專利名稱：在局域網絡中使用的耐火電纜的制作方法
技術領域：
本發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內部的第5類夾層電纜(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構層板的下面，并稱為吊頂。這種安排就形成了樓房的冷熱系統的回流空氣夾層(return air plenum)，其通常連續貫通樓層的整個長度和寬度。
如果在樓層的一間或幾間屋內，在吊頂下失火，火勢就會被墻壁，頂板和屋內地板所封閉。另一方面，如火焰達到夾層(plenum)，火勢可能以十分危急的速度蔓延，特別是，如在通常情況下，在夾層內又堆放了易燃物。因為夾層是安放電力和通信兩種類型電線電纜最合適的地方，如果這些電線電纜不是阻燃和阻煙的話，它們可能促使火和煙在樓層內的迅速蔓延，嚴重時危及整個樓房。由于電線和電纜的可燃性絕緣造成潛在危險，(美國)全國電氣規程(NEC)就禁止在夾層中使用電纜，除非它們用金屬導管加以封裝。這種金屬導管在擠滿其它物體或裝置的夾層中布線是困難的，在這里如需要或必須重新安排辦公室和它的通信裝置，計算機等，導管的重新布置可能非常昂貴。因此，NEC允許對導管要求的某些例外。如一電纜是耐火并僅產生少量的煙，只要該電纜在試驗時滿足或超過阻燃和阻煙的法規要求，就可以放棄對導管的使用要求。這種試驗必須通過主管機關例如保險人的試驗室(UnderwritersLaboratory)進行。
現有技術中，數據和其它信號傳輸是在電纜中進行的，其中導線是如用聚氯乙烯(PVC)加以絕緣的。不過，這種電纜經常產生傳輸高頻信號時所不希望有的高的傳輸損耗。因此，試用了各種類型的材料作為各種替代的電纜結構。在Arroyo等人的美國專利No.4284,842中公開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。對于少量的夾層電纜，即小于25對導線的電纜，這種結構就太昂貴了。在Adriaenssens等人的美國專利No，5162,609中公開了一種耐火電纜，其中各芯線有包括適當塑料材料的內層和阻燃塑料材料的外層這樣的雙層絕緣系統。該絕緣有所希望的低損耗因數和低的介電常數特性，和圍繞在芯線周圍包括阻燃聚烯烴材料的套，它亦有低損耗因數和低介電常數。但這種雙層絕緣系統意味著附加成本的增加，特別是對于只有較少對導線的電纜，且在某些情況下導致匹配連接時的衰耗(SRL)增加。
對于用在建筑物內的電纜已制定了某些標準，例如商業建筑通信電纜敷設標準TIA/EIA-568，其中電纜是按照它們的電特性進行分類的。在各種分類中，第5類是最高等級，表明電纜具有直流電阻、導線對對地電容，阻抗，匹配連接時的衰耗(SRL)，衰減和近端串音方面嚴格要求的最大值和最小值。第5類電纜必須滿足或超過這些要求，也是在必須進行高頻信息傳輸的場合所應用的最佳電纜，應用于最現代化的辦公系統。為了把第5類電纜用作夾層電纜，它必須滿足在阻燃和阻煙方面的NEC條件，即必須通過保險人的試驗室的燃燒試驗。因此，一個第5類低對數(low paircount)夾層電纜必須滿足該第5類的標準，并且同時滿足夾層電纜的阻燃和阻煙標準，在這種情況下，它就是UL CMP夾層規定電纜。
現在幾乎所有市售的低對數(六對或更低對數，特別是4絞合線對)的第5類電纜都使用四氟乙烯/六氟丙烯共聚物(FEP)作為導線對中各導線的絕緣，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Ausimont提供的海拉爾985(Halar R 985)。當這些材料用于低對數電纜中時，只要它具有的要求的阻燃和阻煙特性而滿足作為夾層電纜使用的條件，它也就滿足第5類電纜的性能要求。
FEP材料如特氟隆價格昂貴，時常貨源短缺，使得第5類夾層電纜制成品價昂在產量上也受限制。另外，海拉爾985雖然在燃燒和煙特性方面是優良的，但其比較堅硬和經常扭折，因此難以使電纜穿過任何夾層的布線和難于牽引，且在扭結時可能損壞電纜。
本發明是針對TIA/EIA 568第5類4對UL CMP夾層規定電纜，它至少克服了上述現有技術電纜的某些不足。
本發明的電纜包括多個(如4個)絕緣導體的絞合線，每個絕緣導體絞合線對包含一個細長的封閉在絕緣中的導線件，該絕緣有低的損耗系數，一般在1MHz時小于0.001，和極好的介電常數，在IMHz時小于2.5。絞合對的3個是用氟化乙烯-丙烯共聚物(FEP)材料加以絕緣的，如用特氟隆，而絞合對中的一個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和低介電常數，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構失配衰耗(SRL)。
如前已指出的，FEP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。為保證本發明電纜滿足對夾層電纜的NEC燃燒和煙的規定要求，該4個絞合對封裝于一個外套中，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的燃燒性能比沒增塑的如海拉爾985材料差一些。但本發明的電纜，如剛才所說具有10-16密耳厚度的外套，通過了UL 910夾層燃燒試驗，因此該電纜滿足了TIA/EIA 568第5種UL CMP夾層規定電纜的要求，在其它條件都相同時，因為取消了特氟隆作為絞合對中的一個的絕緣，它的生產就更經濟，但主要是減輕了對難于取得材料的依賴性。
容易理解，所述絕緣和外套的厚度都是近似的，因為要經受正常制造的某些變化，但都在正常制造誤差范圍內。
由于通過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夾層布線。另外，對前已指出過現有技術的電纜的碰到問題之一的扭折有緩解的趨向。
本發明另外一些特點和優點，通過下面結合附圖的詳細說明將會更加明顯。


圖1是本發明電纜的透視圖；和圖2是圖1電纜的剖視圖。
在圖1中示出實施本發明原理的4對第5類夾層電纜20的透視圖。4對絞合線對包括三對21，22和23以及第4對24，形成一電纜芯，其被保護和絕緣外套26所包圍。最好看圖2，圖2是圖1電纜20的剖視圖，形成各絞合線對21、22和23的各導線包括金屬(最好是銅)導電部分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，在1MHz時約等于0.001或更小，以及低介電常數，在1MHz時約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代計算機中的高頻信號，要求其損耗系數為0.004或更小。另外，對高頻數據信號的低損耗傳輸，要求該絕緣有適當低的介電常數，即在1MHz下小于2.5。可以看出，絞合線對21、22和23都有絕緣部分28，其損耗系數和介電常數都顯著低于所述的上限。
第4絞合線對24包括二絕緣導線29、29，其每個由金屬最好是銅制成，導電部分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。類似于絞合線對21，22和23的FEP材料，HDPE的損耗系數在1MHz下約0.001或更小，其介電常數在1MHz下約2.3或更小。因此絞合線對24的電特性與絞合線對21、22和23一樣，滿足第5類電纜芯線的要求。
使用HDPE作為絞合線對24的絕緣32的結果可使電纜成本稍有節省，因為HDPE價格低于特氟隆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電纜時。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HDPE表現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材料點燃。按照本發明，包圍由絞合線對形成纜芯線的外套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，但無須犧性通過結合增塑劑與ECTFE材料而獲得的柔性。套的厚度在10-16密耳的范圍內，已發現15密耳時性能最佳。
為使非屏蔽電纜作為合格的夾層電纜，其必須經受保險人的試驗室的夾層燃燒試驗UL 910，其中一些長度大約24英尺的電纜樣品被放在火焰試驗室內的電纜架上，樣品電纜的總寬約為12英尺。在火焰室內300,000 BTU/小時的火焰伴以每分鐘240英尺的空氣流動，加到并吞沒該電纜的4.5英尺，火焰施加持續20分鐘。為使該電纜通過燃燒試驗并作為合格的夾層電纜，火焰擴展不能超過5英尺。
火焰試驗室的出口端裝在長圓形過渡件和水平直線出口管上。光源在離過渡件的出口端約16英尺處沿水平出口管安裝，且由此產生的光束向上直射并穿過該出口管的內部。光電管安排在該光源的對面以形成橫穿約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，并提供在出口內光衰減的測量，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，以對用無量綱參數表示的煙模糊度進行連續記錄，光密度由下式表示 其中，Ti是通過無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0.15。
本發明的電纜，按照上述方式進行試驗時，在第一次試驗中，最大火焰傳播近似1.0英尺，峰值光密度0.46，平均光密度0.11。在第二次試驗中該樣品的最大火焰傳播為1.5英尺，峰值光密度0.37，平均光密度為0.12。由此可見，本發明的電纜的樣品通過了燃燒和煙兩個階段的UL 910燃燒試驗，從而作為合格的無屏蔽的夾層電纜。
由此可見，本發明的電纜作為合格的TIA/EIA 568第5類ULCMP夾層規定電纜，它比當前普遍使用的電纜更易于得到，而減少了對目前這些電纜中所使用的某些材料的依賴性。另外，該電纜比目前使用的其它電纜更柔軟，從而使其布線也就更加容易。對于本技術領域的工作人員來說，在不背離本發明的精神和范圍的情況下，就本發明的電纜可做出各種變化和改進。
權利要求
1.一種適用于高頻信號傳輸的無屏蔽耐火電纜，所說電纜包括包含多個絕緣導體絞合線對絕緣導體的芯線，所說各絞合線對的所說各絕緣導體包含封閉在四氟乙烯/六氟丙烯(tetrafluoroethylene/hexaflouropropylene)共聚物絕緣層中細長的金屬導電件，該絕緣損耗系數在1MHz下低于0.001，其介電常數在1MHz下低于2.5，和單一絞合線對的絕緣導體，其中所說單一絞合線對的各絕緣導體包含封閉在高密度聚乙烯材料層中細長的金屬導電件，該材料層的損耗系數在1MHz下為0.001或更低，其介電常數在1MHz下低于2.5；和包圍所說線芯的外套件，所說外套件包括增塑的阻燃材料。
2.如權利要求1的無屏蔽耐火電纜，其中所說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.如權利要求1的無屏蔽耐火電纜，其中所說多個絞合線對的各所說導體的所說絕緣層厚為6-10密耳。
4.如權利要求1的無屏蔽耐火電纜，其中所說各高密度聚丙烯層厚為6-10密耳。
5.如權利要求1的無屏蔽耐火電纜，其中所說外套件厚約10-16密耳。
6.一種用于傳輸高頻信號并適用于樓層夾層內的無屏蔽耐火電纜，包括包含三絞合線對絕緣導體的芯線，各所說導體包含封閉在6-10密耳(mil)厚的四氟乙烯/六氟丙烯(tetraflouroethylene/hexaflouropropylene)共聚物材料層內細長的金屬導電件，該材料在1MHz時損耗率數小于0.001而在1MHz時介電系數小于2.5；所說線芯還包括絕緣導體的第4絞合線對，各所說導體包含封閉在6-10密耳厚的高密度聚乙烯材料內細長的金屬導電件，該材料在1MHz時損耗系數為0.001或更小而在1MHz時介電常數為2.5或更小；和包圍所說芯線的外套件，所說外套件厚約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.如權利要求6的無屏蔽耐火電纜，其中所說電纜是TIA/EIA 568第5類UL CMP夾層規定電纜。
全文摘要
一種低對數高性能TIA/EIA568第5類夾層規定電纜，構成線芯的有多個絞合線對導體，各導體由四氟乙烯/六氟丙烯共聚物材料加以絕緣，和單一絞合線對導體，其各導體由高密度聚乙烯材料加以絕緣。該線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C08L27/00GK1138202SQ96104359
公開日1996年12月18日 申請日期1996年2月2日 優先權日1995年2月3日
發明者拉里·林恩·布萊切, 托米·格萊恩·哈丁, 威廉姆·邁耶斯, 沃倫·弗里曼·穆爾 申請人:美國電報電話公司