JP2008503857A - 改良された高速データ伝送ケーブル用絶縁体 - Google Patents

Abstract

本発明はデータ伝送ケーブルに関し、このケーブルでは、導電体用の一次絶縁体がテトラフルオロエチレンおよびヘキサフルオロプロピレンを含む部分結晶性コポリマーを含み、前記コポリマーは、実質的にアルカリ金属塩を含有せず、約３０±３ｇ／１０分の範囲のメルトフローレートを有し、１０^６個の炭素原子に対し５０個以下の不安定な末端基を有しており、前記コポリマーが、１０ＧＨｚで０．０００２５以下の損失係数を示す。

Description

本発明は、一次絶縁体がテトラフルフルオロエチレンおよびヘキサフルオロプロピレンを含むコポリマーであるケーブルに関する。

（特許文献１）は、フッ素化ＴＦＥ／ＰＰＶＥコポリマー（テトラフルオロエチレン／ペルフルオロ（プロピルビニルエーテル）コポリマー）が、５００ＭＨｚの周波数で、フッ素化ＴＦＥ／ＨＦＰコポリマー（テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレンコポリマー）の損失係数より優れた（低い）損失係数を示すことを表１で開示している（それぞれ、０．０００３６６対０．０００６０５）。高い損失係数は、信号強度の低下をもたらすため、より低い損失係数を必要とするケーブルでは、一次絶縁体（導電体を被覆する絶縁体）として、より高価なＴＦＥ／ＰＰＶＥコポリマーおよびそれを後改良したＴＦＥ／ＰＡＶＥコポリマーを使用する必要があった。

欧州特許第０４２３９９５Ｂ１号明細書 米国特許第５，７０３，１８５号明細書 米国特許第５，６７７，４０４号明細書 米国特許第５，１８２，３４２号明細書 米国特許第４，７４３，６５８号明細書

特定のＴＦＥ／ＨＦＰコポリマーが、５００ＭＨｚで、ＴＦＥ／ＰＡＶＥコポリマーとほぼ同程度の優れた損失係数を示し、ＴＦＥ／ＨＦＰコポリマーの損失係数のこの改良は、従って少なくとも１０ＧＨｚの周波数でデータを伝送するさらに高速のケーブルに引き継がれ、少なくとも１０ＧＨｚの周波数でデータを伝送するケーブルで、この特定のＴＦＥ／ＨＦＰコポリマーを一次絶縁体として使用することが可能になることが発見された。

この驚くべき改良、すなわち損失係数の驚くべき減少をもたらす特定のＴＦＥ／ＨＦＰコポリマーは、ＴＦＥ、および約２．８〜５．３のＨＦＰＩに相当する量のＨＦＰを含む部分結晶性コポリマーであり、前記コポリマーは、実質的にアルカリ金属塩を含有せず、約３０±３ｇ／１０分の範囲のメルトフローレートを有し、１０^６個の炭素原子に対し約５０個以下の不安定な末端基を有する。ＨＦＰＩとはＨＦＰインデックスのことであり、コポリマーのＨＦＰ含有量との関係は以下で説明する。

本発明は、絶縁体が上記で定義された特定のＴＦＥ／ＨＦＰコポリマーである高速データ伝送ケーブルである。「高速」は、データ伝送速度が少なくとも約１０ＧＨｚの周波数であることを意味する。従って、本発明のケーブルは、導電体およびその導電体を被覆する絶縁体を含み、前記絶縁体は、ＴＦＥ、および約２．８〜５．３のＨＦＰＩに相当する量のＨＦＰを含む部分結晶性コポリマーを含み、前記コポリマーは、実質的にアルカリ金属を含有せず、約３０±３ｇ／１０分の範囲のメルトフローレートを有し、１０^６個の炭素原子に対し約５０個以下の不安定な末端基を有し、さらに前記ポリマーは、１０ＧＨｚで０．０００２５以下の損失係数を示す。

本発明の別の実施形態は、導電体およびその導電体を被覆する絶縁体を含むケーブルにより少なくとも１０ＧＨｚの周波数でデータを伝送する方法であり、本方法は、ＴＦＥ、および約２．８〜５．３のＨＦＰＩに相当する量のＨＦＰを含む部分結晶性コポリマーから前記絶縁体を形成することを含み、前記コポリマーは、実質的にアルカリ金属を含有せず、約３０±３ｇ／１０分の範囲のメルトフローレートを有し、１０^６個の炭素原子に対し約５０個以下の不安定な末端基を有し、さらに前記ポリマーは、１０ＧＨｚで約０．０００２５以下の損失係数を示す。

コポリマーの改良された１０ＧＨｚ周波数での損失係数は、上記実施形態で説明した高速データ伝送ケーブルの性能の改善（損失の減少）に引き継がれる。本発明の実施形態を以下に開示する。

本発明で使用されるＴＦＥ／ＨＦＰコポリマーは部分結晶性であり、すなわち、これらはエラストマーではない。これらは、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）およびヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）のコポリマーである。ここで、コポリマーは、二種以上のモノマーを重合して生成させたポリマーとして定義される。これにはＴＦＥおよびＨＦＰのジポリマーが含まれており、ヘキサフルオロプロピレンインデックス（ＨＦＰＩ）によって特徴づけられるコポリマーのＨＦＰ含有量が約２．８〜５．３である。本発明のＴＦＥ／ＨＦＰコポリマーには、ＴＦＥ、ＨＦＰ、およびペルフルオロ（アルキルビニルエーテル）（ＰＡＶＥ）を含むポリマーも含まれており、ここで、アルキル基は１〜５個の炭素原子を含有する。そのようなビニルエーテルの例としては、ペルフルオロ（メチル−、エチル−、およびプロピル−ビニルエーテル）（それぞれ、ＰＭＶＥ、ＰＥＶＥ、およびＰＰＶＥ）が挙げられる。通常、このコポリマーのＨＦＰ含有量もまた、約２．８〜５．３のヘキサフルオロプロピレンインデックス（ＨＥＰＩ）によって特徴づけられるであろう。ＨＦＰＩは、コポリマーの膜上で計測される二つの赤外線吸収度の比であり、米国特許公報（特許文献２）の第３欄および第４欄に及ぶ段落で開示されているように、これに３．２を乗じることによって重量％ＨＦＰに変換することができる。ＴＦＥ／ＨＦＰコポリマーは、少なくとも約１０００サイクル、好ましくは少なくとも約２０００サイクル、さらに好ましくは少なくとも約４０００サイクルのＭＩＴ屈曲寿命を示す。ＭＩＴ屈曲寿命の計測は、米国特許公報（特許文献２）に開示されている。一般に、本発明によるポリマーに組み込まれるＰＡＶＥモノマーの量は、コポリマーの全重量を基準として約０．２〜３重量％である。好ましいＰＡＶＥの一つはペルフルオロ（プロピルビニルエーテル）であり、最も好ましいＰＡＶＥはペルフルオロ（エチルビニルエーテル）である。ＦＥＰコポリマーのメルトフローレート（ＭＦＲ）は、ＡＳＴＭ Ｄ１２３８に従って求められる。本発明で使用されるコポリマーのＭＦＲは、約２７〜３３ｇ／１０分、好ましくは２８〜３２ｇ／１０分の範囲にある。

重合は、添加されるアルカリ金属塩なしで実施される。米国特許公報（特許文献３）の実施例１の一般的な手順に従う。ただし、開始剤は過硫酸アンモニウムのみで構成される。一般的な代替開始剤、または、過硫酸アンモニウムとの共開始剤である過硫酸カリウムは使用しない。米国特許公報（特許文献４）に開示されている有機開始剤を使用することも可能である。重合用および洗浄用の水は脱イオン化する。上述の実施例１では、コポリマーはＴＦＥ／ＨＦＰ／ＰＥＶＥである。しかし、ＰＰＶＥ、ＰＭＶＥ、および他のＰＡＶＥモノマー、ならびにこれらのモノマーの組合せは置換することができる。１重量％のＰＥＶＥが本明細書の実施例で使用されるＴＦＥ／ＨＦＰコポリマー中に存在する。ＭＦＲは、重合に対する開始剤の添加速度によって制御される。重合後、得られたポリマー分散液を機械攪拌で凝固させる。凍結および解凍によって、または化学薬品添加によって凝固させることもできる。酸またはアンモニウム塩を化学的凝固に使用することができるが、金属塩、具体的にはアルカリ金属塩は使用することができない。本方法で、例えば凝固剤として、アルカリ土類金属を使用しないことがさらに好ましく、さらに、腐食が金属イオン源にならないように、重合の構成物質および処理装置を選択することが好ましい。ポリマー中のアルカリ金属イオンの測定方法は、カリウムイオンの測定例によって例示することができる。分析方法は蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）による。ＸＲＦ装置を、既知量のカリウムイオンを含有するポリマーで標準化する。ゼロＰＰＭ基準は、カリウムのない配合を使って、カリウムイオンがない環境において重合することによって作られる。他の濃度での基準の場合、カリウムイオン含有量の絶対値はプロトン励起Ｘ線（ＰＩＸＥ）分光法によって求められる。分析物としてのカリウムは、検出下限界がポリマー中で５ｐｐｍである。本発明によるポリマーは、５０ｐｐｍ未満、好ましくは約２５ｐｐｍ未満、さらに好ましくは約１０ｐｐｍ未満、最も好ましくは約５ｐｐｍ未満のアルカリ金属イオンを有する。

脱イオン水を使用して生成され、アルカリ金属塩を使用せずに重合および単離されたコポリマーは、本明細書では、実質的にアルカリ金属塩を含有しないと記されている。通例、このようなコポリマー中には、アルカリ金属イオンは検出されないであろう。

本発明で使用されるＴＦＥ／ＨＦＰコポリマーを、米国特許公報（特許文献５）で開示されているようにフッ素化され、熱的に、または加水分解に不安定な末端基を安定した−ＣＦ_３末端基に変換される。熱的に不安定とは、フッ素化ポリマーが溶解処理される一般に３００℃と４００℃との間の温度において、末端基が通常は分解による反応をすることを意味する。フッ素処理の影響を受ける不安定な末端基の例としては、−ＣＦ_２ＣＨ_２ＯＨ、−ＣＯＮＨ_２、−ＣＯＦ、および−ＣＯＯＨが挙げられる。フッ素化は、４種類の不安定な末端基の総数を、ポリマー主鎖中の１０^６個の炭素原子に対して約５０個以下まで減らすように実施される。フッ素処理後のこれらの不安定な末端基の合計が、１０^６個の炭素原子に対して約２０個以下であることが好ましく、挙げた末端基の最初の３つに関しては、さらに、１０^６個の炭素原子に対して約６個未満であることが好ましい。米国特許公報（特許文献５）に開示されているように、フッ素処理後、フッ素処理されたペレットをスパージングすることにより、抽出可能なフッ化物をフッ素化ポリマーから除去する。

従来の押出し加工で、ＴＦＥ／ＨＦＰコポリマーを、導電体用の一次絶縁体として、ケーブルの導電体に適用することにより本発明のケーブルを作製することができる。本発明のケーブルでは、コポリマー絶縁体の厚さが約９ミル（０．２３ｍｍ）未満であることが好ましく、約６〜８ミル（０．１５〜０．２ｍｍ）であることがさらに好ましい。絶縁体は、発泡させたものでも、非発泡、すなわち中実のものでもよい。発泡絶縁体は、ツイストペアケーブルまたは同軸ケーブル中に一次絶縁体として存在することができる。

ＡＳＴＭ Ｄ ２５２０−０１に従って、損失係数を、０．０７５×０．０７５×１．５インチ（１．９×１．９×３８．１ｍｍ）の圧縮成形プラーク上で計測し、同じＡＳＴＭ手順に従って、損失係数をこれらのプラーク上で計測する。この手順で計測された損失係数は、ケーブルの電子的性能（信号損失）についての信頼できる判断材料であることが分かっている。損失係数の計測結果を以下の表に示す。

この実施例で使用されるＴＦＥ／ＨＦＰコポリマーは、３．８のＨＦＰＩ、および、フッ素化処理によって得られる１０６個の炭素原子あたりに５０個未満の不安定な末端基を有し、検出不可能なアルカリ金属塩含有量であり、ＭＦＲが３０ｇ／１０分である。この実施例のＴＦＥ／ＰＡＶＥコポリマーは、３．３重量％のＰＰＶＥを含有し、５ｇ／１０分のメルトフローレートを有する。このＴＦＥ／ＰＡＶＥコポリマーはフッ素化されて、１０^６個の炭素原子に対し５０未満の不安定な末端基を有するようにされる。

ＴＦＥ／ＰＡＶＥコポリマーの損失係数は、（特許文献１）の表１のフッ素化ＴＦＥ／ＰＰＶＥコポリマーの４５０ＭＨｚでの損失係数より小さく、すなわち、０．０００３５対０．０００３６（ＡＳＴＭ Ｄ １５０）であり、このことは、上記の表における比較では、上記欧州特許で報告されたものより優れたＴＦＥ／ＰＡＶＥコポリマーが得られているが、ＴＦＥ／ＨＦＰコポリマーは、それでもこのより良好なＴＦＥ／ＰＡＶＥコポリマーとまさに同程度の損失係数を示すことを表している。

好ましくは、１５ＧＨｚでの信号伝送周波数でのＴＦＥ／ＨＦＰコポリマーの損失係数は約０．０００２２以下であり、さらに好ましくは約０．０００２０以下である。

電気的性質の驚くべき改良がさらに発見された。本発明で使用されるＴＦＥ／ＨＦＰコポリマーで絶縁した導電体でのキャパシタンス計測において、実際、絶縁体は発泡されていない、すなわち中実ポリマーである時、あたかも絶縁体が発泡質であるかのようにキャパシタンスが減少することが明らかになった。

Claims (6)

1. 少なくとも１０ＧＨｚの周波数でデータを伝送するためのケーブルであって、導電体および前記導電体を被覆する絶縁体を含み、前記絶縁体が、テトラフルオロエチレン、および約２．８〜５．３のＨＦＰＩに相当する量のヘキサフルオロプロピレンを含む部分結晶性コポリマーを含み、前記コポリマーは、実質的にアルカリ金属塩を含有せず、約３０±３ｇ／１０分の範囲のメルトフローレートを有し、１０^６個の炭素原子に対し約５０個以下の不安定な末端基を有しており、前記コポリマーが、１０ＧＨｚで０．０００２５以下の損失係数を示すことを特徴とするケーブル。
2. 前記絶縁体の厚さが９ミル（０．２３ｍｍ）未満であることを特徴とする請求項１に記載のケーブル。
3. 前記絶縁体が中実であることを特徴とする請求項１に記載のケーブル。
4. 前記絶縁体が発泡質であることを特徴とする請求項１に記載のケーブル。
5. 前記ケーブルが同軸ケーブルであることを特徴とする請求項４に記載のケーブル。
6. 導電体および前記導電体を被覆する絶縁体を含むケーブルにより少なくとも１０ＧＨｚの周波数でデータを伝送する方法であって、テトラフルオロエチレン、および約２．８〜５．３のＨＦＰＩに相当する量のヘキサフルオロプロピレンを含む部分結晶性コポリマーから前記絶縁体を生成する工程を含み、前記コポリマーは、実質的にアルカリ金属塩を含有せず、約３０±３ｇ／１０分の範囲のメルトフローレートを有し、１０^６個の炭素原子に対し約５０個以下の不安定な末端基を有しており、前記コポリマーが、１０ＧＨｚで０．０００２５以下の損失係数を示すことを特徴とする方法。