CN111655770A - 用于制造泡沫制品的可发泡的组合物和方法 - Google Patents

用于制造泡沫制品的可发泡的组合物和方法 Download PDF

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C·M·格鲁
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Abstract

在一个方面中，公开了可发泡的组合物，其包括原料聚合物、与原料聚合物共混的滑石和柠檬酸盐(酯)化合物。在一些实施方式中，组合物中滑石的浓度在按重量计约0.05％至约25％的范围内，例如，在约2％至约20％的范围内、或在约3％至约15％的范围内或在约5％至约10％的范围内。此外，组合物中柠檬酸盐(酯)化合物的浓度可以，例如，在按重量计约0.05％至约3％的范围内、或在按重量计约0.02％至约0.9％的范围内、或在按重量计约0.03％至约0.8％的范围内、或在按重量计约0.04％至约0.7％的范围内或在按重量计约0.05％至约0.6％的范围内。

Description

用于制造泡沫制品的可发泡的组合物和方法
背景
本发明通常涉及可发泡的组合物，用于处理这种组合物以制造泡沫制品的方法，以及可以使用这种可发泡的组合物制造的泡沫制品。
为了多种多样的用途，在现代建筑中安装了各种各样的电缆(缆线，cables)。这种用途尤其包括计算机之间的数据传输、语音通信、视频通信、通过通信电缆例如以太网(PoE)的功率传输以及用于建筑物安全、火灾报警和温度控制系统的控制信号传输等。随着数据传输速率的增加，对这种电缆展现出包括外来串扰(cross-talk)的低串扰的要求也会增加。此外，在许多应用中，电缆必须遵守有关易燃性的严格要求。
因此，需要用于形成通信电缆的各种部件的组合物和处理方法。
概要
在一个方面，公开了可发泡的组合物，其包括原料聚合物、与所述原料聚合物共混的滑石和与所述原料聚合物共混的柠檬酸盐(酯)化合物(citrate compound)。在一些实施方式中，组合物中滑石的浓度在按重量计约0.3％至约30％的范围内，例如，在约1％至约25％的范围内、或在约2％至约20％的范围内或在约5％至约10％的范围内。此外，组合物中柠檬酸盐(酯)化合物的浓度可以，例如，在按重量计约0.01％至约1％的范围内、或在按重量计约0.02％至约0.9％的范围内、或在按重量计约0.03％至约0.8％的范围内、或在按重量计约0.04％至约0.7％的范围内或在按重量计约0.05％至约0.6％的范围内。任何这些浓度的柠檬酸盐(酯)化合物可以与以上讨论的任何浓度的滑石一起使用。
此外，在一些实施方式中，原料聚合物的重量浓度可以，例如，在约50％至约98.5％的范围内，例如，在约60％至约95％的范围内、或在约65％至约90％的范围内、或在约70％至约80％的范围内。任何这些浓度的原料聚合物可以与任何以上浓度的滑石和/或柠檬酸盐(酯)化合物一起使用。
根据本教导，各种各样的原料聚合物可应用于组合物中。举例来说，在一些实施方式中，原料聚合物可为含氟聚合物。例如，在一些实施方式中，含氟聚合物可为全氟聚合物。在一些实施方式中，原料聚合物可为工程树脂。合适的原料聚合物的一些实例包括但不限于四氟乙烯/全氟甲基乙烯基醚共聚物(MFA)、六氟丙烯/四氟乙烯共聚物(FEP)、全氟烷氧基(PFA)和全氟烷氧基烷烃及其组合的任何一种。此外，在一些实施方式中，聚合物可为但不限于聚苯硫醚(PPS)、聚醚酰亚胺(PSU)、聚苯砜(PPSU)、聚醚砜(PES/PESU)、聚醚醚酮(PEEK)、聚芳基醚酮(PAEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚酮(PEK)及其组合的任何一种。
在一些实施方式中，柠檬酸盐(酯)化合物可为柠檬酸盐(citrate salt)。合适的柠檬酸盐的一些实例包括但不限于柠檬酸钙、柠檬酸钾、柠檬酸锌及其组合。
在一些实施方式中，组合物可以以多个丸的形式。
在一些实施方式中，根据本教导，可发泡的组合物可包括原料聚合物，如以上列举的聚合物，与原料聚合物共混的滑石和柠檬酸盐(酯)化合物(例如，柠檬酸盐)以及与原料聚合物共混的成核剂。合适的成核剂的一些实例包括但不限于PTFE(聚四氟乙烯)、氮化硼、氧化锌和/或TiO2。在一些这种实施方式中，滑石和柠檬酸盐(酯)化合物的浓度可为以上列举的那些，和成核剂的浓度可以，例如，在按重量计约0.3％至约5％的范围内。
此外，在一些实施方式中，除了滑石和柠檬酸盐(酯)化合物(和任选地成核剂)，Aclyn蜡可任选地添加至可发泡的组合物，例如，以提高组合物的表面光洁度特性。
在相关的方面中，公开了用于制造泡沫制品的方法，其包括加热组合物至足够引起滑石的分解的温度以便产生用于使组合物发泡的气体，所述组合物可以例如以多个丸的形式，所述组合物包括原料聚合物、与所述原料聚合物共混的滑石和与所述原料聚合物共混的柠檬酸盐(酯)化合物。举例来说，组合物可以被加热至在约550°F至约800°F的范围内，例如，在约580°F至约780°F的范围内或在约600°F至约700°F的范围内的温度。
在以上方法的一些实施方式中，柠檬酸盐(酯)化合物可为柠檬酸盐，如柠檬酸钙、柠檬酸钾、柠檬酸锌或其组合。在以上方法的一些实施方式中，除了与原料聚合物共混的滑石和柠檬酸盐(酯)化合物，受到加热的组合物可包括也与原料聚合物共混的成核剂，如PTFE。这种组合物的一些实例可进一步任选地包括Aclyn蜡。
此外，在以上方法的一些实施方式中，组合物中原料聚合物的浓度可以，例如，在按重量计约50％至约98.5％的范围内，滑石的浓度可以，例如，在按重量计约0.3％至约30％的范围内，以及柠檬酸盐(酯)化合物的浓度可以，例如，在按重量计约0.01％至约1％的范围内。在其中如PTFE的成核剂被并入组合物中的实施方式中，成核剂的浓度可以，例如，在约0.1％至约5％，例如，0.3％至约5％的范围内。
如以上列举的那些的各种各样的聚合物可用于以上方法。举例来说，聚合物可为含氟聚合物例如全氟聚合物或工程树脂。合适的聚合物的一些实例包括但不限于四氟乙烯/全氟甲基乙烯基醚共聚物(MFA)、六氟丙烯/四氟乙烯共聚物(FEP)、全氟烷氧基(PFA)和全氟烷氧基烷烃、聚苯硫醚(PPS)、聚醚酰亚胺(PSU)、聚苯砜(PPSU)、聚醚砜(PES/PESU)、聚醚醚酮(PEEK)、聚芳基醚酮(PAEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚酮(PEK)及其组合。
在相关的方面中，公开了在通讯电缆中使用的泡沫制品，其具有至少约30％、或至少约40％、或至少约50％、或至少约60％或至少约70％的泡沫率。在一些实施方式中，这种泡沫组合物包括具有在约0.5密耳(0.0005英寸)至5密耳(0.005英寸)范围内的尺寸的多孔结构(cellular structure)。在一些这种实施方式中，至少约50％、或至少约60％、或至少约70％、或至少约80％、或至少约90％或所有多孔结构具有闭合结构。举例来说，泡沫制品可为适合于在通讯电缆中使用的分隔物(separator)，其包括中心部分和从中心部分延伸的多个臂以提供用于接收媒介的多个通道。尽管在一些实施方式中分隔物可具有预制结构，但是在其他实施方式中其可为柔韧带。举例来说，媒介可为双绞线的电导体、一种或多种光纤及其组合。在一些情况中，放置在通道中的媒介可用于数据和功率传输两者。例如，媒介可包括能够进行至少约1瓦特、或至少约10瓦特或至少约20瓦特的功率的双绞线的电导体，例如，在约20瓦特至约200瓦特的范围内(例如，双绞线可为具有在8至28规格(gauge)的范围内，例如，18、22或23规格的美国线规(American Wire Gauge(AWG))的双绞铜线)。在一些实施方式中，传输媒介可以包括适合于输送数据和功率两者的电导体以及一种或多种光纤。
在一些实施方式中，根据本教导，化学上可发泡的丸可为管材挤出、半压力挤出或压力挤出，例如，超过8Awg至28Awg(例如，在16至22AWG的范围内)铜线，其基于溶体粘度的相变归因于存在于丸中的化学发泡剂的组合(例如，组合滑石和柠檬酸)，因此将挤出物的压力降低到低于3,500psi，在一些情况中低于2,500psi。
在相关的方面中，本教导提供了用于制造泡沫制品的方法，其包括使熔融聚合物(或两种或更多种熔融聚合物的混合物)经受压力挤出以形成泡沫制品。在一些这种实施方式中，熔融聚合物(或聚合混合物)例如，通过模具挤出，同时经受在约2500psi和约4500psi的范围内的压力。在许多这种实施方式中，挤出物的压力被维持在低于约3,500psi。各种各样的聚合物可应用在这种方法中，其包括各种各样的含氟聚合物和工程树脂。举例来说，在一些这种实施方式中，含氟聚合物可为全氟聚合物，如MFA、FEP或PFA。此外，合适的工程树脂的一些实例包括但不限于全氟烷氧基烷烃、聚苯硫醚(PPS)、聚醚酰亚胺(PSU)、聚苯砜(PPSU)、聚醚砜(PES/PESU)、聚醚醚酮(PEEK)、聚芳基醚酮(PAEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚酮(PEK)及其组合。
在一些实施方式中，根据本教导的组合物和方法可用于在各种电线上形成泡沫绝缘体(insulation)。例如，在一些实施方式中，根据本教导的组合物和方法可用于在通信电缆(例如，CMP、CMR或CM)；限制功率电缆(例如，CL3P、CL2P、CL3R、CL2R、CL3或CL2)；火灾警报电缆(FPLP、FPLR或FPL)；光纤电缆和管道(例如，OFNP、OFCP、OFNR、OFCR、OFN、OFC)；电缆天线和无线电分配(CATVP、CATVR和CATV)以及复合(hybrid)光纤/铜设计的组合上形成绝缘体。
在一些实施方式中，公开了用于电功率和数据传输的电缆，其包括泡沫分隔物，所述泡沫分隔物提供多个通道用于接收传输媒介，如电线和光纤。分隔物可采取各种各样不同的形状，如十字形。在一些实施方式中，分隔物可为柔韧带。在一些实施方式中，分隔物可为泡沫状的(即，其可具有分布其中的多个多孔结构(例如，腔))，具有大于约40％，例如，在约50％至约70％的范围内，例如，在约60％至约70％的范围内的泡沫率(即，遍及分隔物分布的多孔结构的体积相对于分隔物的体积的比例)。在一些实施方式中，至少一种能够输送电能以及通信数据的电线被放置在通道之一中。在一些实施方式中，这种电线可具有在8至28的范围内，例如，在16至28的范围内，例如，18、22或23的AWG。此外，在一些实施方式中，这种电线可输送在约0.5Amp至约1Amp的范围内的电流并且达至约200瓦特的电功率，例如，在约10瓦特至约200瓦特的范围内的电功率。在一些这种实施方式中，电线的绝缘体可为泡沫状的，例如，具有至少约50％，例如，在约50％至约70％的范围内的泡沫率。分隔物和绝缘体可使用如本文公开的那些的各种各样的含氟聚合物和工程树脂形成。在一些这种实施方式中，在另一个通道中，光纤可以被放置，例如，用于通过光脉冲传输通信数据。聚合外套可围绕分隔物和由分隔物提供的通道中放置的传输媒介。在一些实施方式中，外套可以为泡沫状的，例如，具有等于或大于约30％(例如，在约30％至约50％的范围内)的泡沫率。类似于分隔物和电线绝缘体，外套可由如本文公开的那些的各种各样含氟聚合物和工程树脂形成。
在相关的方面中，公开了电缆，其包括提供多个通道用于接收一种或多种传输媒介的分隔物，所述分隔物包括以至少约40％的泡沫率分布其中的多个多孔结构；在所述通道之一中放置的至少一种电导体，所述电导体被配置用于通信数据和电功率两者的传输；在其他通道之一放置的至少一种光纤；和围绕所述分隔物、所述至少一种电导体和所述至少一种光纤的外套。
在以上电缆的一些实施方式中，分隔物展现出至少约40％的泡沫率，例如，在约60％至约70％范围内的泡沫率。此外，在一些实施方式中，电线可包括具有至少约35％，例如，在约35％至约60％的范围内的泡沫率的泡沫电绝缘体。此外，在以上电缆的一些实施方式中，外套可包括以至少约30％，例如，在约30％至约50％的范围内的泡沫率分布其中的多个多孔结构。
本发明的进一步理解可通过参考以下的详细描述连同附图获得，以下简略地描述了附图。
附图说明
图1示意地描述了根据发明的实施方式的多个丸，
图2是描述依照本发明的用于生产泡沫制品的方法中各种步骤的流程图，
图3是根据本发明的实施方式的泡沫制品、分隔物的示意性主视图，
图4示意地描述了根据本发明的实施方式的泡沫电缆外套，
图5示意地描述了根据本发明的实施方式的具有泡沫绝缘体的绝缘导体，
图6示意地描述了根据发明的实施方式的多个丸，其中每个丸包括原料聚合物、在原料聚合物中共混的滑石和柠檬酸盐(酯)化合物，
图7示意地描述了适合在使用根据本教导的聚合物制造泡沫制品的一些实施方式的实践中使用的挤出装置，
图8示意地描述了适合在使用根据本教导的聚合物制造泡沫制品的一些实施方式的实践中使用的压力挤出装置，和
图9示意地描述了根据本教导的实施方式的电缆，其可用于电功率和通信数据的传输。
详细描述
本发明通常提供可发泡的聚合组合物，其可用于形成各种各样的制品，如通讯电缆的部件。特别地，已经发现在聚合组合物中滑石与诸如柠檬酸盐的柠檬酸盐(酯)化合物一起使用可有利地提供用于制造各种各样的泡沫制品的聚合组合物增加的泡沫。换句话说，已经发现滑石和柠檬酸盐(酯)化合物可协同作用以提供增加的泡沫。在一些实施方式中，根据本发明的组合物是以多个丸的形式。
本文根据它们普通含义使用各种术语。为了更加清楚，以下进一步定义了以下术语。
本文使用的术语“滑石”通常指的是天然的或合成的水合硅酸镁化合物。在一些实施方式中，滑石矿物包括由式：3MgOSiO2H2O代表的氢化硅酸镁，其中在一些情况中SiO2为约64.5重量百分数、MgO为约31.9重量百分数和H2O为约4.75重量百分数。在一些情况中，滑石可包括其他矿物，如菱镁矿、绿泥石、磁铁矿、碳酸盐和白云石。
本文使用的术语“工程树脂”或“工程聚合物”指的是任何以下聚合物：聚苯硫醚(PPS)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚砜(PSU)、聚苯砜(PPSU)、聚醚砜(PES/PESU)、聚醚醚酮(PEEK)、聚芳基醚酮(PAEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚酮(PEK)或聚烯烃如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、环烯烃共聚物(COC)、聚碳酸酯(PC)、聚苯醚(PPE)、液晶聚合物(LCP)和/或其组合。
本文使用的术语“约”旨在表明至多10％的变量。
本文使用的术语“泡沫制品”指的是制造包括多个多孔结构的制品。
本文可交换地使用的术语“泡沫率(foam rate)”或“发泡率(foaming rate)”指的是例如多孔的隔离物的多孔结构中多孔的体积相对结构的总体积的比例。
参考图1，在一些实施方式中，本发明提供多个丸10，其每个包括原料聚合物12以及在遍及聚合物分布的滑石14和如柠檬酸盐的柠檬酸盐(酯)化合物16。在一些实施方式中，滑石可具有在约0.3％至约30％的范围内的重量浓度。举例来说，滑石可以以约3％至约20％的范围内、或约5％至约15％的范围内、或在约7％至约10％的范围内的重量浓度存在于例如丸10的组合物中。此外，在一些实施方式中，在例如丸10的组合物中的柠檬酸盐(酯)化合物16的重量浓度可在约0.01％至约1％的范围内、或在约0.02％至约0.9％的范围内、或在约0.03％至约0.8％的范围内、或在约0.04％至约0.7％的范围内、或在约0.05％至约0.6％的范围内或在约0.06％至约0.5％的范围内。此外，在例如丸10的组合物中的原料聚合物的重量浓度可，例如，在按重量计约40％至约98.5％的范围内，例如，在约50％至约95％的范围内、或在约60％至约85％的范围内或在约50％至约75％的范围内。
各种各样的聚合物可应用为原料聚合物。合适的聚合物的一些实例包括但不限于含氟聚合物如全氟聚合物、工程树脂等等。合适的聚合物的一些具体的实例包括但不限于四氟乙烯/全氟甲基乙烯基醚共聚物(MFA)、六氟丙烯/四氟乙烯共聚物(FEP)、全氟烷氧基(PFA)和全氟烷氧基烷烃及其组合。合适的聚合物的一些其他实例包括但不限于聚苯硫醚(PPS)、聚醚酰亚胺(PSU)、聚苯砜(PPSU)、聚醚砜(PES/PESU)、聚醚醚酮(PEEK)、聚芳基醚酮(PAEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚酮(PEK)及其组合。
在一些实施方式中，柠檬酸盐(酯)化合物可为柠檬酸盐。柠檬酸盐的一些合适的实例包括但不限于柠檬酸钙、柠檬酸钾、柠檬酸锌及其组合。
滑石和柠檬酸盐(酯)化合物的组合有利地允许增加丸10的泡沫。举例来说，根据本教导包含滑石和柠檬酸盐的组合的丸与仅具有滑石作为发泡剂的相似丸相比可以以更高的比率发泡。举例来说，在一些实施方式中，根据本教导的丸可以以至少约30％、或至少约35％、或至少约40％、或至少约45％、或至少约50％、或至少约55％、或至少约60％、或至少约65％或至少约70％的发泡率发泡。
在一些实施方式中，根据本教导的组合物的发泡可导致泡沫制品如适合用于通讯电缆的分隔物，其包括多个分布其中的多孔结构。在一些实施方式中，至少约50％、或至少约60％、或至少约70％、或至少约80％、或至少约90％或所有多孔结构可以以闭合孔的形式。此外，在一些实施方式中，这种多孔结构可具有在约(0.5密耳至5密耳，即0.0005英寸至0.005英寸)的范围内的最大尺寸。
参考图2的流程图，在相关的方面中，公开了用于制造泡沫制品的方法，其中包括加热包括原料聚合物、与所述原料聚合物共混的滑石和与所述原料聚合物共混的柠檬酸盐(酯)化合物的组合物至足够引起至少滑石的分解的温度以便产生用于发泡组合物的气体。举例来说，组合物可被加热至至少约600°F、或至少约610°F、或至少约620°F、或至少约630°F或至少约640°F的温度。在一些实施方式中，经加热的组合物可被挤出以形成用于通讯电缆的如发泡分隔物的泡沫制品。在一些这种实施方式中，如以下更详细第讨论的，应用压力挤出制造泡沫制品。
在以上方法的一些实施方式中，柠檬酸盐(酯)化合物可为，例如，柠檬酸盐。适合在以上方法中使用的柠檬酸盐的一些实例包括但不限于柠檬酸钙、柠檬酸钾、柠檬酸锌及其组合。滑石和柠檬酸盐(酯)化合物中任何一种的浓度可为以上讨论的那些的任何一个。此外，如以上讨论的那些的各种各样的聚合物可用于以上组合物，所述组合物如以上讨论的被加热以形成泡沫制品。
图3示意地描述了以适合在通讯电缆中使用的分隔物的形式的泡沫制品20，其使用根据本发明的方法形成。分隔物20包括中心部分22，多个臂24从所述中心部分22延伸，其提供多个通道28，所述多个通道28中可被放置各种各样的媒介，如绝缘双绞铜线。分隔物20可为如以上讨论的那些的聚合物的形式，其中分布多个多孔结构。在这个实施方式中，多孔结构是以填充气体的腔的形式。在一些实施方式中，这些多孔结构的最大尺寸，例如，当它们具有球形形状时多孔结构的直径可为，例如，在约(0.5至5密耳，即0.0005至0.005英寸)的范围内。
在一些实施方式中，多孔结构的体积为隔离物的体积的至少约40％、或至少约50％、或至少约60％或至少约70％。此外，在一些实施方式中，至少约40％、或至少约50％、或至少约60％或至少约70％的多孔结构可为闭合多孔的形式。
图4示意地描述了使用根据本发明的方法形成的电缆外套40。电缆外套40可用于围绕电缆的内部部件，如分隔物(例如，以上分隔物20)和一种或多种媒介(例如，双绞铜线)。外套40可为如以上讨论的那些的聚合物的形式，其中分布多个多孔结构42。在这个实施方式中，多孔结构可以填充气体的腔的形式。在一些实施方式中，这些多孔结构的最大尺寸，例如，当它们具有球形形状时多孔结构的直径可为，例如，在约(0.5至5密耳，即0.0005至0.005英寸)的范围内。在一些实施方式中，电缆外套40可展现出至少约30％的发泡率，例如，在约35％至约50％的范围内的发泡率。
图5示意地描述了绝缘导体50，例如，绝缘铜电线，其具有由绝缘体54覆盖的中心导体52。在这个实施方式中，根据本教导形成绝缘体并且其包括多个多孔结构56。更具体地，在这个实施方式中，绝缘体54可为如以上讨论的那些聚合物的形式，其中分布多个多孔结构56。在这个实施方式中，多孔结构以填充气体的腔的形式。在一些实施方式中，这些多孔结构的最大尺寸，例如，当它们具有球形形状时多孔结构的直径可为，例如，在约(0.5至5密耳，即0.0005至0.005英寸)的范围内。在一些实施方式中，绝缘体54可展现出至少约35％，例如，在约35％至约60％的范围内的发泡率。
如以上注意的，在一些实施方式中，根据本教导的组合物可包括原料聚合物、滑石、柠檬酸盐(酯)化合物以及如PTFE的成核剂。例如，图6示意地描述了多个丸600，其每个包括原料聚合物601、滑石602、柠檬酸盐(酯)化合物603和例如PTFE或TiO2的成核剂604，其被遍及原料聚合物分布。在一些这种实施方式中，按重量计原料聚合物的浓度可，例如，在约75％至约99％的范围内，按重量计滑石的浓度可在约0.05％至约30％的范围内，按重量计柠檬酸盐(酯)化合物的浓度可在约0.05％至约3％的范围内和按重量计成核剂的浓度可在约0.1％至约3％的范围内。此外，在一些这种实施方式中，Aclyn蜡可被添加至组合物，例如，以在约0.05％至约2％的范围内的重量浓度。
如以上注意的，在一些实施方式中，根据本教导的可发泡的组合物可被加热并且被挤出以制造各种各样的泡沫制品，如隔离物和电线绝缘体。
举例来说，图7示意地描述了可用于挤出熔融聚合物的挤出装置的十字头700。聚合物702通过挤出机(未显示)流入十字头700。夹紧面704连接十字头至挤出机。夹紧面704典型地被加热至在约720°F至约750°F的范围内的温度。十字头的阀部分705被加热至在约730°F至约760°F的范围内的温度。十字头700包括模具706和挤出尖端708，其指示覆盖定义的线规尺寸的聚合物的厚度。模具典型地被加热至在约730°F至约780°F的范围内的升高的温度。更具体地，在这个实施方式中，电线710通过其背面进入十字头，并穿过十字头内部，直到与聚合物相遇。旋转螺杆712推进聚合物穿过十字头至模具的出口。挤出尖端708延伸至模具706的出口。特别地，尖端708具有以金属圆柱形部分形式的着陆区(land)708a，其将挤出尖端延伸至模具的出口。结果，熔融聚合物包覆模具外部的电线。因此，由于用熔融聚合物进行电线的包覆，工艺压力显著降低。
在一些实施方式中，多个不同类型的泡沫制品可通过将根据本教导的组合物进行压力挤出来制造。举例来说，图8示意地描述了压力挤出设备的十字头800。聚合物802通过挤出机(未显示)流入十字头800。与十字头700相似，夹紧面804连接十字头至挤出机。夹紧面804典型地加热至在约720°F至约750°F的范围内的温度。十字头的阀部分805被加热至在约730°F至约760°F的范围内的温度。十字头800包括模具806和挤出尖端808，其指示涂敷定义的线规尺寸的聚合物的厚度。模具典型地被加热至在约730°F至约780°F的范围内的升高的温度。更具体地，在这个实施方式中，电线810通过其背面进入十字头，并穿过十字头内部，直到与聚合物相遇。旋转螺杆812推进聚合物穿过十字头至模具的出口。不像先前的十字头700，在十字头800中，挤出尖端808位于模具806后面并且没有尖端着陆区。结果，在十字头800中，电线在十字头内部用聚合物涂覆，因此会承受压力的显著逐步增加。例如，用聚合物涂覆时暴露聚合物的压力可在约2500至约4500psi的范围内。
在相关的方面中，可应用如以上讨论的压力挤出装置以形成各种各样的泡沫制品，例如，使用含氟聚合物和/或工程树脂作为原料聚合物，其中共混一种或多种化学发泡剂。尽管在一些实施方式中化学发泡剂可为滑石，但是在其他实施方式中可应用其他化学发泡剂。这种其他化学发泡剂的一些实例包括但不限于碳酸镁、碳酸钙和氢氧化镁。在许多这种应用中，在挤出期间压力保持在约2500psi至约4500psi的范围内。
图9示意地描述了根据本教导的实施方式的电缆900，其包括为提供用于接收传输媒介的多个通道902的十字形分隔物901。电线(例如，铜线)904a、904b和904c放置在分隔物的三个通道902中并且光纤905放置在分隔物的剩余通道中。在这个实施方式中，至少电线之一，例如，电线904a，不仅能够传输通信数据，还能够传输功率。例如，电线904a可具有在约8至约28的范围内的AWG，例如，在16至22(例如，18)的范围内的AWG。在一些这种实施方式中，电线904a能够输送在约0.5安培至约1安培的范围内的电流并且达至约200瓦特的电功率，例如，在约10瓦特至约200瓦特的范围内的电功率。
外套906围绕分隔物和传输媒介。在这个实施方式中，例如，使用一种或多种本文公开的聚合物，使分隔物900形成为泡沫聚合制品，其中分布多个多孔结构900a。在一些这种实施方式中，分隔物展现出至少约40％的发泡率，例如，在约50％至约70％的范围内，例如，在约60％至约70％的范围内的发泡率。电线904a、904b和904c的每个包括由绝缘层904a”、904b”和904c”围绕的中心导体904a’、904b’、904c’。在一些实施方式中，绝缘层904a”、904b”和904c”中的一个或多个形成为泡沫聚合物，如本文公开的聚合物。在一些这种实施方式中，这种泡沫绝缘层可展现出至少约35％的发泡率，例如，在约35％至约60％的范围内的发泡率。此外，在一些实施方式中，外套906还可形成为泡沫聚合制品，例如，使用本文公开的一种或多种聚合物。在一些这种实施方式中，外套906可展现出至少约30％的发泡率，例如，在约30％至约50％的范围内的发泡率。在这个实施方式中，光纤905包括泡沫缓冲905’，其中分布多个多孔结构905”。在一些实施方式中，泡沫缓冲905’展现出在约30％至约50％的范围内的泡沫率，例如，在约35％至约40％的范围内的泡沫率。在一些实施方式中，光纤的缓冲通过使用PEEK(聚醚醚酮)和FEP的共混物(例如，按重量计50/50共混物)形成。
电缆900可用作数据/通信电缆以同时地用设备供电和通信。这种应用的非限制性实例包括安全摄像机、计算机、无线接入点、天线系统或分布式天线系统(DAS)、LED照明、工厂/办公室自动化系统、机器人学应用、无人驾驶汽车/卡车、HVAC(加热/空调)系统、视频监控摄像头等。
提供以下实施例用于说明性目的，并且不一定指示实施本发明的最佳方式。
实施例1
形成FEP聚合物与滑石和柠檬酸钙的共混物。共混物中FEP聚合物的浓度为按重量计约94％，同时共混物中滑石和柠檬酸钙的浓度分别为按重量计3.75％和0.05％。共混物还包括Aclyn蜡(按重量计0.05％)。应理解，Aclyn蜡的用途是任选的，并且在其他情况下可不采用。将共混物复合以产生多个丸。
还形成FEP聚合物与滑石并且不具有柠檬酸钙的另一共混物。共混物中FEP聚合物的浓度按重量计为约94％并且柠檬酸钙的浓度按重量计为约0.05％。共混物还包括Aclyn蜡(按重量计0.05％)。
包含FEP、滑石和柠檬酸盐(citrate)的丸，以及包含FEP和滑石而不具有柠檬酸盐的丸使用以下表1中指出的工艺参数单独处理。丸的处理是在1.5英寸的高温挤出机上用26：1L/D的通用螺杆进行的。将组成共混物的各种成分在生产线上混合在一起，然后直接放入挤出机的料斗中。
表1
Figure BDA0002609676530000131
以上结果表明相对于仅使用滑石，滑石与柠檬酸盐一起使用导致大量提高的泡沫率。特别地，包含滑石和柠檬酸盐两者的丸观察到59％的泡沫率，而仅包含滑石的丸观察到32％的泡沫率。
实施例2
可发泡的组合物通过共混FEP聚合物与滑石、柠檬酸钙、PTFE和Aclyn蜡形成。共混物中FEP聚合物的浓度为按重量计约96.9％，滑石的浓度为按重量计约1.5百分比，柠檬酸钙的浓度为按重量计约0.45，PTFE的浓度为按重量计约0.9百分比并且Aclyn蜡的浓度为按重量计约0.25百分比。
实施例3
采用压力挤出将可发泡的组合物用于涂覆23AWG铜线。可发泡的组合物包括重量浓度约84％的FEP、重量浓度约15％的滑石和重量浓度约0.1％的Aclyn蜡。压力挤出在38mm(1.5英寸)24:1L/D通用单螺杆挤出机上进行。压力挤出使用的参数在以下表中列举：
表2
Figure BDA0002609676530000141
泡沫绝缘体以及挤出工艺展现出许多有利的特性。例如，在与通信绝缘壁的强厚度一致的0.008英寸的厚度，没有火花故障，因此符合美国保险商试验所(UnderwritersLaboratory(UL))在1250伏特的测试协议。以0.008英寸的绝缘工艺可在压力挤出装置中以大于800英尺每分钟运行。当在导体上形成绝缘体时，挤出工艺在内部层和外部层上形成闭合孔。泡沫绝缘体展现出大于约2000psi的拉伸强度、大于约150％的伸长率和35％的泡沫率。
实施例4
采用压力挤出将可发泡的组合物用于涂覆23AWG铜线。可发泡的组合物包括重量浓度约96.9％的FEP、重量浓度约1.5％的滑石、重量浓度约0.9％的PTFE、重量浓度约0.45％的柠檬酸钙和重量浓度约0.25％的Aclyn蜡。压力挤出用0039模具在38mm(1.5英寸)24:1L/D通用单螺杆挤出机上进行。两组工艺条件采用如以下表3中列举的工艺条件：
表3
工艺1 工艺2
熔融温度 685°F 697°F
RPM(螺杆的每分钟转数) 10 10
FPM(英尺每分钟) 485 662
在这个实施例中，泡沫绝缘体展现出约45％的泡沫率。
本领域普通技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对以上实施例进行各种改变。

Claims (57)

1.组合物，其包括：
原料聚合物，
与所述原料聚合物共混的滑石，以及
与所述原料聚合物共混的柠檬酸盐(酯)化合物。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物中所述滑石的浓度在按重量计约0.3％至约30％的范围内。
3.根据权利要求2所述的组合物，其中所述组合物中所述滑石的浓度在按重量计约2％至约20％的范围内。
4.根据权利要求2所述的组合物，其中所述组合物中所述滑石的浓度在约3％至约15％的范围内。
5.根据权利要求2所述的组合物，其中所述组合物中所述滑石的浓度在约5％至约10％的范围内。
6.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物中所述柠檬酸盐(酯)化合物的浓度在按重量计约0.01％至约1％的范围内。
7.根据权利要求6所述的组合物，其中所述组合物中所述柠檬酸盐(酯)化合物的浓度在按重量计约0.02％至约0.9％的范围内。
8.根据权利要求6所述的组合物，其中所述组合物中所述柠檬酸盐(酯)化合物的浓度在按重量计约0.03％至约0.8％的范围内。
9.根据权利要求6所述的组合物，其中所述组合物中所述柠檬酸盐(酯)化合物的浓度在按重量计约0.04％至约0.7％的范围内。
10.根据权利要求6所述的组合物，其中所述组合物中所述柠檬酸盐(酯)化合物的浓度在按重量计约0.05％至约0.6％的范围内。
11.根据权利要求1所述的组合物，其中所述原料聚合物的浓度在按重量计约50％至约98.5％的范围内。
12.根据权利要求1所述的组合物，其中所述原料聚合物包括含氟聚合物。
13.根据权利要求1所述的组合物，其中所述原料聚合物包括全氟聚合物。
14.根据权利要求11所述的组合物，其中所述含氟聚合物包括四氟乙烯/全氟甲基乙烯基醚共聚物(MFA)、六氟丙烯/四氟乙烯共聚物(FEP)、全氟烷氧基(PFA)和全氟烷氧基烷烃及其组合的任何一种。
15.根据权利要求1所述的组合物，其中所述聚合物包括聚苯硫醚(PPS)、聚醚酰亚胺(PSU)、聚苯砜(PPSU)、聚醚砜(PES/PESU)、聚醚醚酮(PEEK)、聚芳基醚酮(PAEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚酮(PEK)、环烯烃共聚物(COC)、聚碳酸酯(PC)、聚苯醚(PPE)、液晶聚合物(LCP)和/或其组合的的任何一种。
16.根据权利要求1所述的组合物，其中所述柠檬酸盐(酯)化合物包括柠檬酸钙、柠檬酸钾、柠檬酸锌及其组合的任何一种。
17.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物以多个丸的形式。
18.根据权利要求1所述的组合物，进一步包括与所述原料聚合物共混的成核剂。
19.根据权利要求18所述的组合物，其中所述成核剂包括PTFE(聚四氟乙烯)、氮化硼、硼酸锌、氧化锌或二氧化钛的任何一种。
20.根据权利要求18所述的组合物，其中所述成核剂的浓度在按重量计约0.1％至约3％的范围内。
21.根据权利要求18所述的组合物，进一步包括与所述原料聚合物共混的Aclyn蜡。
22.根据权利要求21所述的组合物，其中所述Aclyn蜡的浓度在约0.1％至约0.75％的范围内。
23.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物能够以小于3500psi或2500psi的任何一种的挤出压力进行管材挤出、半压力挤出或压力挤出。
24.用于制造泡沫制品的方法，其包括：加热包括原料聚合物、与所述原料聚合物共混的滑石和与所述原料聚合物共混的柠檬酸盐(酯)化合物的组合物至足够引起滑石的分解的温度，以便产生用于使所述组合物发泡的气体。
25.根据权利要求24所述的方法，进一步包括将经加热的组合物挤出以便形成所述泡沫制品。
26.根据权利要求24所述的方法，其中所述泡沫制品为适合在通讯电缆中使用的分隔物。
27.根据权利要求24所述的方法，其中所述温度为至少约600F。
28.根据权利要求24所述的方法，其中所述柠檬酸盐(酯)化合物包括柠檬酸钙、柠檬酸钾和柠檬酸锌的任何一种。
29.根据权利要求24所述的方法，其中所述组合物中所述滑石的浓度在按重量计约0.3％至约30％的范围内。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述组合物中所述滑石的浓度在按重量计约2％至约20％的范围内。
31.根据权利要求29所述的方法，其中所述组合物中所述滑石的浓度在约3％至约15％的范围内。
32.根据权利要求29所述的方法，其中所述组合物中所述滑石的浓度在约5％至约10％的范围内。
33.根据权利要求24所述的方法，其中所述组合物中所述柠檬酸盐(酯)化合物的浓度在按重量计约0.01％至约1％的范围内。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述组合物中所述柠檬酸盐(酯)化合物的浓度在按重量计约0.02％至约0.9％的范围内。
35.根据权利要求33所述的方法，其中所述组合物中所述柠檬酸盐(酯)化合物的浓度在按重量计约0.03％至约0.8％的范围内。
36.根据权利要求33所述的方法，其中所述组合物中所述柠檬酸盐(酯)化合物的浓度在按重量计约0.04％至约0.7％的范围内。
37.根据权利要求33所述的方法，其中所述组合物中所述柠檬酸盐(酯)化合物的浓度在按重量计约0.05％至约0.6％的范围内。
38.根据权利要求24所述的方法，其中所述原料聚合物的浓度在按重量计约50％至约95％的范围内。
39.根据权利要求24所述的方法，其中所述原料聚合物包括含氟聚合物。
40.根据权利要求24所述的方法，其中所述原料聚合物包括全氟聚合物。
41.根据权利要求39所述的方法，其中所述含氟聚合物包括四氟乙烯/全氟甲基乙烯基醚共聚物(MFA)、六氟丙烯/四氟乙烯共聚物(FEP)、全氟烷氧基(PFA)和全氟烷氧基烷烃及其组合的任何一种。
42.根据权利要求24所述的方法，其中所述聚合物包括聚苯硫醚(PPS)、聚醚酰亚胺(PSU)、聚苯砜(PPSU)、聚醚砜(PES/PESU)、聚醚醚酮(PEEK)、聚芳基醚酮(PAEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚酮(PEK)、环烯烃共聚物(COC)、聚碳酸酯(PC)、聚苯醚(PPE)、液晶聚合物(LCP)和/或其组合的任何一种。
43.根据权利要求24所述的方法，其中所述组合物为多个丸的形式。
44.根据权利要求25所述的方法，其中所述经加热的组合物在16AWg或18AWg铜线的任何一种上挤出以形成泡沫绝缘体。
45.根据权利要求25所述的方法，其中所述挤出所述经加热的组合物的步骤包括压力挤出所述经加热的组合物。
46.根据权利要求45所述的方法，其中压力挤出的所述步骤包括维持对所述经加热的组合物所经受的压力小于约3500psi。
47.根据权利要求46所述的方法，其中压力挤出的所述步骤包括维持所述经加热的组合物所经受的压力小于约2500psi。
48.电缆，其包括：
分隔物，其提供用于接收一种或多种传输媒介的多个通道，所述分隔物包括以至少约40％的泡沫率分布其中的多个多孔结构，
放置在所述通道之一中的至少一个电导体，所述电导体被配置用于通信数据和电功率两者的传输，以及
外套，所述外套围绕所述分隔物和所述至少一个电导体。
49.根据权利要求48所述的电缆，其中所述分隔物展现出至少约50％的发泡率。
50.根据权利要求49所述的电缆，其中所述分隔物展现出在约50％至约70％的范围内的发泡率。
51.根据权利要求48所述的电缆，其中电线包括具有至少约35％的泡沫率的泡沫电绝缘体。
52.根据权利要求51所述的电缆，其中所述电绝缘体的所述泡沫率在约35％至约60％的范围内。
53.根据权利要求48所述的电缆，其中所述外套包括以至少约30％的泡沫率分布其中的多个多孔结构。
54.根据权利要求53所述的电缆，其中所述外套展现出在约30％至约50％的范围内的泡沫率。
55.根据权利要求48所述的电缆，其进一步包括放置在其他通道之一中的至少一个光纤。
56.根据权利要求55所述的电缆，其中所述光纤包括泡沫缓冲。
57.根据权利要求56所述的电缆，其中所述泡沫缓冲展现出在约30％至约50％的范围内的泡沫率。
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