(57)【要約】  難燃性ケーブルの場合、驚くべきことに、少なくとも２つの絶縁層と、２．６以下の複合誘電定数と、０．００５以下の複合散逸率とを有する絶縁導体を、たとえ絶縁層の１つが２．６を超える誘電定数または０．００５を超える散逸率を持っていても調製できることが見出されている。驚くべきことに、２．６以下の複合誘電定数および０．００５以下の複合散逸率を有する絶縁導体が、絶縁層ポリマーとしての非ハロゲン化ポリオレフィンを用いて調製できることも見出されており、ここでポリオレフィンは比較的不十分な誘電／散逸特性を有し、絶縁層組成物はハロゲン化またはアンチモントリオキシド難燃性添加剤を実質的に含まない。【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）導体と；
（ｂ）前記導体を包囲する内部絶縁層と；
（ｃ）前記内部絶縁層を包囲する外部絶縁層と；
を包囲する絶縁導体を含み、
前記絶縁導体が２．６又はそれより小さい複合誘電定数および０．００５又はそれより小さい複合散逸率を有し、前記内部絶縁層または外部絶縁層が２．６を超える誘電定数または０．００５を超える複合散逸率を有する、難燃性ケーブル。
【請求項２】
（ａ）導体と；
（ｂ）前記導体を包囲する内部絶縁層と；
（ｃ）前記内部絶縁層を包囲する外部絶縁層と；
を包囲する絶縁導体を含み、
前記絶縁導体が２．６又はそれより小さい複合誘電定数および０．００５又はそれより小さい複合散逸率を有し、前記内部絶縁層を調製するための第１のポリマー組成物が第１の非ハロゲン化ポリマーを含み、ハロゲン化難燃性添加剤またはアンチモンオキシドを実質的に含まず、そして外部絶縁層を調製するための第２のポリマー組成物が第２の非ハロゲン化ポリマーを含み、ハロゲン化難燃性添加剤またはアンチモンオキシドを実質的に含まない、難燃性ケーブル。
【請求項３】
前記第１のポリマー組成物がさらに、第１の非ハロゲン化ポリマー１００重量部当たり３０重量部を超える量で非ハロゲン化難燃性添加剤を含み、第２のポリマー組成物がさらに、第２の非ハロゲン化ポリマー１００重量部当たり１００〜３００重量部の量で非ハロゲン化難燃性添加剤を含む、請求項２に記載のケーブル。
【請求項４】
前記非ハロゲン化難燃性添加剤がエチレンジアミンホスフェート、メラミン、メラミンピロホスフェート、メラミンホスフェート、アンモニウムポリホスフェート、メラミンポリホスフェート、カルシウムカーボネート、タルク、粘土、有機修飾粘土、カルシウムヘキサボラート、アルミナ、チタンオキシド、カーボン・ナノチューブ、亜鉛ボラート、珪灰石、マイカ、シリコーンポリマー、ホスフェートエステル、ヒンダードアミン安定剤、メラミンオクトモリブダート、アンモニウムオクトモリブダート、拡張グラファイト、フリット、中空ガラスビーズおよびその混合物から成る群より選択される、請求項３に記載のケーブル。
【請求項５】
前記絶縁導体が
【数１】
2008501210.tif 000009
および
【数２】
2008501210.tif 000010
（式中、ε1およびε2は、それぞれ内部および外部絶縁層の誘電定数であり、ｒ0は導体の半径である；ｒ1はｒ0と内部絶縁層の厚さとの和である；ｒ2はｒ1と外部絶縁層の厚さとの和であり；ｔａｎδ1およびｔａｎδ2は、それぞれ内部および外部絶縁層の散逸率である）
によって定義される複合誘電定数（εt）および複合散逸率（ｔａｎδt）を有する２つの層を有する、請求項４に記載のケーブル。
【請求項６】
前記内部絶縁層、外部絶縁層、または両方の絶縁層が発泡される、請求項１に記載のケーブル。
【請求項７】
絶縁導体の４ツイストペアおよびプレナム認定ジャケット材料を含む、請求項１に記載のケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気通信用難燃性ケーブルに関する。より詳しくは、本発明は、少なくとも２つの絶縁層と、２．６以下の複合誘電定数と、０．００５以下の複合散逸率とを有する絶縁導体に関する。絶縁導体を用いて作製された電気通信ケーブルは、空気循環システムのプレナムスペースで使用するのに特に適している。
【背景技術】
【０００２】
建物の建設において、火事の場合に延焼ならびに煙の発生および広がりを抑制する材料を使用することが極めて重要である。したがって、これらの材料要件を満たす電気通信ケーブルを選択および設置することが重要である。
【０００３】
空気循環システムのプレナム・チャンバ用電気通信ケーブルの従来の設計は一般に、ポリビニルクロライドまたはフルオロポリマーをジャケット材料として使用する。また、大半のプレナム・ケーブル絶縁体開発は、高レベルの難燃性または煙抑制添加剤を有する高価なフッ素化エチレンポリマー（「FEP」）またはポリオレフィンを使用した、難燃性の改善および煙発生の低減に焦点を合わせてきた。不運なことに、添加剤はポリオレフィンの誘電特性を低下させる。また、添加剤がハロゲン化されている場合、それらは燃焼中に腐食性ガスを発生する。
【０００４】
ＴＩＡ／ＥＩＡ  ５６８Ａ規格は、カテゴリ５および５ｅケーブルについての電気的要件、たとえば０．７７２〜１００ＭＨｚの周波数範囲での所与の導体対に関するインピーダンス、減衰、リターンロスおよびクロストーク要件を定めている。この試験には、１００メートルのケーブルを使用する。インピーダンスは、０．７７２ＭＨｚにて少なくとも８５であり、１００ＭＨｚにて１１５又はそれ以下であるが望ましい。リターンロスは、０．７７２〜１００ＭＨｚの試験周波数に応じて、２５ｄＢにて少なくとも１７であることが望ましい。減衰は、０．７７２ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの試験周波数に応じて、５．８〜２２ｄＢ又はそれ以下であることが望ましい。
【０００５】
インピーダンスおよび減衰は重要な電気特性である。インピーダンスは、ケーブルの長さに沿った信号伝送への耐性である。ケーブルのインピーダンスは、導体の直径およびその特性、絶縁体の種類およびその厚さ、ならびに個々の対が撚り合わされる堅さによって制御される。より太いケーブルは、より高いインピーダンスを与える。絶縁体が厚すぎる場合、ケーブルインピーダンスは、最大所望値を超えることができる。
【０００６】
減衰は、信号が伝送される距離での信号強度の低下である。導体および絶縁体は、ケーブル減衰の主な原因である。より大きな導体またはより小さい抵抗は、より低い減衰を与える。絶縁体のより大きな厚さも、より低い減衰を与える。
【０００７】
所与のケーブル設計により、絶縁体の所望の誘電特性は、ケーブルのカテゴリ５／５ｅ電気要件を満たすために、ＡＳＴＭ  Ｄ  １５３１試験方法によって、１ＭＨｚにて２．６又はそれ以下である誘電定数（ＤＣ）および０．００５又はそれ以下である散逸率（ＤＦ）を有することになっている。
【０００８】
ＮＦＰＡ  ２６２試験は、配線管に収容されたケーブルなしで、ダクト、プレナム、および周囲空気を運搬するために使用される他のスペースに設置される電気および光ファイバーケーブルの火炎伝播距離および光学煙密度を決定する火災試験方法である。ケーブルはケーブルトレー内に配置され、２５フィート長のケーブルが幅１１．２５インチの全トレー幅を覆う。点火バーナーの炎（８８ｋＷ）が、気流速度２４０フィート／分でケーブルトレーの一端に点けられる。試験時間は２０分である。ケーブルは、火炎伝播が５フィート又はそれ以下である場合、ピーク煙が０．５又はそれ以下である場合、そして平均煙が０．１５又はそれ以下である場合は、合格と見なされる。ケーブルが後者の基準を満たす場合、それは難燃性である。
【０００９】
米国特許第５，４６２，８０３号は、導体を包囲するフルオロポリマーを備えた導体と、ポリ塩化ビニルの外層とを備えたケーブルについて記載されている。
【００１０】
米国特許第５，５６３，３７７号は、安価な「難燃性ポリオレフィン」内層およびＦＥＰを含有する外層を使用することについて記載されている。ポリオレフィンに難燃性を付与するために、塩素化、臭素化または金属添加剤が使用されている。
【００１１】
カナダ出願第２，２３８，５９６号は、ポリオレフィンおよび難燃性添加剤から調製した発泡難燃性内層について記載されている。
【００１２】
Gingue, et al.への米国特許第５，６７０，７４８号は、ポリオレフィンまたはポリウレタンの発泡層およびハロゲン化材料の外層によって包囲された導体について記載されている。
【００１３】
難燃性ケーブルの場合、驚くべきことに、少なくとも２つの絶縁層と、２．６又はそれより小さい複合誘電定数（composite dielectric constant）と、０．００５又はそれより小さい複合散逸率（composite dissipation factor）とを有する絶縁導体を、たとえ絶縁層の１つが２．６を超える誘電定数または０．００５を超える散逸率を持っていても調製できることが見出されている。
【００１４】
２つの層を備えた絶縁導体の場合、複合誘電定数εtは
【数３】
2008501210.tif 000002
によって定義され、式中、ε1およびε2は、それぞれ内部および外部絶縁層の誘電定数であり、ｒ0は導体の半径である；ｒ1はｒ0と内部絶縁層の厚さとの和である；ｒ2はｒ1と外部絶縁層の厚さとの和である。
【００１５】
複合散逸率（またはｔａｎδ）は：
【数４】
2008501210.tif 000003
として定義され、式中、ｔａｎδ1およびｔａｎδ2は、それぞれ内部および外部絶縁層の散逸率である。
【００１６】
驚くべきことに、２．６又はそれより小さい複合誘電定数および０．００５又はそれより小さい複合散逸率を有する絶縁導体が、絶縁層ポリマーとしての非ハロゲン化ポリオレフィンを用いて調製できることも見出されており、ここでポリオレフィンは比較的不十分な誘電／散逸特性を有し、絶縁層組成物はハロゲン化またはアンチモントリオキシド難燃性添加剤を実質的に含まない。
【００１７】
本発明の難燃性ケーブルは絶縁導体を含み、絶縁導体は導体と、導体を包囲する内部絶縁層と、内部絶縁層を包囲する外部絶縁層とを含む。絶縁導体は、２．６又はそれより小さい複合誘電定数および０．００５又はそれより小さい複合散逸率を有する。内部絶縁層または外部絶縁層は、２．６を超える誘電定数、０．００５を超える散逸率、またはその両方を有する。
【００１８】
好ましい実施形態において、内部絶縁層を調製するための第１のポリマー組成物は、第１の非ハロゲン化ポリマーを含み、ハロゲン化難燃性添加剤またはアンチモンオキシドを実質的に含まず、そして外部絶縁層を調製するための第２のポリマー組成物は、第２の非ハロゲン化ポリマーを含み、ハロゲン化難燃性添加剤またはアンチモンオキシドを実質的に含まない。
【００１９】
本発明で有用な非ハロゲン化ポリオレフィンの例は、ポリエチレンポリマー、ポリプロピレンポリマー、エチレンターポリマー、エチレンプロピレンジエンターポリマー（EPDM）またはエチレン−プロピレンゴムを含む。
【００２０】
本明細書において用語として用いられるポリエチレンポリマーは、エチレンのホモポリマーあるいはエチレンおよびわずかな割合の、３〜１２個の炭素原子、好ましくは４〜８個の炭素原子を有する１又はそれ以上のアルファ−オレフィン、および場合によりジエンのコポリマー、あるいはかかるホモポリマーおよびコポリマーの混合物またはブレンドである。混合物は、機械的ブレンドまたはｉｎ  ｓｉｔｕブレンドでありうる。アルファ−オレフィンの例は、プロピレン、１−ブテン、１−ヘキセン、４−メチル−１−ペンテン、および１−オクテンである。ポリエチレンは、エチレンおよび不飽和エステル、たとえばビニルエステル（たとえばビニルアセテートあるいはアクリルまたはメタクリル酸エステル）のコポリマーまたはエチレンおよびビニルシラン（たとえばビニルトリメトキシシランおよびビニルトリエトキシシラン）のコポリマーでもありうる。第３のコモノマー、たとえば別のアルファ−オレフィンまたはジエン、たとえばエチルジエンノルボルネン、ブタジエン、１，４−ヘキサジエン、またはデシルシクロペンタジエンも含まれうる。
【００２１】
エチレン／プロピレン／ジエンターポリマーは一般に、ＥＰＤＭと呼ばれ、エチレン／プロピレンコポリマーは一般に、ＥＰＲと呼ばれる。ＥＰＤＭでは、第３のコモノマーは、コポリマーの重量に基づいて１〜１５重量パーセントの量で存在可能であり、好ましくは１〜１０重量パーセントの量で存在する。コポリマーがエチレンを含めて２つまたは３つのコモノマーを含有することが好ましい。
【００２２】
本明細書で使用されるように、ハロゲンは、周期律表に従って定義され、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、およびアスタチンを含む。したがって本明細書で使用されるように、非ハロゲン化ポリマーポリオレフィンは、ポリオレフィンを難燃性にする量でフッ素、塩素、または臭素によって置換されたポリオレフィンを除く。そのようであるため、フッ素化エチレンポリマーは除外される。
【００２３】
本明細書で使用されるように、ハロゲン化難燃性添加剤またはアンチモントリオキシドを実質的に含まないとは、ハロゲン化難燃性添加剤またはアンチモントリオキシドが、絶縁組成物から調製した絶縁層に難燃性を付与するのに十分な量で存在しないことを意味する。好ましい態様において、ハロゲン化難燃性添加剤またはアンチモントリオキシドは全く存在しないか、微量でのみ存在する。
【００２４】
本発明によって使用できる非ハロゲン化難燃性添加剤の例は、エチレンジアミンホスフェート、メラミン、メラミンピロホスフェート、メラミンホスフェート、アンモニウムポリホスフェート、メラミンポリホスフェート、カルシウムカーボネート、タルク、粘土、有機修飾粘土、カルシウムヘキサボラート、アルミナ、チタンオキシド、カーボン・ナノチューブ、亜鉛ボラート、珪灰石、マイカ、シリコーンポリマー、ホスフェートエステル、ヒンダードアミン安定剤、メラミンオクトモリブダート、アンモニウムオクトモリブダート、拡張グラファイト、フリット、中空ガラスビーズおよびその混合物を含む。
【００２５】
本発明のこの態様において、外部絶縁層は優れた難燃性を有し、内部絶縁層は優れた電気特性を有するであろう。どちらの絶縁層も所望のレベルを超えた煙を発生しないことが望ましい。外部絶縁層は好ましくは、樹脂１００重量部当たり難燃性添加剤１００〜３００部を有することが望ましい。外部絶縁層に難燃性添加剤を上述のように装填すると、内部絶縁層は好ましくは、樹脂１００重量部当たり難燃性添加剤３０部未満を有することが望ましい。
【００２６】
上述の難燃性添加剤の１又はそれ以上、たとえば樹脂１００重量部当たり（ｐｈｒ）エチレンジアミンホスフェート１２０部およびメラミン３０ｐｈｒを用いて調合したポリオレフィンは、ＡＳＴＭ  Ｄ  １５３１によって測定したように、１ＭＨｚにて３．３４の誘電定数および０．０００４の散逸率を有する。この絶縁組成物から調製した絶縁層は、市販用の誘電要件を満足しない。
【００２７】
しかしながら、絶縁層を適切な第２の絶縁層と結合させたときに、生じた絶縁導体は市販用の誘電要件を満足できる。複合誘電定数および複合散逸率の式（以下に示す）は、適切な第２の絶縁層の選択を可能にする。
【００２８】
複合誘電定数、εtは：
【数５】
2008501210.tif 000004
によって定義され、式中、ε1およびε2は、それぞれ内部および外部絶縁層の誘電定数であり、ｒ0は導体の半径である；ｒ1はｒ0と内部絶縁層の厚さとの和である；ｒ2はｒ1と外部絶縁層の厚さとの和である。
【００２９】
複合散逸率（またはｔａｎδt）は：
【数６】
2008501210.tif 000005
として定義され、式中、ｔａｎδ1およびｔａｎδ2は、それぞれ内部および外部絶縁層の散逸率である。
【００３０】
０．０２１２インチの直径を備えた２４ＡＷＧワイヤならびに３．３４の誘電定数および０．０００４の散逸率を備えた外部絶縁層を有する絶縁導体の、２．６の複合誘電定数および０．００５の複合散逸率を満足させるために、表１に各厚さにおける内部絶縁層の最大許容誘電特性を挙げる。絶縁層の全複合厚は８ミルである。
【００３１】
【表１】
2008501210.tif 000006
【００３２】
２５ｐｈｒ  エチレンジアミンホスフェートおよび０．３ｐｈｒ相乗添加剤を用いて調合したポリオレフィンポリマーまたはポリマーブレンドは、１ＭＨｚにて２．３０の誘電定数および
０．０００４の散逸率を有する。表１により、これらの組成物は、５ミルまでの厚さにて電気的要件を満たすために、内部絶縁層化合物として使用できる。かかる絶縁導体の４ツイストペアで作製され、市販のプレナム認定ジャケット材料によって被覆されたケーブルは、ＴＩＡ／ＥＩＡ  ５６８  Ａ試験の電気的要件ならびにＮＦＰＡ  ２６２試験の防煙防炎要件を満たすであろう。
【００３３】
好ましい実施形態において、内部絶縁層、外部絶縁層、または両方の絶縁層が発泡される。
【００３４】
好ましい別の実施形態において、どちらの絶縁層も２．６を超える誘電定数または０．００５を超える散逸率を持たない。
【００３５】
以下の非制限的な実施例で、本発明を説明する。
【００３６】
以下は、本発明の以下の実施例で使用される非ハロゲン化難燃剤を用いて調合したポリオレフィンポリマーの代表的な組成物である。
【００３７】
【表２】
2008501210.tif 000007
【００３８】
これらの実施例において、０．０２１２インチの直径を備えた２４ＡＷＧ導体は、２つの非ハロゲン化ポリオレフィンによって、８ミルの全複合絶縁厚にて絶縁される。化合物Ａは、外部絶縁層の代表的な例である。化合物Ａの誘電定数（DC）および散逸率（DF）は、ＡＳＴＭ  Ｄ  １５３１によって測定されたように、それぞれ３．２１および０．０００４７である。
【００３９】
表３に、２．６の複合誘電定数および０．００５の複合散逸率を満たすために、化合物Ａを外部絶縁層として使用したときの、各厚さにおける内部絶縁層の最大許容誘電特性を挙げる。
【００４０】
【表３】
2008501210.tif 000008
【００４１】
２．５９の誘電定数および０．０００４２の散逸率を有する化合物Ｂは、化合物Ａが外部絶縁層として使用されたときに、その高い誘電特性のために内部絶縁層として使用できない。しかしながら２．３０の誘電定数および０．０００４の散逸率を有する化合物Ｃは、化合物Ａが外部絶縁層として使用されるときに、複合電気的要件を満たすために５ミルまで使用できる。
【００４２】
市販のプレナム認定ジャケット材料（plenum-rated jacket materials）によって被覆され、内部絶縁層としての化合物Ｃおよび外部絶縁層としての化合物Ａを用いた、かかる絶縁導体の４ツイストペア（4 twisted paris）は、ＴＩＡ／ＥＩＡ  ５６８  Ａ試験による電気的要件およびＮＦＰＡ  ２６２試験による防煙防炎を満たすであろう。
【国際調査報告】
2008501210.tif 000011
2008501210.tif 000012
2008501210.tif 000013
2008501210.tif 000014
2008501210.tif 000015