JPH03184209A - 低誘電正接フルオロカーボン樹脂で絶縁被覆されたケーブル及びその製造法 - Google Patents
低誘電正接フルオロカーボン樹脂で絶縁被覆されたケーブル及びその製造法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
性を有する絶縁ケーブルに関する。
と約11.5%以下のコモノマーとの熔融加工可能な共
重合体から成り、該共重合体が重合後に高温で弗素化さ
れている、発泡した又は発泡していない絶縁体を有する
同軸ケーブルは、広い周波数範囲に互って改善された電
気的特性を有していることである。
失の小さい(low−1oss)同軸ケーブル及び他の
高周波伝送媒体又は回路部品用の絶縁体として使用され
ている。例えばテトラフルオロエチレン(TFE)及び
ヘキサフルオロプロピレン(HFP)の共重合体はこう
した用途に使用されてきた。
が、こうした樹脂の電気的性質、特に誘電正接(dis
sipation factor)は或種のマイクロ波
及び無線周波数用として使用されるケーブルについては
、要望される域に達する程良好ではない。従って本発明
は広範囲の周波数に互って改善された高周波伝送特性を
有するケーブルを提供する。
フルオロエチレン共重合体のようなフルオロポリマーで
ある、同軸ケーブルを開示している。
よりも小さい誘電正接を有する重合体であり、T F
E/HF P共重合体又はTFEとペルフルオロアルコ
キシアルケンとの共重合体であることができる。フルオ
ロポリマーは弐〇、F、〜2を有する発泡剤を用いて発
泡される。
587号は共重合体に二軸スクリュー押出機中で高い剪
断力をかけることにより、TFE及びHFPの共重合体
の主鎖の不安定性を減少させる方法を開示している。そ
の後得られるペレットは色調を改善し、残存する不安定
な末端基を消去するために、弗素気体に暴露される。
,743.658号はTFE及び事実上不安定な末端基
を含まないペルフルオロ(アルキルビニル)エテルの共
重合体を開示している。不安定な末端基は、重合体を各
種の弗素ラジカル発生化合物からの弗素、好適には随意
窒素のような不活性気体で希釈された弗素気体で処理す
ることにより事実上消去することができる。
び該導体と接触しており、且つテトラフルオロエチレン
と、共重合体の重量を基準として約11.5%よりも少
なく、及び共重合体の融点カ少すくとも約250℃であ
るように充分に少ない量のテトラフルオロエチレン以外
の少なくとも一種の共重合可能なペルフルオロ化コモノ
マーとの、少なくとも一種の本質的に熔融加工可能な共
重合体を含んで成り、該共重合体は重合後に高温で弗素
化されている、細長い物品を提供する。
分単量体としてテトラフルオロエチレン(TFE)を基
材とした熔融加工可能なフルオロポリマーである。ポリ
テトラフルオロエチレン(PTFE)自体は優れた電気
的性質を有するが、熔融加工性ではないので、電気ケー
ブル用として使用するのには一般に適当ではない。とこ
ろが、少量のコモノマーを′混和すると、熔融加工可能
であり、多くの望ましい電気的及び熱的性質を保有する
共重合体が生じる。本発明の重合体はかようなTFE及
びペルフルオロ化コモノマーの共重合体を基材としてい
る。適当なコモノマーは式RPCF=CF2 上式中、 RFはへキサフルオロプロピレンのような15炭素原子
を有するペルフルオロアルキル基;アルキル基が1ない
し5炭素原子を有する、ペルフルオロ(n−アルキルビ
ニル)エーテル;及びそれらの混合物である、 のペルフルオロアルケンを含んでいる。好適にはn−ア
ルキル基はプロピルである。勿論該重合体の配合物も等
しく良好に使用できる。
な共重合体を提供するのに充分でなければならないが、
共重合体が顕著に構造的及び電気的特性を失う程多くて
はならない。構造的特性の喪失はかようなコモノマーを
添加する際に生じる融点及び分子量の低下に関係してお
り、言うまでもなくコモノマーの量及び素性と共に変化
する。
も融点に大きい影響を有する。添加されるコモノマーの
量−は共重合体の融点が約240℃以下に、好適には2
60−270℃以下に低下しないように充分に少なくな
くてはならない。例を挙げれば、TFEと3.9%ペル
フルオロ(プロピルビニルエーテル)(PPVE)の共
重合体は約308℃の融点を有している。従ってコモノ
マーがPPVEであれば、PPVEの量は約5%以下で
あることが好ましい。
囲に互って優れた電気的性能を保有するために制限され
なければならない。コモノマーの量が約11.5重量%
以下、及び好適には約11重量%以下である時には、樹
脂の誘電正接はコモノマー含量の高い樹脂に較べて改善
される。
濃度は、HFPコモノマーに関連する982cm−’に
おけ゛る赤外吸収の強度を2367cm−’における吸
収の強度との比を測定することにより見積もることがで
きる。約12.3重量%のHFPを含む市販のTFE−
HFP共重合体は3.75ないし3.95の比を示して
いる。3.6の比はほぼ11.5重量%に相当する;3
,4の比は約1O09重量%に相当する、等々である。
は約3.6よりも小、好適には約3.4よりも小でなけ
ればならない。別法として、コモノマー含量はF19N
MR分光法を用いて測定できる。
ーの混合物)であれば、PPVEは上記のように約5%
又はそれ以下の量で存在しなければならない。この限界
は適切な物理的及び熱的性質及び優れた電気的特性の両
者を提供する。好適にはPPVEコモノマーは約4%又
はそれ以下の量で存在しなければならない。
両コモノマーの合計量は約8重量%以下であり、HFP
の量は約6重量%以下であることが好ましい。
接の改善は、IMHz範囲の比較的低周波で最も明らか
である。(1MHz=io’サイクル毎秒)。しかし例
えばテレビジョン信号の伝送の場合は、100MHzな
いし1OGHzの周波数範囲も重要である。上記の共重
合体の弗素での処理はこうした高い周波数における誘電
正接を大きく減少させることが見出された。何等かの理
論に拘束される積もりはないが、こうした弗素化段階は
共重合体の各種の官能性末端基を−CF。
る高周波の誘電損失の多くの原因となっているのは官能
性末端基であると考えられる。従って本発明の重要な部
分は、これらの基を事実上総て除去するための重合後の
重合体の弗素化である。
含量が米国特許第4.675,380号に詳細に記載さ
れたように赤外分光法により合理的に検出でき、該特許
を参照して参考とされたい。かくして重合体は炭素原子
百万当たり約50より少ない、及び好適には約20より
少ない該末端基を有するべきである。
温で行われる。(室温以上の温度が弗素を重合体の構造
中に拡散させ、末端基と遭遇させると考えられる。)少
なくとも200℃の温度が通常使用される。しかし好適
には温度は凝集の問題を避けるために、重合体の軟化温
度以下でなければならない。弗素化は単独で又は窒素の
ような非反応性気体との混合物のいずれかを用いて気体
状弗素で処理することにより、又は別な弗化剤を使用す
ることにより行うことができる。弗素化工程の際に重合
体はペレット、ビーズ、多孔性ビーズ、又はフラッフ(
floff)状であることができる。適当な弗素化法は
米国特許第4.743,658号により詳細に記載され
ており、該特許の開示を参照して参考とさたい。
の手段によっても回避することができる。
CF、基を与える開始剤を使用することができる。かよ
うな開始剤の例は弗素(F 2)、ジフルオロジアジン
(82F 2)、R,S、ポーター(Porter)及
びG、H,キャディ(Cady)により米国化学協会雑
誌(Journal of American Che
mical 5ociety)、79.5638(19
55)により報告されたようなCFs (CF2)−
O−0−(CF、)イー〇F、のようなペルフルオロア
ルキルペルオキシド、米国特許第3.528゜952号
において報告されたような(CF3−(CF2)、−C
oo)2のようなペルフルオロアシドペルオキシド、米
国特許第4.626,608号に開示されたようなヘキ
サフルオロプロピレン三量体と弗素の反応生成物、((
CF 3)2CF )z(CF sCF、)C・、ジャ
ーナル・オブ・オルガニック・ケミ ス ト リ (J
ournal of Organic Chem
istry)、4二こ、 2009(1982)中でZ
、チェンスキュ(Chengxue)等により開示され
たヘキサフルオロプロピレンオキシドを基剤とした、直
鎖状又は分枝状のC3F、基を有するペルフルオロアシ
ルペルオキシド、(C3F70−CF(CF、)−Co
o)z、C,F、−C(CF3)2NF2のようなジフ
ルオロアミン、((c F 1)xCFN)2のような
ペルフルオロアゾ化合物、CF3 S O2N sのよ
うなペルフルオロスルホニルアジド、CsF yCOC
lのようなペルフルオロ酸クロリド、CF、OFのよう
なペルフルオロアルキルハイポフルオライド、等を含ん
でいる。
うな樹脂は電線及びケーブル被覆組成物として有用であ
り、特にその構造が周知である同軸ケーブル中の絶縁体
として有用である。同軸ケーブルは中心の導電性の機素
又は通常は銅のような金属である電線を含んで戊る。中
心機素は絶縁媒体により取り囲まれており、それは逐次
外側の、例えば金属箔、編織された又はブレードされた
複合電線、又は延伸されたアルミニウム、銅又は他の金
属管であることができる導電機素により取り囲まれてい
る。外側の導電性の機素を更に又保護的絶縁中に包むこ
とができる。
種の弗素化重合体の発泡性重合体組成物を、好適には窒
素又はCF、HCIのようなりロロフルオロカーボン、
及び随意能の伝統的な窒化硼素のような添加前を用いて
熔融押出することにより製造することができる。押出は
重合体が押出ダイを出た後に発泡剤の膨張を起こすのに
充分な温度で行われ、こうして中心導体の周囲に発泡性
の芯線の絶縁が提供される。その後外側の導電性金属層
又は遮蔽が重合体層の周囲に配置される。
米国特許第3,072,583号により詳細に記載され
ており、該開示を参照して参考とされtこ い 。
ブルを製造するのにも有用である。これらのケーブルは
、多数の、通常は二本の該導体が嵯り合わされている以
外は、中心導体が低損失絶縁体により囲まれている点で
同軸ケーブルと類似している。遮蔽として、並びに全体
的な絶縁外被として随意能の絶縁体が複対形ケーブルの
外側の周囲に存在している。
ブルは改善された電気的信号伝送特性を有している。同
軸ケーブルを通過する際の信号の減衰は、導電材料自体
による損失と芯線絶縁体の誘電損失による減衰の総和で
ある。高周波において、誘電損失は全体の減衰の益々重
要な部分を構成するので、絶縁体により誘電損失を最低
限とする重要性は明白である。絶縁体の誘電損失は下記
の関係式: %式% 上式中、 Lはデシベル毎メートルで表した誘電損失であり、 FはMHzで表した周波数であり、 DCは絶縁体の誘電定数であり、及び DFは誘電正接である、 に比例する。この式から低い誘電正接を有する絶縁体は
全体の誘電損失が小さいケーブルを提供し、この効果は
高い周波数で一層強調される。本発明の重合体か誘電正
接において最大の改善を示すのは、正にこれらの高い周
波数、即ち100MHz及びそれ以上の周波数において
である。その結果、これらの樹脂から製造されたケーブ
ルは高周波数で特に改善された伝送的特性を示す。
定数及び約0の誘電正接を利用するために、ケーブルに
対し発泡された絶縁体を使用することは往々にして望ま
しいことが認められている。
約2.0−2.1の誘電定数を有している。)従って発
泡された重合体絶縁体の有効誘電定数及び誘電定数は空
隙含量に比例して減少する。この理由のために、上記の
ように発泡重合体の使用は本発明の特に好適な具体化で
ある。
E−HFP共重合体試料について試験を行った。共重合
体は350℃で厚さO,1mmのフィルムとして圧縮成
形され、ニコレット(Nicolet)5DX型フ一リ
エ変換赤外分光計を用いて赤外分光により試験された。
比(IR比”)は3.85である。この同じ樹脂の誘電
正接を厚さ約2゜5mm(0,1インチ)のブラックに
ついて周波数の関数として測定する。誘電正接は対象と
する周波数により一種又は多数の方法で測定される。こ
うした方法は当業者には周知であり、例えばアーサー・
ヴオン・ヒラペル(Arthur Von Hippe
l)著、“誘電体及び用途(Dielectric M
aterials and Appl 1cat 1o
ns)”MIT及びウィリー・アンド・サンズ(Wil
ey & 5ons)、l954、中に記載されており
、該著書を参照して参考とされたい。IJIH2ないし
4QMHzの測定の場合は、キャパシタンス・ブリッジ
(capacitance bridge)法が使用さ
れ、これもASTM DI50に記載されている。この
方法は正確な寸法測定のためのマイクロメーター上に取
り付けた電極を使用する。4QMHzないし100MH
zの測定の場合は、くぼみ形空胴、サスペスタンス・バ
リエーンヨン(susceptancevar iai
1on)法が使用される。135MHzないし5GH
zの測定の場合は、同軸線を用いる定在波法が使用され
る。5ないし40GHzには円形中空導波管(circ
ular hollow wave guide)が使
用される。後者の二つの方法はASTM D−2520
に記載された方法にも類似している。
図に示されている。
3.24のTFE−HFP共重合体の試料を米国特許第
4.743,658号、実施例1に記載されたようにし
て弗素化する。比較実施例1に記載されたような誘電正
接の測定により第■表及び第1図(曲線D)に示された
結果が得られた。
数範囲全体に亙り、特に高周波数において顕著に誘電正
接の減少した材料が得られる。
した重合体を、実施例1のように弗素化する。誘電正接
の測定の結果は第1図に曲線Bとして示されている。
は2.2XIO’ポイズ(比較実施例4)の熔融粘度を
有する、3,9重量%のPPVEを有するTFEの共重
合体を同様に試験する。結果は第1表に示されている。
されているが、450MHz及びそれ以上では殆ど又は
全く改善が見られない。
上記のように試験する。結果は第1表に示されている。
元の値の約42%に減少している。
TFEの共重合体を実施例1のように弗素化し、上記の
ように試験する。第■表及び第1図(曲線E)中の結果
は総ての周波数において優れた誘電正接を示している。
TFE/10.4%HFP(Fl) 5.15 5.
70TFE/3.9%PPVE O,875,55
TFE/3.9%PPVE TFE/3.9%PPVE(Fl) TFE/4.0%HFP/1.25%PPVE(Fl)
2.53 5.20 10.20 6.05 8.30 8.542 3.66” 5.54 !、1.20 5.70 9.75 5.00 8.40 3.50 10.00 2.70 1、ハイフン(−)は測定しなかったことを示す。
を有する、HFPとTFEの共重合体(N P −20
と呼称されている)を実施例1のように弗素化し、上記
のように試験する。第1図の曲線Cとして示された結果
は実施例1の結果と類似している。
、残存不純物等の差異の結果であろう。
窒化硼素を用いて、実施例1の弗素化された重合体を直
径2.8mmC0,109インチ)の銅線上に熔融押出
し、電線上に発泡絶縁層を形成する。電線及び絶縁体を
加えた複合物の厚さは11.4mm(0,450インチ
)である。この操作は米国特許第3,072,583号
の教示に従って行われる。発泡重合体は約65%の気孔
率を有している。
でアルミニウム箔を用いて遮蔽する。遮蔽されたケーブ
ルの全体の減衰を標準測定法による京固姑末ツト・ワー
ク(net work)分析機を使用して、異なる周波
数で測定する。誘電減衰は下記式 %式%) ) 上式中、 Aは30.5+n (100フイート)当たりのデシ
ベルで表した全体の減衰であり、第一項は導線の減衰で
あり、及び第二項は誘電減衰であり、Zoは特性インピ
ーダンスであり、 dは内部の導線の直径、及びDは絶縁層の外側直径であ
り、両者は共に25.4mm(1インチ)を単位として
示され、 Fはメガヘルツで表した周波数、Pは誘電力率又は誘電
正接であり、及びKは発泡絶縁体の誘電定数である、 を用いて全体の減衰から計算される。こうして製造され
たケーブルは、比較実施例1の重合体を用いて製造され
た類似のケーブルに比較して広範囲の周波数に互って、
誘電減衰の顕著な減少を呈する〜 本発明の主なる特徴及び態様は以下の通りである。
と接触しており、且つテトラフルオロエチレンと、共重
合体の重量を基準として約11゜5%よりも少なく、及
び共重合体の融点が少なくとも約250℃であるように
充分に少ない量のテトラフルオロエチレン以外の少なく
とも一種の共重合可能なペルフルオロ化コモノマーとの
、少すくとも一種の本質的に熔融加工可能な共重合体を
含んで成り、該共重合体は重合後に高温で弗素化されて
いる、細長い絶縁体を含んで成る細長い物品。
と接触しており、且つテトラフルオロエチレンと、共重
合体の重量を基準として約11゜5%よりも少なく、及
び共重合体の融点が少なくとも約250℃であるように
充分に少ない量のテトラフルオロエチレン以外の少なく
とも一種の共重合可能なペルフルオロ化コモノマーとの
少すくとも一種の本質的に熔融加工可能な共重合体を含
んで放り、該共重合体は事実上独占的に−CF。
物品。
−CF、以外の末端基を含んでいる、上記2に記載の物
品。
少ない、上記lに記載の物品。
2はl−5炭素原子を有するベルフルオロアルキル基及
びアルキル基がlないし5炭素原子を有するペルフルオ
ロ(n−アルキルビニル)エーテル、及びそれらの混合
物である、のペルフルオロアルケンから成る部類から選
択される、上記lに記載の物品。
ペルフルオロ(プロピルビニルエーテル)である、上記
5に記載の物品。
る、上記lに記載の物品。
cm−’における吸収との比が約3.6よりも小さい、
上記7に記載の物品。
67cm−’における吸収との比が約3.4よりも小さ
い、上記7に記載の物品。
ニル)エーテルである、上記lに記載の物品。
5重量%よりも少ない、上記10に記載の物品。
オロプロピレンとペルフルオロ(フロビルビニル)エー
テルの混合物である、上記lに記載の物品。
且つヘキサフルオロプロピレンの量が約6重量%よりも
少ない、上記12に記載の物品。
の処理により弗素化され、それにより不安定な末端基を
事実上台まない重合体を与える、上記lに記載の物品。
以下である温度において共重合体が弗素で処理される、
上記14に記載の物品。
2に記載の物品。
ロアルキルペルオキシド、ベルフルオロアシルハイポフ
ルオライト、ヘキサフルオロプロピレン三量体と弗素と
の反応生成物、ヘキサフルオロプロピレン三量体ドを基
剤とするペルフルオロアシルペルオキシド フルオロアゾ化合物、ペルフルオロスルホニルアシド、
ペルフルオロ酸クロリド及びペルフルオロアルキルハイ
ポフルオライドから皮る部類から選択される、上記17
に記載の物品。
。
。
準として約11.5%よりも少なく、及び共重合体の融
点が少なくとも約250 ℃であるように充分に少ない
量のテトラフルオロエチレン以外の少なくとも一種の共
重合可能なペルフルオロ化コモノマーとの、少なくとも
一種の本質的に熔融加工可能な共重合体を含んで成り、
該共重合体は重合後に高温で弗素化されている、重合体
絶縁体の組成物を中心導体の周囲に熔融押出することを
含んで成る、中心導体及び重合体誘電層から成るケーブ
ルを製造する方法。
含み、及び重合体が押出ダイを出た後に膨張するような
温度で押出が行われ、それにより発泡された重合体絶縁
体が提供される、上記20に記載の方法。
基準として約11.5%よりも少なく、及び共重合体の
融点が少なくとも約250℃であるように充分に少ない
量のテトラフルオロエチレン以外の少なくとも一種の共
重合可能なペルフルオロ化コモノマーとの少なくとも一
種の本質的に熔融加工可能な共重合体を含んで成り、該
共重合体は事実上独占的に−CF、末端基を有している
、重合体絶縁体の組成物を中心導体の周囲に熔融押出す
ることを含んで成る、中心導体及び重合体誘電層から成
るケーブルを製造する方法。
含み、及び重合体が押出ダイを出た後に膨張するような
温度で押出が行われ、それにより発泡された重合体絶縁
体が提供される、上記22に記載の方法。
電正接を示している。 曲線A・・・比較実施例11 曲線B・ 曲線C・ 曲線D・ 曲線E・ ・比較実施例2、 ・実施例4、 ・実施例1及び ・実施例3参照。
Claims (4)
- 1.少なくとも一つの細長い金属性導電機素及び該導体
と接触しており、且つテトラフルオロエチレンと、共重
合体の重量を基準として約11.5%よりも少なく、及
び共重合体の融点が少なくとも約250℃であるように
充分に少ない量のテトラフルオロエチレン以外の少なく
とも一種の共重合可能なペルフルオロ化コモノマーとの
、少なくとも一種の本質的に熔融加工可能な共重合体を
含んで成り、該共重合体は重合後に高温で弗素化されて
いる、細長い絶縁体を含んで成る細長い物品。 - 2.少なくとも一つの細長い金属性導電機素及び該導体
と接触しており、且つテトラフルオロエチレンと、共重
合体の重量を基準として約11.5%よりも少なく、及
び共重合体の融点が少なくとも約250℃であるように
充分に少ない量のテトラフルオロエチレン以外の少なく
とも一種の共重合可能なペルフルオロ化コモノマーとの
少なくとも一種の本質的に熔融加工可能な共重合体を含
んで成り、該共重合体は事実上独占的に−CF_3末端
基を有している、細長い絶縁体を含んで成る細長い物品
。 - 3.テトラフルオロエチレンと、共重合体の重量を基準
として約11.5%よりも少なく、及び共重合体の融点
が少なくとも約250℃であるように充分に少ない量の
テトラフルオロエチレン以外の少なくとも一種の共重合
可能なペルフルオロ化コモノマーとの、少なくとも一種
の本質的に熔融加工可能な共重合体を含んで成り、該共
重合体は重合後に高温で弗素化されている、重合体絶縁
体の組成物を中心導体の周囲に熔融押出することを含ん
で成る、中心導体及び重合体誘電層から成るケーブルを
製造する方法。 - 4.テトラフルオロエチレンと、共重合体の重量を基準
として約11.5%よりも少なく、及び共重合体の融点
が少なくとも約250℃であるように充分に少ない量の
テトラフルオロエチレン以外の少なくとも一種の共重合
可能なペルフルオロ化コモノマーとの少なくとも一種の
本質的に熔融加工可能な共重合体を含んで成り、該共重
合体は事実上独占的に−CF_3末端基を有している、
重合体絶縁体の組成物を中心導体の周囲に熔融押出する
ことを含んで成る、中心導体及び重合体誘電層から成る
ケーブルを製造する方法。
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