线缆发泡技术

线缆发泡技朮线缆发泡技朮 1 1、、 前前 言言 通信网络之完整性，除了机房内之软硬件及其周边附属设备外，通信电 缆扮演着送信与受信二端间连络主要传输媒介。通信电缆不仅质量需符合未 来整体服务数字网络(ISDN)之要求外，所占用之空间也不容忽视，二者更是 息息相关。近十年来欲使通信网络传输更快速，除了设备增强外，通信电缆 也做了重大变革，纷纷采用发泡聚乙烯为绝缘材料，促使电缆特性更能符合 较佳通信效果。其中电气特性如静电容量、电容不平衡、远(近)端串音及衰减 等与材料发泡方式更是立竿见影。 2 2、、 发泡的目的发泡的目的 一般材料发泡的目的在于使制品轻量化，并加强制品隔热性与可扰性， 及降低材料成本。而线缆用材料发泡的目的，则在降低材料的介质常数。 3 3、、 材料发泡方式材料发泡方式 为了增加传输容量及速率，降低材料介质常数(Dielectric Constant)系最佳 途径， 而使用发泡 PE 材料则可达成此目的，其材料发泡方式一般区分为二种 方式： (一) 化学发泡方法 (二) 物理发泡 (氮气发泡) 4 4、、 传统化学发泡传统化学发泡 于 PE 绝缘材料制料过程中，混合适当比例热效应发泡剂，其使于芯线制 程时，利用温度促使发泡剂产生化学分解变化，于 PE 材料内部形成气泡，此 项材料对温度反应相当灵敏( ±1℃)， 温控设备稍受外界影响，其发泡度变化 极大，目前此项方式发泡度可达到40-50%，且此发泡材料须置放于干燥环境 第 1 頁，共 16 頁 内，否则水分进入材料后于押出易导致芯线电容，外径不稳定，此二项于通 信电缆远(近)端将造成不良影响。 为减小介质常数，其所用基材应为低介质常数的材料，目前线缆最常用 者为 PE。在特殊的场合，也有利用 PP、PS 及 TEFLON 为基材的。 4.1 PE 发泡度与介电常数，波长短缩率，时间延迟关系图 100 VpVpε ε 90 80 2.4 70 2.2 60 502.0 1.840 1.6 30 1.4 20 101.2 1.0 0 5.0 4.8 時間時間 4.6 4.4 4.2 4.0 3.8 3.6 3.4 3.2 20406080 3.0 100 時間遲延 延遲延遲 介電常數 波長短縮率 發發 泡泡 度度 發泡度% 介電常數 時間延遲 ns/M 波長短縮率% 0 2.32 第 2 頁，共 16 頁 5.08 65.6 4.2 PE4.2 PE 发泡之特性关系表发泡之特性关系表 发泡度与材料抗张特性的关系如下表列 发泡度 % 抗张强度 KG/MM2 伸长率 % 17 18 27 33 39 40 45 47 50 0 1.10 1.17 0.85 0.78 0.65 0.55 0.53 0.46 0.30 1.5 490 500 490 350 370 280 300 260 150 550 發泡度、絕緣厚度、及破壞電壓的關系， 則如下所列 發泡度% 絕緣厚度 mm 破壞電壓 KV 50 1.0 8.8~10.4 50 0.45 2.2~4.6 在静电容量要求一定的场合，降低绝缘材料的实效介质常数，则芯线径在静电容量要求一定的场合，降低绝缘材料的实效介质常数，则芯线径 便可减小。此时，一定尺寸的线缆管中，就可多设线路，在多心线缆场合有便可减小。此时，一定尺寸的线缆管中，就可多设线路，在多心线缆场合有 很大的优点。很大的优点。 材料发泡，则强度下降，故薄绝缘场合发泡度只限于材料发泡，则强度下降，故薄绝缘场合发泡度只限于20-30%20-30%，厚绝缘时，厚绝缘时 则约达则约达 50%50%左右，属于较低发泡的类别。左右，属于较低发泡的类别。 4.34.3 发泡度的测定方法发泡度的测定方法 第 3 頁，共 16 頁 线缆发泡层的发泡度，可利用普通的密度测定法计测，所谓发泡度乃指 发泡体中含多少百分比的气体，可应用下式表示之 P  ( d d )100 d  d  (1)100 d  期中，d = 发泡体密度 d0=基材原有的密度 1、密度测定法 2、线缆发泡层密度的简便方法 3、电容值测定方法：浸于水中测其电容值 4、请参考 9.0 详细说明 4.44.4 押出发泡法押出发泡法 发泡剂的类别 化学发泡剂 e.有機系(聯氨系、硝酸靈系、偶氮系) a.低沸點炭氫化合物系(丙烷、丁烷、戊烷) 挥发性发泡剂 b.溶劑系(石油醚、有機氯化物) c.氮氣 d.無機系(碳酸氫鈉、炭酸銨) 4.54.5 目前市售发泡目前市售发泡 PEPE 之发泡剂之发泡剂 1、高密度用尿素类 2、低密度用碳酸类 大部分发泡剂的分解生成物都具有吸湿性，生成的气体亦常含水分， 故在要求低损失的场合，押出线必须施行干燥手续。 4.64.6 发泡押出用押出机发泡押出用押出机 押出机的 L/D 约 20-28，并有较长的供料段，压缩比约 2.0-2.5，押 出机在设计上应注意下列各点： 第 4 頁，共 16 頁 (1) 设计小压缩比的螺杆﹔ (2) 设置反压调节器，以控制适当的反压﹔ (3) 机头与眼模部阻力尽量减小﹔ (4) 螺旋廊宽减小。 4.74.7 押出条件押出条件 发泡线押出的时候，其押出条件受押出机尺寸，螺杆构造、螺杆回 转数及发泡剂浓度等要因素影响，很难得到通用的原则，重点在如何使 材料迅速熔融，并使分解气溶于材料中，直到出眼模口后才开始发泡。 押出条件例如压力、温度、及押出时间等发生变化，则押出成品特 性亦发生很大变化。 押出温度系指熔融材料的实际温度，当温度不同的时候，押出线的 发泡特性亦起变异，温度在某一特定范围的时候，发泡特性最良好，高 或低于此项范围，都无法得到质量良好的押出线。 押出时材料在螺缸的停留时间，称为押出时间，对发泡特性亦有相 当大的影响，材料在螺缸停留时间亦应保持在某一特定范围内，才能押 出特性良好的发泡线来。 综上所叙，可知发泡押出作业实为一项需要相当高技朮水准的作业， 押出条件设定稍有不慎，就很难制造出质量良好的发泡电线，作业人员 应从不断体会中获得良好的经验，精益求精，才能达到提高水准、高质 量的境界。 4.84.8 发泡情形如下图发泡情形如下图 氣泡形成 發泡劑的分解在繼續進行 材料流動方向 第 5 頁，共 16 頁 高壓領域 （氣體在 材料中溶 解） 眼模 大氣壓（過飽和氣體）膨脹完后 芯線 4.94.9 押出条件的影响押出条件的影响 (1)(1) 押出温度的影响押出温度的影响 采用添加发泡剂进行押出发泡的时候，押出温度条件对发泡特性的良 莠占有决定性地位，押出温度如能与发泡剂分解温度充分配合，必可制造出 特性良好的成品。 低温押出气泡数很少，温度上升则气泡分布逐渐均匀，发泡度渐行提高， 在到达某温度的时候，发泡度最高，并得到极细微的气泡构造﹔温度再上升 则气泡粗大化，并有气泡破裂现象，形成不均匀的气泡构造。 此项最适当温度条件，端视材料别而异，除利用实验来决定外，实别无 良途可循。 (2)(2) 螺杆回转数的影响螺杆回转数的影响 螺杆回转数对发泡状态也有相当影响性。回转数增加的时候，发泡度也 逐渐增加，气泡构造更形微细，直至达到某限度为止。超过此限度后，效果 反而下降，故如何决定适当的螺杆回转数