專(zhuān)利名稱(chēng)：在局域網(wǎng)絡(luò)中使用的耐火電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有阻燃和阻煙特性的通信電纜，更具體地涉及理想地適用于在樓房?jī)?nèi)部的第5類(lèi)夾層電纜(a category5plenumcable)。
在許多樓房中，特別是在辦公樓里，每一樓層的屋頂通常安排在上一樓層結(jié)構(gòu)層板的下面，并稱(chēng)為吊頂。這種安排就形成了樓房的冷熱系統(tǒng)的回流空氣夾層(return air plenum)，其通常連續(xù)貫通樓層的整個(gè)長(zhǎng)度和寬度。
如果在樓層的一間或幾間屋內(nèi)，在吊頂下失火，火勢(shì)就會(huì)被墻壁，頂板和屋內(nèi)地板所封閉。另一方面，如火焰達(dá)到夾層(plenum)，火勢(shì)可能以十分危急的速度蔓延，特別是，如在通常情況下，在夾層內(nèi)又堆放了易燃物。因?yàn)閵A層是安放電力和通信兩種類(lèi)型電線(xiàn)電纜最合適的地方，如果這些電線(xiàn)電纜不是阻燃和阻煙的話(huà)，它們可能促使火和煙在樓層內(nèi)的迅速蔓延，嚴(yán)重時(shí)危及整個(gè)樓房。由于電線(xiàn)和電纜的可燃性絕緣造成潛在危險(xiǎn)，(美國(guó))全國(guó)電氣規(guī)程(NEC)就禁止在夾層中使用電纜，除非它們用金屬導(dǎo)管加以封裝。這種金屬導(dǎo)管在擠滿(mǎn)其它物體或裝置的夾層中布線(xiàn)是困難的，在這里如需要或必須重新安排辦公室和它的通信裝置，計(jì)算機(jī)等，導(dǎo)管的重新布置可能非常昂貴。因此，NEC允許對(duì)導(dǎo)管要求的某些例外。如一電纜是耐火并僅產(chǎn)生少量的煙，只要該電纜在試驗(yàn)時(shí)滿(mǎn)足或超過(guò)阻燃和阻煙的法規(guī)要求，就可以放棄對(duì)導(dǎo)管的使用要求。這種試驗(yàn)必須通過(guò)主管機(jī)關(guān)例如保險(xiǎn)人的試驗(yàn)室(UnderwritersLaboratory)進(jìn)行。
現(xiàn)有技術(shù)中，數(shù)據(jù)和其它信號(hào)傳輸是在電纜中進(jìn)行的，其中導(dǎo)線(xiàn)是如用聚氯乙烯(PVC)加以絕緣的。不過(guò)，這種電纜經(jīng)常產(chǎn)生傳輸高頻信號(hào)時(shí)所不希望有的高的傳輸損耗。因此，試用了各種類(lèi)型的材料作為各種替代的電纜結(jié)構(gòu)。在Arroyo等人的美國(guó)專(zhuān)利No.4284,842中公開(kāi)了一種具有高阻燃和阻煙特性的夾層電纜，它包括反射幅射熱的金屬阻擋層系統(tǒng)。對(duì)于少量的夾層電纜，即小于25對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的電纜，這種結(jié)構(gòu)就太昂貴了。在Adriaenssens等人的美國(guó)專(zhuān)利No，5162,609中公開(kāi)了一種耐火電纜，其中各芯線(xiàn)有包括適當(dāng)塑料材料的內(nèi)層和阻燃塑料材料的外層這樣的雙層絕緣系統(tǒng)。該絕緣有所希望的低損耗因數(shù)和低的介電常數(shù)特性，和圍繞在芯線(xiàn)周?chē)ㄗ枞季巯N材料的套，它亦有低損耗因數(shù)和低介電常數(shù)。但這種雙層絕緣系統(tǒng)意味著附加成本的增加，特別是對(duì)于只有較少對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的電纜，且在某些情況下導(dǎo)致匹配連接時(shí)的衰耗(SRL)增加。
對(duì)于用在建筑物內(nèi)的電纜已制定了某些標(biāo)準(zhǔn)，例如商業(yè)建筑通信電纜敷設(shè)標(biāo)準(zhǔn)TIA/EIA-568，其中電纜是按照它們的電特性進(jìn)行分類(lèi)的。在各種分類(lèi)中，第5類(lèi)是最高等級(jí)，表明電纜具有直流電阻、導(dǎo)線(xiàn)對(duì)對(duì)地電容，阻抗，匹配連接時(shí)的衰耗(SRL)，衰減和近端串音方面嚴(yán)格要求的最大值和最小值。第5類(lèi)電纜必須滿(mǎn)足或超過(guò)這些要求，也是在必須進(jìn)行高頻信息傳輸?shù)膱?chǎng)合所應(yīng)用的最佳電纜，應(yīng)用于最現(xiàn)代化的辦公系統(tǒng)。為了把第5類(lèi)電纜用作夾層電纜，它必須滿(mǎn)足在阻燃和阻煙方面的NEC條件，即必須通過(guò)保險(xiǎn)人的試驗(yàn)室的燃燒試驗(yàn)。因此，一個(gè)第5類(lèi)低對(duì)數(shù)(low paircount)夾層電纜必須滿(mǎn)足該第5類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)，并且同時(shí)滿(mǎn)足夾層電纜的阻燃和阻煙標(biāo)準(zhǔn)，在這種情況下，它就是UL CMP夾層規(guī)定電纜。
現(xiàn)在幾乎所有市售的低對(duì)數(shù)(六對(duì)或更低對(duì)數(shù)，特別是4絞合線(xiàn)對(duì))的第5類(lèi)電纜都使用四氟乙烯/六氟丙烯共聚物(FEP)作為導(dǎo)線(xiàn)對(duì)中各導(dǎo)線(xiàn)的絕緣，且使用含氟聚合物材料如乙烯和氯三氟乙烯共聚物(ECTFE)的套。最常用的FEP材料是Dupont制造的特氟隆TE-4100，而最常用于外套的ECTFE材料是由美國(guó)Ausimont提供的海拉爾985(Halar R 985)。當(dāng)這些材料用于低對(duì)數(shù)電纜中時(shí)，只要它具有的要求的阻燃和阻煙特性而滿(mǎn)足作為夾層電纜使用的條件，它也就滿(mǎn)足第5類(lèi)電纜的性能要求。
FEP材料如特氟隆價(jià)格昂貴，時(shí)常貨源短缺，使得第5類(lèi)夾層電纜制成品價(jià)昂在產(chǎn)量上也受限制。另外，海拉爾985雖然在燃燒和煙特性方面是優(yōu)良的，但其比較堅(jiān)硬和經(jīng)常扭折，因此難以使電纜穿過(guò)任何夾層的布線(xiàn)和難于牽引，且在扭結(jié)時(shí)可能損壞電纜。
本發(fā)明是針對(duì)TIA/EIA 568第5類(lèi)4對(duì)UL CMP夾層規(guī)定電纜，它至少克服了上述現(xiàn)有技術(shù)電纜的某些不足。
本發(fā)明的電纜包括多個(gè)(如4個(gè))絕緣導(dǎo)體的絞合線(xiàn)，每個(gè)絕緣導(dǎo)體絞合線(xiàn)對(duì)包含一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的封閉在絕緣中的導(dǎo)線(xiàn)件，該絕緣有低的損耗系數(shù)，一般在1MHz時(shí)小于0.001，和極好的介電常數(shù)，在IMHz時(shí)小于2.5。絞合對(duì)的3個(gè)是用氟化乙烯-丙烯共聚物(FEP)材料加以絕緣的，如用特氟隆，而絞合對(duì)中的一個(gè)是用高密度的聚乙烯(HDPE)材料加以絕緣的。FEP材料和HDPE材料都具有上述的低消耗系數(shù)和低介電常數(shù)，它保證了特別是在高頻情況下的最佳電性能。另外，兩種材料都提供了基本均勻厚度的平滑表面約6-10密耳(mil)，從而保證了一低的結(jié)構(gòu)失配衰耗(SRL)。
如前已指出的，F(xiàn)EP材料具有極好的阻燃特性和低的煙逸出特性。另一方面，HDPE是十分易燃的。為保證本發(fā)明電纜滿(mǎn)足對(duì)夾層電纜的NEC燃燒和煙的規(guī)定要求，該4個(gè)絞合對(duì)封裝于一個(gè)外套中，該外套由乙烯和氯三氟乙烯材料的增塑的共聚物組成厚度為10-16密耳。這樣的材料，如市售的海拉爾379的燃燒性能比沒(méi)增塑的如海拉爾985材料差一些。但本發(fā)明的電纜，如剛才所說(shuō)具有10-16密耳厚度的外套，通過(guò)了UL 910夾層燃燒試驗(yàn)，因此該電纜滿(mǎn)足了TIA/EIA 568第5種UL CMP夾層規(guī)定電纜的要求，在其它條件都相同時(shí)，因?yàn)槿∠颂胤∽鳛榻g合對(duì)中的一個(gè)的絕緣，它的生產(chǎn)就更經(jīng)濟(jì)，但主要是減輕了對(duì)難于取得材料的依賴(lài)性。
容易理解，所述絕緣和外套的厚度都是近似的，因?yàn)橐?jīng)受正常制造的某些變化，但都在正常制造誤差范圍內(nèi)。
由于通過(guò)在外套材料中的增塑劑而獲得了更多的柔韌性，電纜更易于操作和通過(guò)夾層布線(xiàn)。另外，對(duì)前已指出過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的電纜的碰到問(wèn)題之一的扭折有緩解的趨向。
本發(fā)明另外一些特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)下面結(jié)合附圖的詳細(xì)說(shuō)明將會(huì)更加明顯。


圖1是本發(fā)明電纜的透視圖；和圖2是圖1電纜的剖視圖。
在圖1中示出實(shí)施本發(fā)明原理的4對(duì)第5類(lèi)夾層電纜20的透視圖。4對(duì)絞合線(xiàn)對(duì)包括三對(duì)21，22和23以及第4對(duì)24，形成一電纜芯，其被保護(hù)和絕緣外套26所包圍。最好看圖2，圖2是圖1電纜20的剖視圖，形成各絞合線(xiàn)對(duì)21、22和23的各導(dǎo)線(xiàn)包括金屬(最好是銅)導(dǎo)電部分27，其被封裝在厚度約為6-10密耳的絕緣部分28中，絕緣部分28是由FEP材料如特氟隆TE-4100制成，具有低損耗系數(shù)，在1MHz時(shí)約等于0.001或更小，以及低介電常數(shù)，在1MHz時(shí)約1.9或更小。為使一非屏蔽電纜，例如圖1和2所示的電纜，能傳送例如是裝備辦公用的典型現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中的高頻信號(hào)，要求其損耗系數(shù)為0.004或更小。另外，對(duì)高頻數(shù)據(jù)信號(hào)的低損耗傳輸，要求該絕緣有適當(dāng)?shù)偷慕殡姵?shù)，即在1MHz下小于2.5?？梢钥闯?，絞合線(xiàn)對(duì)21、22和23都有絕緣部分28，其損耗系數(shù)和介電常數(shù)都顯著低于所述的上限。
第4絞合線(xiàn)對(duì)24包括二絕緣導(dǎo)線(xiàn)29、29，其每個(gè)由金屬最好是銅制成，導(dǎo)電部分31封裝在約為8密耳厚的如高密度聚乙烯(HDPE)材料的絕緣部分32中。類(lèi)似于絞合線(xiàn)對(duì)21，22和23的FEP材料，HDPE的損耗系數(shù)在1MHz下約0.001或更小，其介電常數(shù)在1MHz下約2.3或更小。因此絞合線(xiàn)對(duì)24的電特性與絞合線(xiàn)對(duì)21、22和23一樣，滿(mǎn)足第5類(lèi)電纜芯線(xiàn)的要求。
使用HDPE作為絞合線(xiàn)對(duì)24的絕緣32的結(jié)果可使電纜成本稍有節(jié)省，因?yàn)镠DPE價(jià)格低于特氟隆17倍左右。更重要的是HDPE容易得到，而特氟隆難于得到，尤其是在大批量生產(chǎn)電纜時(shí)。此外，HDPE的比重比特氟隆低得多，約為特氟隆2.1的0.94-0.95，這也是所希望的。
不過(guò)HDPE表現(xiàn)出很差的阻燃和抑制煙的性能，因此在該電纜用作夾層電纜的地方就需要有一個(gè)套26，其有足夠的阻燃和抑制煙的性能，而足以防止HDPE材料點(diǎn)燃。按照本發(fā)明，包圍由絞合線(xiàn)對(duì)形成纜芯線(xiàn)的外套26包含氟聚合物材料，特別是乙烯和氯三氟乙烯的共聚物(ECTFE)和增塑劑材料，如海拉爾379。該套有如約15密耳的厚度，從而有足夠的阻燃和抑制煙的能力，但無(wú)須犧性通過(guò)結(jié)合增塑劑與ECTFE材料而獲得的柔性。套的厚度在10-16密耳的范圍內(nèi)，已發(fā)現(xiàn)15密耳時(shí)性能最佳。
為使非屏蔽電纜作為合格的夾層電纜，其必須經(jīng)受保險(xiǎn)人的試驗(yàn)室的夾層燃燒試驗(yàn)UL 910，其中一些長(zhǎng)度大約24英尺的電纜樣品被放在火焰試驗(yàn)室內(nèi)的電纜架上，樣品電纜的總寬約為12英尺。在火焰室內(nèi)300,000 BTU/小時(shí)的火焰伴以每分鐘240英尺的空氣流動(dòng)，加到并吞沒(méi)該電纜的4.5英尺，火焰施加持續(xù)20分鐘。為使該電纜通過(guò)燃燒試驗(yàn)并作為合格的夾層電纜，火焰擴(kuò)展不能超過(guò)5英尺。
火焰試驗(yàn)室的出口端裝在長(zhǎng)圓形過(guò)渡件和水平直線(xiàn)出口管上。光源在離過(guò)渡件的出口端約16英尺處沿水平出口管安裝，且由此產(chǎn)生的光束向上直射并穿過(guò)該出口管的內(nèi)部。光電管安排在該光源的對(duì)面以形成橫穿約36英寸出口管的光通路，其中約16英寸被出口管中的煙所占用。光電管的輸出正比于從光源接收到光的量，并提供在出口內(nèi)光衰減的測(cè)量，這種衰減是由煙、顆粒物和其它排出物所引起的。光電管的輸出連接到一合適的記錄裝置，以對(duì)用無(wú)量綱參數(shù)表示的煙模糊度進(jìn)行連續(xù)記錄，光密度由下式表示 其中，Ti是通過(guò)無(wú)煙出口管的初始光傳輸，而T是在出口管中有煙存在情況下的光傳輸。允許最大光密度是0.5，且平均光密度不超過(guò)0.15。
本發(fā)明的電纜，按照上述方式進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，在第一次試驗(yàn)中，最大火焰?zhèn)鞑ソ?.0英尺，峰值光密度0.46，平均光密度0.11。在第二次試驗(yàn)中該樣品的最大火焰?zhèn)鞑?.5英尺，峰值光密度0.37，平均光密度為0.12。由此可見(jiàn)，本發(fā)明的電纜的樣品通過(guò)了燃燒和煙兩個(gè)階段的UL 910燃燒試驗(yàn)，從而作為合格的無(wú)屏蔽的夾層電纜。
由此可見(jiàn)，本發(fā)明的電纜作為合格的TIA/EIA 568第5類(lèi)ULCMP夾層規(guī)定電纜，它比當(dāng)前普遍使用的電纜更易于得到，而減少了對(duì)目前這些電纜中所使用的某些材料的依賴(lài)性。另外，該電纜比目前使用的其它電纜更柔軟，從而使其布線(xiàn)也就更加容易。對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的工作人員來(lái)說(shuō)，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，就本發(fā)明的電纜可做出各種變化和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種適用于高頻信號(hào)傳輸?shù)臒o(wú)屏蔽耐火電纜，所說(shuō)電纜包括包含多個(gè)絕緣導(dǎo)體絞合線(xiàn)對(duì)絕緣導(dǎo)體的芯線(xiàn)，所說(shuō)各絞合線(xiàn)對(duì)的所說(shuō)各絕緣導(dǎo)體包含封閉在四氟乙烯/六氟丙烯(tetrafluoroethylene/hexaflouropropylene)共聚物絕緣層中細(xì)長(zhǎng)的金屬導(dǎo)電件，該絕緣損耗系數(shù)在1MHz下低于0.001，其介電常數(shù)在1MHz下低于2.5，和單一絞合線(xiàn)對(duì)的絕緣導(dǎo)體，其中所說(shuō)單一絞合線(xiàn)對(duì)的各絕緣導(dǎo)體包含封閉在高密度聚乙烯材料層中細(xì)長(zhǎng)的金屬導(dǎo)電件，該材料層的損耗系數(shù)在1MHz下為0.001或更低，其介電常數(shù)在1MHz下低于2.5；和包圍所說(shuō)線(xiàn)芯的外套件，所說(shuō)外套件包括增塑的阻燃材料。
2.如權(quán)利要求1的無(wú)屏蔽耐火電纜，其中所說(shuō)增塑的阻燃外套的材料是乙烯和氯三氟乙烯(clorotriflouroethylene)的增塑共聚物。
3.如權(quán)利要求1的無(wú)屏蔽耐火電纜，其中所說(shuō)多個(gè)絞合線(xiàn)對(duì)的各所說(shuō)導(dǎo)體的所說(shuō)絕緣層厚為6-10密耳。
4.如權(quán)利要求1的無(wú)屏蔽耐火電纜，其中所說(shuō)各高密度聚丙烯層厚為6-10密耳。
5.如權(quán)利要求1的無(wú)屏蔽耐火電纜，其中所說(shuō)外套件厚約10-16密耳。
6.一種用于傳輸高頻信號(hào)并適用于樓層夾層內(nèi)的無(wú)屏蔽耐火電纜，包括包含三絞合線(xiàn)對(duì)絕緣導(dǎo)體的芯線(xiàn)，各所說(shuō)導(dǎo)體包含封閉在6-10密耳(mil)厚的四氟乙烯/六氟丙烯(tetraflouroethylene/hexaflouropropylene)共聚物材料層內(nèi)細(xì)長(zhǎng)的金屬導(dǎo)電件，該材料在1MHz時(shí)損耗率數(shù)小于0.001而在1MHz時(shí)介電系數(shù)小于2.5；所說(shuō)線(xiàn)芯還包括絕緣導(dǎo)體的第4絞合線(xiàn)對(duì)，各所說(shuō)導(dǎo)體包含封閉在6-10密耳厚的高密度聚乙烯材料內(nèi)細(xì)長(zhǎng)的金屬導(dǎo)電件，該材料在1MHz時(shí)損耗系數(shù)為0.001或更小而在1MHz時(shí)介電常數(shù)為2.5或更小；和包圍所說(shuō)芯線(xiàn)的外套件，所說(shuō)外套件厚約10-16密耳并包含增塑的乙烯和氯三氟乙烯材料的共聚物。
7.如權(quán)利要求6的無(wú)屏蔽耐火電纜，其中所說(shuō)電纜是TIA/EIA 568第5類(lèi)UL CMP夾層規(guī)定電纜。
全文摘要
一種低對(duì)數(shù)高性能TIA/EIA568第5類(lèi)夾層規(guī)定電纜，構(gòu)成線(xiàn)芯的有多個(gè)絞合線(xiàn)對(duì)導(dǎo)體，各導(dǎo)體由四氟乙烯/六氟丙烯共聚物材料加以絕緣，和單一絞合線(xiàn)對(duì)導(dǎo)體，其各導(dǎo)體由高密度聚乙烯材料加以絕緣。該線(xiàn)芯由增塑的乙烯和氯三氟乙烯共聚物材料的外套加以包圍和封閉。
文檔編號(hào)C08L27/00GK1138202SQ96104359
公開(kāi)日1996年12月18日 申請(qǐng)日期1996年2月2日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月3日
發(fā)明者拉里·林恩·布萊切, 托米·格萊恩·哈丁, 威廉姆·邁耶斯, 沃倫·弗里曼·穆?tīng)?申請(qǐng)人:美國(guó)電報(bào)電話(huà)公司