料亦具有比習知的聚合物材料更低的比重，因此進一步降低所得分離器的重量。具有高於160℃之玻璃轉移溫度的高效能聚合物為較佳的，因為其具有允許實現更高發泡率之高拉伸強度，且同時保持用於處理及製造所需之必需強度。本發明之聚合物分離器可具有在30%與80%之間的發泡率，其顯著高於習知的電纜構造材料。在發泡率較高時，習知的材料易壓碎及變形，進而危害電纜之電氣性質。

聚合物發泡體之另一優勢涉及其在夾層式通信電纜中之使用。在夾層式電纜中使用習知的用於分離器之聚合物材料需要特殊製造設備，因為此等聚合物對於未經保護的金屬具有高腐蝕性。因此必須使用特殊的抗腐蝕金屬，諸如基於沃斯田鎳-鉻的超合金(亦即Inconel®及Hastelloy®)。處理此等材料所需之專用設備為昂貴的，因此使用諸如PEI及PPSU之某些高效能聚合物形成分離器提供了減少製造成本之附加優勢。

可使用諸如發泡或固體聚合物或共聚物之熔融可處理材料形成 分離器。可使用氣體注射或熟習此項技術者已知的用於實現遍及分離器截面的均勻精細氣泡的其他此類方法，藉由化學程序發泡分離器。 如熟習此項技術者所已知，可藉由使用一或多種發泡劑來發泡聚合物樹脂。發泡劑之實例包括(但不限於)無機試劑、有機試劑及化學試劑。無機發泡劑之實例包括(不限於)二氧化碳、氮氣、氬氣、水、空氣氮及氦氣。有機發泡劑之實例包括(不限於)具有1-9個碳原子之脂族烴、具有1-3個碳原子之脂族醇及具有14個碳原子之完全及部分鹵化的脂族烴。可使用之例示性脂族烴包括(不限於)甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、異丁烷、正戊烷、異戊烷、新戊烷及其類似物。例示性脂族醇包括(不限於)甲醇、乙醇、正丙醇及異丙醇。可使用完全及部分鹵化的脂族烴，其包括(不限於)氟碳化合物、氯碳化合物及氯氟碳化合物。氟碳化合物之實例包括氟代甲烷、全氟甲烷、氟代乙烷、1,1-二氟乙烷(HFC-152a)、1,1,1-三氟乙烷(HFC-143a)、1,1,1,2-四氟乙烷(HFC-134a)、五氟乙烷、二氟甲烷、全氟乙烷、2,2-二氟丙烷、1,1,1-三氟丙烷、全氟丙烷、二氯丙烷、二氟丙烷、全氟丁烷、全氟二氯丙烷、二氟丙烷、全氟環丁烷。用於本發明中之部分鹵化的氯碳化合物及氯氟碳化合物包括氯甲烷、二氯甲烷、氯乙烷、1,1,1-三氯乙烷、1,1-二氯-1-氟乙烷(HFC-141b)、1-氯-1,1-二氟乙烷(HCFC-142)、氯二氟甲烷(HCFC-22)、1,1-二氯-2,2,2-三氟乙烷(HCFC-123)及1-氯-1,2,2,2-四氟乙烷(HCFC-124)。完全鹵化的氯氟碳化合物包括三氯一氟甲烷(CFC-11)、二氯二氟甲烷(CFC-12)、三氯三氟乙烷(CFC-113)、1,1,1-三氟乙烷、五氟乙烷、二氯四氟乙烷(CFC-114)、氯七氟丙烷及二氯六氟丙烷。然而，在較佳實施例中，用於發泡分離器之發泡劑為不含鹵素的。可使用之化學發泡劑之實例包括(不限於)偶氮二甲醯胺、偶氮二異丁腈、苯磺醯肼、4,4-氧苯磺醯基半卡肼、對甲苯磺醯基半卡肼、偶氮二羧酸鋇、N,N'-二甲基-N,N'-二亞硝基對苯二甲 醯胺、三肼基三嗪及5-苯基-3,6-二氫-1,3,4-氧二肼-2-酮。如此項技術中所已知，發泡劑可以各種狀態(例如氣體、液體或超臨界)使用。

如圖2A、圖2B及圖2C所示，本發明之分離器100、100'及100"可用在資料通信電纜200中用於分離複數個導體202。不限於此類實施例，該複數個導體202可組織成扭絞導體對206。在彼構造中，分離器在實體上分離各扭絞導體對206。資料通信電纜200亦可包含圍繞導體202之保護性護套204。

如圖2A所示，分離器100之突出物103可延伸足夠遠，以便在導體對206之間提供實體分離，但沒有延伸至保護性護套204之內部。或者，如圖2B所示，分離器100'之突出物103'可延伸至保護性護套204之內部而不延伸至導體對206以外。

如圖2C所示，分離器100"可經預成形為實質上平坦的部件。舉例而言，該實質上平坦的部件可為帶形式。在此實施例中，分離器100"通常形成兩條通道以將一組導體對206與另一組導體對206分離開來。

為了構造本發明之資料通信電纜，首先藉由將本發明之發泡聚合物材料擠壓成預定形狀而形成分離器。根據一個實施例，該預定形狀可為交叉網。根據又另一個實施例，該預定形狀可為實質上平坦的部件。其次，提供複數個導體，且將分離器安置於導體分組之間。經由交叉網形狀，分離器將該複數個導體分離成四個分組。經由實質上平坦的部件形狀，分離器將該複數個導體分離成兩個分組。分離器具有預定形狀，因此在將分離器安置於導體之間時無需操作。最後，擠壓外部護套。該外部護套圍繞該分離器及該複數個導體，且該護套之應用不需要分離器之進一步操作。

儘管已選取特定的實施例來說明本發明，但熟習此項技術者將瞭解，可在其中進行眾多變化及修改而不脫離如所附申請專利範圍中 所界定之本發明之範疇。

100‧‧‧電纜分離器

103‧‧‧突出物

200‧‧‧資料通信電纜

202‧‧‧導體

204‧‧‧保護性護套

206‧‧‧扭絞導體對

Claims (18)

1. 一種電纜分離器，其包含：具有縱向長度之預成形體，其中該預成形體係實質上完全由具有高於160℃之玻璃轉移溫度且不含鹵素之發泡熱塑性聚合物形成。
2. 如請求項1之電纜分離器，其中該發泡熱塑性聚合物係選自由聚醚碸、聚(芳基醚碸)、聚(聯苯醚碸)、聚碸、聚醚醯亞胺、聚苯、聚醯亞胺、聚苯基碸、聚苯硫醚、聚(芳基醚酮)、聚(醚醚酮)及其摻合物組成之群。
3. 如請求項1之電纜分離器，其中該發泡熱塑性聚合物具有在30%與80%之間的發泡率。
4. 如請求項1之電纜分離器，其中該預成形體包括沿向外方向延伸之一或多個突出物。
5. 如請求項4之電纜分離器，其中該預成形體為交叉網。
6. 如請求項1之電纜分離器，其中該預成形體為實質上平坦的部件。
7. 一種資料通信電纜，其包含：複數個導體；及分離器，其包括：具有縱向長度之預成形體，其中該預成形體係實質上完全由具有高於160℃之玻璃轉移溫度且不含鹵素之發泡熱塑性聚合物形成，及其中該分離器分離該複數個導體。
8. 如請求項7之資料通信電纜，其中 該發泡熱塑性聚合物係選自由聚醚碸、聚(芳基醚碸)、聚(聯苯醚碸)、聚碸、聚醚醯亞胺、聚苯、聚醯亞胺、聚苯基碸、聚苯硫醚、聚(芳基醚酮)、聚(醚醚酮)及其摻合物組成之群。
9. 如請求項7之資料通信電纜，其中該發泡熱塑性聚合物具有在30%與80%之間的發泡率。
10. 如請求項7之資料通信電纜，其中該預成形體包括沿向外方向延伸之一或多個突出物。
11. 如請求項10之資料通信電纜，其中該預成形體為交叉網。
12. 如請求項7之資料通信電纜，其中該預成形體為實質上平坦的部件。
13. 如請求項7之資料通信電纜，其中該複數個導體包含複數個扭絞導體對。
14. 如請求項7之資料通信電纜，進一步包含包圍該複數個導體之保護性護套。
15. 一種製造電纜之方法，其包含以下步驟：提供具有高於160℃之玻璃轉移溫度且不含鹵素之發泡熱塑性聚合物；擠壓該發泡熱塑性聚合物以形成具有預定形狀之分離器；提供複數個導體；在形成具有該預定形狀之該分離器之後且在不進一步操作該分離器的情況下，將該分離器安置於該複數個導體之間；及擠壓包圍該分離器及該複數個導體之外部護套。
16. 如請求項15之方法，其中該發泡熱塑性聚合物係選自由聚醚碸、聚(芳基醚碸)、聚(聯苯醚碸)、聚碸、聚醚醯亞胺、聚苯、聚醯亞胺、聚苯基碸、聚 苯硫醚、聚(芳基醚酮)、聚(醚醚酮)及其摻合物組成之群。
17. 如請求項15之方法，其中該預定形狀為交叉網。
18. 如請求項15之方法，其中該預定形狀為實質上平坦的部件。