NL9301531A

NL9301531A - Kabelband.

Info

Publication number: NL9301531A
Application number: NL9301531A
Authority: NL
Original assignee: Lantor Bv
Priority date: 1993-09-06
Filing date: 1993-09-06
Publication date: 1995-04-03
Also published as: CA2148349A1; AU690929B2; ES2173105T3; CZ116395A3; ATE214837T1; CZ291854B6; US5817974A; FI951944A; NO951702D0; DE69430161D1; AU7950594A; WO1995007539A1; EP0643398A1; FI951944A0; CA2148349C; NO951702L; EP0643398B1; DE69430161T2; JPH08503810A

Description

Titel: Kabelband

De onderhavige uitvinding betreft de vervaardiging van. kabels en meer in het bijzonder de toepassing van electrisch geleidend kabelband bij de vervaardiging van kabels.

Het gebruik van geleidende banden in kabels is bekend. Bij de vervaardiging van energiekabels past men geleidend band toe in het schermbereik, teneinde een goed electrisch contact te verzorgen tussen het aderscherm, het metaalscherm en de eventueel aanwezige metalen waterbarrière. Bij dit type kabelband is het alleen van belang dat er sprake is van doorgangsgeleiding in de band.

Bij signaalkabel past men geleidend kabelband toe om 'shielding' in de kabel te verkrijgen, dat wil zeggen een afscherming van electromagnetische interferentie naar binnen en/of naar buiten.

De aard en opbouw van dergelijke types kabel verschilt, hetgeen ook tot uiting komt in de eisen die gesteld worden aan de kabelband. Voor energiekabel is er behoefte aan dik band, dat sterk zwellend en goed geleidend is. Voor signaalkabel kan daarentegen volstaan worden met een band die niet al te sterk zwelt, terwijl deze bij voorkeur dun is.

Er zijn types kabelband bekend, die opgebouwd zijn uit een vezelvlies (non-woven), dat met geleidend roet geïmpregneerd is. Met name in het geval de band behalve geleidende eigenschappen ook langswaterdichtheid moet verschaffen aan de kabel treedt het probleem op, dat in een dergeljk geval de geleidende eigenschappen soms onvoldoende tot hun recht komen.

Een nadeel van de toepassing van geleidend roet is, dat roet, in verhouding met de metalen die aanwezig zijn in kabels.

edel is. Dit betekent dat er galvanische corrosie van geleiders en of het scherm op kan treden, hetgeen ongewenst is.

Het doel van de uitvinding is het verschaffen van een geleidende kabelband, welke eventueel voorzien kan zijn van een in water zwelbaar materiaal, aan welke band op eenvoudige wijze geschikte geleidende eigenschappen zijn verleend, zoals doorgangsgeleiding en/of afscherming, terwijl een aantal nadelen van de stand van de techniek niet, of slechts in mindere mate optreden.

De uitvinding is onder meer gebaseerd op het verrassende inzicht, dat het mogelijk is door toepassing van geleidende vezels, bij voorbeeld in de vorm van een mengsel van niet geleidende vezels en geleidende vezels, eventueel in combinatie met een in water zwellend materiaal, of door een samenstel van een geleidend en een niet geleidend doek die op elkaar gehecht zijn, een netwerk te verschaffen waarmee in een kabel electrische geleiding en/of afscherming verkregen wordt.

De uitvinding betreft derhalve onder meer de toepassing van een geleidend vezeldoek omvattende ten minste één geleidend vezelmateriaal, als kabelband voor het verschaffen van geleiding, afscherming, of een combinatie van beide in een kabel.

Verrassenderwijs is gebleken, dat een dergelijk geleidend doek zeer geschikt is voor het verschaffen van geleidende en/of afschermende eigenschappen aan energie- of signaalkabel. Door de toepassing van geleidende vezels in de band treedt de ongewenste galvanische corrosie veroorzaakt door roet niet of slechts in geringe mate op, aangezien de geleidende band voorzien is van metaalvezels die niet edeler zijn dan de geleider en/of het scherm, zodat de geleider niet aangetast wordt door galvanische corrosie.

Volgens de uitvinding zijn een aantal uitvoeringsvormen van de (geleidende) kabelband toepasbaar, afhankelijk van de aard van de toepassing, dat wil zeggen energie- of signaalkabel; al dan niet voorzien van zwelbaar materiaal; en al dan niet voorzien van niet geleidende, desgewenst versterkende vezels.

De uitvinding betreft in een eerste uitvoeringsvorm de toepassing van een vezeldoek omvattende ten minste één niet of nagenoeg niet geleidende, desgewenst versterkende vezel, ten minste één type geleidend vezelmateriaal en een in water zwelbaar materiaal, dat aangebracht is op en/of in het vezeldoek, als kabelband

De uitvinding betreft ook de toepassing van een samenstel omvattende ten minste één niet of nagenoeg niet geleidend vezeldoek en ten minste één geleidend vezeldoek, dat aan ten minste één zijde van het dragermateriaal aangebracht is, waarbij vezels van het geleidende doek eventueel door het genoemde niet geleidende vezeldoek heen in electrisch geleidend contact met de andere zijde van dat vezeldoek gebracht zijn, als kabelband, voor het verschaffen van geleiding, afscherming, of een combinatie van beide, in een kabel.

De uitvinding heeft verder ook betrekking op een samenstel, dat wil zeggen een gelaagd systeem of laminaat, omvattende ten minste één niet of nagenoeg niet geleidend vezeldoek en ten minste één geleidend vezeldoek, dat aan ten minste één zijde van het dragermateriaal aangebracht is, waarbij vezels van het geleidende doek eventueel door het genoemde niet geleidende vezeldoek heen in electrisch geleidend contact met de andere zijde van dat vezeldoek gebracht zijn, welk samenstel tevens voorzien is van een in of door water water zwelbaar materiaal ("superabsorber").

De uitvinding heeft ook betrekking op een energie- of signaalkabel vervaardigd onder toepassing van een samenstel omvattende ten minste één niet of nagenoeg niet geleidend vezeldoek en ten minste één geleidend vezeldoek, dat aan ten minste één zijde van het dragermateriaal aangebracht is, waarbij vezels van het geleidende doek eventueel door het genoemde niet geleidende vezeldoek heen in electrisch geleidend contact met de andere zijde van dat vezeldoek gebracht zijn, als kabelband, voor het verschaffen van geleiding, afscherming, of een combinatie van beide, in de kabel.

Verrassenderwijs is gebleken, dat een kabelband, die opgebouwd is uit geleidende en niet geleidende vezels, zeer geschikt is voor het verschaffen van de gewenste geleidende en/of afschermende eigenschappen in een kabel, eventueel in combinatie met een goede langswaterdichtheid. Tevens is volgens de uitvinding het probleem van galvanische corrosie als gevolg van het gebruik van geleidend roet opgelost. Tenslotte kan als voordeel naar voren gebracht worden, dat de vervaardiging van de kabelband in een aantal gevallen veel eenvoudiger en daardoor goedkoper kan geschieden, omdat veelal volstaan kan worden met het gebruik van materialen die in vezelvorm zijn, zodat in één enkele passage het doek (vezelvlies) vervaardigd kan worden. Het achterwege laten van het gebruik van geleidend roet heeft als voordeel dat geen extra behandelingsstap nodig is, terwijl tevens de vervuiling die het gevolg is van het gebruik van roet niet optreedt.

Het kabelband dat volgens de uitvinding toegepast wordt, kan een combinatie van niet geleidende, desgewenst versterkende vezels, geleidende vezels en een in water zwelbaar materiaal omvatten. Deze drie componenten kunnen in één laag aanwezig zijn, of in meer dan één laag, een samenstel of laminaat.

Zoals in de inleiding reeds aangegeven is, heeft het voor energiekabel de voorkeur gebruik te maken van een dik band, die goed geleidend is en die desgewenst goed zwelt bij toetreding van water. Voor deze toepassing wordt derhalve de voorkeur gegeven aan een samenstel, aangezien daarmee niet alleen de gewenste dikte verkregen kan worden, maar ook de mate van zwelling beter is dan bij een enkellaags-systeem. Opgemerkt wordt dat de uitvinding voor de toepassing van meerlaags-systemen niet beperkt is tot de aanwezigheid van een in water zwelbaar materiaal.

Voor signaalkabel wordt de voorkeur gegeven aan een dun band, zowel vanuit de constructie van de kabel als vanuit de gewenste afscherming, die een hoge dichtheid (densiteit) aan geleidende vezels vereist. Voor deze toepassing geeft men derhalve de voorkeur aan een enkellaags-systeem. Weliswaar is de zwelling dan gelimiteerd, maar dat is ook minder een probleem bij dit type kabel.

De kabelband die volgens de uitvinding toegepast wordt omvat geleidende vezels eventueel in combinatie met de normaal toegepaste vezelmaterialen. In het geval van de toepassing van een samenstel heeft men bij voorkeur een niet of nagenoeg niet geleidend dragermateriaal met daarop aangebracht een geleidend vezeldoek, waarbij de geleidende vezels door het dragermateriaal heen gebracht worden, bij voorbeeld door vernaalden. Op deze wijze verkrijgt men een geleiding door het hele materiaal heen. De daarmee vervaardigde kabelband verkrijgt daardoor een goede doorgangsgeleiding.

De toe te passen geleidende vezels in de volgens de uitvinding toe te passen vezeldoeken zijn de bekende geleidende vezels. Voorbeelden zijn onder andere gemetalliseerde vezels en metaalvezels, of vezels die voorzien zijn van geleidende additieven. Als het vezeldoek geheel of gedeeltelijk bestaat uit metaalvezels kunnen de metalen voor de vezels gekozen zijn uit de geleidende metalen en legeringen daarvan. Voorbeelden van geschikte metalen zijn staal, aluminium, koper en nikkel. Bij de toepassing van gemetalliseerde vezels past men liefst vezels toe die gemetalliseerd zijn met nikkel, aluminium, staal, chroom, zink, tin, koper of zilver, met legeringen gebaseerd op één of meer van deze metalen, of achtereenvolgens met twee of meer van deze metalen. Een geschikt type vezel is een acrylvezel die eerst met koper en daarna met nikkel gemetalliseerd is.

Het geleidende vezeldoek kan bestaan uit alleen maar geleidende vezels, maar het is ook mogelijk in het doek een combinatie van geleidende en niet-geleidende vezels toe te passen. De lengte van de geleidende vezels kan binnen ruime grenzen variëren, onder meer afhankelijk van de toe te passen apparatuur. Voor het verkrijgen van een goede geleiding is de lengte bij voorkeur 40 - 70 mm.

De geleidende vezels hebben bij voorkeur een aspect ratio van 500 of meer. Veelal zal deze in de buurt van 4000-5000 liggen.

De hoeveelheid geleidende vezels dient voldoende te zijn voor het verschaffen van de gewenste electrische eigenschappen. Dit is aan de hand van eenvoudige proeven vast te stellen. Voor het verkrijgen van een goede doorgangsgeleiding is vastgesteld, dat de absolute hoeveelheid geleidende vezels van belang is, terwijl voor de afscherming de hoeveelheid per dikte-eenheid relevanter is. Afhankelijk van de toepassing kan de hoeveelheid geleidende vezels liggen tussen 0,1 en 100 g/m2, uitgaande van gemetalliseerde kunststofvezels. Voor andere typen vezels kunnen deze hoeveelheden anders zijn, in afhankelijkheid van het gewicht en het geleidingsvermogen. De deskundige kan op eenvoudige wijze middels routineproeven de gewenste hoeveeelheden vaststellen.

Voor energiekabel zal genoemde hoeveelheid bij voorkeur liggen tussen 0,1 en 20 g/m2, meer in het bijzonder tussen 0,25 en 15 g/m2, waarbij op te merken valt, dat de ondergrens in hoofdzaak bepaald wordt door de minimaal gewenste geleiding voor de werking van de kabelband, terwijl de bovengrenzen gekozen zijn op waardes waarboven in het algemeen geen aanvullende voordelen voor de geleiding te verwachten zijn.

Bij de toepassing in signaalkabel dient, zoals gezegd, de hoeveelheid geleidende vezels vooral sterk geconcentreerd te zijn (hoge dichtheid) . Dit betekent, dat men ofwel een aanzienlijk grotere hoeveelheid geleidende vezels moet toepassen, danwel dat men een dunne laag met alleen of in hoofdzaak alleen geleidende vezels moet toepassen. Opgemerkt kan worden, dat een dunne laag met ongeveer 65 gew.% geleidende vezels een afscherming geeft van 52 dB, terwijl in die situatie 20 gew.% een afscherming geeft van 37 dB (MIL-STD-285).

Geschikte hoeveelheden zijn derhalve aan de hand van enkele proeven vast te stellen. Als richtlijn kan daarbij gedacht worden aan hoeveelheden vanaf ca 5 g/m2, tot hoeveelheden van 100 g/m2.

De toe te passen vezels voor het niet geleidende vezelmateriaal, zijn met name acrylvezels, polyestervezels, glasvezels, koolstofvezels, polyamidevezels en aramidevezels. Uiteraard wordt de keuze van de vezels mede bepaald door de temperaturen en de mechanische belasting die de materialen moeten kunnen weerstaan gedurende de vervaardiging en het gebruik. Ook de geleidende vezels kunnen uit deze grondstoffen vervaardigd zijn, in het geval men vezels toepast die door metalliseren of additieven geleidend gemaakt zijn.

Het kabelband, danwel het dragermateriaal in de kabelband, dat volgens de uitvinding toegepast wordt bestaat uit een vezeldoek, of een combinatie van doeken. Dergelijke vezeldoeken kunnen weefsels, breisels, al dan niet versterkte non-wovens etc zijn. In het geval men gebruik maakt van een éénlaags-systeem op basis van metaalvezels, niet geleidende vezels en in water zwelbaar materiaal, zoals zwelpoeder, heeft het de voorkeur dat de kabelband een non-woven materiaal is.

Ook vezeldoeken, die voorzien zijn van al dan niet. geëxpandeerde microbolletjes, kunnen met voordeel volgens de uitvinding electrisch geleidend gemaakt worden.

De vorming van de volgens de uitvinding toe te passen doeken kan met alle bekende technieken voor het vervaardigen van een vezeldoek, meer in het bijzonder een non-woven, gerealiseerd worden.

Bij de vervaardiging van non-wovens is door geleidende vezels te mengen met andere vezels nagenoeg iedere gewenste dosering regelmatig verdeeld en nauwkeurig in te stellen. Bovendien heeft deze methode het voordeel, dat hierbij het vlies in één passage door de machine vervaardigd wordt, hetgeen een duidelijke besparing vormt. Een praktische methode voor het vervaardigen van een vezelvlies dat volgens de uitvinding toegepast kan worden, met welke methode een egale vezelverdeling verkregen wordt, is b.v. het vervaardigen van een kaardvlies.

Het vlies kan thermisch, chemisch of mechanisch gebonden zijn.

De vervaardiging van een samenstel kan als volgt geschieden. Een kaardvlies als boven omschreven wordt verankerd, bij voorbeeld door doornaaiden, doorstikken, verlijmen of lassen, in en door het dragermateriaal. Deze verankering kan men bij voorbeeld verkrijgen met behulp van naaldmachines of hydro-entanglementinstallaties. Ook met het doorstikken van electrisch geleidende garens/draden/fi1ament en door het versterkingsmateriaal zou men de wapening electrisch geleidend kunnen maken. Alle verankeringsmethoden waarbij geleidende vezels door het versterkingsmateriaal steken, zijn geschikt. Het is ook mogelijk een brei-, of weeftechniek toe te passen, waarbij een zogenaamd 2 1/2_ of 3 dimensionaal breisel of weefsel wordt verkregen, mits door het doek heen een electrisch geleidende draad of garen wordt toegepast. Chemische verankering kan geschieden door behandeling met een binder, terwijl thermische verankering geschiedt met een geschikt type vezel of poeder.

De uitvinding omvat, zoals gezegd, mede de toepassing van een kabelband die voorzien is van in water zwelbaar materiaal, zoals zwelpoeder of zwelvezels. Door toepassing van dergelijke in water zwelbare materialen in een band verkrijgt de kabel langswaterdichtheid, aangezien het zwellende materiaal bij contact met water de rest van de kabel afsluit voor verder doordringen ervan over de lengte van de kabel. De toepassing van dergelijke in water zwelbare materialen voor het verkrijgen van langswaterdichtheid in kabelband is reeds bekend, echter niet in combinatie met de volgens de onderhavige uitvinding toegepaste geleidende vezels. Gangbare in water zwelbare materialen zijn zwelvezels en zwelpoeder, zoals beschreven in Jicable 1991, Communication A.7.1, R.S. de Boer en P. Vogel, "The use of waterswellable materials in the design of power cables".

De uitvinding wordt hierna toegelicht aan de hand van enkele voorbeelden, zonder daartoe beperkt te zijn.

Voorbeeld 1

Een vezelmengsel bestaande uit 5 gew.% verkoperde en vernikkelde acrylvezel, 70 gew.% zwelvezel op acrylvezelbasis en 25 gew.% polyesterbicomponentvezel werd verwerkt tot een non-woven kabelband. De eigenschappen hiervan zijn opgenomen in tabel 1.

Tabel 1

Gewicht g/m2 33

Dikte mm 0,36

Treksterkte N/cm 2,0

Rek % 8

Zwelvermogen mm 2,2

Zwelsnelheid mm/le min 2,1

Vochtgehalte % 4,1

Doorgangsweerstand (DIN.54345.1; 5 kg) Ω 2,0

Voorbeelden 2-11

Analoog aan voorbeeld 1 zijn een aantal proeven uitgevoerd waarbij tijdens het vervaardigen van de kabelband de samenstelling van het vezelmengsel en de procescondities gevarieerd zijn.

In de tabellen 2 t/m 11 zijn de resultaten van deze proeven opgenomen.

Tabel 2

Thermoprintproeven samenstelling 65 % Zwelvezel 30 % PES bico vezel 5 % Ni-Cu-vezel

Kalandertemperatuur : 180°C

Tabel 3

Thermoprintproeven samenstelling 70 % Zwelvezel 25 % PES bico vezel 5 % Ni-Cu-vezel

Druk : 100 kN

Tabel 4

Druk : 200 kN

Tabel 5

Thermoprintproeven samenstelling 70 % Zwelvezel 30 % PES bico vezel 5 % Ni-Cu-vezel

Druk : 200 kN

Tabel .6,

Druk : 200 kN

Tabel 7

Druk : 200 kN

TCa 1 ancierproeven : 95 % Zwelvezel; 5 % Ni-Cu vezel;

Tabel 8

Druk 100 kN

Tabel 9

Kalanderproeven: 80 % Zwelvezel; 15 % PES vezel; 5 % Ni-Cu vezel;

Druk 100 kN

Kalanderproeven: 65 % Zwelvezel; 30 % PES vezel; 5 % Ni-Cu vezel;

Tabel 10

Druk 100 kN

Tabel 11 65 % Zwelvezel; 30 % PES vezel; 5 % Ni-Cu vezel;

Kalanderproeven:

Druk 100 kN

Voorbeeld 12

Een vezelvlies dat voorzien is van 10 gew.% verkoperde en vernikkelde acrylvezel werd door middel van naalden aangebracht op een zwelvlies (3E116/Firet Cablewrapping). De eigenschappen van het verkregen materiaal zijn weergegeven in tabel 12.

Voorbeeld 13

Op een polyester spunbond van ca. 70 g/m2 wordt een kaardvlies met een gewicht van 20 g/m2 gelegd en doorgenaaid. Het kaardvlies bevat ca. 65 gew.% gemetalliseerde vezels (verkoperde en vernikkelde acrylvezel) en ca. 35 gew.% onverstrekte polyester vezels. Het doorgenaaide composiet materiaal wordt vervolgens gekalanderd waardoor men de dichtheid van het produkt sterk verhoogt. Op dezelfde wijze als hierboven beschreven wordt een produkt vervaardigd met ca.20 gew % gemetalliseerde vezels in het kaardvlies van 20 g/m2. De afschermende werking van de twee vliezen is weergegeven in tabel 13.

Voorbeelden 14 en 15

Op een spunbond drager van 25 g/m2 werd een aantal geleidende zwelvliezen aangebracht door naalden. In de eerste serie proeven werd een geleidend zwelvlies toegepast dat bestond uit 99 gew.% superabsorberende vezel op acrylvezelbasis en 1 gew.% verkoperde en vernikkelde acrylvezel (tabel 14) . In de tweede serie proeven was deze verhouding 90/10 (tabel 15).

In beide series proeven werd de hoeveelheid opgenaaid geleidend zwelvlies gevarieerd In de tabellen 14 en 15 zijn de resultaten opgenomen.

Claims

1. Toepassing van een geleidend vezeldoek omvattende geleidend vezelmateriaal, als kabelband, voor het verschaffen van geleiding, afscherming, of een combinatie van beide, in een kabel.

2. Toepassing volgens conclusie 1, waarin het geleidende vezeldoek tevens in water zwelbaar materiaal en/of niet of nagenoeg niet geleidend, desgewenst versterkend vezelmateriaal bevat.

3. Toepassing volgens conclusie 1 of 2, waarin het geleidend vezelmateriaal gekozen is uit de groep bestaande uit metaalvezels en gemetalliseerde vezels.

4. Toepassing volgens conclusie 3, waarin de vezels gemetalliseerd zijn met nikkel, aluminium, staal, chroom koper, zink, tin of zilver, dan wel met legeringen daarvan.

5. Toepassing volgens conclusie 1-4, waarbij het versterkende vezelmateriaal gebaseerd is op een materiaal gekozen is uit de groep bestaande uit glasvezels, polyestervezels, koolstofvezels, polyamidevezels, aramidevezels, acrylvezels en mengsels daarvan.

6. Toepassing volgens conclusie 1-5, waarbij als in water zwelbaar materiaal een zwelpoeder en/of een zwelvezel toegepast wordt.

7. Toepassing volgens conclusie 1-6, waarbij het gehalte aan geleidende vezels in het doek gekozen wordt in afhankelijkheid van het soort kabel.

8. Toepassing volgens conclusie 7, waarbij de kabel een energiekabel is en het vezeldoek een dusdanige constructie en gehalte aan geleidende vezels heeft, dat er sprake is van doorgangsgeleiding.

9. Toepassing volgens conclusie 7, waarbij de kabel een signaalkabel is en het vezeldoek een dusdanige constructie en gehalte aan geleidende vezels heeft, dat er sprake is van electromagnetische afscherming.

10. Toepassing van een samenstel omvattende ten minste één niet of nagenoeg niet geleidend vezeldoek en ten minste één geleidend vezeldoek, dat aan ten minste één zijde van het dragermateriaal aangebracht is, waarbij vezels van het geleidende doek eventueel door het genoemde niet geleidende vezeldoek heen in electrisch geleidend contact met de andere zijde van dat vezeldoek gebracht zijn als kabelband, voor het verschaffen van geleiding, afscherming, of een combinatie van beide, in een kabel.

11. Toepassing volgens conclusie 10, waarbij tevens een in water zwelbaar materiaal aangebracht is op en/of in het samenstel.

12. Samenstel omvattende ten minste één niet of nagenoeg niet geleidend vezeldoek en ten minste één geleidend vezeldoek, dat aan ten minste één zijde van het dragermateriaal aangebracht is, waarbij vezels van het geleidende doek eventueel door het genoemde niet geleidende vezeldoek heen in electrisch geleidend contact met de andere zijde van dat vezeldoek gebracht zijn, welk samenstel tevens voorzien is van een in water zwelbaar materiaal.

13. Samenstel volgens conclusie 12, waarbij als zwellend materiaal een zwelpoeder en/of een zwelvezel toegepast wordt.

14. Samenstel volgens conclusie 12 of 13, waarbij het samenstel een dusdanige constructie en gehalte aan geleidende vezels heeft, dat er sprake is van doorgangsgeleiding.

15. Samenstel volgens conclusie 12 of 13, waarbij het samenstel een dusdanige constructie en gehalte aan geleidende vezels heeft, dat er sprake is van electromagnetische afscherming.

16. Energie- of signaalkabel verkregen volgens conclusie 1-11, of onder toepassing van het samenstel volgens conclusie 12-15.

17. Energie- of signaalkabel vervaardigd onder toepassing van een samenstel omvattende ten minste één niet of nagenoeg niet geleidend vezeldoek en ten minste één geleidend vezeldoek, dat aan ten minste één zijde van het dragermateriaal aangebracht is, waarbij vezels van het geleidende doek eventueel door het genoemde niet geleidende vezeldoek heen in electrisch geleidend contact met de andere zijde van dat vezeldoek gebracht zijn als kabelband, voor het verschaffen van geleiding, afscherming, of een combinatie van beide, in de kabel.