大规格射频同轴电缆的物理发泡绝缘二次挤塑.pdf

大规格射频同轴电缆的物 发泡绝缘二次挤塑 窦月 梅 珠 海 汉胜科 技 股份 有限公 司 珠 海 51 91 8 0 摘 要 介绍大规格射频同轴电缆物理发泡绝缘二次挤塑的优点和挤塑过程的关键工艺参数控制 关 键 词 物理发 泡绝缘挤 塑 大规格射 频 同轴 电缆 二次挤 塑工艺 Ke y wor ds Twi c e f oam ext rusi on f or l ar ge si z e c oaxi al ca bl e Don Yt i e mei f Zhu ha i f l a I I S I Te c hnI 1 0g v Co Li d z huh a i 51 91 8 O I l 1 t r o du c c s e c on d a r y p h s i c a C O a X I a 1 C a b l c 1 引 言 3 G大规模建设时期已经到来 随着移动通信的快速发 展 传输带宽的扩展 使用频率 的提高 使 得大规格射频 同 轴电缆 绝缘外径 2 2 5 0 mm的 同轴 电缆 的使 用量也迅猛 增加 对于大规格物理发泡 同轴 电缆来说 绝缘层厚且为泡 沫结构 在生产过程中不易充分冷却 很容易造成缆芯发泡 孑 L 有大气孔 缩孑 L 等不均匀现象和缆芯结构上椭圆 偏心等 情况 为此对大规格 大厚度绝缘电缆绝缘生产过程采取二 次挤塑的方式可以使得绝缘结构更加圆整 发泡气孔更加均 匀 密实 2 大厚度绝缘挤塑存在的问题 对于线缆直径大 绝缘厚度较厚的产品 当绝缘聚乙烯 材料内部温度还较高时 形成表面层冷却收缩而致不规则形 状 或绝缘层留有气泡 缩孔等现象 绝缘芯线结构上的缺 陷直接影响射频 同轴 电缆 的传输性 能 如电压驻波比 特性 阻抗 3 物理发泡的原理与绝缘芯线二次挤塑流 程 3 1物理 发泡的原理 物理发 泡聚乙烯绝缘具有较低损耗 高 可靠 性等优 点因 此被广泛用于有线电视 通信等同轴电缆中 所谓物理发泡 就是采用H DP E L DP E 和成核剂三种物质按照一定的配比混 合 将合适压力下的氮气或二氧化碳溶解于具有适当压力的 处于熔融状态的聚乙烯绝缘料的混合物中中 形成细微 均 匀的泡孔结构 通过挤塑设备挤出均匀稳定的泡沫绝缘层 物理发泡挤塑过程一般需 要经过三 个阶段 既气体 注入 气 泡形成 气泡定型 3 2绝缘 二次挤塑的工艺流程和缆芯结构 绝缘二次挤塑是通过对聚乙烯绝缘材料进行物理发泡 与一次挤塑不同的是工艺过程分两个阶段挤出 在第一层挤 塑后 要冷却1 0 1 2 小时后在进行第二层的挤塑 与具体工 艺 流程 如下 二次挤 塑 二 r 艺流 程 图 二次挤 塑绝缘缆芯结构分为 内薄层一发泡层 1 一发泡 层2 一外薄层 四层结构 内薄层多采用L DP E 与粘合剂按照 一 定 的i P2 Ir 熔融挤 出 主要用来粘连内导体 和第一层发泡层 同时对 内导体 起防潮防水性能 发泡层 1与发泡层 2均采用 HD P E L D P E和成核剂三种物质按照一定 的i B l b 将 N 2或 CO 2 高压注入熔融状态 的混合物 中 经过挤塑机 加热 剪切 塑化 均化后挤出 外薄层采用H D P E 或L D P E 料高温熔融后 与发泡层 2两层共挤后包覆在上面 包覆外薄层主要提高泡 沫层的强度和光洁度 4 二次 挤塑 关键 工艺参 数控 制 串级式挤塑机系统示意图 4 1挤塑温度的控制 在塑料的挤出过程中 物料聚集态的转变以及决定物料 流动的粘度都取决于温度 因此 温度是塑料挤出工艺中最 重要的工艺参数 当挤塑温度过高时 泡沫的泡孔增大 芯 线表面粗糙 绝缘电气性能下降 当挤塑温度过低 发泡剂 不能在熔体中完全分解 且造成塑料塑化程度不够 使绝缘 层 的机械 强度 下降 在上面串级式挤塑机示意图中 E X T 1 是内薄层挤出机 E X T 2和 E X T 3是发泡层串级 式挤 出机 E X T 4是外薄层挤 出 机 在此对E X T 1 E X T 4 的温度 控制不作 阐述 重点介绍 E X T 2 与 E X T 3串级式物理发泡挤 出的温度控制 1 E X T 2 各加热区温设置 在串级式挤塑系统中 E X T 2 5 6 Ar JJ 现代传输 首先将一定配比的聚乙烯料加热 塑化并充分搅拌 此加热 区为均化段和塑化段 由于螺杆转动的搅拌压缩作用 经过 预热的固体塑料变成可塑的粘滞液体 熔融状态 在温度的 作用下 塑料完成塑化均匀 机头区的温控对塑料挤出表面 质量起着决定作用 如果温度控制得合适 模具选配的恰当 塑料产品的表面就平整光滑 机头的温度控制分为三段即机 脖 机头中部 机头前部 塑料塑化好以后 在螺杆旋转作 用下由机筒进入机脖 由于机脖容积较机筒小 又加上滤板 的作用 产生较大的阻力 螺杆旋转产生的推力作用 塑料 致密 并塑化压实 保证了塑化效果 t k B J 需要较高的温度 有利于塑料熔体顺利的进入机头 E X T 2 的各加热区温度设置 见表 一 表一E X T 2各段 区温 设 置 I 2 I i 4 I 4 0 I fm I 7 0 I 1 I 7 l 9 5 I 0 2 10 I g O 2 0 0 C I I 4 il L 0 rt 2 E XT 3各加热 区温 的设 置 由于 E X T 3需要冷 却 气一 熔共存体 同时要输出能量 所以整体温度设置较低 熔 融温度在机身区间 3 5之间温度控制在 1 4 0 1 6 0 之间 在整个机身温度区段中均可以设置相同的 较低的控制温度 在机头区段温度设置相对要高些 这样可以降低气熔混合体 的粘度 使其顺利进入齿轮计量泵 E X T 3 的区温设置见表二 但在实际操作过程 中 因设备型号 新 旧的不同 挤制工艺 有所不同 温度控制也不尽相同 同时根据绝缘 HDP E与 L D P E的配比不同 其温度控制亦有区别 表 二E X T 3各段 区 温设 置 l J f 曼婆 L j J Il I 一 I L l II I l l U I I I I l I I l1 0 l 6 0 t 3 l 墨 l I 1J l l 6 0 R t I 6 l 7 5 f c t I 1 7 0 1 6 0 1 T O t 3 对于二次挤塑成型的绝缘芯线 挤塑温度的控制 参考表三 表三二次挤出温度设置 h Ij I I 2 l 3 4 f f j 川 I l 9 I L l ktO 2 0 0 t I I H O 2 0 0 笫 改 耕 i I X f l l ll l l 1 6 5 c j 2 n l l 叛 t X I I J k i r I 2 I j f 一 k 讲 iI j l l 觇 1 2 0 t l I 18 0 C j j帆 l 4 2电容与外径的设定 在绝缘挤塑中一般通过特性阻抗 内外导体标称直径代 入以下公式 计算出发泡介质的等效介电常数 从而计算出 相应 的绝缘发泡度和 电容 作 为物理发泡 生产 工艺的控制依 据 电耕算赋c 电容计算公式 c 特 抗计算 式l 1 式中 E 一等效介电常数D一绝缘外径 d一内导体 外径 发泡度计算公式 P f 1 一P x l O 0 D一 1 0 P 3 泡沫绝缘等效介电常数 3 4 式中 p p 分别为发泡绝缘和实心绝缘的 密度 E 为介 质 的相 对 介 电常 数 对于二次绝缘挤塑 如下图所示 首先是要控制第一次 挤塑的电容 C 在第二次绝缘挤塑时控制两层绝缘的总电 容C 最终绝缘芯线的Z 特性阻抗 应符合所要求的标称值 对于二次挤塑成型的绝缘芯线发泡介质的等效介电常数 E E 应该相同 由于内外薄层的厚度仅为0 0 5 0 1 mm 其 材料的相对介电常数可忽略不计 二 次 挤 塑绝 缘 截 面 蒽 图 2 4 I 3 从公 式 1 可知 一次 挤塑的电容C I 是 由 D E 所决定的 考虑绝缘挤塑的充分冷却 一般情 况下一次挤塑绝缘外径 设定为 D的 5 0 6 0 通过 以上 推导二次挤塑的工艺参数参见表四 表 四 二次挤塑电容与外径 定 棼 数 特 舟 fn 体 轮 仆 怍 经 发泡f n寄 挤 玎 刚抗 常数 锕 R D s 6 C D I 3 一 坚 l gD I gd 7 5 K D l 3 7 一 7 8 C 5 0 2 蔷泞 执 舟i 乜常数确 t c 埘 j n窖州 姚 5 实 例 分 析 以 5 0欧姆 1 1 4漏泄 同轴 电缆为例 在设备 人 员 材料等生产条件不变的情况下 分别通过一次挤塑和二次挤 塑的工艺方式进行生产 现对绝缘芯线 的结构和相关性能进 行对比 5 1椭 圆度 与同心度 椭圆度计算公式 绝缘椭侧度 l o 0 5 式中 D 一绝缘横截面上测得的最大外径值 D 一在与同一横截面上测得的最小外径值 绝 度 1 一 手 1 0 0 6 十 l l i 式 中 T 一 一个 截面 上 的绝缘最 大厚 度 T 一与T 同一个截面上的绝缘最小厚度 通过 以上公式分别对一次绝缘挤塑成型和二次绝缘挤塑 成型的样品进行计算 实测数据见表五并附样品照片 表五 样品实测数据对比 鲤 槲 f 刚 心 崔 j 喊 3 4 舒 成 次成型照片 二次成型照片 5 2特 性阻抗与 电压驻波 绝缘芯线结构存在偏差会造成电缆特性阻抗 的不均匀性 这对于电缆的使用有很大影响 阻抗不均匀会出现反射波 反射的存在会使电缆沿线出现驻波 附网络分析仪实测电压 驻波 比和特性阻抗曲线图 现代传输 墨 2 5 3000 M HZ 5 MH z 3 0 0 0 MH z J t e r E VS WR 篓 5 3 0 5 6 0 4 9 0 4 1 2 0 3 1 5 0 3 1 8 0 2 21 0 2 2 4 01 2 7 0 1 3 0 0 0 F MH z 挤出方式 绝缘一次挤出成型 VS W R实 测对 比 图 5 3 0 0 0 MH z I mp en d a n c e实 测对 比图 挤出方式 绝缘一次挤出成型 挤出方式 绝缘二次挤出成型 注 Smi t h圆图中显示的是归一化的阻抗值 将曲线 中所有点对应 的阻抗值取平均值后 再乘以系统的特性阻抗 50欧姆 得到 左边曲线实测的平均阻抗为 4 8 3欧姆 右边益线实测的平均阻抗为 5 0 0欧姆 6 结 论 综上所述 大规格射频同轴电缆物理发泡绝缘通过采取 二次挤塑的工艺方式可以部分解决芯线发泡有气孔 结构不 圆整的问题 同时对改善射频同轴电缆传输性能起到积极的 作用 这种挤塑方式在我司大规格电缆上得到了很好的实践 验证 但是 对绝缘芯线进行二次挤塑