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通訊電纜的物理發(fā)泡工藝
在通訊電纜的生產過程中，以往通常采用實心絕緣或化學發(fā)泡工藝。20世紀80年代始，出現(xiàn)了物理發(fā)泡技術。經過多年的改進和完善，物理發(fā)泡已經發(fā)展為完全成熟的生產工藝。 作為一種成熟和可靠的工藝，物理發(fā)泡已經被電纜市場完全接受，并取代化學發(fā)泡工藝而廣泛應用于實際生產。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。由于要達到極高的發(fā)泡度，物理發(fā)泡生產線的設備組成和設計要比化學發(fā)泡更復雜，例如需要更長的擠出機及氣體注射系統(tǒng)等。 物理發(fā)泡的主要優(yōu)點 與化學發(fā)泡比較，物理發(fā)泡能達到的發(fā)泡度能明顯提高。以PE為例：化學發(fā)泡能達到的最高發(fā)泡度為50%，而物理發(fā)泡能達到的最高發(fā)泡度為80%。 在生產不同的電纜產品時，一般達到的發(fā)泡度也不同，例如：對化學發(fā)泡而言，市話電纜的最高發(fā)泡度為40%；對物理發(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，發(fā)泡度的提高使物理發(fā)泡工藝具有更多優(yōu)勢，包括：提高信號的傳輸速度和傳輸頻率，從而進一步提高產品的性能；提高生產線的速度，減少絕緣材料的使用量和外屏蔽銅材料的重量，從而進一步降低生產成本。 假設分別用實心、化學發(fā)泡和物理發(fā)泡來生產一種常用的同軸電纜（根據(jù)法國標準的A2型）作比較，從而綜合體現(xiàn)物理發(fā)泡的主要優(yōu)點，見表1。三種常見同軸電纜（如圖1所示）擁有如下的共通性能：內導體使用銅線φ3.3mm；阻抗為75Ohms；絕緣材料為PE；適用于φ80mm擠出機（便于比較生產速度）。 從上述比較可以看出，當使用物理發(fā)泡工藝時，可以節(jié)省大量的絕緣材料和屏蔽材料，同時提高電纜的傳輸性能及生產效率。 物理發(fā)泡的基本原理 物理發(fā)泡的關鍵是要將氣體（氮氣）通過高壓注射到擠出機中并與塑料混和。因此，擠出螺桿的設計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，長徑比（L/D）為32:1，氣體的注射點約在螺桿長度的16D，從而可以被分為兩個部分。第一段16D長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，該部分螺桿的設計結構有利于降低熔融溫度，即提高熔體的粘度?；驹砣鐖D2所示。 PE絕緣材料經過螺桿擠出到機頭，并在機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-皮的雙層擠出機頭，則絕緣材料將會在注塑件模具出口之前便暴露到大氣壓力之下。結果導致氣體于導體與注塑件模具孔之間的間隙被釋放，沿著導體表面形成一個長形的氣泡。 要解決這一問題，須使用三層共擠的機頭，將一層薄皮（厚度一般為0.02～0.05mm）擠到內層，防止氣體沿著導體的表面釋放。即采用皮-泡-皮共擠絕緣的三層擠出機組（如圖3所示）。對于內薄皮的選擇，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體上。 圖3 用于三層共擠的擠出機組物理發(fā)泡串聯(lián)生產線 目前，國外市場對于數(shù)據(jù)電纜的安全性要求越來越嚴格，很多標準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先技術，并一直與材料供應商（如杜邦等）緊密合作研發(fā)新技術。 眾所周知，通過氮氣和塑料良好混合并維持在最穩(wěn)定的狀態(tài)，才能達到發(fā)泡度高、泡細膩而均勻的效果。但是，如果在套筒中高轉速產生高壓力的情況下，混合將會遇到極大的困難。通常φ60mm擠出機為了達到最高線速度，必須開到極高轉速，這時就已經非常接近擠出機的轉速極限，轉速與擠出量之間已超出了線性關系范圍。擠出機在此狀態(tài)下長期工作，嚴重影響其穩(wěn)定性，而且在螺筒和螺桿間產生極高的壓力，嚴重影響發(fā)泡效果。 針對這一問題，意大利桑浦公司開發(fā)了氟塑料物理發(fā)泡串聯(lián)生產線（如圖4所示）。該物理發(fā)泡生產線的主擠出機以φ80mm代替以前的φ60mm或φ65mm。φ80mm擠出機只須以大約2/3的轉速便可以達到同樣的線速度和出膠量，真正達到擠出機運行的最佳狀態(tài)，在套筒內壓力適中，使混合更均勻，從而達到發(fā)泡均勻細膩的效果。 圖4 氟塑料物理發(fā)泡串聯(lián)生產線一般多數(shù)其他供應商都使用以前電話電纜生產線的直徑為300～350mm的牽引輪，意大利桑普公司在該生產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生彎曲，即使進收線盤對線盤筒體直徑也有要求。當然，數(shù)據(jù)纜芯由于直徑小，速度快，必須要經過多道次冷卻，但如果彎曲半徑小，對傳輸性能產生顯著影響，微波損耗增加。特別是將來這條生產線還要做5mm的微型同軸，如果直徑小于400mm的牽引輪根本無法滿足要求。因此，改良設計采用直徑較大的牽引輪來防止損耗增加和絕緣層損壞。
