專利名稱:用于同軸電纜的絕緣材料、同軸電纜和制造同軸電纜的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種用于同軸電纜的絕緣材料,具有由所述材料獲得的泡沫絕緣層的同軸電纜,和制造所述同軸電纜的方法。特別是,本發(fā)明涉及一種特別適用于制成同軸電纜泡沫絕緣層的絕緣材料,具有由所述材料制成的泡沫絕緣層的同軸電纜,和制造所述電纜的方法。
通常地,人們廣泛地使用在導(dǎo)體上具有泡沫絕緣層的絕緣導(dǎo)線,它是通過聚合物成分的泡沫擠出來制成的。
適用于這種泡沫擠出的聚合物成分包括如聚烯烴樹脂,如聚乙烯,熱可分解化合物,如4,4‘-羥基雙苯磺酰肼(OBSH)和偶氮二酰胺(ADCA)作為成核劑,和發(fā)泡劑如氯氟烴。
當(dāng)使用含有聚烯烴樹脂成分和OBSH作為成核劑時,在OBSH熱分解過程中會產(chǎn)生水,并且它會包含在發(fā)泡體內(nèi),這會對傳輸性能等起相反的作用。為了避免這種情況,所得泡沫絕緣層需要進行于燥,例如通過真空干燥,這是工業(yè)方面的問題。
當(dāng)使用含有ADCA作為成核劑的成分時,會產(chǎn)生由ADCA熱分解的殘余物,如聯(lián)二脲,氰尿酸和尿唑,由于其極性會使得在高頻區(qū)域產(chǎn)生介質(zhì)損耗,其明顯地會增加所得泡沫絕緣層的損耗常數(shù)(下面稱作tanδ),由此會降低絕緣層的電性能。分解殘余物還會使泡沫絕緣層高吸水,因此,發(fā)泡體需要儲存在低濕度氣氛中。
日本專利待審公告號348141/1992公開了一種用于泡沫擠出的復(fù)合物,它包括含有能熱熔擠出的聚烯烴樹脂的基本樹脂,和在發(fā)泡溫度下不分解的作為成核劑的低極性硼化合物粉末。
日本專利申請?zhí)?2983/1995公開了一種用于泡沫擠出的復(fù)合物,它包括含有能熱熔擠出的聚烯烴樹脂的基本樹脂,和作為成核劑的特定氮化硼。
含有氮化硼的復(fù)合物提供一泡沫制品,其遠優(yōu)于通過常用的含有已知成核劑如ADCA的發(fā)泡成分所獲得的泡沫制品,尤其在各種特性方面,特別是電性能(即tanδ)。然而,這種泡沫制品還具有缺陷,它具有比常用材料所獲得的泡沫制品大的單元直徑,從而使其本身不能按所要求的機械強度或硬度來使用,并且其價格昂貴。
日本專利待審公告號279739/1990和64335/1991教導(dǎo)了一種用以制成泡沫制品的方法,它包括加熱熱塑性樹脂和碳氟化合物粉末或用的增塑的成核劑的混合物,并加入發(fā)泡劑。
上述兩公報涉及一種用于熱絕緣的泡沫制品,它設(shè)有建議一種可發(fā)泡復(fù)合物,其適用于制成同軸電纜的泡沫絕緣層,其能夠使發(fā)泡制品在電性能上特別優(yōu)異,和具有由所述復(fù)合物獲得的絕緣層的同軸電纜。
因此,本發(fā)明的目的就是提供一種用于經(jīng)濟的同軸電纜的絕緣材料,它能夠制成具有微小均勻單元和高膨脹化的泡沫制品,其消除了泡沫制品的干燥步驟。
本發(fā)明的另一目的就是提供一種具有電性能優(yōu)異的絕緣層的同軸電纜,其絕緣層是通過所述絕緣材料獲得的。
本發(fā)明的還一目的就是提供一種制造上述同軸電纜的方法。
按照本發(fā)明,現(xiàn)提供下列用于同軸電纜的絕緣材料(1)-(6),同軸電纜(7)-(12),和制造同軸電纜的方法(13)。
(1)用于同軸電纜的絕緣材料,它包括能夠熱熔擠出的聚烯烴樹脂,和作為成核劑的氟樹脂粉末,其材料能夠在有發(fā)泡劑情況下泡沫擠出。
(2)上述(1)的絕緣材料,其進一步包括發(fā)泡劑。
(3)上述(1)或(2)的絕緣材料,其中聚烯烴樹脂是高密度聚乙烯,低密度聚乙烯或高密度聚乙烯和低密度聚乙烯的混合物。
(4)上述(1)至(3)中任一絕緣材料,其中氟樹脂粉末是從由聚四氟乙烯粉末,四氟乙烯-全氟烴基-乙烯醚共聚物粉末和乙烯-四氟乙烯共聚物粉末組成的組中選出的一種。
(5)上述(1)至(4)中任一絕緣材料,其中氟樹脂粉末添加比例相對于100份重量的聚烯烴樹脂為0.01-10份重量。
(6)上述(1)至(5)中任一絕緣材料,其中氟樹脂粉末的平均粒徑為0.1-100μm。
(7)一種同軸電纜,它包括一泡沫絕緣層,其是通過用于同軸電纜的絕緣材料所制成的,其材料包括能夠熱熔擠出的聚烯烴樹脂和作為成核劑的氟樹脂粉末,它們能夠在有發(fā)泡劑的情況下泡沫擠出。
(8)上述(7)的同軸電纜,其中用于同軸電纜的絕緣材料包含發(fā)泡劑。
(9)上述(7)或(8)的同軸電纜其中聚烯烴樹脂是高密度聚乙烯,低密度聚乙烯或高密度聚乙烯和低密度聚乙烯的混合物。
(10)上述(7)至(9)的任一同軸電纜,其中氟樹脂粉末是從由聚四氟乙烯粉末,四氟乙烯-全氟烴基-乙烯醚共聚物粉末和乙烯-四氟乙烯共聚物粉末組成的組中選出的一種。
(11)上述(7)至(10)的任一同軸電纜,其中氟樹脂粉末添加比例相對于100份重量的聚烯烴樹脂為0.01-10份重量。
(12)上述(7)至(11)的任一同軸電纜,其中氟樹脂粉末的平均粒徑為0.1-100μm。
(13)一種制造同軸電纜的方法,它包括在導(dǎo)體上擠出一復(fù)合物,該復(fù)合物包括能夠熱熔擠出的聚烯烴樹脂和作為成核劑的氟樹脂粉末,在有發(fā)泡劑的情況下可制成泡沫絕緣層。
圖1表示本發(fā)明同軸電纜制造設(shè)備的一實施例,其中1是導(dǎo)體供給裝置,2是初級加熱器,3是-泵,4是一次擠出機,5是二次擠出機,6是-模具,8是一導(dǎo)體和9是一擠出機機頭。
本發(fā)明的絕緣材料包括作為基礎(chǔ)樹脂的聚烯烴樹脂,它能夠熱熔擠出。
能夠熱熔擠出的聚烯烴樹脂的實例包括聚乙烯[如,高密度聚乙烯(HDPE),中密度聚乙烯(MDPE),低密度聚乙烯(LDPE),和HDPE和LDPE的混合物],聚丙烯,和丙烯-乙烯共聚物,其中丙烯和乙烯是隨意或嵌段共聚而成的。特別是,聚乙烯,尤其是HDPE和HDPE和LDPE的混合物,特別適用于獲得優(yōu)異的膨脹比。在HDPE和LDPE的混合物中HDPE和LDPE的比例相對于100份重量的HDPE通常為10-900份重量的LDPE,最好是12.5-400份重量,更好是100-400份重量。
正如這里所使用的,LDPE意味著其具有不小于0.910g/cm3的密度和不大于0.925g/cm3的密度;MDPE意味著其具有超過0.925g/cm3而不大于0.940g/cm3的密度;和HDPE意味著其具有超過0.940g/cm3而不大于0.965g/cm3的密度。
在本發(fā)明中所使用的聚烯烴樹脂的熔體流動速率(下面簡稱MFR)的最適用范圍如可為0.5-10g/10min,對于聚乙烯最好為0.6-8g/10min,對于聚丙烯最好為1-20g/10min,更好是1.5-15g/10min,其中MF R是按照JIS K7210確定的。確定條件是對于聚乙烯加載2.16kg溫度為190℃,對于聚丙烯則加載2.16kg溫度為230℃。
基礎(chǔ)樹脂除上述聚烯烴樹脂以外可包含一定量的其它樹脂,如聚苯乙烯,其不會妨礙本發(fā)明目的完成。當(dāng)添加其它樹脂時,其加入量最好不超過20%重量的基礎(chǔ)樹脂。
在本發(fā)明中,是將氟樹脂粉末作為絕緣材料的成核劑而用于同軸電纜。
氟樹脂粉末的實例包括但不限于下列各粉末,聚四氟乙烯(PTFE),四氟乙烯-金氟烴基乙烯醚共聚物(PFA),乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE),四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP),四氟乙烯-乙烯共聚物,聚偏二氟乙烯(PVdF),聚氯三氟乙烯(PCTFE)和氯三氟乙烯-乙烯共聚物(ECTFE),這里提到了PTFE粉末,PFA粉末和ETFE粉末,特別是提到了PTFE粉末。
氟樹脂粉末的平均粒徑?jīng)]有特別的限制,但根據(jù)單元的均勻性和膨脹比,其最好為0.1-100μm,更好是0.5-50μm。
平均粒徑是通過激光束衍射方法(微跡粒徑分析儀)來確定的。粒徑是通過將約100mg的試驗樣品(氟樹脂粉末)加入乙醇/水(1∶1)溶液中,用超聲波洗滌器(28KH2)將其均勻分散5分鐘,并通過激光粒度測量儀715型(CILAS)對分散液進行測定而確定。
雖然氟樹脂粉末的形狀沒有特別地限制,但其最好是球形,以獲得更好的單元均勻性和理想的膨脹比。
氟樹脂粉末的用量未作特別的限制,但相對于100份重量的基本樹脂,其最好為0.01-10份重量,更好是0.02-0.2份重量。當(dāng)氟樹脂粉末的用量在該范圍內(nèi)時,所制成的制品將具有良好的外觀,高膨脹比和適當(dāng)?shù)膯卧叽纭?br>
添加除氟樹脂粉末以外的成核劑是可能的,這在相關(guān)領(lǐng)域是公知的,其用量不會損害本發(fā)明的性能特征。這種成核劑的實例包括無機化合物的細粉末,如氮化硼,氧化鋁,氧化鋯和滑石,和有機可發(fā)泡化合物,如ADCA和OBSH。當(dāng)使用氟樹脂粉末以外的成核劑時,其用量最好不超過整個成核劑的50%重量。
發(fā)泡劑可根據(jù)成形溫度,發(fā)泡條件,發(fā)泡方法等來適當(dāng)?shù)剡x擇。例如,整個泡沫絕緣層要同時制成,可使用惰性氣體,如氮氣,碳氣氦氣和氬氣;烴類,如甲烷,丙烷,丁烷和戊烷;和鹵代烴類,如二氯二氟甲烷,二氯單氟甲烷,單氯二氟甲烷,三氯單氟甲烷,單氯五氟乙烷和三氯三氟乙烷。
這些發(fā)泡劑中,特別優(yōu)選的是含有氫原子的氯氟烴類(即,HCFC22,HCFC123,HCFC124和HCFC142b),無氯原子的氟烴類,和惰性氣體,如氮氣,烴類氣和氬氣,因為它們可以提供具有均勻微小單元和高膨脹比的泡沫制品。由于不會破壞臭氧層,所以它們在環(huán)境保護方面也是理想的,特別優(yōu)選的是氬氣。
雖然發(fā)泡劑的用量沒有特別的限制,但其相對于100份重量的基本樹脂通常為0.2-20份重量,最好為0.5-10份重量。
本發(fā)明的絕緣材料按需求可包含銅抑制劑,抗氧劑和著色劑。其添加劑的用量相對于100份重量的基本樹脂最好為0.05-2.0份重量,更好是0.1-1.0份重量。
當(dāng)將本發(fā)明的絕緣材料通過材料擠出而提供到導(dǎo)體上以在導(dǎo)體上制成絕緣層時,可在有發(fā)泡劑的情況下對絕緣材料進行處理,由此使泡沫絕緣層隨著絕緣層的形成同時完成。
發(fā)泡劑可以在送入擠出機之前加入絕緣材料中,或者通過安裝在擠出機上的發(fā)泡劑供給裝置與絕緣材料的供給裝置分開地來添加。
圖1中示出了本發(fā)明同軸電纜生產(chǎn)設(shè)備的一實施例。
將饋送到一次擠出機4中的聚烯烴樹脂和成核劑的混合物在一次擠出機4中熔化,將發(fā)泡濟通過泵3壓噴到一次擠出機4中,并完全地與熔體混合。然后,將在一次擠出機4中充分混合的聚烯烴樹脂、成核劑和發(fā)泡劑的混合物傳送到二次擠出機5。
二次擠出機5的擠出溫度最好調(diào)到低于一次擠出機4并略高于聚烯烴樹脂熔化溫度的溫度。例如,當(dāng)使用HDPE和LDPE的混合物時,一次擠出機4中的溫度和壓力最好調(diào)到180-210℃,50-150atm;并且二次擠出機5中的溫度和壓力最好調(diào)制130-140℃,50-150atm。
將由導(dǎo)體送給裝置1饋送的導(dǎo)體8在初級加熱器2中預(yù)加熱,將二次擠出機5中的混合物通過擠出機的擠出頭9擠入模具6,通過模具在軸心部分,使其壓覆到所饋送的導(dǎo)體8的圓周上?;旌衔镌诟灿趯?dǎo)體周圍的同時發(fā)泡。然后,將泡沫混合物逐漸地冷卻以形成泡沫絕緣層。
對于本發(fā)明同軸電纜的結(jié)構(gòu)所采用的方式設(shè)有特別的限制。通常意義上,泡沫絕緣層是通過在內(nèi)導(dǎo)體的周圍由本發(fā)明的絕緣材料形成,在其上制成外導(dǎo)體層,而進一步地在其上形成覆層。
上述各層的厚度未作限制,內(nèi)導(dǎo)體的直徑通常約為5-18mm,包含內(nèi)導(dǎo)體和絕緣層的直徑約為11-45mm,進一步地包含外導(dǎo)體的直徑約為15-47mm,以及電纜的外徑約為17-51mm。
在本發(fā)明中所采用的導(dǎo)體最好是由金屬材料如銅、鋁和錫制成的一種,根據(jù)導(dǎo)電率最好是銅。導(dǎo)體可以是導(dǎo)線或管。
用于本發(fā)明同軸電纜的絕緣材料可提供具有微小均勻單元、良好外觀和高膨脹比的泡沫制品。泡沫制品在電性能方面十分優(yōu)異[小ε(有效介電常數(shù))和tanδ,特別是小tanδ]。添加過量的成核劑不會導(dǎo)致電性能變差,相反會改善電性能。泡沫制品的優(yōu)點在于,它能夠在比通常制品低的成本下制造。
由本發(fā)明絕緣材料制造的泡沫制品具有優(yōu)異的電性能,并且材料可用于通訊饋送線,ITV傳輸線,CATV傳輸線的絕緣層,特別是可用于約1.5-2.5GHz高頻波同軸電纜的絕緣層。
在通過下列實例詳細描述本發(fā)明時,本發(fā)明不限于這些實例。例1-5通過在表2所示的比率下將HDPE(100份重量,0.943g/cm3密度,0.8g/10min的MFR)與表2所示的各種PTFE進行混合而制成用于同軸電纜的絕緣材料。
將所得混合物通過使用氬氣作為發(fā)泡劑的兩步25mm -30mm 擠出機進行泡沫擠出,由此獲得具有約10mm外徑的絕緣泡沫。
在表2中示出了所得絕緣泡沫層的tanδ和最大膨脹比(%),單元的平徑尺寸(mm)和均勻性。絕緣泡沫的tanδ將聚乙烯和成核劑的混合物饋送到25mm -30mm 的擠出機中,并且在通過單獨形成于擠出機上的發(fā)泡劑噴嘴噴射發(fā)泡氣體(Ar)的同時在具有0.813mm直徑的軟銅線上泡沫擠出,由此制成具有泡沫絕緣層的絕緣線(外徑10mm)。在泡沫絕緣層上制成銅線編織層和PVC護層,以得到同軸電纜。將1.06Hz的高頻提供給同軸電纜,通過其衰減計算tanδ和ε。衰減將通過下式表示。
d=dr+dk其中d是衰減,dr是電阻衰減,和dr是泄漏衰減。ar(dB/m)=3.61Zof(K1d+K2·K3D)×10-3]]>dk(dB/m)=9.1·ϵ·tanδ·f×10-3]]>其中Zo是特征阻抗(Ω);f是頻率(Hz);d是內(nèi)導(dǎo)體外徑(m);D是外導(dǎo)體外徑(m);ε和tanδ是如下所述;K1和K2是通過內(nèi)外導(dǎo)體材料的構(gòu)成而確定的常數(shù),例如,對于銅單線和銅管為1,而對于銅絞線為1.2;和K3是通過外導(dǎo)體的形狀確定的常數(shù),例如,對于平滑管其為1.0,而對于波形紋管為1.2。
表1
最大膨脹比(%)最大膨脹比就是絕緣泡沫膨脹比的最大值,它是通過在制備絕緣泡沫時逐漸增大噴入擠出機的氬氣量而獲得的,其比可通過下式計算
其中基本樹脂和泡沫制品的比重通過JIS K7112所確定的浸入法(方法A)來測定。
觀察泡沫制品的截面,用卡尺測量隨意選出的10個單元中較大的直徑,取平均長度作為平均單元尺寸。單元的均勻性視覺觀察泡沫制品的截面,并按照下列標(biāo)準來判斷。
◎每個單元具有基本相同的尺寸○在平均尺寸的單元中有少量較大的單元×主要是大單元例6采用與例1中相同的方式,只是采用HDPE和LDPE(密度0.92g/cm3,MFE為2.0g/10min)30/70(重量比)混合物代替HDPE,制成用以泡沫擠出的絕緣材料,由該材料可制成具有約10mm外徑的絕緣泡沫層。例7采用與例1中相同的方式,只是采用聚丙烯來代替HDPE,制成用以泡沫擠出的絕緣材料,由該材料可制成具有約10mm外徑的絕緣泡沫。例8采用與例1中相同的方式,只是采用LDPE和PP70/30(重量比)來代替HDPE,制成用以泡沫擠出的絕緣材料,由該材料制成具有約10mm外徑的絕緣泡沫。比較例1-7采用與例1中相同的方式,只是采用表3中所示的無機成核劑或有機成核劑來代替PTFE,制成用以泡沫擠出的絕緣材料,由該材料制成具有約10mm外徑的絕緣泡沫。
例6-8和比較例1-7所得各絕緣泡沫可采用與例1相同的方式得出最大膨脹比(%),平均單元尺寸(mm)和單元均勻性。其結(jié)果示于表2和3中。
表2
*PTFE的平均粒徑基本樹脂和成核劑的用量是以重量份采計的。
表3
*PTFE的平均粒徑基本樹脂和成核劑的用量是以重量份來計的。例9通過在表4所示比率下混合HDPE(100份重量,密度0.943g/cm3,MFE0.8g/10min)和PTFE來制成用于同軸電纜的絕緣材料。將所得混合物通過使用氫氣作為發(fā)泡劑的兩步25mm -30mm 擠出機泡沫擠壓在1.4mm 的軟銅線上,由此獲得具有泡沫絕緣層的同軸電纜(長度110m,外徑約為5mm)。在泡沫絕緣層上制成銅線編織層和PVC護層,以得到同軸電纜。將1GHz,1.5GHz或2GHz的高頻施加給同軸電纜,通過其衰減計算tanδ。根據(jù)例1確定最大膨脹比,平均單元尺寸和單元均勻性。
結(jié)果示于表4中。例10-15采用與例9相同的方式,只是采用表4中所示的聚乙烯和成核劑,獲得同軸電纜。
采用與例9相同的方式,計算tanδ。另外,根據(jù)例1確定最大膨脹比,平均單元尺寸和單元均勻性。
結(jié)果示于表4中。
表4
*PTFE的平均粒徑基本樹脂和成核劑的用量是以重量份來計的。例16-20,比較例8-10采用與例9相同的方式,只是使用表5所示的聚乙烯和成核劑,獲得同軸電纜。
采用與例9相同的方式,計算Tanδ。
結(jié)果示于表5。
表5
Tan δ○小于1.5×不小于1.5
含有氟樹脂粉末如PTFE作為成核劑面用于本發(fā)明的同軸電纜的絕緣材料提供了一種具有微小均勻單元和高膨脹比的泡沫制品。這種泡沫制品電性能十分優(yōu)異,特別是絕緣性能,并且具有這種絕緣層的同軸電纜在衰減性能上也十分優(yōu)異。本發(fā)明的材料消除了絕緣層的干燥,其有益于改進同軸電纜的生產(chǎn)效率,并且可降低成本。另外,本發(fā)明的絕緣材料是十分經(jīng)濟的。
權(quán)利要求
1.一種用于同軸電纜的絕緣材料,它包括能夠熱熔擠出的聚烯烴樹脂,和作為成核劑的氟樹脂粉末,其中該材料在有發(fā)泡劑的情況下能夠泡沫擠出。
2.如權(quán)利要求1的絕緣材料,其進一步包括一發(fā)泡劑。
3.如權(quán)利要求1的絕緣材料,其中聚烯烴樹脂是高密度聚乙烯,低密度聚乙烯,或高密度聚乙烯和低密度聚乙烯的混合物。
4.如權(quán)利要求1的絕緣材料,其中氟樹脂粉末是從由聚四氟乙烯粉末,四氟乙烯-全氟烴基乙烯醚共聚物粉末,和乙烯-四氟乙烯共聚物粉末組成的組中選出的一種。
5.如權(quán)利要求1的絕緣材料,其中氟樹脂粉末添加的比例相對于100份重量的聚烯烴樹脂為0.01-10份重量。
6.如權(quán)利要求1的絕緣材料,其中氟樹脂粉末的平均粒徑為0.1-100μm。
7.一種同軸電纜,它包括由用于同軸電纜的絕緣材料制成的泡沫絕緣層,其中材料包括能夠熱熔擠出的聚烯烴樹脂,和作為成核劑的氟樹脂粉末,并且其材料在有發(fā)泡劑的情況下能夠泡沫擠出。
8.如權(quán)利要求7的同軸電纜,其中用于同軸電纜的絕緣材料進一步包括一發(fā)泡劑。
9.如權(quán)利要求7的同軸電纜,其中聚烯烴樹脂是高密度聚乙烯,低密度聚乙烯,或高密度聚乙烯和低密度聚乙烯的混合物。
10.如權(quán)利要求7的同軸電纜,其中氟樹脂粉末是從由聚四氟乙烯粉末,四氟乙烯-全氟烴基乙烯醚共聚物粉末,和乙烯-四氟乙烯共聚物粉末組成的組中選出的一種。
11.如權(quán)利要求7的同軸電纜,其中氟樹脂粉末添加的比例相對于100份重量的聚烯烴樹脂為0.01-10份重量。
12.如權(quán)利要求7的同軸電纜,其中氟樹脂粉末的平均粒徑為0.1-100μm。
13.一種制造同軸電纜的方法,它包括在導(dǎo)體上擠出一復(fù)合物,該復(fù)合物包括能夠熱熔擠出的聚烯烴樹脂,和作為成核劑的氟樹脂粉末,在有發(fā)泡劑的情況下可制成泡沫絕緣層。
全文摘要
一種用于同軸電纜的絕緣材料,它能夠熱熔擠出的聚烯烴樹脂和作為成核劑的氟樹脂粉末,該材料能夠在有發(fā)泡劑的情況下泡沫劑出;一種同軸電纜,它包括由所述絕緣材料制成的泡沫絕緣層;和一種制造同軸電纜的方法,它包括在導(dǎo)體上擠出所述絕緣材料以制成泡沫絕緣材料。這種泡沫制品在電性能上十分優(yōu)異,并且具有這種絕緣層的同軸電纜在衰減性能上也是十分優(yōu)異的。本發(fā)明的材料可去除絕緣材料的干燥,其有益于改善同軸電纜的生產(chǎn)效率,并且可降低生產(chǎn)成本。另外,本發(fā)明的絕緣材料是十分經(jīng)濟的。
文檔編號H01B11/18GK1146607SQ9611074
公開日1997年4月2日 申請日期1996年6月7日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月7日
發(fā)明者東久保隆, 廚子敏博, 葛下弘和, 開出保 申請人:三菱電線工業(yè)株式會社