CN104094363A - 泡沫绝缘导体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电缆，所述电缆包括导体和围绕所述导体的发泡绝缘体。所述发泡绝缘体具有均匀的空隙尺寸以及对所述导体的改善的粘附性。本发明还公开了导体厚度小于0.5588mm(22密耳)的电缆。

Description

泡沫绝缘导体
技术领域
本发明涉及泡沫绝缘导体更具体地，本发明涉及泡沫绝缘微电缆，诸如微同轴电缆，以及其它小型电缆。
背景技术
随着电子设备日益变小，对用于这些小型化设备的电缆的需要不断增加。蜂窝电话、超轻膝上型计算机、以及其它便携式设备(GPS导航系统、平板电脑、便携式游戏设备等)被不断设计成更小、更轻且更便于携带的。随着向更小设备的持续趋势，必须开发新的电导体以保持同步。
较小电缆也可用于需要更大数据输出的设备。例如，因为传感器或检测器的分辨率增加，所以确实需要传送增加的数据量的容量。使用较小的电缆减少了所需的材料量并且还允许将多根电缆捆绑以形成单电缆。在一些应用中，可将数百根单独的电缆捆绑成一个柔性电缆。
由于导体变得更小，所以围绕所述导体的绝缘体对电缆的电特性具有更显著的影响，诸如信号衰减和电缆回波损耗。较小的导体通常需要更薄壁的绝缘体。因此，与较大导体所要求的相比，可能需要使所述导体更精确地在绝缘体内居中。
就发泡绝缘体而言，空隙尺寸的大幅变化可显著改变电缆在其长度上的介电特性。在具有大空隙的绝缘体中的区域可表现出比具有多个较小空隙的区域更低的局部介电常数。此类差异可使得电缆不适用于期望的应用。
随着电缆变得更小，还可能产生导体和绝缘体之间的粘附性的问题。导体和绝缘体之间的小接触区域可加剧低粘附性。
因此期望具有绝缘电缆，所述绝缘电缆具有小导体。还期望提供用于电缆的发泡绝缘体，其具有较小壁厚，所述发泡绝缘体为具有小导体的电缆提供合适的电特性。还期望提供此类小导体和发泡绝缘体之间的良好粘附性。
发明内容
简而言之，并根据本发明的一个方面，提供一种电缆，所述电缆包括：
导体；和
围绕所述导体的发泡绝缘体，
其中所述导体具有不超过约22密耳的厚度。
根据本发明的另一方面，提供用于电缆的发泡绝缘体，其中所述发泡绝缘体包含具有多个空隙的发泡含氟聚合物，其中所述发泡绝缘体具有在约1密耳至约15密耳范围内的厚度，其中所述空隙具有在约0.1密耳至约1密耳范围内的平均尺寸。
本发明的发泡绝缘体可包含发泡含氟聚合物。
附图说明
本发明将结合附图由以下详细说明更充分地理解，其中：
图1是示出包含发泡全氟烷氧基共聚物的发泡绝缘体的横截面的放大图。
图2是包含氟化乙烯丙烯共聚物的发泡绝缘体的放大图。
尽管将结合其优选实施例描述本发明，但应当理解其并不旨在将本发明限于该实施例。相反，其旨在涵盖可能包括在所附权利要求书限定的本发明的实质和范围内的所有替代方案、修改形式和等同物。
具体实施方式
在提出下述实施例详情之前，先定义或阐明以下术语。
本文所用的术语“全氟烷氧基共聚物”、“PFA共聚物”以及“PFA”是指四氟乙烯(“TFE”)和全氟(烷基乙烯基醚)(“PAVE”)的共聚物。PFA共聚物可符合ASTM D3307-10标准。PFA共聚物可包含全氟(甲基乙烯基醚)(“PMVE”)、全氟(乙基乙烯基醚)(“PEVE”)、全氟(丙基乙烯基醚)(“PPVE”)、全氟(丁基乙烯基醚)(“PBVE”)或它们的组合。
本文所用的术语“氟化乙烯丙烯”、“FEP共聚物”、以及“FEP”是指六氟丙烯(“HFP”)以及TFE的共聚物。FEP共聚物的例子包括属于ASTM D2116-07规格内的那些。
术语“熔体流动速率”或“MFR”是根据ASTM D-1238，使用5kg砝码在熔融聚合物或共聚物上并在372℃的温度下测量的聚合物或共聚物的熔体流动速率，对于PFA共聚物而言如ASTM D-3307-93所示，并且对于FEP共聚物而言如ASTM D-2116-91a所示。
如本文所用，术语“空隙尺寸”及其变型形式是指空隙的最大尺寸。例如，球形空隙的空隙尺寸将为空隙的直径，而椭球形的空隙尺寸将为长轴的长度。术语“平均空隙尺寸”是每个空隙的空隙尺寸的算术平均值。
另外，使用“一个”或“一种”来描述本文所描述的要素和组分。这样做仅是为了方便并且对本发明的范围给出一般含义。该描述应被理解为包括一个或至少一个，并且除非明显地另有所指，单数还包括复数。
除非另外定义，本文所用的所有技术和科学术语具有的意义与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的一样。尽管与本文所述的那些方法和材料的类似者或等同者均可用于本发明实施例的实践或检验，但合适的方法和材料是如下文所述的那些。除非引用具体段落，本文提及的所有出版物、专利申请、专利以及其它参考文献全文均以引用方式并入本文。如发生矛盾，以本说明书及其包括的定义为准。此外，材料、方法和例子仅是例证性的，并且不旨在进行限制。
根据本发明的至少一个实施例，电缆包括导体和围绕所述导体的发泡绝缘体。导体可包含本领域已知的任何导电材料，诸如例如铜和铜合金、钢和镀层钢(例如铜覆盖的碳钢)、铝和铝合金、银等。本领域技术人员应理解导电材料可基于期望的电缆电特性、期望的电缆机械性能、电缆将被使用的应用和位置、以及确定合适的导电材料时必要的其它考虑因素来选择。
在至少一个实施例中，导体为24AWG或更小(约22密耳或更小)。在另一个实施例中，导体为32AWG或更小(约8密耳或更小)。在另一个实施例中，导体为36AWG或更小(约5密耳或更小)。在至少另一个实施例中，导体为38AWG或更小(约4密耳或更小)。在其它实施例中，导体为40AWG或更小(约3密耳或更小)、42AWG或更小(约2.5密耳或更小)、44AWG或更小(约2密耳或更小)、46AWG或更小(约1.5密耳或更小)、或者48AWG或更小(约1.2密耳或更小)。
在至少一个实施例中，导体具有在约38AWG至约48AWG范围内的厚度。在其它实施例中，导体可具有在约40AWG至约46AWG范围内的厚度。
术语“厚度”是指导体的最大宽度。根据本公开使用的导体可具有圆形横截面、正方形横截面、椭圆横截面、三角形横截面或任何其它多边形横截面几何形状。本领域的普通技术人员应认识到导体的几何形状可基于期望的电缆应用或期望的电缆电特性来选择。
在至少一个实施例中，发泡绝缘体可包含含氟聚合物。例如，含氟聚合物可包含PFA共聚物。在另一个实施例中，发泡绝缘体基本上由PFA共聚物组成。根据至少一个实施例，PFA共聚物的PAVE组分选自PMVE、PEVE、PPVE和PBVE共聚物。在至少一个实施例中，PFA共聚物包含PPVE。
根据本发明的至少一个实施例，PFA共聚物具有至少约35g/10min的熔体流动速率(“MFR”)。在其它实施例中，PFA共聚物具有至少约40g/10min的MFR。在另一个实施例中，PFA共聚物具有约42g/10min的MFR。
在一些实施例中，PFA共聚物的MFR可在约35g/10min至约50g/10min，诸如约38g/10min至约47g/10min、或约40g/10min至约44g/10min的范围内。
根据本发明实施例的发泡绝缘体可包含空隙，所述空隙具有在约0.1密耳至约1密耳范围内的平均尺寸。在其它实施例中，所述空隙可具有在约0.25密耳至约0.5密耳范围内的平均尺寸。在本发明的一个实施例中，绝缘体是闭孔泡沫。
发泡绝缘体中的空隙可表现出窄范围的尺寸。例如，发泡绝缘体中至少约90％的空隙可具有在约0.25密耳至约0.5密耳范围内的尺寸。在其它实施例中，至少95％的空隙具有在约0.25密耳至约0.5密耳范围内的尺寸。换句话讲，一些实施例可具有小于5％或小于10％的在0.25密耳至约0.5密耳范围之外的空隙。
空隙尺寸的一致性还可描述为与平均尺寸的偏差。例如，发泡绝缘体可基本上不具有与空隙的平均尺寸的差别超过2个标准偏差的空隙。在其它实施例中，基本上所有空隙与空隙的平均尺寸的差别均小于1个标准偏差。如本文所用，“基本上所有空隙”是指空隙占总体积，或者在绝缘体的横截面中，空隙占总面积的至少98％。
所谓的发泡绝缘体是指泡沫具有在约10％至约55％范围内的空隙率。在其它实施例中，空隙率可以在约20％至约40％或约40％至约50％的范围内。
围绕导体的发泡绝缘体可具有在约1密耳至约15密耳范围内的壁厚。在至少一个实施例中，壁厚的范围为约2密耳至约10密耳。本领域的普通技术人员将认识到发泡绝缘体的壁厚可基于期望的电缆电特性(例如，期望的阻抗)、绝缘材料的介电常数、导体的半径和/或当存在时外部导体的半径等来确定。
本公开的电缆还可包含在发泡绝缘体的外表面上的聚合物层。在至少一个实施例中，所述聚合物层包含固体(即，未发泡)层。
电缆可呈同轴电缆的形式，其中所述导体和发泡绝缘体还被屏蔽层和外护套包围。
电缆还可呈双绞线的形式，其中所述电缆包括两个导体，所述导体中每一个被发泡绝缘体包围，然后两个绝缘导体彼此绞合缠绕。
本公开的电缆还可用于束式电缆。所述束式电缆可包含多个泡沫绝缘导体、多个双绞线、或多个同轴电缆。
在至少一个实施例中，发泡绝缘体可呈管的形式。所述管的内径可为约22密耳或更小。上文已描述了许多方面和实施例，并仅为示例性而非限制性的。在阅读完本说明书后，技术人员应认识到，在不脱离本发明范围的情况下，其他方面和实施例也是可能的。
根据以下具体实施方式和权利要求，任何一个或多个实施例的其它特征和有益效果将显而易见。
实例
本文所描述的概念将在以下实例中进一步描述，所述实例不限制权利要求中描述的本发明的范围。
实例1
在实例1中，电缆使用实心，单股24AWG铜导体制成。所述导体用发泡绝缘体包围，所述发泡绝缘体包含MFR为42g/10min的PFA共聚物。PFA共聚物包含TFE和约4.5重量％PPVE(DuPontTM PFA416HP含氟聚合物树脂，购自DuPont Company)。
绝缘线如下形成。使用包含氮化硼(91.1±0.5重量％)、四硼酸钙(2.5+0.2重量％)以及BAS(6.4±0.2重量％)的泡沫成核组合。将该泡沫成核组合配混到PFA416含氟聚合物(由E.I.duPont deNemours&Co.，Wilmington，Del.制造)，熔体流动速率(MFR)为42g/10min的全氟聚合物中，以形成氮化硼含量为所得组合物的大约4重量％的母料。
经由在Kombi-plast挤出机上执行的配混操作来形成粒料，所述Kombi-plast挤出机由28mm双螺杆挤出机和38mm单螺杆挤出机组成。将母料粒料和基料含氟聚合物(PFA416)的粒料以约9.5∶0.5的比率干混以形成可发泡的热塑性组合物，随后将所述组合物进料到Nokia-Maillefer45mm挤出线材生产线以将绝缘体挤出到24AWG(.57mm)实心铜导体上。挤出机具有30∶1的长度/直径比率，并配备有螺旋混合器，以提供均匀的温度并使氮气分散到熔体中。
以300ft/min(91m/min)的速度将发泡的热塑性组合物材料挤出到线材上，以制备厚度为.36mm的绝缘体，所述绝缘体具有30％的空隙率。利用模具和导向器末端组合，所述组合产生16∶1的拉伸比率(模具区域的横截面积/成品挤出物的横截面积)。
如图1所示在高倍放大下观察发泡绝缘体。可以看出，实例1的发泡绝缘体包含设定成均匀尺寸的空隙。
测试实例1的电缆的25个样品以测定峰值载荷。对实例1进行观察，根据ASTM D-3032-10测量，平均峰值载荷或剥离力为1.491bf，其中标准偏差为0.131bf。可以看出，实例1的电缆还展示出导体和发泡绝缘体之间的优异的粘附性。
比较例1
在比较例1中，使用实心的单股铜导体制备电缆，所述铜导体被发泡绝缘体包围。导体和绝缘体的尺寸与实例1的那些基本上相同。使用购自DuPont的FFR770含氟聚合物树脂制备比较例1的发泡绝缘体。使用实例1中所用的相同成核组合以制备用于该比较例1的发泡绝缘体。FFR770是MFR为30g/10min的FEP含氟聚合物。
在图2所示的放大倍数下观察比较例1的发泡绝缘体。可以看出，比较例1的发泡绝缘体具有比实例1中的空隙偏差更大的空隙尺寸，并包括大得多的空隙。
测试比较例1的电缆的25个样品来测定峰值载荷。观察比较例1，平均峰值载荷为1.171bf，其中标准偏差为0.211bf。
因此，实例1的电缆表现出比比较例1显著更高的峰值应力和峰值载荷，同时还表现出更低的标准偏差。

Claims (31)

1.电缆，包括：
导体；和
围绕所述导体的发泡绝缘体，
其中所述导体具有不超过约22密耳的厚度。
2.根据权利要求1所述的电缆，其中所述导体具有不超过约8密耳的厚度。
3.根据权利要求1所述的电缆，其中所述导体具有不超过约5密耳的厚度。
4.根据权利要求1所述的电缆，其中所述导体具有不超过约4密耳的厚度。
5.根据权利要求1所述的电缆，其中所述发泡绝缘体包含含氟聚合物。
6.根据权利要求5所述的电缆，其中所述含氟聚合物包含全氟烷氧基共聚物。
7.根据权利要求6所述的电缆，其中所述全氟烷氧基共聚物具有至少约35g/10min的熔体流动速率。
8.根据权利要求7所述的电缆，其中所述全氟烷氧基共聚物具有至少约40g/10min的熔体流动速率。
9.根据权利要求6所述的电缆，其中所述全氟烷氧基共聚物具有在约35g/10min至约50g/10min范围内的熔体流动速率。
10.根据权利要求9所述的电缆，其中所述全氟烷氧基共聚物具有在约38g/10min至约47g/10min范围内的熔体流动速率。
11.根据权利要求10所述的电缆，其中所述全氟烷氧基共聚物具有在约40g/10min至约44g/10min范围内的熔体流动速率。
12.根据权利要求1所述的电缆，其中所述发泡绝缘体包含多个空隙，其中所述空隙具有在约0.1密耳至约1密耳范围内的平均尺寸。
13.根据权利要求12所述的电缆，其中所述空隙具有在约0.25密耳至约0.5密耳范围内的平均尺寸。
14.根据权利要求13所述的电缆，其中至少90％的所述空隙具有在约0.25密耳至约0.5密耳范围内的尺寸。
15.根据权利要求14所述的电缆，其中至少95％的所述空隙具有在约0.25密耳至约0.5密耳范围内的尺寸。
16.根据权利要求12所述的电缆，其中所述空隙具有变化不超过2个标准偏差的尺寸。
17.根据权利要求16所述的电缆，其中所述空隙具有变化不超过1个标准偏差的尺寸。
18.根据权利要求1所述的电缆，其中所述发泡绝缘体具有在约1密耳至约15密耳范围内的壁厚。
19.根据权利要求14所述的电缆，其中所述发泡绝缘体具有在约2密耳至约10密耳范围内的壁厚。
20.根据权利要求12所述的电缆，其中所述发泡绝缘体具有在约25％至约75％范围内的空隙密度。
21.根据权利要求20所述的电缆，其中所述发泡绝缘体具有在约35％至约55％范围内的空隙密度。
22.根据权利要求21所述的电缆，其中所述发泡绝缘体具有在约40％至约50％范围内的空隙密度。
23.根据权利要求1所述的电缆，还包含在所述发泡绝缘体的外表面上的固体聚合物层。
24.根据权利要求1所述的电缆，其中所述电缆为同轴电缆。
25.用于电缆的发泡绝缘体，其中所述发泡绝缘体包含具有多个空隙的发泡含氟聚合物，其中所述发泡绝缘体具有在约1密耳至约15密耳范围内的厚度，其中所述空隙具有在约0.1密耳至约1密耳范围内的平均尺寸。
26.根据权利要求25所述的绝缘体，其中所述空隙具有变化不超过2个标准偏差的尺寸。
27.根据权利要求25所述的绝缘体，其中所述发泡绝缘体具有在约25％至约75％范围内的空隙密度。
28.根据权利要求25所述的绝缘体，其中所述含氟聚合物包含全氟烷氧基共聚物。
29.根据权利要求25所述的绝缘体，其中所述全氟烷氧基共聚物具有在约35g/10min至约50g/10min范围内的熔体流动速率。
30.根据权利要求25所述的绝缘体，其中所述绝缘体呈管的形式。
31.根据权利要求30所述的绝缘体，其中所述绝缘体的内径不大于约22密耳。
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