包括基于PTFE的包覆物的线缆.pdf

本发明的主题在于一种线缆，该线缆包括被包覆物包裹的一个或多个芯，该包覆物包括至少一个添加有在重量上占5％至80％的添加物的基于聚四氟乙烯(PTFE)的材料的层(a)，以及至少一个添加有在重量上占8％以下的添加物的基于PTFE的材料的层(b)，层(b)位于层(a)外部，本发明的主题还在于所述线缆的制备方法和所述线缆的制造套组。

权利要求书1.  一种线缆，所述线缆包括被包覆物包裹的一个或多个芯，所述包覆物包括：-至少一个添加有含量为5％至80％的添加物的基于聚四氟乙烯(PTFE)的材料的层(a)；以及-至少一个添加有含量在8％以下的添加物的基于PTFE的材料的层(b)，所述层(b)位于所述层(a)的外部，并且所述添加物的含量用相对于所述基于PTFE的材料的总重量的百分比来表示。2.  如权利要求1所述的线缆，其中，所述层(a)的材料的添加物构成所述基于PTFE的材料的重量的15％至60％，优选地25％至55％，更优选地50％。3.  如权利要求1或2所述的线缆，还包括不含添加物或添加有含量在8％以下的添加物的基于PTFE的材料的层(c)，所述层(c)位于所述层(a)的下方。4.  如权利要求1至3中任一项所述的线缆，其中，至少所述层(a)的材料的添加物包括从由金属氧化物、玻璃纤维、碳、陶瓷及其混合物构成的集合中选择的组分。5.  如权利要求4所述的线缆，其中所述组分包括至少一种从由二氧化钛、氧化铝、氧化锌、氧化铜、氧化镁、氧化银及其混合物构成的集合中选择的金属氧化物。6.  如权利要求5所述的线缆，其中，所述层(a)的基于PTFE的材料的添加物包括单一金属化合物。7.  如权利要求1至6中任一项所述的线缆，其中，所述层(b)和/或所述层(c)的基于PTFE的材料包括改性PTFE。8.  如权利要求1至7中任一项所述的线缆，其中，所述层(b)和/或所述层(c)的基于PTFE的材料还包括颜料。9.  如权利要求1至8中任一项所述的线缆，其中，所述层是均匀的。10.  如权利要求1至9中任一项所述的线缆，还包括覆盖所述层(a)和所述层(b)的额外外部包覆物。11.  一种包括被包覆物包裹的一个或多个芯的线缆的制造方法，其包括：-围绕所述一个或多个芯缠绕第一带状材料以获得中间线缆的步骤(i)，所述第一带状材料具有宽度，并且是包括含量为5％至80％的添加物的基于熟料PTFE的材料；-随后用基于生料PTFE的材料包裹所述中间线缆的步骤(ii)，该基于生料PTFE的材料不含添加物或包括含量在8％以下的添加物，所述添加物的含量用相对于所述带状材料或所述基于PTFE的材料的总重量的百分比来表示。12.  如权利要求11所述的制造方法，其中，所述第一带状材料的添加物构成所述基于PTFE的材料的重量的15％至60％，优选地25％至55％，更优选地50％。13.  如权利要求11或12所述的制造方法，其中，在所述步骤(i)之前实施预先步骤，所述预先步骤包括用基于生料PTFE的材料包裹所述芯，该基于生料PTFE的材料不含添加物或包括含量在8％以下的添加物。14.  如权利要求11至13中任一项所述的制造方法，其中，所述包裹步骤(ii)通过围绕所述中间线缆缠绕第二带状材料来实现。15.  如权利要求11至14中任一项所述的制造方法，还包括随后焙烧所述线缆的步骤(iii)。16.  如权利要求11至15中任一项所述的制造方法，还包括对所述线缆进行额外的包裹以构成额外包覆物的步骤。17.  如权利要求11至16中任一项所述的方法，其中，所述第一带状材料的基于PTFE的材料添加有从由二氧化钛、氧化铝、氧化锌、氧化铜、氧化镁和氧化银构成的集合中选择的金属氧化物。18.  如权利要求11至17中任一项所述的方法，其中，所使用的一种或多种所述带状材料的厚度为20μm至250μm。19.  如权利要求18所述的方法，其中，所述厚度为40μm至140μm。20.  一种用于制造如权利要求1至10中任一项所述的线缆的套组，所述套组包括：-至少一个芯；-至少一个添加有含量为5％至80％的添加物的基于熟料PTFE的材料的带状材料；以及-至少一个添加有含量在8％以下的添加物的基于生料PTFE的材料的带状材料，所述添加物的含量用相对于构成所述带状材料的基于PTFE的材料的总重量的百分比来表示。21.  如权利要求20所述的套组，其中，所述添加有含量为5％ 至80％的添加物的基于熟料PTFE的材料的带状材料的添加物构成所述基于PTFE的材料的重量的15％至60％，优选地25％至55％，更优选地50％。22.  在用于航空领域的电路制造中使用如权利要求1至10中任一项所述的或按照如权利要求11至19中任一项所述的方法制造的或基于如权利要求20或21所述的套组制造的线缆。

说明书包括基于PTFE的包覆物的线缆
本发明涉及一种线缆(尤其是电缆)以及该线缆的制造方法，该线缆包括芯，该芯包裹有聚四氟乙烯(PTFE)类型的包覆材料，该包覆材料具有高添加物含量。
为了改善包括包覆物的导通性或非导通性的线缆的热性能、电性能或其它性能，可以赋予包裹线缆的包覆物一些特性以使得线缆能够具有例如更高的耐热性或更好的机械强度。
由此，已知在包覆物中添加添加物(即固体物质)，以为包覆物和包覆物所包覆的线缆带来对其耐热性、机械强度和/或电阻抗的改善，所述添加物优选地呈不可互混的尺寸微小的纤维或颗粒的形式，并通过机械方式散布在基质(即能用作包覆物的材料，例如基于PTFE的材料)中。该固体物质或添加物可以由根据要获得的效果而各异的材料构成。例如，该固体物质可以包括玻璃纤维、碳纤维、陶瓷颗粒等。特别地，文献GB763761描述了一种同轴线缆，该同轴线缆包括两个含有PTFE和碳(在重量上占15％至60％)的均匀半导体层，这些层被一个基于PTFE的电介质层隔开。文献US3176065描述了一种线缆，该线缆包括两个均匀PTFE层和一个由PTFE(在重量上占50％至90％)和氧化铝(在重量上占10％至50％)构成的层。
此外，在电缆领域，添加金属氧化物、尤其是有机金属化合物允许减小电晕效应，该有害效应特别地在航空领域观察到。
然而，由于在PTFE内存在大量的添加物而难以与材料的挤制工艺相兼容，因此用带有添加物的PTFE材料来隔离线缆具有很大的难度。
因此，需要一种被基于PTFE并含有添加物的包覆物包裹的线缆， 其在耐热性、机械强度和/或电阻抗方面具有改善的特性，并能够在某些条件下允许有效地减小电晕效应。
为此，本发明的主题在于一种线缆，该线缆包括一个或多个被包覆物包裹的芯，该包覆物包括：
-至少一个基于聚四氟乙烯(PTFE)的材料层a，其添加有含量为5％至80％的添加物；以及，
-至少一个基于PTFE的材料层b，其不含添加物或添加有含量在8％以下的添加物，该层b位于层a的外部。
当基于PTFE的材料添加有含量在8％以下的添加物时，这意味着添加物存在且含量一定不为零。由此，添加物的含量属于不包含0和8的(0,8)区间。有利地，这意味着添加物在重量上占1％、2％、3％、4％、5％、6％或7％。
添加物的含量用相对于构成所涉及层的基于PTFE的材料的总重量的百分比来表示。
本发明因此提出叠置至少一个层a和至少一个层b，这种层的叠置允许获得具有高添加物含量的包覆物，同时避免与使用这些基于PFTE的组分有关的实施问题，尤其是那些与其挤制及其不良机械粘合有关的实施问题。因为该包覆物具有高添加物含量，所以在耐热性、机械强度和/或电阻抗方面的有利效果(比如减小电晕效应)更为显著。该具有不同添加物含量的层的排列允许特别有利地获得添加物整体含量大致等于各层的添加物含量之和的包覆物。并且，包括带有添加物的层的排列的这种线缆的耐热性、机械强度和/或电阻抗有利地优于添加物含量更少和/或添加物含量受其制备工艺所限的那些线缆。
术语“芯”指的是可呈圆柱形的线或杆。优选地，芯由金属制成， 因此一般是导通性的，尤其是导电的。芯可以为直径为数毫米的铜线或铝线。该铜线或铝线可以经银处理，以改善其导通性。
同一线缆可以包括一个或多个芯。所述芯可以包裹有例如(杜邦公司)类型的聚酰亚胺膜。该膜可以与线缆的芯直接接触。由此，本发明的实施不一定存在带有添加物的基于PTFE的材料层与线缆的芯直接接触。同样地，层a和层b不一定直接接触，尽管这是本发明的一种优选方式。
术语“包裹”指的是有利地整个或大部分地(例如待包裹表面的95％以上)覆盖元件。对于一般呈圆柱形的元件，比如线缆而言，术语“整个”指的是圆柱形表面，而不一定包括线缆的端部。
优选地，整个包覆物和/或构成包覆物的层a和/或层b中的至少一个层为隔离材料。
术语“隔离材料”指的是任何限制两个系统之间能量交换的材料，比如基于PTFE的材料。该术语包括电绝缘材料、热绝缘材料、隔音材料、机械隔离材料。
基于“聚四氟乙烯”即“PTFE”的材料包括在重量上占至少50％的改性或未改性的PTFE，优选地包括在重量上占至少75％的改性或未改性的PTFE，更优选地主要由改性或未改性的PTFE构成(即包括至少90％的改性或未改性的PTFE)。由此，该基于PTFE的材料可以由改性或未改性的PTFE构成。添加物不包括在该基于PTFE的材料的定义中。
PTFE为包括碳链的聚合物，该碳链的分子式包括氟原子并主要由重复结构单元(-CF2-CF2-)n构成。
改性PTFE由PTFE链构成，其中的氟原子被氧原子取代，这些氧原子具有PTFE链分支。由此，改性PTFE可以包括以下类型的重 复结构单元：

有利地，外层b的材料包括改性PTFE，该改性PTFE由此提供各个层之间更好的粘合。
改性或未改性的PTFE可以采用典型的密度，即对于生料PTFE其密度例如介于1.45到1.70之间，而对于熟料PTFE其密度介于1.5到4之间。
该线缆的包覆物因此可以包括一个或多个层a和一个或多个层b。这些层可以按照不同的方式在隔离材料的厚度中布置为沉积层(en strates)或轧制层(en couches laminées)。
例如，可以在层a下方布置不含添加物或添加有含量在8％以下的添加物的基于PTFE的材料层c。该层可以布置为与线缆的芯中的一个或多个芯直接接触或不直接接触。该额外的层c因此可以被布置在层c外部的层a覆盖。该层c可以由与层b的材料相同或不同的材料构成。
因此，层b和/或层c可以通过基于PTFE的材料的共挤制来获得，或者通过围绕线缆的一个或多个芯缠绕带状材料(优选地为生料)来获得，如下文详述。
优选地，至少层a的材料的添加物包括从由金属氧化物、玻璃纤维、碳、陶瓷和这些物质的混合物构成的集合中选择的组分。有利地，所述组分包括至少一种金属氧化物。
术语“金属氧化物”特别指的是碱土金属、过渡金属和贫金属的氧化物。有利地，金属氧化物从由二氧化钛、氧化铝、氧化锌、氧化铜、 氧化镁和氧化银以及这些物质的混合物构成的集合中选择。
优选地，层a的材料的添加物包括从上述集合中选择的单一金属氧化物。层a和层b可以包括组分相同或不同的添加物，例如层a包括氧化铝，而层b包括氧化锌和/或氧化钛。有利地，层a的材料的添加物构成该基于PTFE的材料重量的15％至60％，优选地25％至55％，更优选地50％。
有利地，层b(或可能地层c)的基于PTFE的材料的添加物在所涉及层的基于PTFE的材料中的比重小于7％，优选地小于5％。
层b和/或可能地层c有利地通过经润滑的挤制来获得。构成该层的基于PTFE的材料因此有利地包括颜料。其中还可以发现润滑剂和/或润湿剂的痕迹。
优选地，不含添加物的基于PTFE的材料的层(比如层c)或者添加有含量在8％以下的添加物的基于PTFE的材料的层(比如层b)包括改性PTFE。优选地，PTFE可以是改性PTFE。
有利地，本发明涉及一种如上所述的线缆，其中，层b和/或层c的基于PTFE的材料包括改性PTFE。
有利地，本发明涉及一种如上所述的线缆，其中，层b和/或层c的基于PTFE的材料包括颜料。有利地，层a、层b和/或可能地层c是均匀的。术语“均匀”指的是没有断裂(比如材料的空隙、中断或孔洞)的连续的层。
然而，在层b或可能地层c的PTFE材料是共挤制的情况下，该层可以不是均匀的。
根据本发明的一个特定方面，线缆可以包括覆盖层a和层b的额外的外部包覆物，其例如是弹性体包覆物。
本发明的主题还在于一种线缆的制造方法，所述线缆具有被包覆物包裹的一个或多个芯，该方法包括：
-围绕所述一个或多个芯缠绕第一带状材料以获得中间线缆的步骤(i)，所述第一带状材料具有宽度，并且由包括含量为5％至80％的添加物的基于熟料PTFE的材料制成；
-随后用基于生料PTFE的材料包裹所述中间线缆的步骤ii，其中所述基于生料PTFE的材料不含添加物或者包括含量在8％以下的添加物。
添加物的含量用相对于所使用的带状材料或基于PTFE的材料的总重量的百分比来表示。相同或不同的基于PTFE的材料以及所使用的添加物如上所述。然而，可以挤制的基于PTFE的材料，尤其是添加物含量在8％以下的那些材料，可以包括比如润滑剂或润湿剂等制剂。这些制剂一般在制造过程随后的步骤中蒸发。优选地，润滑剂因此为基于碳氢化合物的液体，该碳氢化合物例如是异构烷烃类碳氢化合物，尤其是IsoparTM；而润湿剂则为脂肪醇，有利地为十二烷醇。润湿剂允许PTFE与添加物更好地互混，并由此有利于获得均匀的混合物。IsoparTM(埃克森美孚化工公司)是具有高纯度的合成异构烷烃类碳氢化合物的混合物。
该方法允许使用生料和熟料带状材料的组合，从而为由此获得的线缆提供了在耐热性、机械强度和/或电阻抗方面特别有利的效果。
基于生料PTFE的材料在其制造过程中不经过焙烧周期(即该材料暴露在350℃以下的温度中)，并且其密度一般为1.45至1.70。
基于熟料PTFE的带状材料在其制造过程中经过焙烧周期(即该材料暴露在350℃以上的温度中数分钟或数小时)，其密度因此一般为1.5至4，例如为2.16。
有利地，在步骤i之前实施预先步骤，该预先步骤包括用不含添加物或包含含量在8％以下的添加物的基于生料PTFE的材料来包裹芯。
根据本发明的一个特定方面，包裹步骤ii通过围绕中间线缆缠绕第二带状材料来实施。
有利地，该方法还包括随后优选地在高于350℃的温度下、更特别地在450℃的最高温度下焙烧线缆的步骤iii。该步骤有利地允许在展平(déroulé)的熟料带状材料和生料带状材料之间获得更好的可焊接性，并更全面地允许以此获得的包覆物获得更好的整体粘合。这些方面在步骤ii所用材料基于改性PTFE时更为有利。
有利地，该方法还包括用额外包覆物(例如弹性体包覆物)包裹线缆的额外的步骤。
有利地，上述一种或多种带状材料具有20至250μm、优选地40至140μm、例如70至80μm的厚度。
这些带状材料的厚度相互独立。根据本发明的一个特定方面，第一带状材料围绕着芯缠绕时在其自身上或围绕着其自身具有覆盖部分。该覆盖部分可以为0.1％至100％，更优选地可以为50％、75％、33％或25％；这些百分比是针对所述带状材料的宽度来表示的。
本发明的主题还在于一种套组，用于制造如上所述的线缆，该套组包括：
-至少一个芯；
-至少一个基于熟料PTFE的材料的带状材料，其添加有含量为5％至80％的添加物；以及
-至少一个基于生料PTFE的材料的带状材料，其不含添加物或 包括含量在8％以下的添加物。
添加物的含量用相对于构成带状材料的基于PTFE的材料的总重量的百分比来表示。
优选地，基于熟料和生料PTFE的材料为如上所述的材料。
本发明还涉及在电路尤其是用于航空领域的电路的制造中使用根据本发明的或根据本发明的方法制造的或基于根据本发明的套组制造的这样的线缆。
本发明不限于所述实施例，其他实施例对于本领域的技术人员是显而易见的。例如，根据本发明的包覆物可被应用于线缆以外的元件或设备。通过阅读以示例性而非限制本发明的方式给出的示例，将更好地理解本发明。
示例1：制造根据本发明的线缆，其包括两个基于PTFE的具有添加物的层。
根据一个优选的实施例，根据本发明的线缆通过缠绕包括添加物的熟料和生料的PTFE带来获得。这些带状材料的构成被选择为使得获得围绕线缆的芯的具有不同添加物含量的层。这些带状材料缠绕着芯，由此获得的线缆然后经受焙烧步骤。该步骤特别地使得不同的层能够结合。
市场上存在熟料带状材料，其通过已知的方法获得。简要地说，PTFE粉末以及其他可能地成带状材料的成分(比如颜料)与所选择的添加物进行混合。该混合物在压强下被模制。该压缩步骤一般可以在30至700巴的压强下进行。该模制步骤获得的毛坯然后被焙烧。该焙烧步骤包括平台温度高于345℃、一般为375℃的加热周期，该加热周期可以持续数小时至数天。由此获得的材料块通过已知的展平技术被转变为膜状。
对于生料PTFE制成的带状材料，制造方法也是已知的。例如，在以公开号为WO2012/001313的专利申请中描述了这种制造方法。简要地说，对一般伴有其他成分比如润滑剂和颜料的PTFE和添加物的混合物进行压缩预成型(在低压强下进行模制)，然后对预成型件进行挤制。由此获得的挤制件于是被压延成型，以获得具有期望厚度(一般为76微米)的膜。低温加热步骤允许使润滑剂蒸发，润滑剂一般情况下都存在，因为润滑剂使得挤制步骤能够进行。
下表给出了不同的含有添加物的熟料带状材料，其在根据本发明的方法中可被用于缠绕一个或多个芯：

通过使用按照以下方法获得的熟料带状材料已经实现了一个特定的示例：可从3M Dyneon公司获得的添加有15％的氧化铝的标准PTFE被模制成高度为200mm的空心圆柱形，其内直径为76μm，外直径为197mm。施加65bar的压强5分钟。该毛坯然后在370℃下焙烧12个小时。冷却后，该毛坯就在展平机上展平并切割成厚度为80μm、宽度为15mm的膜。该带状材料被人工地缠绕在直径为6mm、由铝制成的芯上。该缠绕以具有达到带状材料盖住其自身宽度的50％的这样的间距的螺旋方式进行。
围绕着芯和添加有15％的氧化铝的带状材料人工地缠绕厚度为76μm、不含添加物、宽度为12mm的蓝色生料PTFE带状材料，该蓝色生料PTFE带状材料由3P法国公司(地址为BP 79161,95075Cergy Pontoise cedex,France)在3P品牌下通过编号“PTFE E76,L12BLEU”进行销售。该缠绕以具有达到带状材料盖住其自身宽度的50％的这样的间距的螺旋方式进行。由此缠绕的线缆在360℃下焙烧7分钟。线缆保持完整，并未在焙烧下爆开，并且两个包含添加物的PTFE带状材料层之间具有良好的粘附力。
对于缠绕步骤，可以使用缠绕机器，例如由意大利公司WTM(www.wtmachinery.com)销售的机器。
已经研究了在示例1中获得的线缆的耐热性。为此，使线缆在360℃下度过50个小时。然后通过裸眼观察其整体结构的状态，即研究其外部结构是否存在损坏。观察到该线缆没有任何裸眼可见的孔洞。并且，两个隔离材料层(添加有15％的氧化铝的80μm的PTFE带状材料和76μm的蓝色带状材料)没有相互脱离，也没有脱离金属芯。