CN114267476B - 信号线单元及其制备方法和vga电缆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种信号线单元，该信号线单元包括信号线导体和包覆该信号线导体的外周的绝缘体层，绝缘体层包括第一绝缘层和第二绝缘层，第一绝缘层设置在信号线导体和第二绝缘层之间，设信号线导体的直径为a、第一绝缘层的厚度为b、第二绝缘层的厚度为c，满足：8a≤(b+c)≤14a并且b：c＝0.6‑1：1。本发明还涉及一种制备上述信号线单元的方法。本发明还涉及一种VGA电缆，该VGA电缆设置有单个或多个上述的信号线单元。

Description

信号线单元及其制备方法和VGA电缆

技术领域

本发明涉及通信电缆技术领域领域，特别是涉及一种信号线单元、该信号线单元的制备方法、以及一种使用该信号线单元的VGA电缆。

背景技术

VGA(Video Graphics Array)接口用于输入/输出模拟信号，VGA电缆用于两个VGA接口之间的连接，例如显卡的VGA接口通过VGA电缆连接显示器的VGA接口从而实现显卡所处理的信息输出到显示器上。现有的VGA电缆的竖直截面如图1所示，VGA电缆的外部设有外被层8，外被层8内设有编织层7，编织层7内部包覆有屏蔽铝箔6，屏蔽铝箔6能有效屏蔽干扰信号，屏蔽铝箔6内部设有多条信号线单元3(对应附图1中的A1-A3)、多条控制线单元4(对应附图1中的B1-B6)、多根填充线单元5，其中信号线单元包括信号线导体、绝缘体层、绕包层2与聚酯带层1，绝缘体层包覆于信号线导体上，绕包层2设置在绝缘体层和聚酯带层1之间。

由于VGA电缆有严格的电气性能要求，因此信号线单元的绝缘体层需要采用相对介电常数稳定的材料来制作，现有的常用于制备该绝缘体层的材料为聚乙烯，但采用聚乙烯制备信号线单元的绝缘体层存在的技术问题为：

1.聚乙烯材料在高温押出成型后的一段时间内由于其流动性好以及柔软度高导致其容易因外部压力发生流体形变，从而导致信号线单元的的绝缘同心度降低，进而影响VGA电缆的电气性能；

2.聚乙烯材料的耐温性能较差，因此为了提高绝缘体层的耐温性能直至使得VGA电缆的耐温等级不低于105℃(即满足车载要求)，则需要在聚乙烯材料中混合添加助剂来提升聚乙烯材料的耐温性能，但聚乙烯材料中添加助剂容易导致绝缘体层和信号线导体之间的连接附着力不够，从而造成在成缆过程、信号线单元受到扭力作用将出现绝缘体层和信号线导体分离的严重缺陷，影响VGA电缆的裁剪加工及电气性能，易引发安全隐；

3.对聚乙烯材料制备的绝缘体层进行辐照交联工艺处理(即利用高能或电离辐射引发聚乙烯材料的电离与激发，得到的分子游离基进行自由基反应产生次级反应引起化学变化，使分子间形成交联网络)虽然会提升聚乙烯材料的耐温性能，但由于辐照交联工艺包括过导轮、二次牵引、收线等过程会造成绝缘体层与信号线导体之间应力增加，进而会容易导致绝缘体层与信号线导体之间存在空隙；

4.聚乙烯材料制备的绝缘体层的绝缘效果和绝缘体层的厚度成正相关，因此绝缘体层需要增加厚度来满足对于信号线单元的绝缘性能的要求，但若增加绝缘体层的厚度容易导致聚乙烯材料在高温押出成型过程中发生严重的流体形变，使得整体的信号线单元发生变形，进而使得VGA电缆的阻抗达不到要求。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种信号线单元，该信号线单元的绝缘体层的绝缘效果和耐温性能优异，并且该信号线单元的绝缘体层和该信号线单元的信号线导体之间的连接附着力优异。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种信号线单元，具有信号线导体和包覆该信号线导体的外周的绝缘体层，绝缘体层包括第一绝缘层和第二绝缘层，第一绝缘层设置在信号线导体和第二绝缘层之间，设信号线导体的直径为a、第一绝缘层的厚度为b、第二绝缘层的厚度为c，满足：8a≤(b+c)≤14a，b：c＝0.6-1：1。

所述第一绝缘层包括以下质量份的组分：70-80份的高密聚乙烯、10-20份的线性低密度聚乙烯(LLDPE)以及10-20份的高压聚乙烯(LDPE)。

所述第二绝缘层包括以下质量份的组分：80-90份的高密聚乙烯、5-10份的聚丙烯。

所述第一绝缘层和第二绝缘层的相对介电常数均为2.5以下。

所述信号线单元的特性阻抗处于100±5Ω的范围。

本发明还涉及制备该信号线单元的方法，该制备方法包括在完成第一绝缘层包覆信号线导体后，再完成第二绝缘层包覆第一绝缘层形成线材，然后将所得线材通过电子加速器进行辐照交联。

在一实施例中，制备该信号线单元的方法包括如下步骤：

步骤一，将称量好的高密聚乙烯、线性低密度聚乙烯和高压聚乙烯加入高速混合机中搅拌均匀后，出料，得到第一混合物料；将称量好的高密聚乙烯和聚丙烯加入高速混合机中搅拌均匀后，出料，得到第二混合物料；

步骤二，第一混合物料通过长径比较大的双螺杆挤出机在200-230℃下熔融挤出、拉条、冷却、造粒，获得第一母料；第二混合物料通过长径比较大的双螺杆挤出机在190-210℃下熔融挤出、拉条、冷却、造粒，获得第二母料；

步骤三，第一母料经双螺杆押出机和信号线导体挤出半成品线材后，第二母料经双螺杆押出机和半成品线材挤出线材，将所得线材通过电子加速器进行辐照交联，交联剂量为10-17Mrad。

本发明还涉及一种VGA电缆，该VGA电缆设置有单个或多个上述的信号线单元，并且该VGA电缆的耐温等级不低于105℃。

发明效果

本公开涉及的信号线单元能同时满足：1.信号线单元的绝缘体层具有优异的绝缘性和耐温性能；2.该绝缘体层在高温押出成型后的一段时间能避免因外部压力发生流体形变，因此该信号线单元的同心度极好；3.该绝缘体层经过辐照交联工艺处理后仍与信号线导体之间保持优异的附着力并且紧密接触。

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是现有的VGA电缆的竖直截面示意图。

图2是本发明的一个实施方式涉及的信号线单元的结构的剖视图。

其中，附图标记为：1.聚酯带层；2.绕包层；3.信号线单元；31.信号线导体；4.控制线单元；5.填充线单元；6.屏蔽铝箔；7.编织层；8.外被层；91.第一绝缘层；92.第二绝缘层。

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。

把发明一实施例提供的一种信号线单元如图2所示，该信号线单元具有：信号线导体31和包覆该信号线导体的外周的绝缘体层，绝缘体层包括第一绝缘层91和第二绝缘层92，第一绝缘层91设置在信号线导体31和第二绝缘层92之间，所述第一绝缘层91和第二绝缘层92的相对介电常数均为2.5以下。该信号线单元还包括绕包层2与聚酯带层1，绕包层2包覆第二绝缘层92的外周，聚酯带层1包覆绕包层2的外周。该信号线单元的特性阻抗处于100±5Ω的范围。聚酯带层1和绕包层2的组合能使得信号线单元在通信过程中获得较高的噪声屏蔽性。

设信号线导体31的直径为a、第一绝缘层91的厚度为b、第二绝缘层92的厚度为c，满足：8a≤(b+c)≤14a，b：c＝0.6-1：1。第一绝缘层91的厚度和第二绝缘层92的厚度和即为绝缘体层的厚度，由于绝缘体层的绝缘性能(绝缘性能包括绝缘电阻、击穿强度、泄漏电流、介质损耗、机械强度等)和绝缘体层的厚度成正相关，并且随着信号线导体31的直径增加也需要增加绝缘体层的厚度来保证绝缘体层的绝缘性能。因此在保证绝缘体层的绝缘性能的情况下，绝缘体层的厚度和信号线导体31的直径有相关性，发明人发现：当(b+c)＜8a时，绝缘体层不能满足通信电缆对于绝缘层的绝缘性能要求；当(b+c)＞14a时，绝缘体层的厚度增加容易在高温押出成型过程中发生严重的流体形变。为了使得绝缘体层的厚度在范围内还能保持优异的绝缘性能，需要对第一绝缘层91和第二绝缘层92的组分配比进行控制使得第一绝缘层91和第二绝缘层92的相对介电常数均为2.5以下，即使绝缘体层的厚度不大于14a，将信号线单元的特性阻抗维持在预定较高的值的效果也优异，易于维持100±5Ω的范围的特性阻抗。在确定绝缘体层的厚度范围后，发明人意外发现，通过控制第一绝缘层91的厚度和第二绝缘层92的厚度的比值范围，可以实现抑制第一绝缘层91和第二绝缘层92发生流体形变，同时提升绝缘体层和信号线导体31之间的附着力，使得第一绝缘层91紧密粘接信号线导体31而不会出现间隙。更具体的，当第一绝缘层91的厚度和第二绝缘层92的厚度的比值大于1:1时，第一绝缘层91容易发生流体形变；当第一绝缘层91的厚度和第二绝缘层92的厚度的比值小于0.6:1时，第二绝缘层92容易发生流体形变。

出于成本和实际应用的角度考虑，一般的，信号线单元的信号线导体31的直径为3.5mm以下。优选的，信号线单元的信号线导体31的截面积为0.15mm²以上，这易于使信号线单元的耐弯折性优异，同时信号线单元的插入损耗被抑制得较低，易于获得良好的传送特性。

为了防止绝缘体层在在高温押出成型后的一段时间内发生因外部压力发生流体形变，并且同时提高绝缘体层的耐热性能，发明人发现：

1.将绝缘体层分为第一绝缘层91和第二绝缘层92，并在制备该信号线单元时先将第一绝缘层91包覆信号线导体31后再将第二绝缘层92包覆第一绝缘层91，在满足绝缘体层总体厚度要求的情况下，分次制备第一绝缘层91和第二绝缘层92可以有效抑制第一绝缘层91和第二绝缘层92发生流体形变，从而避免绝缘体层发生流体形变；

2.第一绝缘层91包括以下质量份的组分：70-80份的高密聚乙烯、10-20份的线性低密度聚乙烯以及10-20份的高压聚乙烯，通过控制第一绝缘层91的组分参数和第一绝缘层91的厚度，在提升第一绝缘层91和信号线导体31之间的附着力的同时下也同时提升了第一绝缘层91的加工性，体现在，第一绝缘层91在包覆信号线导体31的过程中不发生流体形变；

3.第二绝缘层92包括以下质量份的组分：80-90份的高密聚乙烯、5-10份的聚丙烯，通过控制第二绝缘层92的组分参数和第二绝缘层92的厚度，使得第二绝缘层92起到增加绝缘体层的厚度的作用的同时提升了第二绝缘层92的加工性，体现在，在第二绝缘层92包覆第一绝缘层91时，第二绝缘层92本体需要承受向第一绝缘层91方向的外部压力从而实现与第一绝缘层91的紧密连接，并且该过程中需要抑制第二绝缘层92发生流体形变，同时第二绝缘层92需要起到缓冲层的作用抑制压力向第一绝缘层91传导；

4.制备第一绝缘层91和第二绝缘层92的原料均不包括非聚烯烃外的助剂，因此为了提升绝缘体层的耐热性能，在第二绝缘层92包覆第一绝缘层91后，通过辐照交联工艺来提升绝缘体层的耐热性能，该过程会造成绝缘体层与信号线导体31之间应力增加，而应力增加对于导致绝缘体层与信号线导体之间存在空隙，发明人意外发现，通过控制第一绝缘层91和第二绝缘层92的组分差异，以及第一绝缘层91和第二绝缘层92之间的厚度差异，第一绝缘层91和第二绝缘层92之间能起到协同作用克服在辐照交联过程中的应力增加，使得第一绝缘层91和信号线导体31之间、第一绝缘层91和第二绝缘层92之间任然紧密连接。

在本说明书中，关于相对介电常数、特性阻抗等依赖于测定频率及/或测定环境的各种特性，只要没有特别记载，就是针对适用信号线单元的通信频率、例如处于300kHz～1GHz的范围的频率进行规定的，另外，是在室温、大气中测定的值。

制备信号线单元的第一绝缘层91和第二绝缘层92的聚烯烃材料均为分子极性较低并且相对介电常数较低的材料，因此实现了在使得绝缘体层的厚度尽可能的小的情况下，也能够将信号线单元的特性阻抗保持为不会过低，能够确保预定特性阻抗。绝缘体层的厚度考虑构成第一绝缘层91和第二绝缘层92的组份参数、信号线导体31的直径来适当选择，以使信号线单元的特性阻抗能够为100±5Ω。

信号线导体31的截面积优选为0.15-0.22mm²。如果缩小信号线导体3的截面积而使信号线导体3细径化，则信号线单元的特性阻抗提高，包覆信号线导体3的外周的绝缘体层的厚度越薄，则信号线单元的特性阻抗越低，因此通过控制绝缘体层的厚度和信号线导体3的直径的比值范围，确保信号线单元的100±5Ω的特性阻抗，并且在该比值范围内即使在将信号线单元在例如长度10m以上这样的长距离范围布线的情况下也能够将插入损耗抑制得较小，获得良好的传送特性。构成信号线导体31的具体的金属材料不特别限定。但是，信号线导体31优选具有7％以上的断裂延伸率，此时信号线导体31具有耐弯折性优异，其结果是，在信号线单元中，易于获得稳定的传送特性。优选的，信号线导体31能够由铜合金金属材料构成。信号线导体31可以由单线构成，但从提高弯折时的柔性等观点出发，优选由多个裸线绞合而成的绞合线构成。在该情况下，也可以在绞合裸线之后进行压缩成型而形成为压缩绞合线。在信号线导体31由绞合线构成的情况下，可以由全部相同的裸线构成，也可以由两种以上的裸线构成。

用于通信的信号线单元通过设置第一绝缘层91、第二绝缘层92、绕包层2与聚酯带层1，使得信号线单元从内侧的信号线导体31起依次层叠的结构整体作为屏蔽体。因此，信号线单元具有较高的噪声屏蔽性。通过绝缘体层的厚度和信号线导体3的直径的比值、第一绝缘层91的厚度和第二绝缘层92的厚度的比值、制备第一绝缘层91的组分参数和制备第二绝缘层92的组分参数这四个方面的因素的协同作用下，使得信号线单元易于在各方向上柔软地弯折，并且即使经过弯折也能抑制噪声屏蔽特性降低、特性阻抗超出预定范围的情况。进而，即使信号线单元反复承受弯折，也能够这样维持较高的耐弯折性。通过信号线单元具有较高的耐弯折性和耐热性能，使得使用该信号线单元的VGA电缆能够在汽车内优选使用。该VGA电缆在汽车内的受限的空间中布线时以较小的弯曲半径承受弯折的情况也较多。特别是，在车辆的车门等运动的构件中对VGA电缆进行布线的情况下，会反复承受弯折。这样，即使在VGA电缆中的信号线单元以较小的弯曲半径被施加弯折且多次反复承受弯折的情况下，通过信号线单元具有较高的耐弯折性，也柔性地吸收由弯折引起的载荷而易于长期稳定地维持特性阻抗、噪声屏蔽特性等预定特性。

实施例

以下示出实施例。此外，本发明不由这些实施例限定。在本实施例中，各特性的评价在室温、大气中进行。

[试样的制作]

(1)导体的制作

制作了构成信号线导体31的导体。即，将纯度99.99％以上的电解铜和含有Fe、P、Sn各元素的母合金投入到高纯度碳制坩埚中，在连续铸造装置内进行真空熔炼而制成混合熔汤。在此，在混合熔汤中，包含0.61质量％的Fe、0.12质量％的P、0.26质量％的Sn。针对所获得的混合熔汤进行连续铸造，制成的铸造件。针对所获得的铸造件进行，压出加工、轧制直到为止，其后，进行拉丝直到或为止。使用7根所获得的裸线，以绞距14mm进行绞合线加工，并且进行压缩成型。进而，针对所获得的信号线导体31以480℃进行4小时的热处理。热处理后的信号线导体31的断裂延伸率为7％。

(2)绝缘体层的制作

将称量好的高密聚乙烯、线性低密度聚乙烯和高压聚乙烯加入高速混合机中搅拌均匀后，出料，得到第一混合物料；将称量好的高密聚乙烯和聚丙烯加入高速混合机中搅拌均匀后，出料，得到第二混合物料。第一混合物料通过长径比较大的双螺杆挤出机在200-230℃下熔融挤出、拉条、冷却、造粒，获得第一母料；第二混合物料通过长径比较大的双螺杆挤出机在190-210℃下熔融挤出、拉条、冷却、造粒，获得第二母料。第一母料经双螺杆押出机和信号线导体挤出半成品线材后，第二母料经双螺杆押出机和半成品线材挤出线材，将所得线材通过电子加速器进行辐照交联，交联剂量为10-17Mrad。

(3)信号线单元的制作

将绕包层2直接围绕所获得的上述线材的外周来配置。作为绕包层2，使用的镀锡软铜线。进而，将薄膜状聚酯带层1直接围绕绕包层2的外周来配置。该过程可以使用现有技术实现。

[评价]

针对信号线单元的特性阻抗。测量使用网络分析仪并通过时域反射法(TimeDomain Reflectometry，TDR法)来进行。另外，模式变换量使用网络分析仪来测定。

表1中针对使信号线单元的信号线导体3的截面积、第一绝缘层91的厚度和第二绝缘层92的厚度变化而得到的试样1-4评价结果。

表1

根据表1的结果，可知的是，本发明提供的信号线单元能够构成确保100±5Ω的特性阻抗的情况下，信号线单元具有低的模式变换量。这是由于，通过配置于信号线导体31与绕包层2之间的第一绝缘层91和第二绝缘层92，在信号线导体31与绕包层2之间能够取得物理上的合适距离，能够使信号线导体31与绕包层2之间的电磁耦合减弱。因此，通过模式变换的抑制效果，可知能够得到适合于高速通信的通信用信号线单元。另外，通过第一绝缘层91和第二绝缘层92的设置也带来信号线单元的加工性优良。因此，根据试样1-4，可知能够得到适用于汽车的通信用信号线单元。

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 (7)

1.一种信号线单元，其特征在于，包括信号线导体和包覆该信号线导体的外周的绝缘体层，所述绝缘体层包括第一绝缘层和第二绝缘层，所述第一绝缘层设置在所述信号线导体和所述第二绝缘层之间，设所述信号线导体的直径为a、所述第一绝缘层的厚度为b、所述第二绝缘层的厚度为c，满足：8a≤(b+c)≤14a并且b：c＝0.6-1：1。

2.根据权利要求1所述的信号线单元，其特征在于，所述第一绝缘层包括以下质量份的组分：70-80份的高密聚乙烯、10-20份的线性低密度聚乙烯以及10-20份的高压聚乙烯。

3.根据权利要求2所述的信号线单元，其特征在于，所述第二绝缘层包括以下质量份的组分：80-90份的高密聚乙烯、5-10份的聚丙烯。

4.根据权利要求3所述的信号线单元，其特征在于：所述第一绝缘层和所述第二绝缘层的相对介电常数均为2.5以下。

5.一种制备权利要求4所述的信号线单元的方法，其特征在于，包括在完成所述第一绝缘层包覆所述信号线导体后，再完成所述第二绝缘层包覆所述第一绝缘层形成线材，然后将所得所述线材通过电子加速器进行辐照交联。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，将称量好的所述高密聚乙烯、所述线性低密度聚乙烯和所述高压聚乙烯加入高速混合机中搅拌均匀后，出料，得到第一混合物料；将称量好的所述高密聚乙烯和所述聚丙烯加入高速混合机中搅拌均匀后，出料，得到第二混合物料；

步骤二，所述第一混合物料通过双螺杆挤出机在200-230℃下熔融挤出、拉条、冷却、造粒，获得第一母料；所述第二混合物料通过双螺杆挤出机在190-210℃下熔融挤出、拉条、冷却、造粒，获得第二母料；

步骤三，所述第一母料经双螺杆押出机和所述信号线导体挤出半成品线材后，所述第二母料经双螺杆押出机和所述半成品线材挤出线材，将所得所述线材通过电子加速器进行辐照交联，交联剂量为10-17Mrad。

7.一种VGA电缆，其特征在于，包括单个或多个权利要求1-4任一项权利要求所述的信号线单元。