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通訊電纜的物理發(fā)泡工藝
在通訊電纜的生產(chǎn)過(guò)程中，以往通常采用實(shí)心絕緣或化學(xué)發(fā)泡工藝。20世紀(jì)80年代始，出現(xiàn)了物理發(fā)泡技術(shù)。經(jīng)過(guò)多年的改進(jìn)和完善，物理發(fā)泡已經(jīng)發(fā)展為完全成熟的生產(chǎn)工藝。 作為一種成熟和可靠的工藝，物理發(fā)泡已經(jīng)被電纜市場(chǎng)完全接受，并取代化學(xué)發(fā)泡工藝而廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。一般被采用的發(fā)泡絕緣材料包括聚乙烯(PE)和氟塑料(FEP)，可用于通訊電纜、數(shù)據(jù)電纜、同軸電纜和射頻電纜等。由于要達(dá)到極高的發(fā)泡度，物理發(fā)泡生產(chǎn)線的設(shè)備組成和設(shè)計(jì)要比化學(xué)發(fā)泡更復(fù)雜，例如需要更長(zhǎng)的擠出機(jī)及氣體注射系統(tǒng)等。 物理發(fā)泡的主要優(yōu)點(diǎn) 與化學(xué)發(fā)泡比較，物理發(fā)泡能達(dá)到的發(fā)泡度能明顯提高。以PE為例：化學(xué)發(fā)泡能達(dá)到的最高發(fā)泡度為50%，而物理發(fā)泡能達(dá)到的最高發(fā)泡度為80%。 在生產(chǎn)不同的電纜產(chǎn)品時(shí)，一般達(dá)到的發(fā)泡度也不同，例如：對(duì)化學(xué)發(fā)泡而言，市話電纜的最高發(fā)泡度為40%；對(duì)物理發(fā)泡而言，市話電纜的最高發(fā)泡度為60%，數(shù)據(jù)電纜的最高發(fā)泡度為65%，迷你同軸電纜的最高發(fā)泡度為72%～75%，同軸電纜的最高發(fā)泡度為78%，射頻電纜的最高發(fā)泡度為80%。 同時(shí)，發(fā)泡度的提高使物理發(fā)泡工藝具有更多優(yōu)勢(shì)，包括：提高信號(hào)的傳輸速度和傳輸頻率，從而進(jìn)一步提高產(chǎn)品的性能；提高生產(chǎn)線的速度，減少絕緣材料的使用量和外屏蔽銅材料的重量，從而進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。 假設(shè)分別用實(shí)心、化學(xué)發(fā)泡和物理發(fā)泡來(lái)生產(chǎn)一種常用的同軸電纜（根據(jù)法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的A2型）作比較，從而綜合體現(xiàn)物理發(fā)泡的主要優(yōu)點(diǎn)，見(jiàn)表1。三種常見(jiàn)同軸電纜（如圖1所示）擁有如下的共通性能：內(nèi)導(dǎo)體使用銅線φ3.3mm；阻抗為75Ohms；絕緣材料為PE；適用于φ80mm擠出機(jī)（便于比較生產(chǎn)速度）。 從上述比較可以看出，當(dāng)使用物理發(fā)泡工藝時(shí)，可以節(jié)省大量的絕緣材料和屏蔽材料，同時(shí)提高電纜的傳輸性能及生產(chǎn)效率。 物理發(fā)泡的基本原理 物理發(fā)泡的關(guān)鍵是要將氣體（氮?dú)猓┩ㄟ^(guò)高壓注射到擠出機(jī)中并與塑料混和。因此，擠出螺桿的設(shè)計(jì)必須要確保氣體與塑料能得到最均勻的混和效果。 用于物理發(fā)泡擠出的螺桿，長(zhǎng)徑比（L/D）為32:1，氣體的注射點(diǎn)約在螺桿長(zhǎng)度的16D，從而可以被分為兩個(gè)部分。第一段16D長(zhǎng)度的螺桿的壓縮比約為2，其作用是將聚合物熔化；第二段螺桿則用于將氣體和絕緣材料徹底混和，該部分螺桿的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)有利于降低熔融溫度，即提高熔體的粘度。基本原理如圖2所示。 PE絕緣材料經(jīng)過(guò)螺桿擠出到機(jī)頭，并在機(jī)頭的出口處暴露到大氣壓力下，因而形成氣泡。如果只是使用泡-皮的雙層擠出機(jī)頭，則絕緣材料將會(huì)在注塑件模具出口之前便暴露到大氣壓力之下。結(jié)果導(dǎo)致氣體于導(dǎo)體與注塑件模具孔之間的間隙被釋放，沿著導(dǎo)體表面形成一個(gè)長(zhǎng)形的氣泡。 要解決這一問(wèn)題，須使用三層共擠的機(jī)頭，將一層薄皮（厚度一般為0.02～0.05mm）擠到內(nèi)層，防止氣體沿著導(dǎo)體的表面釋放。即采用皮-泡-皮共擠絕緣的三層擠出機(jī)組（如圖3所示）。對(duì)于內(nèi)薄皮的選擇，必須要符合在高速條件下擠成薄壁的要求。LLDPE便能滿足此要求。此種內(nèi)薄皮大大提高了絕緣層的延伸性能（斷裂延伸），并確保絕緣層可以良好地粘附在導(dǎo)體上。 圖3 用于三層共擠的擠出機(jī)組物理發(fā)泡串聯(lián)生產(chǎn)線 目前，國(guó)外市場(chǎng)對(duì)于數(shù)據(jù)電纜的安全性要求越來(lái)越嚴(yán)格，很多標(biāo)準(zhǔn)都要求使用氟塑料絕緣材料。意大利桑浦公司在這方面擁有領(lǐng)先技術(shù)，并一直與材料供應(yīng)商（如杜邦等）緊密合作研發(fā)新技術(shù)。 眾所周知，通過(guò)氮?dú)夂退芰狭己没旌喜⒕S持在最穩(wěn)定的狀態(tài)，才能達(dá)到發(fā)泡度高、泡細(xì)膩而均勻的效果。但是，如果在套筒中高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生高壓力的情況下，混合將會(huì)遇到極大的困難。通常φ60mm擠出機(jī)為了達(dá)到最高線速度，必須開(kāi)到極高轉(zhuǎn)速，這時(shí)就已經(jīng)非常接近擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速極限，轉(zhuǎn)速與擠出量之間已超出了線性關(guān)系范圍。擠出機(jī)在此狀態(tài)下長(zhǎng)期工作，嚴(yán)重影響其穩(wěn)定性，而且在螺筒和螺桿間產(chǎn)生極高的壓力，嚴(yán)重影響發(fā)泡效果。 針對(duì)這一問(wèn)題，意大利桑浦公司開(kāi)發(fā)了氟塑料物理發(fā)泡串聯(lián)生產(chǎn)線（如圖4所示）。該物理發(fā)泡生產(chǎn)線的主擠出機(jī)以φ80mm代替以前的φ60mm或φ65mm。φ80mm擠出機(jī)只須以大約2/3的轉(zhuǎn)速便可以達(dá)到同樣的線速度和出膠量，真正達(dá)到擠出機(jī)運(yùn)行的最佳狀態(tài)，在套筒內(nèi)壓力適中，使混合更均勻，從而達(dá)到發(fā)泡均勻細(xì)膩的效果。 圖4 氟塑料物理發(fā)泡串聯(lián)生產(chǎn)線一般多數(shù)其他供應(yīng)商都使用以前電話電纜生產(chǎn)線的直徑為300～350mm的牽引輪，意大利桑普公司在該生產(chǎn)線中采用多道次冷卻槽的直徑為400mm的牽引輪。由于物理發(fā)泡的芯線直徑比其他實(shí)芯直徑大，而且物理發(fā)泡特別容易受彎曲半徑的影響，所以一般的CATV同軸電纜從不允許在完全冷卻以前產(chǎn)生彎曲，即使進(jìn)收線盤(pán)對(duì)線盤(pán)筒體直徑也有要求。當(dāng)然，數(shù)據(jù)纜芯由于直徑小，速度快，必須要經(jīng)過(guò)多道次冷卻，但如果彎曲半徑小，對(duì)傳輸性能產(chǎn)生顯著影響，微波損耗增加。特別是將來(lái)這條生產(chǎn)線還要做5mm的微型同軸，如果直徑小于400mm的牽引輪根本無(wú)法滿足要求。因此，改良設(shè)計(jì)采用直徑較大的牽引輪來(lái)防止損耗增加和絕緣層損壞。
