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通訊電纜的物理發泡工藝
在通訊電纜的生產過程中，以往通常采用實心絕緣或化學發泡工藝。20世紀80年代始，出現了物理發泡技術。經過多年的改進和完善，物理發泡已經發展為完全成熟的生產工藝。 作為一種成熟和可靠的工藝，物理發泡已經被電纜市場完全接受，并取代化學發泡工藝而廣泛應用于實際生產。一般被采用的發泡絕緣材料包括聚乙烯(PE)和氟塑料(FEP)，可用于通訊電纜、數據電纜、同軸電纜和射頻電纜等。由于要達到極高的發泡度，物理發泡生產線的設備組成和設計要比化學發泡更復雜，例如需要更長的擠出機及氣體注射系統等。 物理發泡的主要優點 與化學發泡比較，物理發泡能達到的發泡度能明顯提高。以PE為例：化學發泡能達到的最高發泡度為50%，而物理發泡能達到的最高發泡度為80%。 在生產不同的電纜產品時，一般達到的發泡度也不同，例如：對化學發泡而言，市話電纜的最高發泡度為40%；對物理發泡而言，市話電纜的最高發泡度為60%，數據電纜的最高發泡度為65%，迷你同軸電纜的最高發泡度為72%～75%，同軸電纜的最高發泡度為78%，射頻電纜的最高發泡度為80%。 同時，發泡度的提高使物理發泡工藝具有更多優勢，包括：提高信號的傳輸速度和傳輸頻率，從而進一步提高產品的性能；提高生產線的速度，減少絕緣材料的使用量和外屏蔽銅材料的重量，從而進一步降低生產成本。 假設分別用實心、化學發泡和物理發泡來生產一種常用的同軸電纜（根據法國標準的A2型）作比較，從而綜合體現物理發泡的主要優點，見表1。三種常見同軸電纜（如圖1所示）擁有如下的共通性能：內導體使用銅線φ3.3mm；阻抗為75Ohms；絕緣材料為PE；適用于φ80mm擠出機（便于比較生產速度）。 從上述比較可以看出，當使用物理發泡工藝時，可以節省大量的絕緣材料和屏蔽材料，同時提高電纜的傳輸性能及生產效率。 物理發泡的基本原理 物理發泡的關鍵是要將氣體（氮氣）通過高壓注射到擠出機中并與塑料混和。因此，擠出螺桿的設計必須要確保氣體與塑料能得到最均勻的混和效果。 用于物理發泡擠出的螺桿，長徑比（L/D）為32:1，氣體的注射點約在螺桿長度的16D，從而可以被分為兩個部分。第一段16D長度的螺桿的壓縮比約為2，其作用是將聚合物熔化；第二段螺桿則用于將氣體和絕緣材料徹底混和，該部分螺桿的設計結構有利于降低熔融溫度，即提高熔體的粘度。基本原理如圖2所示。 PE絕緣材料經過螺桿擠出到機頭，并在機頭的出口處暴露到大氣壓力下，因而形成氣泡。如果只是使用泡-皮的雙層擠出機頭，則絕緣材料將會在注塑件模具出口之前便暴露到大氣壓力之下。結果導致氣體于導體與注塑件模具孔之間的間隙被釋放，沿著導體表面形成一個長形的氣泡。 要解決這一問題，須使用三層共擠的機頭，將一層薄皮（厚度一般為0.02～0.05mm）擠到內層，防止氣體沿著導體的表面釋放。即采用皮-泡-皮共擠絕緣的三層擠出機組（如圖3所示）。對于內薄皮的選擇，必須要符合在高速條件下擠成薄壁的要求。LLDPE便能滿足此要求。此種內薄皮大大提高了絕緣層的延伸性能（斷裂延伸），并確保絕緣層可以良好地粘附在導體上。 圖3 用于三層共擠的擠出機組物理發泡串聯生產線 目前，國外市場對于數據電纜的安全性要求越來越嚴格，很多標準都要求使用氟塑料絕緣材料。意大利桑浦公司在這方面擁有領先技術，并一直與材料供應商（如杜邦等）緊密合作研發新技術。 眾所周知，通過氮氣和塑料良好混合并維持在最穩定的狀態，才能達到發泡度高、泡細膩而均勻的效果。但是，如果在套筒中高轉速產生高壓力的情況下，混合將會遇到極大的困難。通常φ60mm擠出機為了達到最高線速度，必須開到極高轉速，這時就已經非常接近擠出機的轉速極限，轉速與擠出量之間已超出了線性關系范圍。擠出機在此狀態下長期工作，嚴重影響其穩定性，而且在螺筒和螺桿間產生極高的壓力，嚴重影響發泡效果。 針對這一問題，意大利桑浦公司開發了氟塑料物理發泡串聯生產線（如圖4所示）。該物理發泡生產線的主擠出機以φ80mm代替以前的φ60mm或φ65mm。φ80mm擠出機只須以大約2/3的轉速便可以達到同樣的線速度和出膠量，真正達到擠出機運行的最佳狀態，在套筒內壓力適中，使混合更均勻，從而達到發泡均勻細膩的效果。 圖4 氟塑料物理發泡串聯生產線一般多數其他供應商都使用以前電話電纜生產線的直徑為300～350mm的牽引輪，意大利桑普公司在該生產線中采用多道次冷卻槽的直徑為400mm的牽引輪。由于物理發泡的芯線直徑比其他實芯直徑大，而且物理發泡特別容易受彎曲半徑的影響，所以一般的CATV同軸電纜從不允許在完全冷卻以前產生彎曲，即使進收線盤對線盤筒體直徑也有要求。當然，數據纜芯由于直徑小，速度快，必須要經過多道次冷卻，但如果彎曲半徑小，對傳輸性能產生顯著影響，微波損耗增加。特別是將來這條生產線還要做5mm的微型同軸，如果直徑小于400mm的牽引輪根本無法滿足要求。因此，改良設計采用直徑較大的牽引輪來防止損耗增加和絕緣層損壞。
