CN106448908A - 用于超高速数据传输的usb电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于在至少10GHz的频率下以超高速传输数据的USB电缆，所述电缆包括护套，以及位于在所述护套内的至少一条电力电缆和多个用于以最高达每通道10Gbps的速度传输所述数据的屏蔽绝缘导体，所述绝缘导体的绝缘体在10GHz下表现出不高于0.00035的耗散因数，并且包含可熔融制造的全氟聚合物，例如四氟乙烯/六氟丙烯共聚物或四氟乙烯/全氟(烷基乙烯基醚）共聚物。

Description

用于超高速数据传输的USB电缆
相关专利申请的交叉引用
本专利申请要求2015年7月22日提交的美国临时申请No.62/195593的权益。
背景技术
技术领域
本发明涉及用于操作以在至少10GHz以及甚至至少15GHz的频率下以超高速传输数据的USB电缆。
相关领域的描述
通用串行总线或“USB”电缆是包含用于在电子器件之间传输低压差分信号(数据)的多个绝缘导体的电缆，并且在这些器件外部用作互连装置。绝缘导体的屏蔽物将防止外部信号干扰。这与RF电缆(天线导线)相反，RF电缆由单个绝缘导体组成以用于接收和发送射频电磁波(外部信号)，并且其被定位在电子器件内部。绝缘导体的屏蔽物将使天线导线无法工作。
USB 2.0电缆电子地表征为能够在0.4GHz的最大频率下以0.480Gbps(千兆位/秒)的最高速度传输数据。在该频率下传输数据的绝缘导线的信号损失(衰减)为-5.80dB/m。
USB 3.0电缆电子地表征为其32AWG绝缘绞合导体的屏蔽差分对能够在7.5GHz的最大频率下以每通道5Gbps的最高速度传输电缆，这对于利用32AWG绝缘绞合导体的典型构造导致-7.1dB/m的衰减。与用于USB 2.0电缆的0.480Gbps的最高速度相比，用于USB 3.0电缆的每通道5Gbps的最高速度已被USB开发者论坛(USB Implementers Forum，USB-IF)定义为超高速(Gen 1)。
USB 2.0和USB 3.0电缆中的数据传输导体的绝缘体通常为聚烯烃，例如聚乙烯。
然而，USB 3.1电缆和USB 3.1C型电缆可在10GHz的频率下达到每通道10Gbps的最高速度，并且这种信号传导速率被定义为SuperSpeed Plus(SuperSpeed+)或SuperSpeedGen 2。尽管事实上随着频率增加，衰减也增加，但USB 3.1C型电缆在10GHz下仅限于衰减至-7.2dB/m(使用32AWG绞合导体的双绞线对结构)，这只是从USB 3.0电缆衰减的较小增加。如果USB 3.1电缆在USB 3.0电缆的较低的7.5GHz频率下工作，则USB 3.1电缆的衰减降至-5.9dB/m(使用32AWG绞合导体的双绞线对结构)，这表明当频率从7.5GHz增加至10GHz时，衰减的增加相对较大。
当AWG导线尺寸减小(即，导体直径变得更小)时，由增加电缆工作的数据信号频率而引起的衰减增加的问题加重。优选的较小直径导体为34AWG。32AWG绞合导体(7股捻在一起的导线，每股的直径为0.083mm)的直径为9.8密尔(0.249mm)。34AWG绞合导体的直径为仅7.9密尔(0.201mm)。伴随着导体直径的这种减小，34AWG绞合导体的衰减增加-1.2dB/m。
问题是如何适配USB 3.0电缆，使得其将会与USB 3.1电缆性能一样。
发明内容
本发明通过以下所述解决了该问题：提供用于在至少10GHz的频率下超高速传输数据的USB电缆作为一个实施例，其包括护套，以及位于在所述护套内的至少一条电力电缆和用于以每通道10Gbps的速度传输所述数据的多个屏蔽绝缘导体，所述绝缘导体的绝缘体在10GHz下表现出不高于0.00035的耗散因数并且包含可熔融制造的全氟聚合物。当能够以最高达每通道10Gbps的速度传输数据时，所述多个绝缘导体也能够在15GHz下以最高达每通道10Gbps的速度传输数据。传输的数据是数字，而不是无线电波。以最高达每通道10Gbps的速度传输数据的绝缘导体是彼此串联工作以实现数据传输的绝缘导体的屏蔽差分对(SDP)。
本发明的USB电缆(包括USB 3.1电缆和USB 3.1C型电缆)通过在10GHz下满足衰减(差分插入损耗)目标的屏蔽差分对而表现出如下可接受的衰减：按AWG导线尺寸计：
来源：USB 3.1C型电缆和连接器说明书(USB 3.1type C Cable and ConnectorSpecification)，版本1.1，2015年4月3日，用于微型同轴电缆的绞合导线中心导体。本发明的USB电缆中的屏蔽差分对表现出比这些目标更低的衰减。相同说明书叙述了不同AWG尺寸的绝缘双绞线和双轴电缆对的绞合导线导体的衰减(差分插入损耗)，将其以引用方式并人本文。
优选地，在存在于本发明的USB电缆中的绝缘导体上确定的全氟聚合物的耗散因数不大于0.00035，更优选不大于以下耗散因数：0.00034、0.00033、0.00032、0.00031、0.00030、0.00029、0.00028、0.00027、0.00026或0.00025，这些耗散因素全部在10GHz下测定。除非另外指明，否则本文提及的本发明的USB电缆中的绝缘导体是指在10GHz下的超高速数据传输绝缘导体。这些绝缘导体作为屏蔽差分对进行将数据传输。
令人惊奇的是，本文所述的全氟聚合物绝缘体使得绝缘导体能够表现出低的衰减，如将在具体实施方式中论述的。
优选地，本发明的USB电缆的绝缘导体的绝缘体的共聚物具有总量不超过10个/106个碳原子的热不稳定端基，值得注意的是以下基团：-CONH2、-COF、-COOH、-CH2OH和-COOCH3。-COOH端基包括-COOH和-COOH二聚体两者。这些端基的热不稳定性本身表现为在熔融处理期间挥发物增加，并且在数据(信号)传输期间这些端基经受极化作用。
在本发明的一个实施例中，本发明的USB电缆的绝缘导体为同轴电缆，所述同轴电缆中的每一者均包括屏蔽物，即所述绝缘导体中的每一者均被屏蔽。优选地，同轴电缆每一者中的导体的直径不超过9.8密尔(0.249mm)，并且绝缘导体绝缘体的绝缘体厚度不超过8.2密尔(0.21mm)。更优选地，绝缘体厚度不超过7.3密尔(0.19mm)，甚至更优选不超过6.4密尔(0.16mm)。
另一种优选是，同轴电缆每一者中的导体的直径不超过7.9密尔(0.201mm)，并且所述绝缘导体的绝缘体厚度不超过6.4密尔(0.16mm)。更优选地，绝缘体厚度不超过5.6密尔(0.14mm)，甚至更优选不超过4.9密尔(0.12mm)。
这些绝缘体厚度满足用于同轴电缆绝缘体的45欧姆±3欧姆的阻抗规格。
对于绞合导体(由多股捻在一起的导线制成的导体)，9.8密尔(0.249mm)和7.9密尔(0.201mm)直径分别是指32AWG导线尺寸和34AWG导线尺寸，该绞合导体是用于在本发明的USB电缆中的微型同轴电缆和双绞线对以及双轴电缆对的绝缘导体中使用的优选导体。绞合导线导体比导体为实心线时更柔韧。
在本发明的另一个实施例中，本发明的USB电缆的绝缘导体为屏蔽双绞线对。优选地，本发明的USB电缆的双绞线对中的每个绝缘导体的导体具有不超过7.9密尔(0.201mm)的直径，并且绝缘导体的绝缘体厚度不超过5.6密尔(0.14mm)，优选不超过5.1密尔(0.13mm)，更优选不超过4.5密尔(012mm)。另一种优选是，双绞线对实施例中的绝缘导体的导体具有不超过9.8密尔(0.249mm)的直径，并且所述绝缘导体的绝缘体厚度不超过7.0密尔(0.18mm)，优选不超过6.3密尔(0.16mm)，更优选不超过5.6密尔(0.14mm)。在本发明的另一个变型中，本发明的USB电缆的绝缘导体为屏蔽双轴电缆(双股电缆)。在一个实施例中，本发明的USB电缆的双轴电缆对中的每个绝缘导体的导体具有不超过7.9密尔(0.201mm)的直径，并且绝缘导体的绝缘体厚度不超过6.4密尔(0.16mm)，优选不超过5.6密尔(0.14mm)，更优选不超过4.9密尔(0.12mm)。在另一个实施例中，双轴电缆对实施例中的绝缘导体的导体具有不超过9.8密尔(0.249mm)的直径，并且所述绝缘导体的绝缘体厚度不超过8.2密尔(0.21mm)，优选不超过7.3密尔(0.19mm)，更优选不超过6.4密尔(0.16mm)。
这些绝缘体厚度满足用于双绞线和双轴电缆绝缘体的90欧姆±5欧姆的阻抗规格。
优选地，超高速数据传输绝缘导线的绝缘体的可熔融制造的全氟聚合物由四氟乙烯(TFE)/六氟丙烯(HFP)共聚物或四氟乙烯(TFE)/全氟(烷基乙烯基醚)(PAVE)共聚物组成，其中烷基含有1至5个碳原子。
优选地，本发明的USB电缆为3.1USB电缆，更优选为USB 3.1C型电缆，其中电缆端部处的连接器对于插入到电子器件的接收器中而言是可逆的。在该电缆中，绝缘导体可处于微型同轴电缆中，或者可处于双绞线对或双轴电缆中，并且这些电缆中的导体的绝缘体可为TFE/HFP共聚物或TEF/PAVE共聚物。在该电缆中，绝缘导体中至少有八个作为屏蔽差分对存在。
本发明的氟化全氟聚合物在本文中用作USB 3.1型电缆中所用的绝缘导体的主要绝缘体。然而，当在需要高频信号性能的通信、电子、军队、航空及其他相似应用中的其他相似导线和电缆构造中用作绝缘导体的主要绝缘体时，氟化全氟聚合物还可导致电气性能改善。
附图简述
该图为USB超高速数据传输电缆(例如USB 3.1电缆和USB 3.1C型电缆)的一个实施例的示意性剖视图，为了清楚起见，以放大比例示出。
具体实施方式
参考附图，USB电缆2包括多个USB 3.1电缆和USB 3.1C型电缆特有的元件。这些元件中的一个为微型同轴电缆4，其中存在四个以横截面示于USB电缆2中的此类电缆。每个微型同轴电缆4由以下所述组成：由多股捻在一起的导线组成的中心导体6、在横截面中围绕导体6的聚合物绝缘体8、在横截面中在聚合物绝缘体8的外表面上方用于防止外部信号的干扰的金属编织屏蔽物10，以及在横截面中围绕金属编织物10的聚合物护套12。微型同轴电缆4为USB电缆2的超高速数据传输电缆。这些同轴电缆4的聚合物绝缘体8包含可熔融制造的全氟聚合物，其耗散因数不超过0.00035，并且优选不超过下列中的任一者：0.00034、0.00033、0.00032、0.00031、0.00030、0.00029、0.00028、0.00027、0.00026和0.00025，这些全部在10GHz下确定，如本文所述。超高速微型同轴电缆4可替换为绝缘导体的双绞线对或绝缘导体的双轴电缆对，其各自包含被聚合物绝缘体包围的捻在一起的多股导线的中心导体。双绞线对和双轴电缆对由金属箔/聚合物膜层合物屏蔽(包裹)，其防止各对之间外部信号的干扰，例如串扰。替换的双绞线对和双轴电缆对随后将为USB电缆的超高速数据传输电缆。聚合物绝缘体将为与上述聚合物绝缘体8相同的全氟聚合物。无论超高速数据传输电缆是USB电缆2的微型同轴电缆、双绞线，还是双轴电缆，其均可以大于图中所示数目存在于USB电缆2中。这些超高速电缆为电缆2提供了超高速数据传输。
电缆2内的四个微型同轴电缆4或两个双绞线对或双轴电缆对形成一个能够在10GHzs以10Gbps传输数据的通道。这是USB 3.1电缆的特征。电缆2内的八个微型同轴电缆4或四个双绞线对或双轴电缆对在10GHz下将带宽加倍至20Gbps。这是USB 3.1型电缆的特征。示于图中的该组四个电缆4中的每对微型同轴电缆4为屏蔽差分对，其中屏蔽物10为每个微型同轴电缆的一部分。每个双绞线和每个双轴电缆为屏蔽差分对，其中如上所述提供屏蔽物。
导体6的AWG尺寸优选不大于AWG 26，并且包括28、30、32、34和36的更小AWG导线尺寸。绝缘体(例如绝缘体8)的厚度是这样的厚度，其能够提供传输超高速数据所需的有效电绝缘体(阻抗)，即满足特征阻抗的设计目标并且使在整个USB系统中用于数据传输的阻抗不连续性最小化。
当导体处于绝缘导体(电缆)的双绞线对或双轴电缆对中时，绝缘体厚度可小于当绝缘导体为相同AWG导线尺寸的微型同轴电缆时的厚度。随着AWG导线尺寸减小，绝缘体厚度也减小以实现上述电气效应。
32AWG微型同轴电缆和其中导体尺寸更小的微型同轴电缆的绝缘体厚度优选达到(满足)特别针对USB 3.1C型电缆的45欧姆±3欧姆的阻抗设计目标。32AWG双绞线对和双轴电缆对以及其中导体尺寸更小的此类对的绝缘体厚度优选达到(满足)特别针对USB 3.1C型电缆的90欧姆±5欧姆的阻抗设计目标。
USB电缆3.1内的另一个元件是电力线14(供给)和电力线16(返回)，这两者均以横截面示出，并且均包括捻在一起的多股导线的中心导体18和围绕中心导体18的聚合物绝缘体20。聚合物绝缘体20的聚合物的例子是聚氯乙烯。电缆2的电力线14和16优选具有100瓦特的最大功率输出(在5A下为20V)。
USB电缆2内的另一个元件是聚合物绝缘导体的屏蔽双绞线22，每个聚合物绝缘导体均包括被聚合物绝缘体26包围的捻在一起的多股导线的中心导体24，全部以横截面示出。该双绞线22为USB电缆2的USB 2.0部件，USB电缆2.0具有0.48Gbps的最高数据速度。这是电缆2的低速数据传输电缆，从而向与该工作条件兼容的界面提供连通性。聚合物绝缘体26的聚合物的例子是聚乙烯。
其他未示出但是可存在于电缆2内的元件的例子包括用于另外的信号(例如模拟无线电信号)的边带用电缆(SBU)，以及用于占据电缆2内元件之间的空间隔的填料。
以横截面示出的金属编织物28围绕同轴电缆4、电力线14和16以及双绞线22的组装件，并且护套30围绕金属编织物28。金属编织物28提供用于整个电缆2的屏蔽物并且还可用作电缆的接地。该屏蔽物可具有其他形式，例如具有夹在它们之间的铝金属化聚酯膜的内部金属编织物和外部金属屏蔽物的复合材料。护套30的聚合物的例子是乙烯/醋酸乙烯酯共聚物。
电缆2内的元件被示为它们好像松散地设置一样。优选地，电缆内的元件紧密地结合在一起，例如通过在施加编织物28之前将元件用聚酯胶带(未示出)缠绕在一起。
用于本发明的USB电缆中的全氟聚合物是可熔融流动使得其为可熔融制造的，即可在熔融状态下挤出以在超高速数据传输绝缘导体的导体上形成绝缘体的那些，例如附图的绝缘体8。这些全氟聚合物的熔体流动速率(MFR)优选为至少约20g/10min，更优选为至少约25g/10min，还更优选为至少约28g/10min，甚至更优选为至少约30g/10min。高MFR是优选的，以提供在绝缘体处没有气隙的情况下获得紧密接触/在形成绝缘体的挤出工艺期间获得导体界面所需的熔融全氟聚合物的流动性。气隙有助于增加耗散因数。根据ASTM D-1238，在372℃下使用5.0kg重量在熔融全氟聚合物上测量MFR。如前缀“全”所指示，键合到组成全氟聚合物链的碳原子上的单价原子全部为氟原子。其他原子可存在于聚合物末端基团中，即终止聚合物链的基团。
可用于本发明USB电缆中的全氟聚合物的例子包括四氟乙烯(TFE)与一种或多种全氟化可聚合共聚单体的共聚物，所述单体为例如具有3至8个碳原子的全氟烯烃，如六氟丙烯(HFP)，和/或全氟(烷基乙烯基醚)(PAVE)，其中所述直链或支链烷基含有1至5个碳原子。优选的PAVE单体为其中烷基基团含有1、2、3或4个碳原子的那些，分别称为全氟(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)和全氟(丁基乙烯基醚)(PBVE)。可使用若干种PAVE单体来制备TFE/PAVE共聚物，例如TFE/全氟(甲基乙烯基醚)/全氟(丙基乙烯基醚)三元共聚物，有时制造商称其为MFA。TFE/PAVE共聚物最常被称为PFA(全氟烷氧基全氟聚合物)。PFA通常含有至少约1重量％的PAVE(包括当PAVE为PPVE或PEVE时)，并且将通常含有约1重量％至15重量％的PAVE。当PAVE包括PMVE时，组成为约0.5重量％至13重量％的PMVE和约0.5重量％至3重量％的PPVE，达到总计100重量％的剩余部分为TFE。该全氟聚合物的MFR测定条件在ASTM D 3307-93中公开。适用于上文作为MFR的范围列出的每个最小MFR的最大MFR在一个实施例中为50g/10min，在另一个实施例中为46g/10min，在另一个实施例中为40g/10min，并且在另一个实施例中为36g/10min。
另一组全氟聚合物为TFE/HFP共聚物，其通常被称为FEP(氟化乙烯丙烯)。在这些共聚物中，HFP含量通常为约9重量％至17重量％(根据HFPI×3.2计算得出)。优选地，TFE/HFP共聚物包括少量的其他共聚单体，以改善性能。优选的TFE/HFP共聚物为TFE/HFP/PAVE三元共聚物，其中PAVE为PEVE或PPVE，并且其中HFP含量为约9重量％至17重量％，并且PAVE含量(优选PEVE)为约0.2重量％至3重量％，剩余部分为TFE，以使共聚物总计为100重量％。该全氟聚合物的MFR测定条件在ASTM D 2116-91a中公开。适用于上文作为MFR的范围列出的每个最小值的最大MFR优选为40g/10min，优选为36g/10min。
优选的是，全氟聚合物是部分结晶的，即，不是弹性体。所谓部分结晶是指，所述聚合物具有一定的结晶度，并且特征在于，根据ASTM D3418测定具有可检测的熔点，并且熔融吸热量为至少约3J/g。上述提及的关于全氟聚合物的耗散因数共同地以及单独地适用于上述每种TFE/HFP共聚物和TFE/PFA共聚物中的每一者。
全氟聚合物可通过用已知的方法使适当的单体在多种介质中聚合来制造。在一个实施例中，为了经济性，全氟聚合物在水性介质中制备，即聚合，并且该聚合能够向全氟聚合物提供所需特性，例如熔融流动性以及绝缘体在处理期间保持其完整性所需的强度。水性介质中的聚合必然形成含有一种或多种添加剂的介质，所述添加剂溶解于该介质中以形成存在于介质中的离子物质。这种添加剂的例子为聚合引发剂如过硫酸铵，链转移剂如甲醇，和/或缓冲剂如ω-羟基氟碳酸铵。在聚合期间形成的全氟聚合物颗粒的分散剂还可作为水性介质的添加剂而存在。虽然从水性介质回收全氟聚合物涉及移除这些添加剂的步骤，但足够的添加剂中的一种或多种可保持与全氟聚合物以微小的量相缔合，然而这足以引起全氟聚合物的耗散因数增加。该优选还适用于上述TFE/HFP共聚物和TFE/PAVE共聚物。
进一步优选的是，可熔融制造的全氟聚合物(包括上述FEP和PFA共聚物)被聚合以使得全氟聚合物的聚合颗粒具有均一的熔体流动速率，在聚合期间，没有例如从低MFR芯和高MFR壳逐步改变的MFR。
全氟聚合物的耗散因数的另一个贡献部分是聚合物链的热不稳定端基，值得注意的是-CONH2、-COF、-COOH、-CH2OH和-COOCH3，其通过聚合过程产生。聚合过程中(例如在上述添加剂的使用中)的差异可导致这些热不稳定端基中仅有一些存在于全氟聚合物中。如在水性介质中聚合的全氟聚合物将具有至少数百个这种热不稳定端基并且还可能具有-CF2H端基，这取决于聚合过程的具体情况。各种端基稳定化方法可用于减少这些不稳定端基并且/或者不形成-CF2H端基，其中下述氟化是优选的，因为其可将大多数(如果不是所有的话)端基转化成热稳定的-CF3端基。
本发明的另一个实施例还可描述为用于在至少10GHz的频率下以超高速传输数据的USB电缆，其包括护套，以及位于在所述护套内的至少一条电力电缆和至少一个用于以10Gbps的速度传输所述数据的屏蔽差分对，所述屏蔽差分对的每个构件包括绝缘导体，所述绝缘导体的绝缘体在10GHz下表现出不高于0.00035的耗散因数并且包含可熔融制造的全氟聚合物。电缆优选包括至少两个所述屏蔽差分对，并且更优选包括至少四个所述屏蔽差分对。
形成超高速数据传输的绝缘体的全氟聚合物在挤出之前经受严格的氟化条件以形成导体绝缘体。这减少了有效量的耗散因数以使得超高速数据传输绝缘导体正向地促进由除了绝缘体本身之外的其他因素引起的衰减，以便满足绝缘导体中特定AWG导线尺寸的衰减目标并且可用于本发明的USB 3.1电缆中。氟化可获得上述耗散因数的低值。氟化的效果为至少将上文指出的热不稳定端基转化成稳定的-CF3端基。对于-CF2H端基(如果存在的话)同样如此。
根据氟化的一个实施例，氟化通过将全氟聚合物的粒料暴露于氟气来进行，例如美国专利4,753,658中所公开的，其中粒料被置于双锥式混合机中，加热至200℃的温度，然后添加氟/氮混合物并且旋转混合机，同时继续加热足以导致大部分(如果不是全部的话)的上述热不稳定端基转化为-CF3端基的一段时间。在一个实施例中，这种加热时间段为6到8小时。通常，粒料尺寸的直径可为2mm至3mm。对于氟化而言，这些温度和加热时间为优选的最小值。在该实施例中，在氟化处理期间，粒料保持为固体形式。
根据另一个实施例，氟化在双螺杆挤出机中以熔融相的全氟聚合物上进行，如美国专利6,838,545中所公开的。挤出机配备有特制螺杆，在使聚合物熔融之后，其迫使熔体进入到挤出机圆筒内配备有多个混合元件的区域中。将氟和氮的混合物送入到该区域中以与熔融聚合物反应，尤其是用于将上述不稳定端基和-CF2H端基(如果存在的话)转化成稳定端基-CF3。将所得的氟化的全氟聚合物挤出成为粒料。优选地，无论可熔融制造的全氟聚合物为TFE/HFP共聚物还是TFE/PAVE共聚物，可熔融制造的全氟聚合物的氟化都可将热不稳定端基-CONH2、-COF、-COOH、-CH2OH和-COOCH3的数目减少到总共不超过10个/106个碳原子，优选不超过8个/106个碳原子。
将美国专利4,753,658和6,838,545的公开内容以引用方式并人本文。在氟化之后，粒料经受鼓泡，例如通过使氮气流经粒料来移除可提取的氟和未反应的氟。
所得的氟化的全氟聚合物通过常规方法挤出到绞合导线导体上以形成围绕导体的绝缘体，从而通过具有上述低耗散因数的全氟聚合物获得超高速绝缘导体，以便用于本发明的USB超高速电缆中。可进行挤出以使得绝缘体为固体全氟聚合物(即，不发泡的)，或者绝缘体通过常规挤出方法发泡。优选地，挤出发泡通过以下所述来进行：在挤出之前将泡孔成核剂与含氟聚合物共混，以及在挤出过程中，将氮气注入到熔融的含氟聚合物中。优选地，挤出为熔体牵伸，其中由注入的氮气膨胀引起的发泡在挤出的全氟聚合物被涂覆到导体上时发生，泡孔成核剂的存在导致发泡为绝缘体厚度内的细小均匀空隙形式。优选地，如根据美国专利8,178,592所公开的计算方法所确定的，发泡绝缘体的空隙率为30％至50％。
无论绝缘体是固体还是发泡的，这些绝缘导体中的多个的组装件都根据需要形成屏蔽差分对、电力线和USB电缆的其他元件，并且该组装件的编织和加护套通过常规方法来进行。
令人惊奇的是，通过全氟聚合物的氟化替换几乎所有热不稳定端基使得超高速数据传输电缆能够用于根据本发明的USB 3.1电缆和USB 3.1C型电缆中，从而表现出比针对这些电缆指定的最大值更低的衰减。美国专利7,638,709(US’709)公开了由于TFE/HFP共聚物绝缘体对导体缺乏亲和力，这样的替换具有高回波损耗的缺点。虽然高度氟化的TFE/HFP共聚物可具有低耗散因数，但所得的与该共聚物绝缘的导体将因为绝缘体与导体的关系而具有较差的电气性能。就此而言，任何由低耗散因数产生的电气益处都被绝缘体与导体之间的界面处的相互作用抵消。
US‘709公开了用于将TFE/HFP共聚物绝缘体施加到导体以成为熔体牵伸类型的挤出过程。该挤出涉及将共聚物挤出为围绕导体的管，以及将挤出管内抽真空以将管牵拉到导体上。这是用于围绕导体形成绝缘体以形成在本发明的电缆中使用的超高速数据传输电缆的优选方法。
通过熔体牵伸变成圆锥形形状的管状挤出物在与导体接触时仍然是熔融的。虽然US‘709涉及形成发泡绝缘体，但发泡直到熔融聚合物与导体接触才开始。发泡的延迟使得熔融聚合物能够在熔体牵伸期间发生的牵拉过程中保持其完整性。在该接触的时间中，熔体为固体且不是发泡的。
US‘709公开了TFE/HFP共聚物需要一些热不稳定端基以对导体具有较大的亲和力，并且该较大亲和力减少了所得的同轴电缆的回波损耗。该较大亲和力本身表现为绝缘体与导体的较大粘附力，其测量为剥离力的增加。根据US‘709，应由TFE/HFP共聚物保持的不稳定端基的量(例如，由较低程度的氟化形成)为30至120个/106个碳原子。本发明已发现，对于由用于本发明中的捻在一起的导线制成的小直径导体而言，尽管呈现至全氟聚合物的熔体牵伸绝缘体的导体表面具有一定的复杂度，但导体与绝缘体之间的界面不呈现US‘709中所公开的回波损耗问题。
实例
根据ASTM 2520，方法B(谐振腔扰动技术)在全氟聚合物的2.5mm厚的压缩模制饰板上测定耗散因数，其中谐振腔内的电场平行于板的长度(15.25cm)。
关于本发明的全氟聚合物的不稳定端基通过以下过程确定：通过压缩模制来制备全氟聚合物的0.25mm至0.3mm厚的测试膜，然后通过在如下端基特有的波长下的吸收经FT-IR分析来分析热不稳定端基的量：
消光系数的值取决于在诊断波长下的吸收。
相似地，已知不具有待分析的端基的参考材料的膜通过将全氟聚合物的粒料暴露于氟来进行制备，例如美国专利4,753,658中所公开的，其中粒料被置于双锥式混合机中，加热至200℃的温度，然后添加25摩尔％的氟和75摩尔％的氮混合物并且旋转混合机，同时继续加热8小时。在该粒料上重复氟化过程，直到从所得立方体模制和扫描的膜指示已知端基峰的从一个氟化处理到后续处理的吸收没有变化为止。在较低温度或较低氟浓度下的氟化可留下一些不稳定端基，由此参考膜将不会被完全氟化，从而不可用于检测所有不稳定端部。
确定对应于端基的每个波长处的差分吸收，并且这通过以下公式转化成端基数目/106个碳原子：端基/106(ppm)＝(差分吸收×消光系数)/测试膜的厚度(mm)
端基-CF2H在约390℃的熔融处理(挤出)温度下相对于TFE/HFP共聚物不是热不稳定端基。在任何情况下，-CF2H端基的数目以与上述相同的方式确定，特征吸收峰在3005cm1处。
聚合实例1
使用美国专利申请公布2012/0004365A1实例7中的条件来进行TFE/HFP/PEVE聚合，不同的是反应过程中引发剂泵速从3.5ml/min增加至3.67ml/min。所得聚合物的HFP含量为10.2％，PEVE含量为1.2％，并且MFR为28.8g/10min。将该全氟聚合物通过高剪切机械凝聚与分散体分离并干燥。
氟化实例1
使用美国专利6,838,545实例2中公开的过程对来自聚合实例1的干燥全氟聚合物进行氟化，不同的是包含注射、混合和反应部分的部分从11L/D增加至26L/D，其中反应区域现在包含20个TME元件和1个ZME元件，并且按重量计，氟与聚合物的比率调整为2,000ppm。端基分析显示仅8个热不稳定端基/106个碳原子存在于共聚物中，而且不存在-CF2H端基。在10GHz下，该共聚物的耗散因数为0.00023。
氟化实例2
使用氟化实例1中描述的过程对来自聚合实例1的干燥全氟聚合物进行氟化，不同的是按重量计，氟与聚合物的比率被调整为900ppm。然后再次通过将前述氟化全氟聚合物的粒料暴露于氟中来对全氟聚合物进行氟化，诸如美国专利4,753,658中所公开的，其中粒料被放置在双锥式混合机中，加热至200℃的温度，然后添加25摩尔％氟和75摩尔％氮混合物并且旋转混合机，同时继续加热8小时。重复双锥式混合机氟化过程。所得的全氟聚合物在10GHz下表现出0.00031的耗散因数，并且包含少于2个不稳定端基/106个碳原子，而且不包含-CF2H端基。
氟化实例3
通过将粒料暴露于氟中来对MFR为42g/10min且PPVE含量为5.2重量％的TFE/PPVE共聚物进行氟化，诸如美国专利4,753,658中所公开的，其中粒料被放置在双锥式混合机中，加热至200℃的温度，然后添加10摩尔％氟和90摩尔％氮混合物并且旋转混合机，同时继续加热7小时。所得的全氟聚合物在10GHz下表现出0.00034的耗散因数，并且包含5个不稳定端基/106个碳原子，而且不包含-CF2H端基。
挤出实例1
在聚合实例1下制备、在氟化实例1下制备和氟化的全氟聚合物通过熔体牵伸挤出而挤出到32AWG绞合导线导体(7/0.083mm)上以在以下条件下产生0.19mm的绝缘体厚度、OD0.62mm：
模具6.5mm，顶端2.4mm，DRB＝1.05，DDR＝112
30mm挤出机，L/D＝24-28
线速度200m/min
挤出机中的温度分布，(单位：℃)
区域 区域1 区域2 区域3 区域4 区域5 夹具 头部 模具
温度设定 330 340 350～365 360～375 370～380 370～380 375～386 375～386
所得的绝缘导体用金属编织物屏蔽然后加护套，随后切割成8个长度。然后将所得的微型同轴电缆整合到USB 3.1C型电缆中作为四个屏蔽差分对。
微型同轴电缆的屏蔽差分对在10GHz下各自表现出小于-7.6dB/m的衰减。
挤出实例2
将在聚合实例1下制备并且在根据氟化实例2氟化之后的全氟聚合物与0.3重量％的包含91.1重量％氮化硼、2.5重量％四硼酸钙和6.4重量％调聚物B磺酸的钡盐的泡孔成核剂共混，如美国专利8,178,592所述。挤出到32AWG绞合导体上以形成厚度为7.2密尔(0.18mm)且空隙率为45％的绝缘体为绝缘体提供了所需的48欧姆的阻抗。将屏蔽和加护套的该发泡绝缘导体的八个长度整合到USB 3.1C型电缆中。对于超高速电缆而言，这些微型同轴电缆上的每个屏蔽差分对的衰减在10GHz下小于-6.8dB/m。
挤出条件如下：
20mm螺杆，L/D＝28～32
模具1.6mm，顶端0.8mm
导体OD：0.24mm，
绝缘体OD 0.6mm
对于在300巴下测试的流动速率为8cc/min的氮注入器，氮注入压力为350～400巴
线速度80m/min
温度分布：(单位℃)
区域 区域1 区域2 区域3 区域4 区域5 夹具 头部 模具
温度设定 290～300 340～360 370～380 375～385 365～375 365～375 350～360 340～360
挤出实例3
将在氟化实例3下制备的全氟聚合物以类似于挤出实例1的方式挤出到32AWG绞合导线导体上以获得相同的绝缘体厚度。在编织和加护套之后，将这些长度的绝缘导体整合到USB 3.1C型电缆中。所得的微型同轴电缆的屏蔽差分对在10GHz下表现出小于-7.6dB/m的衰减。
在所述实例中制备的所有超高速电缆都能够在10GHz下以每通道10Gbps传输数据。

Claims (18)

1.一种USB电缆，用于在至少10GHz的频率下以超高速传输数据，所述电缆包括护套，以及位于在所述护套内的至少一条电力电缆和多个用于以最高达每通道10Gbps的速度传输所述数据的屏蔽绝缘导体，所述绝缘导体的绝缘体在10GHz下表现出不高于0.00035的耗散因数并且包含可熔融制造的全氟聚合物。
2.根据权利要求1所述的电缆，其中所述耗散因数不超过0.00031。
3.根据权利要求1所述的USB电缆，其中所述绝缘导体为同轴电缆，所述绝缘导体中的每一者均被屏蔽。
4.根据权利要求3所述的USB电缆，其中每个所述同轴电缆中的导体的直径不超过9.8密尔(0.249mm)，并且所述绝缘导体绝缘体的绝缘体的厚度不超过8.2密尔(0.21mm)。
5.根据权利要求4所述的USB电缆，其中所述绝缘体的所述厚度不超过6.4密尔(0.16mm)。
6.根据权利要求3所述的USB电缆，其中每个所述同轴电缆中的导体的直径不超过7.9密尔(0.201mm)，并且所述绝缘导体的绝缘体的厚度不超过6.4密尔(0.16mm)。
7.根据权利要求6所述的USB电缆，其中所述绝缘体的所述厚度不超过4.9密尔(0.12mm)。
8.根据权利要求1所述的USB电缆，其中所述绝缘导体为双绞线对或双轴电缆对中的任一者，所述对中的每一者均被屏蔽。
9.根据权利要求8所述的USB电缆，其中所述双绞线对中的所述绝缘导体的导体具有不超过7.9密尔(0.201mm)的直径，并且所述绝缘导体的绝缘体的厚度不超过5.6密尔(0.14mm)。
10.根据权利要求8所述的USB电缆，其中所述双绞线对中的所述绝缘导体的导体具有不超过9.8密尔(0.249mm)的直径，并且所述绝缘导体的绝缘体的厚度不超过7.5密尔(0.19mm)。
11.根据权利要求8所述的USB电缆，其中所述双轴电缆对中的所述绝缘导体的导体具有不超过7.9密尔(0.201mm)的直径，并且所述绝缘导体的绝缘体的厚度不超过6.4密尔(0.16mm)。
12.根据权利要求8所述的USB电缆，其中所述双轴电缆对中的所述绝缘导体的导体具有不超过9.8密尔(0.249mm)的直径，并且所述绝缘导体的绝缘体的厚度不超过8.2密尔(0.21mm)。
13.根据权利要求1所述的USB电缆，其中所述全氟聚合物的-CONH2、-COF、-COOH、-CH2OH和-COOCH3热不稳定端基的总量不超过10个/106个碳原子。
14.根据权利要求1所述的USB电缆，其中所述全氟聚合物被氟化以将所述全氟聚合物的选自-CONH2、-COF、-COOH、-CH2OH和-COOCH3的热不稳定端基转化为-CF3端基，并且其中所得的氟化全氟聚合物的所述热不稳定端基的总量不超过10个/106个碳原子。
15.根据权利要求1所述的USB电缆，包含至少八个所述绝缘导体作为屏蔽差分对。
16.根据权利要求1所述的USB电缆，其中所述绝缘体为发泡的。
17.根据权利要求1所述的USB电缆，其中所述可熔融制造的全氟聚合物为四氟乙烯/六氟丙烯共聚物或四氟乙烯/全氟(烷基乙烯基醚)共聚物，其中所述烷基含有1至5个碳原子。
18.根据权利要求1所述的USB电缆，其中所述可熔融制造的全氟聚合物的熔体流动速率为至少28g/10min。
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