專利名稱：具有設置在層結構中的絕緣套的電熱纜或電熱帶的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有設置在層結構中的聚四氟乙烯絕緣套的電熱纜或電熱帶。
背景技術：
在不同的使用場合下，例如包括用于加熱腐蝕性介質時，使用同軸設置的加熱纜是已知的(DE-A 2850722)，其中的熱纜被作為絕緣材料的氟聚合物包裹。要在該絕緣體上覆蓋銅導線編制物，并且每根銅導線上還要另鍍鎳用以避免腐蝕。由銅導線編成的編織物是所述加熱纜的電接地纜，其設置在纜內以避免例如由導電部件的短路而引起的意外危險的發(fā)生。在該接地纜上還要覆以外層塑料套，該塑料套例如由氟聚合物制成以防止環(huán)境中腐蝕性介質的侵蝕。除了由于利用耐高溫和抗腐蝕性介質的材料而導致具有很廣泛的應用范圍這一優(yōu)點外，這種同軸設置的結構的優(yōu)點還在于其能被制為幾乎任意所需長度且同時具有很高的柔韌性。
這同樣適用于已知的電熱帶(GB 2 092 420 A，GB 2 130 459 A)，其可用于例如所謂的管道加熱器，且也可用在經(jīng)蒸汽沖洗過的管道上用于維持或提升溫度。最后，還可使用所謂的帶有半纜加熱元件的自調型加熱帶。由于這里的熱量釋放是根據(jù)環(huán)境溫度而自發(fā)進行調節(jié)的，這種加熱帶特別適用于有爆炸危險的場合。
但是，在使用例如同軸式加熱纜時，外殼常受到外界壓力的強烈擠壓，使得加熱導體的絕緣體被擠開，從而使得接地導體和加熱導體之間相互觸碰或是使接地導體和加熱導體之間的絕緣距離變得很短，導致電暈放電或火花放電。而且，損害還會使接地導體的斷線進入絕緣層，從而導致整個加熱纜報廢。對于用于防爆系統(tǒng)從而具有特殊的安全需要以預防爆炸的加熱纜，尤其必須注意這些標準。但是這些標準還必須考慮到可行性標準(DIN VDE 0170/0171，EN50014和EN 50019)，其例如要求提供能保證對導體絕緣表面有足夠覆蓋能力的接地導體，以及需要通過獨立的擠壓測試和隨后的導體絕緣體絕緣能力的測試。通過加厚絕緣體以及外套的壁厚以避免上述這些問題并沒有其它的優(yōu)點，而且，這些措施顯著增加纜整體的直徑，并由于大量使用氟塑料而導致成本顯著提高。
具有同軸層結構并能抵抗外部機械應力的電加熱纜也已公開(DE-ES 101 07429)。在該纜線的層結構中位于纜絕緣體上面的玻璃陶瓷帶層的目的是與可透過氣體的增強層一起提供對外部機械損害的防護作用。在所述的兩層的兩面上均有由可擠壓的氟聚合物構成的不透氣層，從而使得在它們之間能形成氣墊。除了這種同樣會提高纜線直徑的昂貴的層結構之外，在纜線內有意產(chǎn)生的氣墊會對顯著阻礙熱量從加熱纜向纜線表面的傳遞作用，從而導致加熱纜本身效率降低。
為避免上述問題，但仍然還要滿足對于足夠抗外沖擊和壓應力的適用標準，人們已提出(EP 0 609 771 B1)，在一般類型的電熱纜的接地導體下面和/或上面設置一層或多層由具有高機械強度的塑料比如聚酰亞胺構成的帶層。這種線圈能夠承受很高的壓應力，外部沖擊也能夠被以緩沖的方式吸納，并且能避免導體絕緣層損傷。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的是在即使受到由于沖擊力或壓應力而導致的極端機械力作用時，也能保護位于加熱纜或加熱帶的層結構中的聚四氟乙烯套(導體絕緣體，中間套，外保護套)。
根據(jù)本發(fā)明，通過至少一層由可進行熔體加工的氟聚合物構成的相鄰的絕緣層，至少一個聚四氟乙烯套是受到抗沖擊保護的。本發(fā)明是基于如下知識，即通過構建相互緊鄰的且由相同聚合物族但不同聚合物結構構成的聚合物層，可以得到對外機械應力的足夠防護。因此根據(jù)本發(fā)明的建議，具有含所謂原纖維的纖絲狀聚合物結構的聚四氟乙烯受到相鄰的具有非晶型結構的熱塑性聚合物的保護。這是由于與纖維結構相反，在受到撞擊或是沖擊時，非晶型的聚合物結構具有吸收沖擊能的作用。
本發(fā)明的一個有益實施方式是，當通過至少一層由可進行熔體加工的氟聚合物構成的相鄰的絕緣層而使一層或多層的聚四氟乙烯絕緣體受到抗沖擊保護時，將電熱纜設計成同軸結構，其具有中心導體、由聚四氟乙烯構成的絕緣體、以捻線或編織線形式的接地導體和外保護套，。
根據(jù)本發(fā)明，同軸結構的加熱纜的一個特別優(yōu)選的實施方式是，將由可進行熔體加工的氟聚合物構成的能吸納沖擊能的絕緣層設置在包裹著導體的聚四氟乙烯絕緣體的下面，也就是直接設置在導體本身上。與已知的加熱纜或加熱線相比，將類似材料應用于機械防護也會顯著提升作為加熱纜必要特性的長期熱穩(wěn)定性。本發(fā)明的加熱纜在層結構中不具有氣墊，所以導體產(chǎn)生的熱量可以無明顯熱量堆積地到達纜/線的表面，也就是說到達所需的地方。所述的纜結構在制造方面無任何困難，并且由于擠出聚合物防護層，纜直徑可以保持在很小值。
因為通常聚四氟乙烯絕緣體都要經(jīng)歷一個熱處理過程以燒結聚合物材料，所以由此所產(chǎn)生的聚四氟乙烯收縮作用會使得層結構更為緊密。因此，相對于具有氣墊的現(xiàn)有技術加熱纜，該纜是縱向防水的，而已知的現(xiàn)有技術玻璃纖維布、云母帶或是無機膜卻仍然有著不甚理想的毛細吸收作用并從而提供了理想的水分輸送作用。
如上所述，除了所述的同軸方式的加熱纜外還能使用各種各樣的電熱帶。例如，如果這種加熱帶包括平行的電源線和與電源線的導體間隔接觸的加熱螺線以及由聚四氟乙烯制成的中間套和/或外殼套，則在實施本發(fā)明時，通過至少一層由可進行熔體加工的氟聚合物制成的相鄰絕緣層，使至少一個套層具有耐沖擊防護性。
在另一個實施方案中，加熱帶具有平行且非絕緣的電源導體和與該電源導體平行并與其饋電纜間隔接觸的加熱線，并具有聚四氟乙烯共用套，根據(jù)本發(fā)明，通過由可由進行熔體加工的氟聚合物制成至少一層相鄰絕緣層，使該套具有耐沖擊防護性。
對于特殊的使用場合，例如防爆，實驗證明優(yōu)選使用自調型加熱帶。在這些具有平行且非絕緣的電源導體的加熱帶中，電源導體和由聚四氟乙烯制成的共用絕緣體和/或外保護套被半導體套包圍。根據(jù)本發(fā)明的建議，該共用絕緣體和/或保護套也就從而受到耐沖擊保護。
出于使本發(fā)明的加熱纜或加熱帶縱向防水和緊湊化的目的，在本發(fā)明的另一實施方案中還要將能吸納沖擊力的絕緣層與聚四氟乙烯套熔接或是粘結起來。同時，這種結構的彎曲疲勞強度也得到顯著提高。
沖擊吸納層的厚度可以是0.1至0.8mm，優(yōu)選為0.2至0.5mm。在加熱纜是同軸結構且具有直接在導體上的吸納沖擊力的絕緣層的情況下，選定的厚度主要取決于所涉及的導體的直徑。因此，當導體直徑為1.5mm時，沖擊力吸納層的厚度可為例如0.2mm。
當導體絕緣體具有用重疊棱邊纏繞的、例如具有矩形橫截面的聚四氟乙烯帶時，本發(fā)明具有特殊優(yōu)點。在這種情況下，根據(jù)本發(fā)明，就要用沖擊力吸納層的氟聚合物填充通過帶的纏繞而形成的空隙。相鄰層間的結合力能得到改善，而由此所得到的進一步致密作用則保證了纜具有抗彎和抗扭的高穩(wěn)定性。
根據(jù)本發(fā)明，沖擊力吸納層可由可進行熔體加工的氟聚合物制成。由于根據(jù)其用途，較高的持續(xù)耐溫性對于各種類型的加熱纜或加熱帶也很重要，包括在某些情況下受到腐蝕性介質的影響時，有利的可能是制備由四氟乙烯/全氟烷氧基共聚物(TFA/PFA)構成的沖擊力吸納層。但是根據(jù)使用領域的不同，四氟乙烯/六氟丙烯共聚物(FEP)和聚四氟乙烯/全氟甲基乙烯基醚共聚物(也已知為商品名HYFLON MFA)也是用于實施本發(fā)明的有利聚合物。
能進行熔體加工的其它的已知氟聚合物，如聚偏二氟乙烯(PVDF)或乙烯-四氟乙烯(ETFE)有時也能找到其合適的應用場合。
本發(fā)明的一個特別有益的實施方式是，如果聚四氟乙烯帶具有平凸形截面，則由纏繞的聚四氟乙烯帶構成聚四氟乙烯套。與常規(guī)的具有矩形橫截面的帶相比，聚四氟乙烯帶經(jīng)過纏繞和燒結后，平凸的形狀會產(chǎn)生具有連續(xù)光滑外表面的緊密套。當外表面暴露于環(huán)境中的侵蝕性介質時，這一點尤為有利。
相對于矩形帶而改善絕緣品質的另一有利可能性是將由聚四氟乙烯構成的帶材的橫截面設計成扁平形，并使其具有從中間向兩側逐漸收尖的邊緣區(qū)并且棱邊均勻。一旦帶經(jīng)重疊棱邊纏繞且?guī)Р牧?PTFE)經(jīng)過燒結，帶的棱邊收尖成重疊區(qū)域會導致極其平滑的連續(xù)絕緣表面。為此，有利的是聚四氟乙烯帶的棱邊較寬，決定帶厚度的中心區(qū)域兩側的棱邊寬度為帶總寬的至少45％，優(yōu)選50至80％。
根據(jù)本發(fā)明所優(yōu)選使用的聚四氟乙烯帶的厚度為20至200μm，優(yōu)選40至160μm。帶的厚度向著棱邊(邊沿)下降到5μm和甚至更小。其中的帶的寬度比較適用的應為5至50mm，優(yōu)選10至30mm。
如果除了絕緣體外，對于外保護套也同樣由纏繞的聚四氟乙烯帶制成的情況，則特別優(yōu)選也采用尺寸與上述相同的帶。
在這種情況下，有時還可優(yōu)選在由聚四氟乙烯構成的纏繞層下面，設置一層由可進行熔體加工的氟聚合物構成的能吸納沖擊力的絕緣層。本發(fā)明的另一有益的實施方式是使接地導體的一面或兩面與由可進行熔體加工的氟聚合物構成的吸納沖擊力的絕緣層相鄰，并用這些絕緣層包圍所述接地導體。
以下的詳細描述會使本發(fā)明的進一步范圍和適用性顯而易見。但應該理解，以下的詳述和具體實施例在說明本發(fā)明優(yōu)選實施方式的同時，僅具有例示性作用，因為在本發(fā)明精神和范圍內的各種變化和改進對于本領域技術人員而言由這些詳述中是顯而易見的。


由以下詳述和附圖可更詳盡地理解本發(fā)明，這些描述和附圖僅為例示性的，對本發(fā)明不具有限制性。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方式的加熱纜；圖2示出根據(jù)本發(fā)明備擇實施方式的加熱纜；圖3為根據(jù)本發(fā)明實施方式的電熱帶的橫截面圖；和圖4為根據(jù)本發(fā)明實施方式的電熱帶的橫截面圖。
具體實施例方式
為提高本發(fā)明的加熱纜的柔韌性，如圖1所示的導體1包括一定數(shù)量的單根電阻線。導體絕緣體用2標識，且其具有耐高溫的聚四氟乙烯，其中術語“聚四氟乙烯”如上所述也包括如下配有改性添加劑的四氟乙烯聚合物，盡管添加劑的量不使該聚合物象PTFE本身一樣不能由熔體加工。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所用的聚四氟乙烯具有開始時未經(jīng)燒結的帶或膜材料，其中該帶或膜材料以未燒結的狀態(tài)纏繞在熱導體上，優(yōu)選重疊例如不超過50％，然后在纏繞的狀態(tài)通過適當?shù)奶幚磉M行燒結。在此工藝中，各個帶層會被熔融或熔接成致密的絕緣體。
接地導體3包括單根的金屬線，例如鍍鎳的銅線，將這些線捻到絕緣體2上，或者為進一步地覆蓋盡可能大的區(qū)域而編織到絕緣體2上。
通過套4向外封閉加熱纜，這有利于適當塑料材料的制備，因為這種纜有時也用于受到腐蝕性介質影響的場合，比如用在化學工業(yè)中。實驗證明氟聚合物同樣優(yōu)選用作為套材，且其可以擠出形式使用，或者以事先未經(jīng)燒結并隨后以纏繞狀態(tài)進行燒結的PTFE帶構成加熱纜的外界的方式來使用。
為避免在受到外加壓力作用(沖擊)時套4碎裂和/或被從接地導體3推擠開，也就是說為了避免在加熱纜上造成損傷以及可能使纜報廢，就要在套4的下面設置沖擊力吸納層5。該層可由非晶型的可擠出的氟聚合物構成，并能衰減施自外部的沖擊能量，從而避免纜的損傷或損毀。
圖2顯示了本發(fā)明的一個極其優(yōu)選的實施方式。仍然是同軸方式的加熱纜包括熱導體6，例如由許多單根的捻在一起或編結在一起的電阻線。導體絕緣體用7標識，且可具有一層或多層的由聚四氟乙烯(PTFE)制成的帶層。盡管這種帶(通過在未燒結狀態(tài)下纏繞而使用，然后在纏繞狀態(tài)下進行燒結)在燒結之后確實形成緊密且縱向防水的甚至耐腐蝕性介質的套，但是由于材料結構其還不足以無損傷地經(jīng)受沖擊或撞擊應力。為了使該加熱纜也能用于極端的外部機械作用情況，例如使其能用于防爆(有爆炸危險的)系統(tǒng)，提供了由可由熔體加工的氟聚合物構成的沖擊力吸納層8。該層直接覆蓋導體6，因為與纜的直徑相比，導體直徑更小，層8的壁厚可以保持相當薄。與如圖1所示的方案相比，此例中顯著節(jié)省了聚合物材料，并且與上述實施方式相比，更重要的是與現(xiàn)有技術相比，該實施方式產(chǎn)生較小的總直徑。
由于其材料結構，當對纜施加了沖擊作用時，層8實際起到了等同于軟性緩沖層的作用，并由此對相鄰的導體絕緣體7起到了機械保護作用。絕緣體不會受壓或被導體6推開，因此也就可以保持其絕緣效果。外部的沖擊被以衰減的方式吸納，并且也不必擔心導體絕緣體7受損。本發(fā)明的纜結構顯著增強PTFE和PFA(TFA，MFA)的材料特性。在這種復合結構中，PTFE較高的硬度配合PFA較高的彈性，就能例如使得耐壓和耐沖擊性或穩(wěn)定性得到大幅提升。
由于在發(fā)生沖擊或撞擊作用時下部結構未受到損傷，因此也就不存在接地導體9中導線斷裂的危險，或者也就不存在由于導線斷裂而可能擠穿受損的絕緣體7，從而導致加熱纜報廢的危險。因此本發(fā)明的加熱纜滿足所有安全需要，特別是防爆場合的安全需要。另外，本發(fā)明的加熱纜制備成本低廉，原因部分是因為生產(chǎn)過程較現(xiàn)有技術簡單，部分是因為材料用量較少且這些材料還歸屬于相同的聚合物族。其特殊的優(yōu)越性特別體現(xiàn)在需要較高的持續(xù)耐高溫性的場合，例如在300℃至320℃之間的工作溫度下工作的超熱蒸汽清潔設備。
在該實施例中外套10同樣具有PTFE帶的纏繞體，其在纏繞狀態(tài)下經(jīng)受熱處理，并由此而熔接或熔融成緊密的殼套。根據(jù)本發(fā)明所設計的PTFE帶的特殊橫截面形狀造就了極其光滑且連續(xù)的表面。通過本發(fā)明的技術方案，即在加熱纜的層結構中設置一個由相同聚合物族構成的吸納沖擊力的聚合物層，可以在發(fā)生沖擊或撞擊時避免各帶層的撕裂。
如圖2的本發(fā)明的加熱纜的特征還在于其特別有利的外部尺寸。當總直徑為例如4.8mm時，導體6的直徑可為1.4mm，沖擊力吸納層8的壁厚可為0.2mm，絕緣體7的壁厚可為0.6mm，編織體9的厚度可為0.4mm，套10的壁厚可為0.5mm。
從如圖2的優(yōu)選實施方式還能衍生出其他一些變化方案。例如，可以在加熱纜的層結構中交替地設置由PTFE和PFA構成的絕緣層，例如PTFE/PFA/PTFE或者PFA/PTFE/PFA。如各個實施例中所示的，前提是這些絕緣層必須彼此相鄰。
與所述實施例相比，如果使現(xiàn)有技術的加熱纜或加熱帶(即使在實施方案中偏離同軸結構)也能滿足抗沖擊和抗壓應力要求，并且根據(jù)本發(fā)明使由可由熔體加工的氟聚合物構成的絕緣體層相鄰于其中所用的PTFE殼套，則也能實現(xiàn)本發(fā)明。
圖3示出具有平凸橫截面的電熱帶20的橫截面，其中帶20由中心22收尖成棱邊24。圖4是根據(jù)本發(fā)明備擇實施方式具有矩形橫截面的電熱帶20的橫截面。
在以上描述本發(fā)明后，顯而易見的是其可以以多種方式進行改變。這些改變不應被認為是偏離了本發(fā)明的精神和范疇，對于本領域技術人員而言顯而易見的這些改進均被包括在下列權利要求書的范圍內。
權利要求
1.一種具有以層結構設置的由聚四氟乙烯構成的絕緣套的電熱纜或電熱帶，其中通過至少一層由可進行熔體加工的氟聚合物構成的相鄰絕緣層，使至少一種聚四氟乙烯套受到保護不受沖擊。
2.如權利要求1的電熱纜，其中所述電熱纜或電熱帶以同軸結構構成，具有中心導體、由聚四氟乙烯構成的絕緣體、以捻合或編織的金屬線形式存在的接地導體和外保護套，其中通過至少一層由可進行熔體加工的氟聚合物構成的相鄰絕緣層，使一層或多層的聚四氟乙烯絕緣體受到保護不受沖擊。
3.如權利要求2的電熱纜，其中由聚四氟乙烯構成的單層絕緣體包圍中心導體和接地導體，且外保護套覆蓋該單層絕緣體，其中在聚四氟乙烯絕緣體的下面直接在導體本身上設置由可進行熔體加工的氟聚合物構成的、吸納沖擊力的絕緣層。
4.如權利要求1的電熱纜，其中所述電熱纜或電熱帶包括具有絕緣導電體的平行電源線和與所述電源線導體間隔接觸并與由聚四氟乙烯制成的中間套和/或外套接觸的加熱器螺線，其中通過至少一層由可進行熔體加工的氟聚合物制成的相鄰絕緣層，使至少一個套層受到保護不受沖擊。
5.如權利要求1的電熱纜，其中所述電熱纜或電熱帶包括平行且未絕緣的電源導體和與該電源導體平行并與其間隔接觸的加熱器線，并包括聚四氟乙烯共用套，其中通過至少一層由可進行熔體加工的氟聚合物制成的相鄰絕緣層，使聚四氟乙烯套受到保護不受耐沖擊。
6.如權利要求1的電熱纜，其中所述電熱纜或電熱帶包括平行且未絕緣的電源導體、包圍該電源導體的半導體套以及由聚四氟乙烯制成的共用絕緣體和/或外保護套，其中通過至少一層由可進行熔體加工的氟聚合物制成的相鄰絕緣層，使該共用絕緣體和/或保護套受到保護不受沖擊。
7.如權利要求2的電熱纜，其中根據(jù)所用導體的直徑，吸納沖擊力的絕緣層的厚度為0.1至0.8mm。
8.如權利要求1的電熱纜，其中使吸納沖擊力的絕緣層與聚四氟乙烯套相熔接或粘接。
9.如權利要求1的電熱纜，其中聚四氟乙烯帶構成的套由重疊棱邊纏繞，且其中用沖擊力吸納層的氟聚合物填充通過帶的纏繞而形成的間隙。
10.如權利要求1的電熱纜，其中吸納沖擊力的絕緣層包括四氟乙烯/全氟烷氧基共聚物。
11.如權利要求1的電熱纜，其中吸納沖擊力的絕緣層包括四氟乙烯/六氟丙烯共聚物。
12.如權利要求1的電熱纜，其中吸納沖擊力的絕緣層包括聚四氟乙烯/全氟甲基乙烯基醚。
13.如權利要求1的電熱纜，其中套的聚四氟乙烯經(jīng)燒結。
14.如權利要求9的電熱纜，其中由聚四氟乙烯構成的帶具有矩形橫截面。
15.如權利要求9的電熱纜，其中由聚四氟乙烯構成的帶具有平凸形橫截面。
16.如權利要求9的電熱纜，其中將聚四氟乙烯構成的帶的橫截面設計為扁平形，其具有從中間向各棱逐漸收尖的邊緣區(qū)并且該帶在棱邊上是均勻的。
17.如權利要求16的電熱纜，其中在中心區(qū)兩側上的邊緣區(qū)的楞邊寬度為帶總寬度的至少45％。
18.如權利要求16的電熱纜，其中聚四氟乙烯帶的厚度為20至200μm，該厚度向著棱邊區(qū)下降到5μm或更小。
19.如權利要求18的電熱纜，其中聚四氟乙烯帶的寬度為5至50mm。
20.如權利要求1的電熱纜，其中外保護套包括纏繞的聚四氟乙烯帶。
21.如權利要求20的電熱纜，其中由可進行熔體加工的氟聚合物構成的吸納沖擊力的絕緣層設置在聚四氟乙烯絕緣層下面。
22.如權利要求2的電熱纜，其中使由可進行熔體加工的氟聚合物構成的吸納沖擊力的絕緣層與接地導體在一面或兩面相鄰。
23.如權利要求2的電熱纜，其中，根據(jù)所用導體的直徑，吸納沖擊力的絕緣層的厚度為0.2至0.5mm。
24.如權利要求16的電熱纜，其中在中心區(qū)兩側上的邊緣區(qū)的楞邊寬度為帶總寬度的50％至80％。
25.如權利要求16的電熱纜，其中聚四氟乙烯帶的厚度為40至160μm，該厚度向著棱邊區(qū)下降到5μm或更小。
26.如權利要求18的電熱纜，其中聚四氟乙烯帶的寬度為10至30mm。
27.一種結構，包括熱導體；基本包圍該熱導體周邊的導體絕緣體；基本包圍該導體絕緣體周邊的接地導體；基本包圍該接地導體周邊的保護套；和由可進行熔體加工的氟聚合物構成的沖擊力吸納層。
28.如權利要求27的結構，其中沖擊力吸納層設置在接地導體和保護套之間。
29.如權利要求27的結構，其中沖擊力吸納層設置在熱導體和導體絕緣體之間。
30.如權利要求27的結構，其中該結構是電熱纜。
31.如權利要求27的結構，其中該結構是電熱帶。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有以層結構設置的由聚四氟乙烯(PTFE)構成的絕緣套的電熱纜或電熱帶。通過至少一層相鄰的由可進行熔體加工的氟聚合物構成的絕緣層，使至少一種聚四氟乙烯套受到保護不受沖擊。
文檔編號H05B3/56GK1770931SQ20041010471
公開日2006年5月10日 申請日期2004年10月29日 優(yōu)先權日2004年10月29日
發(fā)明者K·施瓦姆博恩, W·德盧加斯 申請人:休-電纜/電纜設計技術兩合公司