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通讯电缆的物理发泡工艺 |
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作者：意大利桑浦公司挤出技术部 Rémy Bruggmann 来源：PT《现代塑料》 |
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在通讯电缆的生产过程中，以往通常采用实心绝缘或化学发泡工艺。20世纪80年代始，出现了物理发泡技术。经过多年的改进和完善，物理发泡已经发展为完全成熟的生产工艺。
作为一种成熟和可靠的工艺，物理发泡已经被电缆市场完全接受，并取代化学发泡工艺而广泛应用于实际生产。一般被采用的发泡绝缘材料包括聚乙烯(PE)和氟塑料(FEP)，可用于通讯电缆、数据电缆、同轴电缆和射频电缆等。由于要达到极高的发泡度，物理发泡生产线的设备组成和设计要比化学发泡更复杂，例如需要更长的挤出机及气体注射系统等。
物理发泡的主要优点
与化学发泡比较，物理发泡能达到的发泡度能明显提高。以PE为例：化学发泡能达到的最高发泡度为50%，而物理发泡能达到的最高发泡度为80%。
在生产不同的电缆产品时，一般达到的发泡度也不同，例如：对化学发泡而言，市话电缆的最高发泡度为40%；对物理发泡而言，市话电缆的最高发泡度为60%，数据电缆的最高发泡度为65%，迷你同轴电缆的最高发泡度为72%～75%，同轴电缆的最高发泡度为78%，射频电缆的最高发泡度为80%。
同时，发泡度的提高使物理发泡工艺具有更多优势，包括：提高信号的传输速度和传输频率，从而进一步提高产品的性能；提高生产线的速度，减少绝缘材料的使用量和外屏蔽铜材料的重量，从而进一步降低生产成本。
假设分别用实心、化学发泡和物理发泡来生产一种常用的同轴电缆（根据法国标准的A2型）作比较，从而综合体现物理发泡的主要优点，见表1。三种常见同轴电缆（如图1所示）拥有如下的共通性能：内导体使用铜线φ3.3mm；阻抗为75Ohms；绝缘材料为PE；适用于φ80mm挤出机（便于比较生产速度）。
从上述比较可以看出，当使用物理发泡工艺时，可以节省大量的绝缘材料和屏蔽材料，同时提高电缆的传输性能及生产效率。
物理发泡的基本原理
物理发泡的关键是要将气体（氮气）通过高压注射到挤出机中并与塑料混和。因此，挤出螺杆的设计必须要确保气体与塑料能得到最均匀的混和效果。
用于物理发泡挤出的螺杆，长径比（L/D）为32:1，气体的注射点约在螺杆长度的16D，从而可以被分为两个部分。第一段16D长度的螺杆的压缩比约为2，其作用是将聚合物熔化；第二段螺杆则用于将气体和绝缘材料彻底混和，该部分螺杆的设计结构有利于降低熔融温度，即提高熔体的粘度。基本原理如图2所示。
PE绝缘材料经过螺杆挤出到机头，并在机头的出口处暴露到大气压力下，因而形成气泡。如果只是使用泡-皮的双层挤出机头，则绝缘材料将会在模具出口之前便暴露到大气压力之下。结果导致气体于导体与模具孔之间的间隙被释放，沿着导体表面形成一个长形的气泡。
要解决这一问题，须使用三层共挤的机头，将一层薄皮（厚度一般为0.02～0.05mm）挤到内层，防止气体沿着导体的表面释放。即采用皮-泡-皮共挤绝缘的三层挤出机组（如图3所示）。对于内薄皮的选择，必须要符合在高速条件下挤成薄壁的要求。LLDPE便能满足此要求。此种内薄皮大大提高了绝缘层的延伸性能（断裂延伸），并确保绝缘层可以良好地粘附在导体上。
图3 用于三层共挤的挤出机组
物理发泡串联生产线
目前，国外市场对于数据电缆的安全性要求越来越严格，很多标准都要求使用氟塑料绝缘材料。意大利桑浦公司在这方面拥有领先技术，并一直与材料供应商（如杜邦等）紧密合作研发新技术。
众所周知，通过氮气和塑料良好混合并维持在最稳定的状态，才能达到发泡度高、泡细腻而均匀的效果。但是，如果在套筒中高转速产生高压力的情况下，混合将会遇到极大的困难。通常φ60mm挤出机为了达到最高线速度，必须开到极高转速，这时就已经非常接近挤出机的转速极限，转速与挤出量之间已超出了线性关系范围。挤出机在此状态下长期工作，严重影响其稳定性，而且在螺筒和螺杆间产生极高的压力，严重影响发泡效果。
针对这一问题，意大利桑浦公司开发了氟塑料物理发泡串联生产线（如图4所示）。该物理发泡生产线的主挤出机以φ80mm代替以前的φ60mm或φ65mm。φ80mm挤出机只须以大约2/3的转速便可以达到同样的线速度和出胶量，真正达到挤出机运行的最佳状态，在套筒内压力适中，使混合更均匀，从而达到发泡均匀细腻的效果。
图4 氟塑料物理发泡串联生产线
一般多数其他供应商都使用以前电话电缆生产线的直径为300～350mm的牵引轮，意大利桑普公司在该生产线中采用多道次冷却槽的直径为400mm的牵引轮。由于物理发泡的芯线直径比其他实芯直径大，而且物理发泡特别容易受弯曲半径的影响，所以一般的CATV同轴电缆从不允许在完全冷却以前产生弯曲，即使进收线盘对线盘筒体直径也有要求。当然，数据缆芯由于直径小，速度快，必须要经过多道次冷却，但如果弯曲半径小，对传输性能产生显著影响，微波损耗增加。特别是将来这条生产线还要做5mm的微型同轴，如果直径小于400mm的牵引轮根本无法满足要求。因此，改良设计采用直径较大的牵引轮来防止损耗增加和绝缘层损坏。(end)
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(投稿)
(10/26/2007) |
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