TWI384495B - 防火型通風管式纜線 - Google Patents

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Description

防火型通風管式纜線 發明領域
本發明係有關電信用的防火纜線。更具言之，本發明係有關一種被絕緣導線，其具有至少二絕緣層，一低於或等於2.6的複合介電常數，及一低於或等於0.005的耗散率。而具有該等絕緣導線的電信纜線會特別適用於風管空間或空氣循環系統。
 發明背景
在建築物的結構中，使用在火災時能阻止火焰蔓延及避免產生煙霧之材料是極重要的。因此，選擇及安裝能夠符合這些材料需求的電信纜線亦極為重要。
傳統用於空氣循環系統之通風腔室的電信纜線通常係以聚氯乙烯或氟聚合物來作為外覆材料。又，大部份的風管纜線之絕緣研發係聚焦於使用具有較多防火或防烟添加劑的昂貴氟化乙烯聚合物(“FEP”)或聚烯烴來改善抗火性及減少烟霧的產生。不幸的是，該等添加劑會劣化聚烯烴的介電性。且，當該等添加物被鹵化後，在燃燒時將會產生腐蝕性氣體。
TIA/EIA 568A標準訂有第5及5e類纜線的電性要求，譬如任何在0.772至100MHz頻率範圍內之導線對的阻抗、衰減、回射損耗、及串擾要求等。100米長的纜線會被用於該測試。其阻抗在0.772MHz時應不小於85，而在100MHz則不大於115。回射損耗應不小於17至25dB，乃取決於0.772至100MHz的測試頻率。衰減應不大於5.8至22dB，亦視0.772至100MHz的測試頻率而定。
阻抗與衰減皆為重要的電特性。阻抗係指沿該纜線的長度來傳輸之信號所受的阻力。該纜線的阻抗係由導線直徑與其特性，及所用之絕緣體的種類和厚度，和被絞合之線對的緊密度來控制。較粗的纜線會有較高的阻抗。但若絕緣體太厚，則纜線阻抗會超過最大的適當值。
衰減係指信號被傳經一距離之後其信號強度的遞減。纜線之衰減主要係由導體和絕緣體所造成。較大的導體或較低的電阻會產生較低的衰減。而較大的絕緣體厚度亦會產生較低的衰減。
就一指定的纜線設計而言，該絕緣體的較佳介電特性若被以ASTMD 1531測試法來測試，在1MHz具有不大於2.6的介電常數(DC)及不大於0.005的耗散率(DF)，才能符合5/5e類的纜線電性要求。
而NFPA 262測試係為一種防火測試法，其可供測定被裝在管道、風管及其它用來傳送環境空氣之空間內的電纜或光纖纜線（而非將該等纜線封裝在線槽內）之火焰蔓延距離和光學烟霧密度。纜線會被置於一線架中，而以25呎長的纜線覆蓋11.25吋的整個盤架寬度。一點火燃燒器火焰(88kW)會以240ft/min的空氣速度施於該線架的一端。其測試時間為20分鐘。假使該火焰蔓延不大於5呎，而最大烟霧密度不超過0.5，且平均不大於0.15，則該纜線會被視為及格。若一纜線符合這些標準則其是可防火的。
美國專利No. 5462803曾揭述一種纜線，係以氟聚合物包圍一導線，並具有一聚氯乙烯的外層。
美國專利No. 5563377係揭露使用一較不昂貴的“防火聚烯烴”內層，及一含有FEP的外層。氯化物或溴化物或金屬添加劑等可被用來使聚烯烴具有防火性。
加拿大的No. 2238596專利申請案乃揭露一種由聚烯烴和防火添加劑所製成的發泡防火內層。
美國專利No. 5670748（Gingue等人）曾揭述一導體被聚烯烴或聚氨酯的發泡層所包覆，並具有一鹵化材料的外層。
 發明概要
針對一防火纜線，已令人驚異地發現一絕緣導體，其具有至少二絕緣層，一小於或等於2.6的複合介電常數，及一小於或等於0.005的複合耗散率者，將可被製成一即使其中之一絕緣層具有大於2.6的介電常數，或大於0.005的耗散率時。
就一具有雙層絕緣體的導線而言，其複合介電常數ε1 可界定如下：
其中ε1 和ε2 係分別為該內層和外層絕緣層的介電常數，而r0 為該導線的半徑，r1 係為r0 與內絕緣層的厚度之和，r2 則為r1 加外絕緣層的厚度之和。
其複合耗散率(或tan δt )係界定如下：
其中tan δ1 和tan δ2 係分別為內層和外層絕緣層的耗散率。
又已發現，一具有小於或等於2.6之複合介電常數及小於或等於0.005之複合耗散率的被絕緣導線，將能以非鹵化的聚烯烴作為絕緣層聚合物來製成，其中該聚烯烴會具有較差的介電/耗散特性，且該絕緣層成分實質上不含有鹵化或三氧化二銻之防火添加物。
本發明的防火電纜包含一被絕緣的導線，其含有一導線，一內絕緣層包圍該導線，及一外絕緣層包圍該內絕緣層。該絕緣的導線具有小於或等於2.6的複合介電常數，及小於或等於0.005的複合耗散率。該內絕緣層或外絕緣層係具有大於2.6的介電常數及大於0.005的耗散率，或兩者皆是。
 較佳實施例之詳細說明
在一較佳實施例中，一用來製造內絕緣層的第一聚合性組成物包含一第一非鹵化聚合物且實質上不含有鹵化的防火添加物或氧化銻，而一用來製造外絕緣層的第二聚合性組成物包含一第二非鹵化聚合物亦實質上不含有鹵化的防火添加物或氧化銻。
使用於本發明的非鹵化聚烯烴之例乃包括聚乙烯聚合物、聚丙烯聚合物、乙烯三元共聚物、乙烯丙烯二烯三元件共聚物(EPDM)、或乙烯丙烯橡膠等。
於此所述之聚乙烯聚合物係為一種乙烯的單質聚合物或乙烯凹一小比例之具有3至12個碳原子(或較好為4至8個碳原子)之α烯烴的共聚物，或可擇地係為一種二烯或該等單質聚合物和共聚物的混合物或摻合物。該混合物可為一機械摻合物或原位摻合物。α烯烴之例可為丙烯，1-丁烯，1-己烯，4-甲基-1-戊烯，及1-辛烯。該聚乙烯亦可為乙烯與一不飽和酯例如乙烯酯(如乙酸乙烯酯或丙烯酸或甲基丙烯酸酯)的共聚物，或乙烯與一種乙烯矽烷(如乙烯基三甲基矽氧烷和乙烯基三乙基矽氧烷)的共聚物。一第三種共聚單體可包括例如另一α烯烴或一種二烯，譬如乙二烯正硼烯，丁二烯，1,4-己二烯，或癸環戊二烯。
乙烯/丙烯/二烯的三元聚合物通常稱為“EPDM”而乙烯/丙烯共聚物通常稱為“EPR”。就EPDM而言，其第三種共聚單體可約有該共聚物重量之1至15%的量，而較好係為1至10的重量百分比。最好該共聚物係包含乙烯在內的二或三種共聚單體。
如所公知，鹵素係依週期表來界定，而包括氟、氯、溴、碘、和砈。因此，如前所述之非鹵化聚合物的聚烯烴會排除被量足以使該聚烯烴防火之氟、氯、溴置換的聚烯烴物。例如，氟化乙烯聚合物即被排除。
如前所述，實質上不含有鹵化防火添加劑或三氧化二銻係意指鹵化防火添加劑或三氧化二銻並未以一足以使其防火的量存在於由該絕緣成分製成的絕緣層中。在一較佳的態樣中，一鹵化防火添加劑或三氧化二銻係完全不存在，或只有極少量。
可使用於本發明之非鹵化防火添加物之例乃包括乙烯二胺磷酸鹽，蜜胺，蜜胺焦磷酸鹽，蜜胺磷酸鹽，聚磷酸銨，蜜胺聚磷酸鹽，碳酸鈣，滑石，黏土，有機化黏土，六硼酸鈣，氧化鋁，氧化鈦，碳奈米管，硼酸鋅，鈣矽石，雲母，矽酮聚合物，磷酸酯，受阻的胺穩定劑，蜜胺八鉬酸鹽，八鉬酸銨，可延展石墨，熔融玻璃原料，中空玻璃珠，及其混合物等。
在本發明之此態樣中，該外絕緣層會具有優異的防火性，而內絕緣層會具有優異的電特性、沒有任一絕緣層會產生高於標準量的烟霧。該外絕緣層較好應具有樹脂重量百分比100至300%的防火添加劑。若該外絕緣層中能具有上述量值的防火添加劑，則該內絕緣層較好應具有與樹脂重量百分比為30%的防火添加劑。
一以一或多種上述防火添加劑來阻配的聚烯烴，例如含120%之樹脂重量百分比(phr)的乙烯二胺磷酸鹽及30phr的蜜胺者，若以ASTM D 1531來測量，在1MHz時會具有3.34的介電常數及0.0004的耗散率。一由此絕緣成分製成的絕緣層將不能滿足商業上的介電要求。
但是，當該絕緣層結合一適當的第二絕緣層時，則所形成的絕緣導線將可符合商業上的介電要求。複合介電常數與複合耗散率的公式（如下所示）將可供選擇一適當的第二絕緣層。
該複合介電常數係ε1 界定為：
其中ε1 和ε2 係分別內、外絕緣層的介電常數，而r0 為該導線的半徑，r1 為r0 與內絕緣層的厚度之和，r2 為r1 加外絕緣層的厚度的和。
該複合耗散率（或tanδ1 ）係界定為：
其中tanδ1 和tanδ2 係介別為內、外絕緣層的耗散率。
為使一具有一24A WG電線（直徑為0.0212吋）與一外絕緣層（介電常數為3.34，耗散率為0.0004）的絕緣導線能達到2.6的複合介電常數和0.005的複合耗散率，表1乃列出針對各種厚度之內絕緣層可被容許的最大介電符性，該二絕緣層的總組合厚度係為8毫吋(mils)。
以25phr乙烯二烯磷酸鹽及0.3phr增效添加劑所組配的聚烯烴聚合物或聚合物混合物等，在1MHz時會具有2.30的介電常數和0.0004的耗散率。依據表1，該等成分可被使用作為內絕緣層的化合物而在高至5mils的厚度來滿足該等電性需求。一以四對該等絕緣導線來絞合並包覆市售之風管規格的覆套材料所製成的電纜，將能符合TIA/EIA 568A測試的電性要求及NFPA 262測試的防烟防火要求。
在一較佳實施例中，該內絕緣層或外絕緣層或兩者係為發泡的。
在一較佳的變化實施例中，該任一絕緣層皆不具有大於2.6的介電常數，或大於0.005的耗散率。
以下之各非限制例係供說明本發明。
以下係為使用於本發明各例之配有非鹵化防火劑之聚烯烴聚合物的典型成分。
在該各例中，一直徑0.0212吋之24A WG導線會被以二層結合後總厚度為8mils的非鹵化聚烯烴來絕緣。化合物A係為一外絕緣層的典型範例。該化合物A的介電常數(DC)和耗散率(DC)以ASTMD 1531來測量，在1MHz時係分別為3.21和0.00047。
表3列出當使用化合物A作為外絕緣層，而欲符合2.6的複合介電常數和0.005的複合耗散率時，在各種厚度之內絕緣層所能容許的介電特性。
前述之化合物B具有2.59的介電常數和0.00042的耗散率，故當在以化合物A作為外絕緣層時不能被用作為內絕緣層，因其具有高介電特性。但是，化合物C具有2.30的介電常數和0.0004的耗散率，故當用化合物A作為外絕緣層時，可被使用達5mil厚而符合該電性需求。
四對該等絕緣導體所絞合，而以化合物c作為內絕緣層並以化合物A作為外絕緣層，再覆以市售的風管規格覆套材料者，將可符合TIA/EIA 568A測試的電性要求，及NFPA 262測試的防烟火要求。

Claims (6)

  1. 一種防火電纜，包含：一被絕緣的導線，其含有：(a)一導線；(b)一內絕緣層包圍該導線；及(c)一外絕緣層包圍該內絕緣層；其中該內絕緣層包含一第一聚合性組成物，其包含至少一聚合物及至少一非鹵化防火添加物；其中該存在於第一聚合性組成物中的非鹵化防火添加物係選自於由下述構成之群組：乙烯二胺磷酸鹽，蜜胺，蜜胺焦磷酸鹽，蜜胺磷酸鹽，聚磷酸銨，蜜胺聚磷酸鹽，碳酸鈣，滑石，黏土，有機化黏土，六硼酸鈣，氧化鋁，氧化鈦，碳奈米管，硼酸鋅，鈣矽石，雲母，矽酮聚合物，磷酸酯，受阻的胺穩定劑，蜜胺八鉬酸鹽，八鉬酸銨，可延展石墨，熔融玻璃原料，中空玻璃珠，及其混合物；其中該非鹵化防火添加物，於該第一聚合性組成物中，係以不多於該第一聚合性組成物中的聚合物之33重量百分比的量存在；其中該外絕緣層包含一第二聚合性組成物，其包含至少一聚合物及至少一非鹵化防火添加物；其中該被絕緣導線具有一小於或等於2.6的複合介電常數及一小於或等於0.005的複合耗散率；以及其中該內絕緣層或該外絕緣層會具有一大於2.6的 介電常數或大於0.005的複合耗散率。
  2. 一種防火電纜，包含：一被絕緣的導線，其含有：(a)一導線；(b)一內絕緣層包圍該導線；及(c)一外絕緣層包圍該內絕緣層；其中該被絕緣導線具有一小於或等於2.6的複合介電常數及一小於或等於0.005的複合耗散率；其中一用來製備該內絕緣層的第一聚合性組成物，其包含一第一非鹵化聚合物且不含有鹵化防火添加物或氧化銻，以及一用來製造該外絕緣層的第二聚合性組成物，包含一第二非鹵化聚合物且不含有鹵化防火添加物或氧化銻；其中該第一聚合性組成物，其包含至少一非鹵化防火添加物；其中該存在於第一聚合性組成物中的非鹵化防火添加物係選自於由下述構成之群組：乙烯二胺磷酸鹽，蜜胺，蜜胺焦磷酸鹽，蜜胺磷酸鹽，聚磷酸銨，蜜胺聚磷酸鹽，碳酸鈣，滑石，黏土，有機化黏土，六硼酸鈣，氧化鋁，氧化鈦，碳奈米管，硼酸鋅，鈣矽石，雲母，矽酮聚合物，磷酸酯，受阻的胺穩定劑，蜜胺八鉬酸鹽，八鉬酸銨，可延展石墨，熔融玻璃原料，中空玻璃珠，及其混合物；其中該非鹵化防火添加物，於該第一聚合性組成物 中，係以不多於該第一非鹵化聚合物之33重量百分比的量存在；以及其中該第二聚合性組成物，其包含至少一非鹵化防火添加物。
  3. 如申請專利範圍第2項之電纜，其中該第一聚合性組成物更包含量不多於該第一非鹵化聚合物之30重量百分比的非鹵化防火添加物，而該第二聚合性組成物更包含量為該第二非鹵化聚合物的100至300重量百分比之間的至少一非鹵化防火添加物。
  4. 如申請專利範圍第3項之電纜，其中該等存在於第二聚合性組成物中之非鹵化防火添加物係選自於由下述構成之組群：乙烯二胺磷酸鹽、蜜胺、蜜胺焦磷酸鹽、蜜胺磷酸鹽、聚磷酸銨、蜜胺聚磷酸鹽、碳酸鈣、滑石、黏土、有機化黏土、六硼酸鈣、氧化鋁、氧化鈦、碳奈米管、硼酸鋅、鈣矽石、雲母、矽氧聚合物、磷酸酯、受阻的胺穩定劑、蜜胺八鉬酸鹽、八鉬酸銨、可延展石墨、熔融玻璃原料、中空玻璃珠，及其混合物等。
  5. 如申請專利範圍第1項之電纜，其中該內絕緣層、該外絕緣層、或兩者係為發泡的。
  6. 如申請專利範圍第1項之電纜，係包含有四對絞合的絕緣導線及一風管規格的覆套材料。
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