CN113667204A - 绝缘胶料及其制备方法、高速传输线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种绝缘胶料，该绝缘胶料包括下列质量份的组分：HDPE 80‑95份；EVA 1‑15份；EBA 5‑10份；AO‑80 0.1‑0.5份；NUCL 1‑3份。本发明还涉及制备该绝缘胶料的方法，以及使用该绝缘胶料的高速传输线。

Description

绝缘胶料及其制备方法、高速传输线

技术领域

本发明涉及电缆传输领域，特别是涉及一种绝缘胶料、制备该绝缘胶料的方法、使用该绝缘胶料的高速传输线。

背景技术

随着大数据、云计算、5G等推广和使用，对于数据的传输速度要求越来越高，因此对线材的传输速度要求也越来越高。传统的数据传输线的传输速度较低，并且传统的数据传输线经过弯折后会出现传输信号衰减较为严重的情况，降低了数据传输线的传输效率和可靠性，而高速传输线的稳定性更好，高速传输线的线缆的电磁场更完善，使线材信号传输频宽加大，单通道可满足10-50G的传输，并且高速传输线具有较强的强屏蔽效果，能降低信号损耗。

目前，高速传输线主要应用于交换机服务器、主机适配器总线、多通道互连、企业储存等，高速传输线的应用环境多为户外和机柜内部；因此为保障高速传输线在使用过程中的稳定性和安全性，高速传输线最外层的绝缘胶料需要满足的性能包括：1.绝缘胶料和高速传输线的芯线之间应具有优异的附着力；2.绝缘胶料能在较宽的环境温度范围内达到较长的使用寿命；3.绝缘胶料造成高速传输线的信号衰减小。

目前，绝缘胶料一般为纯聚烯烃材料(例如PE或PP)，根据高速传输线的芯线直径使用不同密度的纯聚烯烃材料，但现有的绝缘胶料存在的技术问题包括：1.纯聚烯烃材料和高速传输线的芯线之间的附着力差；2.纯聚烯烃材料的耐温性能差；3.在高速传输线进行焊接时，高速传输线最外层的纯聚烯烃材料的各部分在受热时由于收缩率不同步而导致信号衰减增大，并且焊接后的高速传输线倒轴检查时，容易发生线头芯线冒出或回缩从而导致线头报废。

针对上述技术问题，现有技术中的解决方案包括：

1.对纯聚烯烃材料进行改性，例如专利CN202110442754.2(充电桩电缆料及其制备方法)中所公开的“增加导热填料在基体内部形成导热网链，从而大大提高材料的导热效率。同时采用硅烷偶联剂对导填料进行改性，从而改善填料和基体之间的界面张力，减少界面热阻，增加填料在基体中的分散性能，从而有效的提高电缆料的导热率和加工性能”和“聚乙烯-丙烯酸酯橡胶的加入提高了耐热、耐候性等耐老化性能和耐油性能，乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯可以改善基体的加工性能，另外还添加了相容剂来改善无机材料与基体之间的界面，从而改善了电缆料的机械性能”。现有技术通过在聚烯烃材料中增加添加剂和辅助剂来改善绝缘胶料的部分性能，但发明人发现，出于成本的考虑，高速传输线的绝缘胶料的基体选择为PE或PP，通过改性PE或PP虽然会改善绝缘胶料的部分性能，但同时会导致高速传输线的信号衰减增大。

2.在绝缘胶料的生产端增加辐照交联工序，例如专利CN202110276655.1(一种一步法紫外光交联聚乙烯电缆绝缘及制备方法)中公开的“高速放线下熔融态的电缆绝缘经UV-LED紫外光辐照设备辐照交联，所得电缆绝缘胶料经135℃×168h热老化实验，拉伸强度和断裂伸长率变化率小于±15％，并且200℃绝缘负载下热延伸80％以内”。但发明人发现，仅通过辐照交联工序虽然能提升绝缘胶料在高温下的性能，但不能解决绝缘胶料在高速传输线进行焊接时所存在的技术问题。在高速传输线进行焊接时，其特点是位于焊接部位的绝缘胶料在短时间内处于高温加工环境(温度不小于200℃)，由于非焊接部位的绝缘胶料与处于焊接部位的绝缘胶料所受的温度不一样，从而导致绝缘胶料的各部分收缩率不同步而导致信号衰减增大。

3.对纯聚烯烃材料进行改性后再在绝缘胶料的生产端增加辐照交联工序，例如专利CN200780028489.1(可光致交联的聚烯烃组合物)和CN201510018008.5(一种超薄型树脂发泡片材及其制造方法和用途)中所公开的“聚烯烃材料和抗氧化剂、稳定剂、发泡剂等添加剂混合后再进行辐照交联”技术方案。但发明人发现，通过现有技术方案能使得“聚烯烃组合物加热超过聚烯烃的结晶熔化点温度软化但不会变成液体”来提升可加工性能，但依然不能解决绝缘胶料在高速传输线进行焊接时所存在的技术问题。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种绝缘胶料、该绝缘胶料的制备方法以及使用该绝缘胶料的高速传输线。

一方面，本发明提供一种绝缘胶料，该绝缘胶料包括下列质量份的组分：高密度聚乙烯(HDPE)80-95份、乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)1-15份、乙烯丙烯酸丁酯共聚物(EBA)5-10份、抗氧剂(AO-80)0.1-0.5份、物理发泡剂(NUCL)1-3份。

另一方面，本申请提供上述绝缘胶料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤一，将HDPE、EVA、EBA、AO-80按照组分配比的质量份数进行称量混合得到混合物，将混合物投入密炼机进行密炼，密炼机对混合物进行塑炼和混炼，得到密炼后的产物；

步骤二，将密炼后的产物输送到双螺杆机押出造粒，得到半成品胶料；

步骤三，将半成品胶料与NUCL混合进行绝缘押出后，再进行辐照交联，辐照剂量不大于10Mrad，即得所述绝缘胶料。

另一方面，本申请还提供一种高速传输线，该高速传输线的外层采用上述的绝缘胶料。

相比于现有技术，本发明提供的技术方案至少存在以下有益效果：

1.本发明提供的绝缘胶料和高速传输线的芯线之间的附着力优异；

2.本发明提供的绝缘胶料的制备方法通过组分配比的改进结合辐照交联工序提升了制得的绝缘胶料的耐温性能；

3.本发明提供的绝缘胶料对于高速传输线的信号衰减影响较小；

4.本发明提供的绝缘胶料的制备方法通过组分配比的改进结合辐照交联工序，使得绝缘胶料在短时间的高温环境下保持不收缩。

下面结合具体实施例进行说明。

附图说明

附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。

图1为本发明一实施例提供的制备绝缘胶料的流程图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种绝缘胶料，该绝缘胶料包括下列质量份的组分：

HDPE 80-95份；

EVA 1-15份；

EBA 5-10份；

AO-80 0.1-0.5份；

NUCL 1-3份。

优选的，该绝缘胶料包括下列质量份的组分：

HDPE 90份；

EVA 5份；

EBA 5份；

AO-80 0.5份；

NUCL 2份。

上述组分配比中，HDPE代表高密度聚乙烯、EVA代表乙烯醋酸乙烯酯共聚物、EBA代表乙烯丙烯酸丁酯共聚物、AO-80为抗氧剂、NUCL代表物理发泡剂。

由于该绝缘胶料需要应用于高速传输线，出于成本因素的考虑，因此绝缘胶料的基体选用PE或PP材料，同时，发明人在实验时发现绝缘胶料中聚烯烃材料含量越高则绝缘胶料对于高速传输线的信号衰减影响越小，因此发明人需要在通过添加添加剂或助剂来提高绝缘胶料性能的同时需要尽可能降低添加剂或助剂的用量。因此为了在提高绝缘胶料的性能和降低对于信号衰减影响这两个方面之间取得平衡，发明人通过对比试验意外发现HDPE相较于其它PE或PP材料，HDPE随着其纯净度的下降对于信号衰减的影响程度最小，并且HDPE具有优良的电气性能，因此本发明中绝缘胶料的基体选用HDPE。

基于绝缘胶料基体为HDPE，发明人在选择添加剂或助剂的组分配比需要满足以下条件：

1.在提高绝缘胶料性能的基础上，添加剂或助剂的添加量必须尽可能的低，因此要求不同添加剂或助剂之间能起到协同作用，从而降低添加剂或助剂总体的用量；

2.由于HDPE具有优良的电气性能，因此添加剂或助剂对于绝缘胶料性能的提升主要集中在：提高绝缘胶料的附着力、提高绝缘胶料的工作温度的上限、绝缘胶料在较高的温度(温度不小于200℃)环境下能维持一段时间的不收缩。

因此发明人基于上述两个条件，通过交叉对比试验发现：EVA和EBA作为非极性材料，同时添加EVA和EBA可产生协同作用增加绝缘胶料与高速传输线的芯线的附着力，同时，EVA分子和EBA分子上的酯基在辐照交联时更容易发生断裂，产生交联点，发挥助交联作用，提高体系分子量；抗氧剂AO-80是一种新型半受阻酚类抗氧剂，酚羟基周围空间位阻较小，捕捉自由基的能力强，可以提升体系的抗热氧老化性能；EBA和NUCL可以产生协同作用调节绝缘胶料的软硬度，从而适应不同线径导体的硬度需求。

如图1所示，本发明还提供上述绝缘胶料的制备方法，具体包括以下步骤：

S01，将HDPE、EVA、EBA、AO-80按照组分配比的质量份数进行称量混合得到混合物，将混合物投入密炼机进行密炼，密炼机(也即密闭式炼胶机)对混合物进行塑炼和混炼，得到密炼后的产物；

S02，将密炼后的产物输送到双螺杆机押出造粒，得到半成品胶料；

S03，将半成品胶料与NUCL混合进行绝缘押出后，再进行辐照交联，辐照剂量不大于10Mrad，即得所述绝缘胶料。

本发明提供的技术方案需要解决绝缘胶料在高速传输线进行焊接时所存在的技术问题，而现有的技术方案是增加绝缘胶料的导热性能或耐温性能，但发明人发现：当绝缘胶料的基体选用PE或PP材料时，通过添加添加剂或助剂和/或改进生产工序对于绝缘胶料的导热性能提升存在瓶颈，尤其是高速传输线进行焊接部分绝缘胶料处于高温环境(温度不小于200℃)中时，绝缘胶料导热性能的提升不足以使得各部分的绝缘胶料均匀受热，因此此时绝缘胶料各部的收缩率依然不同步；而当绝缘胶料的基体选用PE或PP材料时，通过添加添加剂或助剂和/或改进生产工序对于绝缘胶料的耐温性能的提升主要体现在绝缘胶料经120℃×168h热老化实验后拉伸强度和断裂伸长率变化率小于±15％，而高速传输线进行焊接时部分绝缘胶料处于的环境温度是高于热老化实验温度的，因此尽管此种绝缘胶料的耐温性能提升，但高速传输线进行焊接时此种绝缘胶料各部的收缩率依然不同步。区别于现有的技术方案，本发明的技术方案是通过以HDPE为基体的绝缘胶料通过与EVA、EBA、AO-80、NUCL混合再结合辐照交联工序，使得绝缘胶料在较高的温度(温度不小于200℃)环境下能维持一段时间的不收缩，并且维持不收缩的时间要大于现有的高速传输线进行焊接所需的时间，因此高速传输线进行焊接时部分绝缘胶料处于高温环境不收缩从而防止绝缘胶料各部分的收缩率不同步而导致信号衰减增大。

发明人在试验时发现：若本发明提供的绝缘胶料中缺少EVA、EBA、AO-80、NUCL中的任意一种或几种时，绝缘胶料维持一段时间的不收缩所对应的最高温度低于210℃，因此可能会低于高速传输线进行焊接时部分绝缘胶料所处于的环境温度；当缺少辐照交联工序时，绝缘胶料在较高的温度(温度不小于200℃)环境下能维持不收缩的时间远远短于高速传输线进行焊接所需的时间。

使用本发明提供的绝缘胶料的高速传输线在焊接后倒轴检查不会发生线头芯线冒出或回缩而导致线头报废的情况。

发明人意外发现，本发明提供的绝缘胶料通过添加NUCL使得绝缘胶料具有不规则椭圆形泡孔结构从而表现出薄型化、轻量化的特点，并且绝缘胶料具有不规则椭圆形泡孔结构能显著提升绝缘胶料在较高的温度(温度不小于200℃)环境下维持不收缩的时间。

发明人意外发现，本发明的技术方案中，辐照交联的辐照剂量不大于10Mrad也能使得绝缘胶料性能达到要求，相比于现有技术中辐照交联的辐照剂量普遍为10-40Mrad，本发明的技术方案能显著减少辐照剂量，降低了生产成本。

实施例1-11中所记载的高速传输线的导体均采用单根芯线。实施例1-10中所记载辐照交联这一工序具体为：高速放线下熔融态的绝缘胶料经电子辐照交联设备(例如爱邦加速器)将绝缘胶料进行电子辐照交联。

实施例1-10中所记载的绝缘胶料的制备方法均包括以下步骤：

S01，将HDPE、EVA、EBA、AO-80按照组分配比的质量份数进行称量混合得到混合物，将混合物投入密炼机进行密炼(密炼温度大约为180-190℃)，密炼机对混合物进行塑炼和混炼，得到密炼后的产物；

S02，将密炼后的产物输送到双螺杆机押出造粒，得到半成品胶料；

S03，将半成品胶料与NUCL混合进行绝缘押出后，再进行辐照交联，辐照剂量不大于10Mrad，即得所述绝缘胶料。

实施例1至实施例6提供的绝缘胶料所包括的质量份的组分如表1所示。实施例3、实施例7至实施例11提供的绝缘胶料所包括的质量份的组分如表2所示。其中实施例11和实施例3的区别仅在于：制备实施例11提供的绝缘胶料的过程中不包括辐照交联工序。

表1实施例1-实施例6提供的绝缘胶料所包括的质量份的组分

表2实施例3、实施例7-实施例11提供的绝缘胶料所包括的质量份的组分

将实施例1至实施例6提供的绝缘胶料进行对比测试，测试结果如表3所示。

表3实施例1至实施例6提供的绝缘胶料的对比测试

由表3的结果可以判断：

1.根据实施例1-实施例5的测试结果，绝缘胶料中高密度聚乙烯HDPE的含量越高，高速传输线的信号衰减越低，绝缘胶料的电气性能越好，但绝缘胶料的耐温性能和剥离力会下降，即绝缘胶料和高速传输线的芯线附着力不足；绝缘胶料中EVA和EBA的含量越高，绝缘胶料交联后的老化抗张强度和断裂伸长率保留率越高，即耐温性能提升。在HDPE为90份时，各方面性能均比较良好。

2.根据实施例3和实施例6的测试结果，绝缘胶料中若未添加AO-80，绝缘胶料的抗张强度和断裂伸长率保留率有所下降。

3.实施例3的测试结果最优，实施例3提供的绝缘胶料具备较高的附着力和较好的耐温性能，通过使用高含量的HDPE，以满足低信号衰减要求；通过同时添加EVA、EBA、AO-80和NUCL使得绝缘胶料具有优异的附着力、并且提高绝缘胶料的工作温度的上限。

将实施例3、实施例7-实施例11提供的相同规格大小的绝缘胶料置于不同温度的环境中测试并记录从开始到绝缘胶料发生收缩的时间，测试结果如表4所示。

表4实施例3、实施例7-实施例11提供的绝缘胶料的对比测试

由表4的结果可以判断：

1.绝缘胶料中缺少EVA、EBA、AO-80、NUCL中的任意一种时，绝缘胶料在200℃和220℃的环境温度下维持不收缩的时间减少，并且绝缘胶料维持一段时间的不收缩所对应的最高温度也降低。

2.若制备绝缘胶料缺少辐照交联工序时，绝缘胶料在200℃和220℃的环境温度下维持不收缩的时间远远短于高速传输线进行焊接所需的时间。

3.实施例3提供的绝缘胶料通过组份配比结合辐照交联工序，使得绝缘胶料在200℃、220℃、240℃、280℃的高温环境下保持一段时间的不收缩。并且该时间大于高速传输线进行焊接所需的时间。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种绝缘胶料，其特征在于，包括下列质量份的组分：

高密度聚乙烯80-95份；

乙烯醋酸乙烯酯共聚物1-15份；

乙烯丙烯酸丁酯共聚物5-10份；

抗氧剂AO-80 0.1-0.5份；

物理发泡剂1-3份。

2.根据权利要求1所述的绝缘胶料，其特征在于，包括下列质量份的组分：

高密度聚乙烯90份；

乙烯醋酸乙烯酯共聚物5份；

乙烯丙烯酸丁酯共聚物5份；

抗氧剂AO-80 0.5份；

物理发泡剂2份。

3.一种制备权利要求1或2所述的绝缘胶料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将所述高密度聚乙烯、乙烯醋酸乙烯酯共聚物、乙烯丙烯酸丁酯共聚物、抗氧剂AO-80按照组分配比的质量份数进行称量混合得到混合物，将所述混合物投入密炼机进行密炼，所述密炼机对所述混合物进行塑炼和混炼，得到密炼后的产物；

步骤二，将所述密炼后的产物输送到双螺杆机押出造粒，得到半成品胶料；

步骤三，将所述半成品胶料与所述物理发泡剂混合进行绝缘押出后，再进行辐照交联，得到所述绝缘胶料。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述辐照交联的辐照剂量≤10Mrad。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤一中，所述密炼机的工作温度为180-190℃。

6.一种高速传输线，其特征在于，包括权利要求1或2所述的绝缘胶料。

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