專利名稱：用于傳輸線的微孔泡沫電介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于傳輸線例如同軸RF電纜或(微-)條狀線或使用電介質(zhì)的任何其它類型的傳輸線的微孔泡沫聚合物電介質(zhì)。
背景技術(shù)：
常規(guī)的同軸電纜包括含有內(nèi)導(dǎo)體和電介質(zhì)的芯、及包圍芯的導(dǎo)電包皮，其中所述包皮作為外導(dǎo)體。所述電介質(zhì)位于內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體之間。
其它傳輸線屬于條狀線及其衍生物如共面線和微條狀線類。此類的特征在于平面構(gòu)型的單導(dǎo)體和一或多個(gè)接地面或接地線。信號(hào)通過這些不同的線和面限定的介電空間傳輸。所述電介質(zhì)可以是均質(zhì)的或由不同材料包括空氣組成。
已用多種聚合物材料作為傳輸線中的主要介電材料。
一類常用的電介質(zhì)是聚烯烴泡沫。但此電介質(zhì)的缺點(diǎn)在于電介質(zhì)的耗散導(dǎo)致信號(hào)衰減。介電損耗是聚合物的損耗因子、泡沫密度、和信號(hào)頻率的函數(shù)。
近來，聚合物泡沫技術(shù)的進(jìn)步使可在傳輸線中用作電介質(zhì)的泡沫性能得到改善。例如，Trexel，Inc.的MuCell法獲得泡孔尺寸極小(不大于100μm、通常不大于60μm)的均勻泡孔結(jié)構(gòu)。用于制備微孔泡沫的MuCell法公開在US5866053(“Park”)中，引入本文供參考。該方法中，用擠出系統(tǒng)提供發(fā)泡材料。所述擠出系統(tǒng)涉及供應(yīng)熔融的塑料粒和發(fā)泡劑。具體地，Park用超臨界流體如超臨界狀態(tài)的二氧化碳作發(fā)泡劑使單一聚合物發(fā)泡。在擠出機(jī)內(nèi)，所述超臨界流體(二氧化碳)溶入熔融的塑料中。然后所得材料在因快速壓降導(dǎo)致熱力學(xué)不穩(wěn)定性的膨脹階段發(fā)泡。
Park更詳細(xì)地描述了用于提供發(fā)泡塑料聚合物的擠出系統(tǒng)，其中將聚合物供入擠出機(jī)內(nèi)通過旋轉(zhuǎn)的螺桿元件移動(dòng)。使所述材料處于熔融狀態(tài)，發(fā)泡劑如超臨界流體在選定的壓力下引入擠出機(jī)內(nèi)形成熔融材料和發(fā)泡劑的兩相混合物。然后所述發(fā)泡劑擴(kuò)散并溶入所述熔融材料中形成單相溶液，從溶液形成區(qū)送入成核裝置中。通過快速壓降導(dǎo)致熱力學(xué)不穩(wěn)定性。一優(yōu)選實(shí)施方案中，在成核裝置內(nèi)出現(xiàn)大于0.9GPa/s的壓降使溶液中的微晶胞成核?？捎眠M(jìn)一步成型裝置如模頭產(chǎn)生所要形狀的發(fā)泡材料。有關(guān)此方法的更多信息參見http//www.trexel.com/descript.html。
通過使用顯示出高熔體強(qiáng)度、優(yōu)良的電力耗散性和在-40至100℃溫度范圍之外的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的聚合物合金，本發(fā)明低密度發(fā)泡電介質(zhì)既在擴(kuò)大的溫度范圍內(nèi)熱穩(wěn)定又導(dǎo)致極低的信號(hào)衰減。
US6037545(“Fox”)描述了有泡沫電介質(zhì)的同軸電纜，引入本文供參考。所述聚合物泡沫的聚合物合金稱為高-和低-密度聚乙烯的共混物。此外，發(fā)泡劑與放熱的成核劑如偶氮二酰胺和吸熱的成核劑如碳酸鈉/檸檬酸組合使用。Fox所述泡沫的密度在0.22和0.17g/cm3之間。但Fox的泡沫電介質(zhì)也有缺點(diǎn)，因?yàn)榈陀?.17g/cm3的泡沫密度可能存在結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性而且不易實(shí)現(xiàn)。
相比使用聚合物合金和超臨界流體發(fā)泡劑組合的本發(fā)明可獲得低至約0.02g/cm3的密度。本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方案中，所述發(fā)泡電介質(zhì)的密度為約0.02至約0.20g/cm3。這表現(xiàn)為在保持有利的結(jié)構(gòu)性能的同時(shí)有優(yōu)良的衰減性。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的之一是提供一種導(dǎo)致信號(hào)衰減顯著減小的泡沫電介質(zhì)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種低泡沫密度的泡沫電介質(zhì)。
本發(fā)明的再另一目的是提供包含泡沫電介質(zhì)的傳輸線。
本發(fā)明的這些目的和以下提供的發(fā)明詳述中體現(xiàn)出的其它目的已通過包含用超臨界流體作發(fā)泡劑獲得的發(fā)泡聚合物合金的電介質(zhì)實(shí)現(xiàn)。
另一實(shí)施方案中，本發(fā)明的上述目的通過包含以上公開的泡沫電介質(zhì)的傳輸介質(zhì)實(shí)現(xiàn)。
再另一實(shí)施方案中，上述目的通過一種泡沫電介質(zhì)形成方法實(shí)現(xiàn)，所述方法包括將聚合物合金送入擠出機(jī)中；將所述聚合物合金加熱；向所述擠出機(jī)中輸送超臨界流體；使所述聚合物合金與所述超臨界流體混合；使所得聚合物合金和超臨界流體混合物從所述擠出機(jī)中排出；和使所述混合物發(fā)泡。
附圖簡述

圖1為包含發(fā)泡聚合物合金電介質(zhì)的一段同軸電纜的剖面圖。
圖2示出用本發(fā)明泡沫電介質(zhì)制造的條狀傳輸線。
圖3示出本文所提供的實(shí)施例中所用超臨界流體擠出裝置。
圖4為本發(fā)明各工藝步驟的流程圖。
圖5為用于生產(chǎn)條狀線電纜的工藝步驟的流程圖。
圖6為放大至100X倍的本發(fā)明泡沫電介質(zhì)的顯微照片。
圖7為放大至500X倍的本發(fā)明泡沫電介質(zhì)的顯微照片。
圖8為放大至100X倍的現(xiàn)有技術(shù)發(fā)泡聚乙烯的顯微照片。
圖9為用于本發(fā)明方法所用擠出機(jī)直角機(jī)頭的模具的示意圖。
發(fā)明詳述如前面所述，本發(fā)明一實(shí)施方案中，本發(fā)明上述目的通過包含用超臨界流體獲得的發(fā)泡聚合物合金的泡沫電介質(zhì)實(shí)現(xiàn)。
所采用的具體聚合物合金對(duì)于本發(fā)明無關(guān)緊要?？捎糜诒景l(fā)明的聚合物合金的例子包括非晶態(tài)樹脂和聚烯烴的組合物、更特別地為非晶態(tài)樹脂和半結(jié)晶聚烯烴的組合。
優(yōu)選所述聚合物合金的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在大于100℃的范圍之外，熔體指數(shù)在0.6和9之間。更優(yōu)選所述聚合物合金是HivalloyTM，來自Basell，N.V.(Hoeksteen66，2132MS，Hoofdorp，TheNetherlands)?，F(xiàn)有技術(shù)中發(fā)現(xiàn)的用于制備泡沫電介質(zhì)的大多數(shù)聚合物材料是不適用的，因?yàn)樗鼈兊牟ＡЩD(zhuǎn)變溫度在約-40和約100℃之間的范圍內(nèi)。發(fā)泡和經(jīng)受熱老化試驗(yàn)時(shí)，這些材料將經(jīng)歷相轉(zhuǎn)變(在所述玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或附近)造成脫氣。結(jié)果是明顯收縮和不利的密度增加。
另一方面，HivalloyTM在-40和約100℃的溫度范圍內(nèi)是熱穩(wěn)定的。一優(yōu)選實(shí)施方案中，其熔體指數(shù)在0.6和9之間。此外，還可獲得超過此范圍的熔體指數(shù)。按標(biāo)準(zhǔn)ASTMD1238測(cè)試某一牌號(hào)的HivalloyTM(Hivalloy G2120)，熔體指數(shù)為5。
本發(fā)明一實(shí)施方案中所用HivalloyTMG2120包含(1)約20至80％(重)的聚丙烯接枝的聚苯乙烯(PP-g-PS)，含約5至約70％苯乙烯單體；(2)約20至約80％(重)的聚乙烯、聚丙烯或乙烯-丙烯共聚物，優(yōu)選高分子量聚丙烯或改性聚丙烯(如乙烯-丙烯抗沖改性的聚丙烯，包含14％橡膠和8.5％乙烯)；(3)低于約30％(重)的橡膠改性劑，如高抗沖聚苯乙烯(例如Dow478HIPS，Dow Chemical Co.)、和/或氫化苯乙烯-異戊二烯雙嵌段共聚物(例如Kraton G1702，Shell Chemical Co.，含37％苯乙烯、63％橡膠)、和/或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、和/或氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(例如Kraton G1651/1652，ShellChemical Co.，含29％苯乙烯和71％橡膠)、或其共混物；和(4)低于約5％(重)的穩(wěn)定劑，如抗氧化劑(例如Irganox1010，來自Ciba Geigy的酚型穩(wěn)定劑，或P-EPQ，來自Sandoz和Ciba-Geigy的亞膦酸酯穩(wěn)定劑)和金屬鈍化劑(例如含氮或硫的有機(jī)配合物、胺、硫化物和磷酸鹽；具體例子是乙二胺四乙酸)。
所采用的具體發(fā)泡劑對(duì)本發(fā)明無關(guān)緊要。優(yōu)選所述發(fā)泡劑是超臨界流體，如超臨界二氧化碳或超臨界氮。尤其優(yōu)選超臨界二氧化碳。但本領(lǐng)域技術(shù)人員可用任何其它適合的超臨界流體代替超臨界二氧化碳。例如，可用氮?dú)饣蚱渌m合的氣體作為所述超臨界流體。
所述介電泡沫有不大于約0.2g/cm3、優(yōu)選在0.03至約0.20g/cm3的范圍內(nèi)、甚至更優(yōu)選約0.03至約0.08g/cm3的密度，和在2GHz下適當(dāng)小的損耗因子。
所述泡沫的泡孔尺寸通常不大于100μm、優(yōu)選不大于60μm。已測(cè)得泡孔尺寸低達(dá)約10μm。此外，壁厚可小于1μm。所述泡沫的另一特性在于泡孔為閉孔而且所述泡沫的泡孔尺寸基本上是均勻的。利用閉孔防止流體逃離或進(jìn)入泡孔。但少量流體仍可通過泡孔隔膜擴(kuò)散進(jìn)入和離開泡孔，但此量可忽略不計(jì)。
另一實(shí)施方案中，本發(fā)明上述目的已通過包含泡沫電介質(zhì)的傳輸線實(shí)現(xiàn)。所用傳輸線的類型對(duì)本發(fā)明無關(guān)緊要?？捎糜诒景l(fā)明的傳輸線的例子包括同軸電纜、條狀線、和其它傳輸線。
一優(yōu)選實(shí)施方案中，所述同軸傳輸線包括被泡沫電介質(zhì)包圍的內(nèi)導(dǎo)體，其中所述泡沫電介質(zhì)包含用超臨界流體獲得的聚合物合金泡沫；和包圍所述泡沫電介質(zhì)的外導(dǎo)體。所述泡沫電介質(zhì)含有聚合物合金和由所述超臨界流體產(chǎn)生的截留氣體。
已用本發(fā)明生產(chǎn)阻抗為50歐姆的同軸電纜。但其它傳輸線也可用本發(fā)明生產(chǎn)。這些傳輸線可用于有線電視、儀器、雷達(dá)和使用同軸電纜的其它應(yīng)用的主機(jī)。
再另一優(yōu)選實(shí)施方案中，所述條狀傳輸線包括有置于內(nèi)導(dǎo)體相對(duì)兩側(cè)的含有聚合物合金和由所述超臨界流體產(chǎn)生的截留氣體的上述泡沫電介質(zhì)的內(nèi)導(dǎo)體，其中所述泡沫電介質(zhì)置于上下接地面之間，有護(hù)套包圍所述接地面。
另一實(shí)施方案中，本發(fā)明上述目的已通過一種泡沫電介質(zhì)形成方法實(shí)現(xiàn)，所述方法包括以下步驟(A)將聚合物合金送入擠出機(jī)中并將所述聚合物合金加熱，(B)向所述擠出機(jī)中輸送超臨界流體，(C)使所述聚合物合金與所述超臨界流體混合，(D)使所得聚合物合金和超臨界流體混合物從所述擠出機(jī)中排出，和(E)使所述聚合物合金和所述超臨界流體通過直角機(jī)頭。
上述方法一優(yōu)選實(shí)施方案中，將聚合物合金優(yōu)選HivalloyTM送入擠出機(jī)中，在其中使所述樹脂熔融。可改變工藝參數(shù)以適應(yīng)各種聚合物合金、發(fā)泡劑、或工藝條件。所用擠出機(jī)優(yōu)選為單螺桿2-1/2”擠出機(jī)，長徑比為36/1。所述擠出機(jī)可以是用鑄鋁加熱器水冷的，可配有高-或低-輸出量的擠出機(jī)螺桿。所述擠出機(jī)優(yōu)選有雙注料口和注氣噴嘴。負(fù)載壓力優(yōu)選落入約2300-5000psi的范圍內(nèi)，氣體的重量百分率在約3％至約8％的范圍內(nèi)。出料量優(yōu)選為約5-80lb/hr。
一優(yōu)選實(shí)施方案中，所述發(fā)泡劑(可以是超臨界二氧化碳)在壓力下注入熔體中，溶于所述樹脂，然后該溶液流入直角機(jī)頭，使流動(dòng)轉(zhuǎn)向而使所述熔融材料分布在電線或管周圍。該實(shí)施方案中，使超臨界二氧化碳的HivalloyTM溶液暴露于較低壓力時(shí)，所述二氧化碳從溶液中排出。更特別地，所述超臨界二氧化碳失去其溶解性，從超臨界狀態(tài)變成氣態(tài)。這產(chǎn)生輕質(zhì)的HivalloyTM泡沫。優(yōu)選導(dǎo)出、引出、和卷筒控制同軸電纜的電線和管組成部分，確保電線和管以恒定的速度和張力通過所述直角機(jī)頭拉伸?？稍谒壑惺古菽鋮s。一種同軸電纜的實(shí)例中，結(jié)果是內(nèi)導(dǎo)體位于泡沫中心的圓柱狀泡沫介電芯?？稍谒雠菽霞油鈱?dǎo)體，完成所述同軸電纜的制造。雖然這是所公開方法的一種優(yōu)選實(shí)施方案，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道可改變和優(yōu)化變量以適應(yīng)不同物料和流速。
例如，為達(dá)到要求的流速，在此階段所用工藝壓力和溫度下估計(jì)發(fā)泡劑在聚合物熔體中的溶解度。優(yōu)選僅向聚合物熔體物流中注入所需可溶量的發(fā)泡劑，因?yàn)榘l(fā)泡劑過量將導(dǎo)致聚合物熔體內(nèi)形成不希望的空隙。存在此空隙防礙后一階段的均勻成核，因?yàn)榘l(fā)泡劑分子優(yōu)先擴(kuò)散至較大的泡孔內(nèi)，導(dǎo)致最終產(chǎn)品內(nèi)形成空腔。一般地，發(fā)泡劑如超臨界流體在聚合物中的溶解度隨溫度和壓力改變。例如，在200℃和27.6MPa(4000psi)(代表典型的工藝溫度和壓力)下，二氧化碳在多數(shù)聚合物中的溶解度為約10％(重)，而相同條件下氮的溶解度為約2％(重)。
一優(yōu)選實(shí)施方案中，公開一種利用本發(fā)明介電泡沫制造同軸傳輸線的方法。該方法包括采用微孔法。此外，使聚合物合金和超臨界流體混合物在內(nèi)導(dǎo)體周圍發(fā)泡。還在所述發(fā)泡電介質(zhì)周圍施加第二導(dǎo)體。
再另一優(yōu)選實(shí)施方案中，公開一種利用本發(fā)明介電泡沫制造條狀傳輸線的方法。該方法包括采用微孔法。還包括以下附加步驟將所述擠出泡沫制成至少一個(gè)有相對(duì)兩側(cè)的片，使所述片的一側(cè)附著在一種導(dǎo)體之上，使一條第二導(dǎo)體附著在所述片的另一側(cè)上，使第二片附著在這條第二導(dǎo)體之上；和使第三導(dǎo)體附著在所述第二片之上。
通過附圖進(jìn)一步描述以上實(shí)施方案和其它實(shí)施方案。
圖1說明包含本發(fā)明泡沫電介質(zhì)的同軸電纜10。圖1示出一種常規(guī)同軸電纜，切掉一部分以露出各層。該同軸電纜包括位于同軸電纜中心的內(nèi)導(dǎo)體11。所示實(shí)施方案中，導(dǎo)體11是光滑的；但導(dǎo)體11可以是波狀的。以圓筒方式包圍內(nèi)導(dǎo)體電線11的是通過聚合物合金與超臨界流體如二氧化碳一起擠出生產(chǎn)的微孔泡沫電介質(zhì)12。本領(lǐng)域已知可在內(nèi)導(dǎo)體電線11、泡沫電介質(zhì)12、或同軸電纜的其它組成部分周圍設(shè)置一或多個(gè)粘合劑層。所述粘合劑可與泡沫電介質(zhì)層一起擠出，或者單獨(dú)地?cái)D至泡沫電介質(zhì)和/或內(nèi)導(dǎo)體之上。
外導(dǎo)體13設(shè)置在泡沫電介質(zhì)12周圍。所示實(shí)施方案中，導(dǎo)體13是波狀的，但導(dǎo)體13成波狀不是必需的。另一實(shí)施方案中，外導(dǎo)體殼13是非波狀的導(dǎo)體。電纜護(hù)套14包圍所述外導(dǎo)體。
用于制備泡沫電介質(zhì)12的聚合物合金優(yōu)選可發(fā)泡至足夠低的密度。一優(yōu)選實(shí)施方案中，所述密度為約0.08g/cm3或更低。已生產(chǎn)出密度為約0.03至約0.20g/cm3的電介質(zhì)。此外，所述聚合物合金的熔體強(qiáng)度能經(jīng)受所述擠出過程。而且，所述聚合物合金在約-40和約100℃的溫度之間是機(jī)械和熱穩(wěn)定的。
圖2示出用本發(fā)明泡沫電介質(zhì)12制造的條狀傳輸線15。由導(dǎo)體16和置于導(dǎo)體16相對(duì)兩側(cè)的本發(fā)明微孔泡沫電介質(zhì)12組成。此外，還包括上接地面17和下接地面18。所述泡沫電介質(zhì)12置于上接地面17和下接地面18之間。整個(gè)條狀線排列被護(hù)套19覆蓋。典型地，條狀傳輸線或條狀線電纜的阻抗為50或75歐姆。但其它阻抗也可用本發(fā)明生產(chǎn)。這些條狀線電纜可用于有線電視、雷達(dá)、儀器和使用同軸電纜的其它應(yīng)用的主機(jī)。
圖3示出超臨界流體擠出裝置，圖4示出已并入本發(fā)明的超臨界流體擠出工藝。本發(fā)明介電泡沫的生產(chǎn)方法(或超臨界法)涉及擠出機(jī)20和超臨界流體注射器。
詳情在圖3和4中給出。擠出機(jī)20包括擠出機(jī)機(jī)筒21，其中相配地安裝有旋轉(zhuǎn)螺桿元件22，通過適合的驅(qū)動(dòng)電機(jī)23使其旋轉(zhuǎn)。待發(fā)泡材料例如聚合物塑料(如HivalloyTM)顆粒通過料斗24加入擠出機(jī)機(jī)筒21內(nèi)(步驟100)。擠出機(jī)機(jī)筒21有多個(gè)安裝在其上以加熱機(jī)筒的機(jī)筒加熱器25。從而當(dāng)螺桿元件22運(yùn)載所述顆粒通過機(jī)筒時(shí)通過旋轉(zhuǎn)螺桿元件22產(chǎn)生的機(jī)械剪切力在物料上的摩擦和加熱的機(jī)筒將其中的聚合物顆粒加熱至熔融狀態(tài)(步驟110)。
超臨界流體如來自CO2源26的二氧化碳在所選壓力(步驟115)下通過適合的裝置27輸送，通過計(jì)量裝置28以控制速度向擠出機(jī)機(jī)筒21中供應(yīng)計(jì)量量的超臨界流體(步驟130)。這導(dǎo)致形成兩相混合物(140)，在高壓下存在于擠出機(jī)機(jī)筒21內(nèi)。超臨界流體的注射位置可適當(dāng)?shù)剡x擇在沿機(jī)筒的某一位置以致在引入氣體之前實(shí)現(xiàn)所述聚合物熔體的適當(dāng)熔融、剪切和加壓。
所述特定實(shí)施方案中，再用擠出機(jī)機(jī)筒21內(nèi)機(jī)加工成擠出機(jī)螺桿22的一部分31的多個(gè)不規(guī)則葉片30通過剪切力使所得超臨界流體和聚合物材料的兩相混合物進(jìn)一步均化。或者，在某些應(yīng)用中，使用標(biāo)準(zhǔn)擠塑螺桿時(shí)發(fā)生的混合過程可能足以提供所要混合物，不需要所述不規(guī)則葉片30。然后可將所述動(dòng)態(tài)混合的熔體供入多個(gè)靜態(tài)混合器32中，需要時(shí)可加入附加攪拌。從而，所述超臨界流體擴(kuò)散并溶入聚合物材料中形成單相溶液(步驟150)。多數(shù)實(shí)施方案中，所述混合物通過不使用靜態(tài)混合器的機(jī)筒提供足夠的擴(kuò)散和溶解足以形成所要單相溶液。所述單相溶液通過擠出機(jī)出口(某些實(shí)施方案中包括破料板)在通過適合的溫控元件36保持的選定溫度下供入直角機(jī)頭34(步驟160)。在直角機(jī)頭34內(nèi)壓力快速下降產(chǎn)生微孔成核作用。可用直角機(jī)頭內(nèi)的尖梢-?？诮M合生產(chǎn)所要形狀的發(fā)泡材料例如片、絲、或使所述泡沫包裹在內(nèi)導(dǎo)體周圍等(步驟170)。所述成型過程之后(此時(shí)已預(yù)先出現(xiàn)有限的膨脹)，使所述材料充分膨脹。某些實(shí)施方案中，再用成型模頭35進(jìn)一步使膨脹泡沫的表面變光滑。
為生產(chǎn)一致的發(fā)泡產(chǎn)品，需控制發(fā)泡劑例如超臨界流體和聚合物流進(jìn)入擠出機(jī)機(jī)筒21的流速獲得恒定的重量比。主要通過擠出機(jī)螺桿22的轉(zhuǎn)速控制聚合物流速。發(fā)泡劑如超臨界流體的計(jì)量可用適合的超臨界設(shè)備包括可依次反饋控制的計(jì)量閥實(shí)現(xiàn)。
使用常規(guī)的電纜加工設(shè)備包括導(dǎo)出裝置、引出裝置、卷筒、擠出機(jī)、和(某些實(shí)施方案中)水槽。
示出?？?尖梢組合的橫截面的圖9中更清楚地描繪出直角機(jī)頭35的內(nèi)部構(gòu)件。?？谥睆?5a是發(fā)泡電介質(zhì)從中排出的開口。該?？谟械谝荒？诮?5b和第二?？诮?5c。所述會(huì)聚角35e和入射角35d決定所述均勻混合物作用于中心導(dǎo)體的流型。所述尖梢有內(nèi)徑35g和頂錐角35f。普通技術(shù)人員將意識(shí)到可根據(jù)擠出泡沫的具體尺寸、形狀和密度調(diào)節(jié)這些參數(shù)。
圖5說明所述泡沫電介質(zhì)12制成片材之后生產(chǎn)條狀線電纜所采用的步驟。更具體地，所述成型元件35優(yōu)選有適當(dāng)模具的直角機(jī)頭(或模頭)使擠出的泡沫形成片材(步驟200)。將所述片材12放在或附著在也制成片狀的導(dǎo)體18(用作接地面)之上(步驟210)。然后，將一窄條第二導(dǎo)體16放在或附著在所述泡沫電介質(zhì)片12之上(步驟220)。然后將第二泡沫電介質(zhì)片12放在或附著在所述窄條導(dǎo)體之上(步驟230)。然后將第三導(dǎo)體17(也用作接地面而且也制成片狀)放在或附著在所述第二泡沫電介質(zhì)片12之上(步驟240)。然后用護(hù)套19覆蓋所述條狀線排列(步驟250)。
以下實(shí)施例僅用于舉例說明，而決不是要限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例以下實(shí)施例是本發(fā)明的一種實(shí)施方案，其中用前面詳述中所公開的泡沫電介質(zhì)之一種實(shí)施方案制造在信號(hào)衰減和電介質(zhì)密度方面表現(xiàn)出改進(jìn)性能的改進(jìn)7/8”同軸電纜。
該實(shí)施例中，用超臨界二氧化碳使HivalloyTMG2120發(fā)泡。
所用擠出機(jī)是長徑比為36/1的單螺桿2-1/2”擠出機(jī)。該擠出機(jī)是用鑄鋁加熱器水冷的，可配有高-或低-輸出量的擠出機(jī)螺桿。該擠出機(jī)以雙注料口和注氣噴嘴為特色。所加負(fù)荷壓力為約2300-5000psi，氣體的重量百分率在約3％至約8％的范圍內(nèi)。
將聚合物合金送入擠出機(jī)中，在其中加熱。將超臨界二氧化碳計(jì)量并引入擠出機(jī)內(nèi)，使之與所述聚合物混合。通過直角機(jī)頭將該混合物擠壓至內(nèi)導(dǎo)體之上。出料量為約5-80lb/hr。所用擠出機(jī)模具構(gòu)型示于圖9中。
擠出機(jī)的溫度分布在182至160℃的范圍內(nèi)，模頭溫度為156℃。模頭的內(nèi)徑為0.440”，外徑為0.900”，有10和20°的雙角。模頭尖梢內(nèi)徑為0.391”。螺桿以40rpm運(yùn)轉(zhuǎn)，所述工藝的線速為23ft/min。
導(dǎo)出、引出、和卷筒控制同軸電纜的電線和管組成部分，確保電線和管以恒定的速度和張力通過所述直角機(jī)頭拉伸。結(jié)果是內(nèi)導(dǎo)體位于泡沫中心的圓柱狀泡沫介電芯。在所述泡沫上加外導(dǎo)體，完成所述同軸電纜的制造。
所述泡沫電介質(zhì)的平均泡孔尺寸為約50-60μm，密度為約0.065g/cm3。
冷卻后采集所述同軸電纜的試樣，用Hewlett-Packard制造的移動(dòng)電纜測(cè)試系統(tǒng)HP8753測(cè)試信號(hào)衰減。在一定信號(hào)頻率范圍內(nèi)測(cè)定信號(hào)衰減，列于下表中。
對(duì)一段包含按Fox所公開方法制備的發(fā)泡聚乙烯的電纜進(jìn)行相同的衰減試驗(yàn)。此對(duì)比例中不使用超臨界發(fā)泡劑，因?yàn)槌R界二氧化碳在聚乙烯中的溶解度產(chǎn)生0.50g/cm3的泡沫，這比常規(guī)發(fā)泡聚乙烯的密度大約3倍。
圖6、圖7、和圖8是發(fā)泡聚合物試樣的顯微照片。圖6和圖7對(duì)應(yīng)于本發(fā)明泡沫電介質(zhì)的實(shí)施例，圖8是對(duì)比例的發(fā)泡聚乙烯試樣，代表現(xiàn)有技術(shù)的泡沫電介質(zhì)。
圖6為放大100X拍攝的顯示本發(fā)明一實(shí)施方案的泡孔形狀的顯微照片。
圖7為放大500X拍攝的更清楚地描繪本發(fā)明一實(shí)施方案的顯微照片。
圖8(用于對(duì)比)為已知最接近的適合泡沫電介質(zhì)-代表Fox專利中所公開泡沫的發(fā)泡聚乙烯的顯微照片。本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見，放大100X的發(fā)泡聚乙烯的表觀泡孔尺寸與放大500X的微孔泡沫的表觀泡孔尺寸近似相同。因?yàn)閳D7和圖8的顯微照片之間有5倍的放大倍率差，這表明本發(fā)明泡孔尺寸比最接近的現(xiàn)有技術(shù)減小至少5倍。
對(duì)比這些顯微照片可見，對(duì)比例的泡沫有比本發(fā)明泡沫大得多的泡孔尺寸及更厚的泡壁。因此，對(duì)比例的泡沫有比本發(fā)明泡沫更大的密度。對(duì)比例泡沫的密度較高對(duì)應(yīng)損耗因子較大，最終摻入傳輸線時(shí)信號(hào)衰減較大。所述常規(guī)發(fā)泡聚乙烯的衰減試驗(yàn)結(jié)果示于下表1中。兩組數(shù)據(jù)均涉及7/8”電纜。
表1

如表1中數(shù)據(jù)所示，本發(fā)明產(chǎn)生極好的信號(hào)衰減性能。相比，對(duì)比例用發(fā)泡聚乙烯生產(chǎn)的同軸電纜在所有頻率下都產(chǎn)生更大的信號(hào)衰減。
雖然已結(jié)合其具體實(shí)施方案詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但在不背離其精神和范圍的情況下可做各種改變和修改對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種泡沫電介質(zhì)，包含用超臨界流體作發(fā)泡劑獲得的發(fā)泡聚合物合金，其中所述聚合物合金包含至少兩種不同的聚合物或所述聚合物的接枝聚合物。
2.權(quán)利要求1的泡沫電介質(zhì)，其中所述聚合物合金的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大于100℃。
3.權(quán)利要求1的泡沫電介質(zhì)，其中所述泡沫電介質(zhì)的泡孔尺寸不大于100μm。
4.權(quán)利要求3的泡沫電介質(zhì)，其中所述泡沫電介質(zhì)的泡孔尺寸不大于60μm。
5.權(quán)利要求1的泡沫電介質(zhì)，其中所述聚合物合金包含聚丙烯和聚苯乙烯。
6.權(quán)利要求1的泡沫電介質(zhì)，其中所述聚合物合金包含(1)約20至80％重量的聚丙烯-接枝的聚苯乙烯，含約5至約70％苯乙烯單體；(2)約20至約80％重量的選自聚乙烯、聚丙烯或乙烯-丙烯共聚物的烯烴聚合物；(3)低于約30％重量的橡膠改性劑；和(4)低于約5％重量的穩(wěn)定劑。
7.權(quán)利要求6的泡沫電介質(zhì)，其中所述烯烴聚合物選自高分子量聚丙烯、改性聚丙烯、和包含約14％橡膠和約8.5％乙烯的乙烯-丙烯抗沖改性的聚丙烯。
8.權(quán)利要求6的泡沫電介質(zhì)，其中所述橡膠改性劑選自高抗沖聚苯乙烯、氫化苯乙烯-異戊二烯雙嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、和氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物。
9.權(quán)利要求8的泡沫電介質(zhì)，其中所述氫化苯乙烯-異戊二烯雙嵌段共聚物包含37％苯乙烯和63％異戊二烯，所述氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物包含29％苯乙烯和71％丁二烯。
10.權(quán)利要求6的泡沫電介質(zhì)，其中所述穩(wěn)定劑選自抗氧化劑和金屬鈍化劑。
11.權(quán)利要求10的泡沫電介質(zhì)，其中所述抗氧化劑選自亞膦酸酯穩(wěn)定劑和酚型穩(wěn)定劑。
12.權(quán)利要求10的泡沫電介質(zhì)，其中所述金屬鈍化劑是乙二胺四乙酸。
13.權(quán)利要求1的泡沫電介質(zhì)，其中所述超臨界流體是超臨界二氧化碳。
14.權(quán)利要求1的泡沫電介質(zhì)，其中所述泡沫電介質(zhì)的密度不大于約0.2g/cm3。
15.權(quán)利要求14的泡沫電介質(zhì)，其中所述泡沫電介質(zhì)的密度為約0.03至約0.2g/cm3。
16.權(quán)利要求15的泡沫電介質(zhì)，其中所述泡沫電介質(zhì)的密度為約0.03至約0.08g/cm3。
17.一種傳輸線，包括至少一種導(dǎo)體和至少一種電介質(zhì)，所述電介質(zhì)包含用超臨界流體作發(fā)泡劑獲得的發(fā)泡聚合物合金，其中所述聚合物合金包含至少兩種不同的聚合物或所述聚合物的接枝聚合物。
18.權(quán)利要求17的傳輸線，其中所述聚合物合金的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大于100℃。
19.權(quán)利要求17的傳輸線，其中所述泡沫電介質(zhì)的泡孔尺寸不大于100μm。
20.權(quán)利要求19的傳輸線，其中所述泡沫電介質(zhì)的泡孔尺寸不大于60μm。
21.權(quán)利要求17的傳輸線，其中所述聚合物合金包含聚丙烯和聚苯乙烯。
22.權(quán)利要求17的傳輸線，其中所述聚合物合金包含(1)約20至80％重量的聚丙烯-接枝的聚苯乙烯，含約5至約70％苯乙烯基單體；(2)約20至約80％重量的選自聚乙烯、聚丙烯或乙烯-丙烯共聚物的烯烴聚合物；(3)低于約30％重量的橡膠改性劑；和(4)低于約5％重量的穩(wěn)定劑。
23.權(quán)利要求22的傳輸線，其中所述烯烴聚合物選自高分子量聚丙烯、改性聚丙烯、和包含約14％橡膠和約8.5％乙烯的乙烯-丙烯抗沖改性的聚丙烯。
24.權(quán)利要求22的傳輸線，其中所述橡膠改性劑選自高抗沖聚苯乙烯、氫化苯乙烯-異戊二烯雙嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、和氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物。
25.權(quán)利要求24的傳輸線，其中所述氫化苯乙烯-異戊二烯雙嵌段共聚物包含37％苯乙烯和63％異戊二烯，所述氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物包含29％苯乙烯和71％丁二烯。
26.權(quán)利要求22的傳輸線，其中所述穩(wěn)定劑選自抗氧化劑和金屬鈍化劑。
27.權(quán)利要求26的傳輸線，其中所述抗氧化劑選自亞膦酸酯穩(wěn)定劑和酚型穩(wěn)定劑。
28.權(quán)利要求26的傳輸線，其中所述金屬鈍化劑是乙二胺四乙酸。
29.權(quán)利要求17的傳輸線，其中所述超臨界流體是超臨界二氧化碳。
30.權(quán)利要求17的傳輸線，其中所述泡沫電介質(zhì)的密度不大于約0.2g/cm3。
31.權(quán)利要求30的傳輸線，其中所述泡沫電介質(zhì)的密度為約0.03至約0.2g/cm3。
32.權(quán)利要求31的傳輸線，其中所述泡沫電介質(zhì)的密度為約0.03至約0.08g/cm3。
33.一種同軸傳輸線，包括內(nèi)導(dǎo)體；包圍所述內(nèi)導(dǎo)體的泡沫電介質(zhì)；和包圍所述泡沫電介質(zhì)的外導(dǎo)體，其中所述泡沫電介質(zhì)包含用超臨界流體作發(fā)泡劑獲得的發(fā)泡聚合物合金，所述聚合物合金包含至少兩種不同的聚合物或所述聚合物的接枝聚合物。
34.權(quán)利要求33的同軸傳輸線，其中所述聚合物合金的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大于100℃。
35.權(quán)利要求33的同軸傳輸線，其中所述泡沫電介質(zhì)的泡孔尺寸不大于100μm。
36.權(quán)利要求35的同軸傳輸線，其中所述泡沫電介質(zhì)的泡孔尺寸不大于60μm。
37.權(quán)利要求33的同軸傳輸線，其中所述聚合物合金包含聚丙烯和聚苯乙烯。
38.權(quán)利要求33的同軸傳輸線，其中所述聚合物合金包含(1)約20至80％重量的聚丙烯-接枝的聚苯乙烯，含約5至約70％苯乙烯基單體；(2)約20至約80％重量的選自聚乙烯、聚丙烯或乙烯-丙烯共聚物的烯烴聚合物；(3)低于約30％重量的橡膠改性劑；和(4)低于約5％重量的穩(wěn)定劑。
39.權(quán)利要求38的同軸傳輸線，其中所述烯烴聚合物選自高分子量聚丙烯、改性聚丙烯、和包含約14％橡膠和約8.5％乙烯的乙烯-丙烯抗沖改性的聚丙烯。
40.權(quán)利要求38的同軸傳輸線，其中所述橡膠改性劑選自高抗沖聚苯乙烯、氫化苯乙烯-異戊二烯雙嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、和氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物。
41.權(quán)利要求40的同軸傳輸線，其中所述氫化苯乙烯-異戊二烯雙嵌段共聚物包含37％苯乙烯和63％異戊二烯，所述氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物包含29％苯乙烯和71％丁二烯。
42.權(quán)利要求38的同軸傳輸線，其中所述穩(wěn)定劑選自抗氧化劑和金屬鈍化劑。
43.權(quán)利要求42的同軸傳輸線，其中所述抗氧化劑選自亞膦酸酯穩(wěn)定劑和酚型穩(wěn)定劑。
44.權(quán)利要求42的同軸傳輸線，其中所述金屬鈍化劑是乙二胺四乙酸。
45.權(quán)利要求33的同軸傳輸線，其中所述超臨界流體是超臨界二氧化碳。
46.權(quán)利要求33的同軸傳輸線，其中所述泡沫電介質(zhì)的密度不大于約0.2g/cm3。
47.權(quán)利要求46的同軸傳輸線，其中所述泡沫電介質(zhì)的密度為約0.03至約0.2g/cm3。
48.權(quán)利要求47的同軸傳輸線，其中所述泡沫電介質(zhì)的密度為約0.03至約0.08g/cm3。
49.一種條狀傳輸線，包括接地面；有相對(duì)兩側(cè)的導(dǎo)體，所述側(cè)包括相對(duì)于所述接地面的近側(cè)和相對(duì)于所述接地面的遠(yuǎn)側(cè)；置于所述接地面和所述導(dǎo)體的近側(cè)之間的泡沫電介質(zhì)；其中所述泡沫電介質(zhì)包含用超臨界流體作發(fā)泡劑獲得的發(fā)泡聚合物合金，所述聚合物合金包含至少兩種不同的聚合物或所述聚合物的接枝聚合物。
50.權(quán)利要求49的條狀傳輸線，其中所述聚合物合金的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大于100℃。
51.權(quán)利要求49的條狀傳輸線，其中所述泡沫電介質(zhì)的泡孔尺寸不大于100μm。
52.權(quán)利要求51的條狀傳輸線，其中所述泡沫電介質(zhì)的泡孔尺寸不大于60μm。
53.權(quán)利要求49的條狀傳輸線，其中所述聚合物合金包含聚丙烯和聚苯乙烯。
54.權(quán)利要求49的條狀傳輸線，其中所述聚合物合金包含(1)約20至80％重量的聚丙烯-接枝的聚苯乙烯，含約5至約70％苯乙烯基單體；(2)約20至約80％重量的選自聚乙烯、聚丙烯或乙烯-丙烯共聚物的烯烴聚合物；(3)低于約30％重量的橡膠改性劑；和(4)低于約5％(重)的穩(wěn)定劑。
55.權(quán)利要求54的條狀傳輸線，其中所述烯烴聚合物選自高分子量聚丙烯、改性聚丙烯、和包含約14％橡膠和約8.5％乙烯的乙烯-丙烯抗沖改性的聚丙烯。
56.權(quán)利要求54的條狀傳輸線，其中所述橡膠改性劑選自高抗沖聚苯乙烯、氫化苯乙烯-異戊二烯雙嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、和氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物。
57.權(quán)利要求56的條狀傳輸線，其中所述氫化苯乙烯-異戊二烯雙嵌段共聚物包含37％苯乙烯和63％異戊二烯，所述氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物包含29％苯乙烯和71％丁二烯。
58.權(quán)利要求54的條狀傳輸線，其中所述穩(wěn)定劑選自抗氧化劑和金屬鈍化劑。
59.權(quán)利要求58的條狀傳輸線，其中所述抗氧化劑選自亞膦酸酯穩(wěn)定劑和酚型穩(wěn)定劑。
60.權(quán)利要求58的條狀傳輸線，其中所述金屬鈍化劑是乙二胺四乙酸。
61.權(quán)利要求49的條狀傳輸線，其中所述超臨界流體是超臨界二氧化碳。
62.權(quán)利要求49的條狀傳輸線，其中所述泡沫電介質(zhì)的密度不大于約0.2g/cm3。
63.權(quán)利要求62的條狀傳輸線，其中所述泡沫電介質(zhì)的密度為約0.03至約0.2g/cm3。
64.權(quán)利要求63的條狀傳輸線，其中所述泡沫電介質(zhì)的密度為約0.03至約0.08g/cm3。
65.一種微條狀傳輸線，包括上下接地面；有相對(duì)兩側(cè)的內(nèi)導(dǎo)體，所述內(nèi)導(dǎo)體位于所述上下接地面之間；置于所述上下接地面之間的包圍所述內(nèi)導(dǎo)體的泡沫電介質(zhì)；其中所述泡沫電介質(zhì)包含用超臨界流體作發(fā)泡劑獲得的發(fā)泡聚合物合金，所述聚合物合金包含至少兩種不同的聚合物或所述聚合物的接枝聚合物。
66.權(quán)利要求65的微條狀傳輸線，其中所述聚合物合金的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大于100℃。
67.權(quán)利要求65的微條狀傳輸線，其中所述泡沫電介質(zhì)的泡孔尺寸不大于100μm。
68.權(quán)利要求67的微條狀傳輸線，其中所述泡沫電介質(zhì)的泡孔尺寸不大于60μm。
69.權(quán)利要求65的同軸傳輸線，其中所述聚合物合金包含聚丙烯和聚苯乙烯。
70.權(quán)利要求65的微條狀傳輸線，其中所述聚合物合金包含(1)約20至80％重量的聚丙烯-接枝的聚苯乙烯，含約5至約70％苯乙烯基單體；(2)約20至約80％重量的選自聚乙烯、聚丙烯或乙烯-丙烯共聚物的烯烴聚合物；(3)低于約30％重量的橡膠改性劑；和(4)低于約5％重量的穩(wěn)定劑。
71.權(quán)利要求70的微條狀傳輸線，其中所述烯烴聚合物選自高分子量聚丙烯、改性聚丙烯、和包含約14％橡膠和約8.5％乙烯的乙烯-丙烯抗沖改性的聚丙烯。
72.權(quán)利要求70的微條狀傳輸線，其中所述橡膠改性劑選自高抗沖聚苯乙烯、氫化苯乙烯-異戊二烯雙嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、和氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物。
73.權(quán)利要求72的微條狀傳輸線，其中所述氫化苯乙烯-異戊二烯雙嵌段共聚物包含37％苯乙烯和63％異戊二烯，所述氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物包含29％苯乙烯和71％丁二烯。
74.權(quán)利要求70的微條狀傳輸線，其中所述穩(wěn)定劑選自抗氧化劑和金屬鈍化劑。
75.權(quán)利要求74的微條狀傳輸線，其中所述抗氧化劑選自亞膦酸酯穩(wěn)定劑和酚型穩(wěn)定劑。
76.權(quán)利要求74的微條狀傳輸線，其中所述金屬鈍化劑是乙二胺四乙酸。
77.權(quán)利要求65的微條狀傳輸線，其中所述超臨界流體是超臨界二氧化碳。
78.權(quán)利要求65的微條狀傳輸線，其中所述泡沫電介質(zhì)的密度不大于約0.2g/cm3。
79.權(quán)利要求78的微條狀傳輸線，其中所述泡沫電介質(zhì)的密度為約0.03至約0.2g/cm3。
80.權(quán)利要求79的微條狀傳輸線，其中所述泡沫電介質(zhì)的密度為約0.03至約0.08g/cm3。
81.一種泡沫電介質(zhì)的形成方法，包括以下步驟(1)將聚合物合金送入擠出機(jī)中并將所述聚合物合金加熱，(2)向所述擠出機(jī)中輸送超臨界流體，(3)使所述聚合物合金與所述超臨界流體混合，(4)使所得聚合物合金和超臨界流體混合物從所述擠出機(jī)中排出，和(5)使所述聚合物合金和所述超臨界流體通過直角機(jī)頭。
82.一種同軸傳輸線的制造方法，包括以下步驟(1)提供內(nèi)導(dǎo)體，(2)在所述內(nèi)導(dǎo)體周圍設(shè)置泡沫電介質(zhì)，所述泡沫電介質(zhì)通過以下方法形成(A)將聚合物合金送入擠出機(jī)中并將所述聚合物合金加熱，(B)向所述擠出機(jī)中輸送超臨界流體，(C)使所述聚合物合金與所述超臨界流體混合，(D)使所得聚合物合金和超臨界流體混合物從所述擠出機(jī)中排出，和(E)使所述聚合物合金和所述超臨界流體通過直角機(jī)頭；(3)在所述泡沫電介質(zhì)周圍加外導(dǎo)體。
83.一種傳輸線的制造方法，包括以下步驟(1)提供導(dǎo)體，(2)在所述導(dǎo)體周圍設(shè)置泡沫電介質(zhì)，所述泡沫電介質(zhì)通過以下方法形成(A)將聚合物合金送入擠出機(jī)中并將所述聚合物合金加熱，(B)向所述擠出機(jī)中輸送超臨界流體，(C)使所述聚合物合金與所述超臨界流體混合，(D)使所得聚合物合金和超臨界流體混合物從所述擠出機(jī)中排出，和(E)使所述聚合物合金和所述超臨界流體通過直角機(jī)頭；和(3)在所述泡沫電介質(zhì)的一或多側(cè)加接地面以致所述導(dǎo)體不接觸所述接地面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在電力傳輸線中作為電介質(zhì)的新型發(fā)泡聚合物材料。本發(fā)明泡沫電介質(zhì)通過擠出聚合物合金和超臨界流體特別是二氧化碳獲得。具體地，所述泡沫聚合物電介質(zhì)通過以下方法制備(1)將聚合物合金送入擠出機(jī)中并將所述聚合物合金加熱，(2)向所述擠出機(jī)中輸送超臨界流體，(3)使所述聚合物合金與所述超臨界流體混合，(4)使所得聚合物合金和超臨界流體混合物從所述擠出機(jī)中排出，和(5)使所述聚合物合金和所述超臨界流體通過直角機(jī)頭。本發(fā)明泡沫電介質(zhì)可用于同軸傳輸線。該實(shí)施方案中，內(nèi)導(dǎo)體被泡沫電介質(zhì)包圍，泡沫電介質(zhì)又被第二導(dǎo)體包圍。也可用所公開的泡沫電介質(zhì)制造條狀和微條狀傳輸線。
文檔編號(hào)B29K105/04GK1484665SQ01821776
公開日2004年3月24日 申請(qǐng)日期2001年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月5日
發(fā)明者D·布范達(dá), K·奧得奈爾德, D 布范達(dá), 媚味 申請(qǐng)人:無線電射頻系統(tǒng)公司