專利名稱：特高頻傳輸射頻電纜絕緣用的物理發(fā)泡聚乙烯絕緣料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是用于制備射頻電纜發(fā)泡絕緣體的材料，具體講是用于制備能夠滿足特高頻信號(hào)傳輸?shù)纳漕l電纜絕緣體的物理發(fā)泡聚乙烯絕緣料，以適應(yīng)如接入網(wǎng)、CATV網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)和無(wú)線通訊基站等信息產(chǎn)業(yè)寬帶信息網(wǎng)的使用需要。
射頻電纜用的物理發(fā)泡聚乙烯絕緣料發(fā)展至今，已廣泛使用的方式是以聚乙烯樹脂(PE)，且多采用以多種聚乙烯樹脂按一定比例改性，經(jīng)擠塑造粒過(guò)程形成適于物理發(fā)泡的絕緣材料。制備電纜發(fā)泡絕緣體時(shí)，以該絕緣材料為基礎(chǔ)，再配合使用適當(dāng)形式的成核劑后，以充入氮?dú)?或其它惰性氣體)進(jìn)行物理發(fā)泡擠塑，即可制成射頻電纜的發(fā)泡絕緣體。即，作為制備電纜發(fā)泡絕緣體所用的物理發(fā)泡聚乙烯絕緣料而言，目前常規(guī)使用的這些物理發(fā)泡聚乙烯絕緣料與所需的成核劑所采用的，是只有在以發(fā)泡擠塑方式制備發(fā)泡絕緣體時(shí)才進(jìn)行混合的雙組分分離形式。其中目前常用的成核劑一般均為偶氮二甲酰胺(ADCA)等有機(jī)發(fā)泡劑。例如，在公開號(hào)為CN 1230481A的中國(guó)專利文獻(xiàn)中所介紹的同軸電纜聚乙烯泡沫絕緣料的制造方法中所使用的即為包括ADCA在內(nèi)的有機(jī)發(fā)泡劑。由于其分解溫度(在塑料中)為155-210℃，而高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)等絕緣料常用基礎(chǔ)樹脂的擠塑溫度一般常為140-230℃(熔體溫度180-230℃)，故在一般技術(shù)條件下常規(guī)物理發(fā)泡聚乙烯絕緣料不能與其配合使用的有機(jī)成核劑直接熔融復(fù)合為一體，故目前此類產(chǎn)品只能采用在制備電纜絕緣體的發(fā)泡擠塑時(shí)才相互混合的雙組份形式。由于成核劑相對(duì)于聚乙烯絕緣料而言的用量很小，在發(fā)泡擠塑時(shí)的臨時(shí)混合操作能使其真正均勻混熔的難度非常大，由此使所制成的電纜的一致性差而導(dǎo)致在回波損耗等方面的性能較差的情況也就難以避免。另一方面，由于ADCA等有機(jī)發(fā)泡成核劑在發(fā)泡擠塑過(guò)程的高溫狀態(tài)下不可避免的會(huì)產(chǎn)生如三聚氰酸、脲唑、氨、氮、一氧化碳、二氧化碳等分解殘余物質(zhì)，其中如小分子氨等多種強(qiáng)極性物質(zhì)的量通常甚至可高達(dá)10％-30％。這些強(qiáng)極性的分解殘余物成份的存在使發(fā)泡絕緣體在高頻區(qū)的介質(zhì)損耗因數(shù)tgδ上升，加之有機(jī)成核劑的吸濕性非常高，都是導(dǎo)致發(fā)泡絕緣體隨傳輸頻率的升高而衰減增大等電氣性能嚴(yán)重惡化，并造成在特高頻情況下不能被使用的重要原因。因而目前以上述常規(guī)的物理發(fā)泡絕緣材料只能達(dá)到生產(chǎn)低頻率射頻電纜的要求。此外，由于目前上述常規(guī)物理發(fā)泡絕緣料運(yùn)用的成核機(jī)理為以微泡作為成核點(diǎn)進(jìn)行物理發(fā)泡的泡核成核機(jī)理，其結(jié)果還會(huì)使電纜絕緣體的發(fā)泡擠塑十分困難，擠出溫度范圍窄，且使發(fā)泡不穩(wěn)定。
此外，作為解決上述有機(jī)成核劑不足的改進(jìn)，目前也有采用如氮化硼等無(wú)機(jī)物作為成核劑的物理發(fā)泡絕緣料。雖然其相對(duì)于有機(jī)成核劑能具有穩(wěn)定不易分解、吸濕性低和電氣性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，但其同時(shí)也存在有成核效果差和所制備絕緣體的泡孔大，以及與目前的上述有機(jī)成核劑一樣，有發(fā)泡擠塑不穩(wěn)定、絕緣體的發(fā)泡度低等問(wèn)題。
上述這些情況，都使目前此類常規(guī)物理發(fā)泡絕緣料在性能上難以適應(yīng)和滿足信息產(chǎn)業(yè)在高頻率寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中對(duì)電纜及其絕緣材料提出的進(jìn)一步降低傳輸衰減、提高回波損耗，保證傳輸質(zhì)量和帶頻容量等方面的更高要求。
鑒于此，本發(fā)明的目的是為解決上述問(wèn)題提供一種具有優(yōu)異的高頻電氣性能的用于生產(chǎn)射頻電纜，特別是能滿足特高頻信號(hào)傳輸需求的射頻電纜的物理發(fā)泡聚乙烯絕緣料。
本發(fā)明所說(shuō)的特高頻傳輸射頻電纜絕緣用的物理發(fā)泡聚乙烯絕緣料，以聚乙烯基礎(chǔ)樹脂為原料，用聚四氟乙烯樹脂作為成核劑進(jìn)行改性，經(jīng)分散混合和擠塑造粒而成的一體化形式，以重量份計(jì)的各組成成份為聚乙烯基礎(chǔ)樹脂 100粒徑為1-5微米的聚四氟乙烯樹脂 0.05-0.2，酚類抗氧劑 0.05-0.1，其中聚四氟乙烯樹脂的表觀密度為0.300-0.450克/立方厘米，熔點(diǎn)為322-332℃。
在上述內(nèi)容基礎(chǔ)上，以作為成核劑的聚四氟乙烯樹脂對(duì)聚乙烯基礎(chǔ)樹脂原料進(jìn)行改性時(shí)，還可以進(jìn)一步使該成核劑為經(jīng)輻射處理過(guò)的聚四氟乙烯樹脂。例如，以照射量為200-400干居里進(jìn)行輻射處理就是可采用的方式之一。在使作為改性用的聚四氟乙烯樹脂成核劑成為粒徑為1-5微米的微粒時(shí)，采用目前已有使用的常規(guī)氣流細(xì)化處理是可供選擇的方式之一。
在本發(fā)明上述特高頻傳輸射頻電纜絕緣用的物理發(fā)泡聚乙烯絕緣料中，由于運(yùn)用的是以微粒狀的聚四氟乙烯樹脂作為成核點(diǎn)進(jìn)行物理發(fā)泡的質(zhì)點(diǎn)成核機(jī)理，完全不同于前述的常規(guī)物理發(fā)泡絕緣料以偶氮二甲酰胺(ADCA)等有機(jī)成核劑發(fā)泡微泡作為成核點(diǎn)的泡核成核機(jī)理，因此，作為成核劑的聚四氟乙烯樹脂微粒的直徑以及其在基礎(chǔ)樹脂中分布的均勻程度，對(duì)發(fā)泡的效果都會(huì)有很大影響。易于相互聚集是聚四氟乙烯樹脂的特性之一，且相互聚集的傾向和現(xiàn)象隨其顆粒度越微細(xì)也越明顯。為了獲得泡孔細(xì)密均勻獨(dú)立和發(fā)泡度大的絕緣體，以保證電纜有優(yōu)良的傳輸性能，對(duì)成核劑進(jìn)行細(xì)化和分散處理，將其粒徑控制在一個(gè)窄小的區(qū)間，并使其能保持有良好的流動(dòng)性和分散性是必要的。試驗(yàn)表明，對(duì)用于改性的聚四氟乙烯樹脂成核劑采用上述的輻射方法和氣流細(xì)化方法處理，是能明顯降低其表面活性而使處于極微細(xì)顆粒度狀態(tài)的微粒保持有實(shí)用價(jià)值的流動(dòng)性和分散性的一種可選擇的有效方法之一。顯然，使改性用的聚四氟乙烯樹脂成核劑，特別是使已成為本發(fā)明上述所說(shuō)的極微細(xì)顆粒度狀態(tài)后的聚四氟乙烯成核劑具有能符合在進(jìn)行分散混合和擠塑造粒過(guò)程中與聚乙烯基礎(chǔ)樹脂均勻分散所需的流動(dòng)性和分散性要求的處理方法，除用上述所說(shuō)的輻射方法以及氣流細(xì)化處理方法外，也可以采用其它適當(dāng)和可行的方法。
在本發(fā)明上述所說(shuō)的物理發(fā)泡聚乙烯絕緣料中，根據(jù)產(chǎn)品的使用需要，所得到的一體化形式的物理發(fā)泡聚乙烯絕緣料一般以使其密度在0.925-0.965克/立方厘米、熔體流動(dòng)速率為2.0-7.0克/10分鐘的范圍內(nèi)較佳。為此，所說(shuō)的聚乙烯基礎(chǔ)樹脂一般可以采用目前通常的方式，由適當(dāng)?shù)男阅苤笜?biāo)和/或用量的高密度聚乙烯樹脂和低密度聚乙烯樹脂共同組成。例如，可以采用密度為0.940-0.965克/立方厘米、熔體流動(dòng)速率為4.0-8.0克/10分鐘的高密度聚乙烯基礎(chǔ)樹脂，和密度為0.910-0.925克/立方厘米、熔體流動(dòng)速率為0.5-2.5克/10分鐘的低密度聚乙烯基礎(chǔ)樹脂，并使其重量組成分別為高密度聚乙烯基礎(chǔ)樹脂為50-80份和低密度聚乙烯基礎(chǔ)樹脂20-50份，就是可供采用的方式之一。
上述組成中所說(shuō)的酚類抗氧劑，可以在目前能用于聚乙烯樹脂中的各種常用抗氧劑中選用。例如，它們可以為常用的四〔3-(3,5二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸〕季戊四醇酯、3-(3,5二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸十八酯、1,1,3-三(2-甲基-4-羥基-5叔丁基苯基)丁烷中的至少一種。按常規(guī)方式，一般情況下只使用其中的一種即可。此外，也可以按目前也常采用的方式，將所說(shuō)的酚類抗氧劑與硫代二丙酸二月桂酯等輔助抗氧化劑相互配合使用。例如，將酚類抗氧劑與輔助抗氧劑硫代二丙酸二月桂酯按重量為1-2∶1的比例聯(lián)合使用，就是可供選擇的方式之一。
上述內(nèi)容清楚表明，在本發(fā)明中對(duì)聚乙烯基礎(chǔ)樹脂進(jìn)行改性所用的成核劑，是與目前在電纜絕緣體的發(fā)泡擠塑過(guò)程中不可避免會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)極性殘余物的ADCA等有機(jī)成核劑完全不同的聚四氟乙烯樹脂微粒，其是一種無(wú)極性的物質(zhì)，且穩(wěn)定不分解和吸濕性低。由于其自身即具有介質(zhì)損耗因數(shù)(tgδ)極低的優(yōu)異電氣性能，加之發(fā)泡擠塑過(guò)程中不產(chǎn)生任何會(huì)影響發(fā)泡后電纜絕緣體的電氣性能的分解殘余物，因此以其作為成核劑形成電纜絕緣體的介質(zhì)損耗因數(shù)(tgδ)也極低，而且?guī)缀醪浑S傳輸頻率的升高而增大。根據(jù)射頻電纜傳輸參數(shù)相關(guān)理論，可以使電纜高頻區(qū)傳輸衰減大幅度降低。例如，測(cè)試結(jié)果顯示本發(fā)明上述絕緣料在1MHz頻率時(shí)的介質(zhì)損耗因數(shù)tgδ≤1.0×10-4；由其制成發(fā)泡度為72％的電纜絕緣體在頻率為550MHz時(shí)的介質(zhì)損耗因數(shù)tgδ可達(dá)到7.9×10-5，比配合使用ADCA等有機(jī)成核劑的常規(guī)物理發(fā)泡絕緣料所形成的發(fā)泡絕緣體的介質(zhì)損耗因數(shù)低47％；由其制成的射頻電纜在特高頻(300-3000MHz)時(shí)的傳輸衰減常數(shù)可降低10％以上，具有非常優(yōu)異的電氣性能。本發(fā)明的發(fā)泡絕緣料能達(dá)到的有關(guān)物理機(jī)械及電氣性能指標(biāo)與其它同類產(chǎn)品及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比數(shù)據(jù)可參見(jiàn)表1所示。其中所列YD/T 760-95標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)即為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T 760-95《市內(nèi)通信電纜用聚烯烴絕緣料》規(guī)定的指標(biāo)值；常規(guī)絕緣料即指前述目前常規(guī)使用的物理發(fā)泡聚乙烯絕緣料；HE 1102絕緣料是指由北歐化工公司生產(chǎn)的改進(jìn)型物理發(fā)泡聚乙烯絕緣料。
試驗(yàn)還表明，在加工性能方面，采用本發(fā)明絕緣料的發(fā)泡擠塑溫度可控制在180-220℃之間，在發(fā)泡擠塑過(guò)程中能使電纜絕緣體發(fā)泡擠出容易且穩(wěn)定，可獲得高質(zhì)量的發(fā)泡絕緣體，其泡孔細(xì)密均勻、發(fā)泡度大(可高達(dá)80％)、收縮小、白度高、表面平整光滑，也克服了雖同樣為穩(wěn)定不分解的無(wú)機(jī)成核劑的成核效果差和絕緣體泡孔大的不足。生產(chǎn)實(shí)踐表明，其具有良好的發(fā)泡擠塑穩(wěn)定性和較寬的加工范圍，在國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口物理發(fā)泡生產(chǎn)線上應(yīng)用均能獲得至佳的使用效果。
表1各產(chǎn)品有關(guān)的物理機(jī)械及電氣性能指標(biāo)對(duì)比數(shù)據(jù)
在使用性能方面，由于其發(fā)泡度可高達(dá)80％，且泡孔細(xì)密均勻，一致性好，有利于提高射頻電纜回波損耗，據(jù)有關(guān)電纜制造企業(yè)的電纜電氣性能測(cè)試報(bào)告表明以成都某電纜制造有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為SYWY-75-12的同軸電纜為例，使用本發(fā)明絕緣料所作絕緣體的電纜回波損耗可達(dá)26dB以上，而對(duì)比使用常規(guī)絕緣料時(shí)只能達(dá)到20dB；同時(shí)電纜高頻傳輸衰減大幅度降低，比使用常規(guī)絕緣料的降低10％以上。采用本發(fā)明絕緣料和常規(guī)絕緣料作絕緣材料的SYWY-75-12的同軸電纜衰減常數(shù)測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)比如表2所示。
表2SYWY-75-12同軸電纜衰減常數(shù)測(cè)試值比較
又以50-7/8″皺紋管同軸電纜為例，使用本發(fā)明絕緣料生產(chǎn)的成品電纜在不同頻率下的衰減常數(shù)值如表3所示。表3的測(cè)試結(jié)果表明，采用本發(fā)明絕緣料所生產(chǎn)電纜的電氣性能指標(biāo)可以達(dá)到美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)(MIL)的技術(shù)要求。
表3 50-7/8″皺紋管同軸電纜衰減常數(shù)值
以下通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅局限于以下的實(shí)例。凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
各例的原料組成如表4所示。其中所用高密度聚乙烯基礎(chǔ)樹脂(HDPE)和低密度聚乙烯基礎(chǔ)樹脂(LDPE)的密度分別均為0.957和0.92l克/立方厘米，熔體流動(dòng)速率分別均為6.0和2.0克/10分鐘；成核劑為表觀密度0.300-0.450克/立方厘米、熔點(diǎn)322-332℃和粒徑50微米的聚四氟乙烯樹脂(PTFE)，且先將聚四氟乙烯用200-400千居里的輻射量進(jìn)行輻射處理，然后在0.6-1Mpa壓力下以常規(guī)的氣流細(xì)化方式處理成粒徑為1-5微米(μm)的微粒；所用的抗氧劑1010為四(3-(3,5二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸)季戊四醇酯(熔點(diǎn)120℃，分子量1177.66)，輔助抗氧劑DLTP為硫代二丙酸二月桂酯(熔點(diǎn)395～420℃，分子量514.86)。加工時(shí)，先將各原料依次投入高速塑料攪拌機(jī)中充分物理混合均勻，然后將混合料投入雙螺桿擠出機(jī)，在180℃-230℃的熔融狀態(tài)下充分混煉塑化，使其融為一體后在主電機(jī)轉(zhuǎn)速為200rpm和切粒機(jī)轉(zhuǎn)速為350rpm條件下擠出造粒，即得到本發(fā)明所說(shuō)的物理發(fā)泡聚乙烯絕緣料。
各例產(chǎn)品相應(yīng)的物理機(jī)械性能和電氣性能指標(biāo)的測(cè)試數(shù)據(jù)如表5所示。
表4 各實(shí)施例的原料及其重量份組成
表5各例產(chǎn)品物理機(jī)械性能和電氣性能指標(biāo)測(cè)試數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1．特高頻傳輸射頻電纜絕緣用的物理發(fā)泡聚乙烯絕緣料，其特征在于以聚乙烯基礎(chǔ)樹脂為原料，用聚四氟乙烯樹脂作為成核劑進(jìn)行改性，經(jīng)分散混合和擠塑造粒而成的一體化形式，以重量份計(jì)的各組成成份為聚乙烯基礎(chǔ)樹脂 100粒徑為1-5微米的聚四氟乙烯樹脂 0.05-0.2，酚類抗氧劑 0.05-0.1，其中聚四氟乙烯樹脂的表觀密度為0.300-0.450克/立方厘米，熔點(diǎn)為322-332℃。
2．如權(quán)利要求1所述的特高頻傳輸射頻電纜絕緣用的物理發(fā)泡聚乙烯絕緣料，其特征在于所說(shuō)的用于對(duì)聚乙烯基礎(chǔ)樹脂原料進(jìn)行改性的為經(jīng)輻射處理過(guò)的聚四氟乙烯樹脂，輻射處理的照射量為200-400千居里。
3．如權(quán)利要求1所述的特高頻傳輸射頻電纜絕緣用的物理發(fā)泡聚乙烯絕緣料，其特征在于所說(shuō)的用于對(duì)聚乙烯基礎(chǔ)樹脂原料改性的聚四氟乙烯樹脂用氣流細(xì)化處理成粒徑為1-5微米的微粒。
4．如權(quán)利要求1所述的特高頻傳輸射頻電纜絕緣用的物理發(fā)泡聚乙烯絕緣料，其特征在于所說(shuō)的用于對(duì)聚乙烯基礎(chǔ)樹脂原料改性的聚四氟乙烯樹脂先用照射量為200-400千居里的輻射處理后，再用氣流細(xì)化處理成粒徑為1-5微米的微粒。
5．如權(quán)利要求1至4之一所述的特高頻傳輸射頻電纜絕緣用的物理發(fā)泡聚乙烯絕緣料，其特征在于所說(shuō)的一體化形式的物理發(fā)泡聚乙烯絕緣料的密度為0.925-0.965克/立方厘米，熔體流動(dòng)速率為2.0-7.0克/10分鐘。
6．如權(quán)利要求5所述的特高頻傳輸射頻電纜絕緣用的物理發(fā)泡聚乙烯絕緣料，其特征在于所說(shuō)的聚乙烯基礎(chǔ)樹脂由高密度聚乙烯樹脂和低密度聚乙烯樹脂共同組成。
7．如權(quán)利要求6所述的特高頻傳輸射頻電纜絕緣用的物理發(fā)泡聚乙烯絕緣料，其特征在于所說(shuō)的聚乙烯基礎(chǔ)樹脂原料的重量份組成為高密度聚乙烯基礎(chǔ)樹脂50-80，低密度聚乙烯基礎(chǔ)樹脂20-50，其中高密度聚乙烯基礎(chǔ)樹脂的密度為0.940-0.965克/立方厘米，熔體流動(dòng)速率為4.0-8.0克/10分鐘；低密度聚乙烯基礎(chǔ)樹脂的密度為0.910-0.925克/立方厘米，熔體流動(dòng)速率為0.5-2.5克/10分鐘。
8．如權(quán)利要求1至4之一所述的特高頻傳輸射頻電纜絕緣用的物理發(fā)泡聚乙烯絕緣料，其特征在于所說(shuō)的酚類抗氧劑為四〔3-(3,5二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸〕季戊四醇酯、3-(3,5二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸十八酯、1,1,3-三(2-甲基-4-羥基-5叔丁基苯基)丁烷中的至少一種。
9．如權(quán)利要求1至4之一所述的特高頻傳輸射頻電纜絕緣用的物理發(fā)泡聚乙烯絕緣料，其特征在于所說(shuō)的酚類抗氧劑可以與輔助抗氧化劑硫代二丙酸二月桂酯按重量為1-2∶1的比例聯(lián)合使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是特高頻傳輸射頻電纜絕緣用的物理發(fā)泡聚乙烯絕緣料,以聚乙烯基礎(chǔ)樹脂為原料,用聚四氟乙烯樹脂作為成核劑進(jìn)行改性,經(jīng)分散混合和擠塑造粒而成的一體化形式,以重量份計(jì)的各組成成份為:聚乙烯基礎(chǔ)樹脂100,粒徑為1－5微米的聚四氟乙烯樹脂0.05－0.2,酚類抗氧劑0.05－0.1;其中聚四氟乙烯樹脂的表觀密度為0.300－0.450克/立方厘米,熔點(diǎn)為322－332℃。
文檔編號(hào)H01B3/44GK1313605SQ01107320
公開日2001年9月19日 申請(qǐng)日期2001年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月4日
發(fā)明者呂天勇, 李開貴, 朱城賦, 劉建民 申請(qǐng)人:成都市蒲江精化有限責(zé)任公司