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1、 线缆发泡技朮1、 前 言通信网络之完整性，除了机房内之软硬件及其周边附属设备外，通信电缆扮演着送信与受信二端间连络主要传输媒介。通信电缆不仅质量需符合未来整体服务数字网络(ISDN)之要求外，所占用之空间也不容忽视，二者更是息息相关。近十年来欲使通信网络传输更快速，除了设备增强外，通信电缆也做了重大变革，纷纷采用发泡聚乙烯为绝缘材料，促使电缆特性更能符合较佳通信效果。其中电气特性如静电容量、电容不平衡、远(近)端串音及衰减等与材料发泡方式更是立竿见影。2、 发泡的目的一般材料发泡的目的在于使制品轻量化，并加强制品隔热性与可扰性，及降低材料成本。而线缆用材料发泡的目的，则在降低材料的介质常数。
2、3、 材料发泡方式为了增加传输容量及速率，降低材料介质常数(Dielectric Constant)系最佳途径，而使用发泡PE材料则可达成此目的，其材料发泡方式一般区分为二种方式：(一) 化学发泡方法(二) 物理发泡 (氮气发泡)4、 传统化学发泡于PE绝缘材料制料过程中，混合适当比例热效应发泡剂，其使于芯线制程时，利用温度促使发泡剂产生化学分解变化，于PE材料内部形成气泡，此项材料对温度反应相当灵敏( 1)，温控设备稍受外界影响，其发泡度变化极大，目前此项方式发泡度可达到40-50%，且此发泡材料须置放于干燥环境内，否则水分进入材料后于押出易导致芯线电容，外径不稳定，此二项于通信电缆远(近)
3、端将造成不良影响。为减小介质常数，其所用基材应为低介质常数的材料，目前线缆最常用者为PE。在特殊的场合，也有利用PP、PS及TEFLON为基材的。4.1 PE发泡度与介电常数，波长短缩率，时间延迟关系图時間延遲Vp1005.0904.64.8804.4介電常數704.250604.0波長短縮率403.8時間遲延303.6203.42.22.01.81.61.41.22.4103.21.03.0100806040200發 泡 度發泡度%介電常數時間延遲ns/M波長短縮率%02.325.0865.6 102.1554.9068.1202.0084.7270.6301.8574.5773.040.5
4、1.7184.3776.3501.5874.2079.4601.4604.0382.7701.3383.8686.5801.2243.6990.4901.1493.5893.31001.0003.00100.04.2 PE发泡之特性关系表發泡度、絕緣厚度、及破壞電壓的關系，則如下所列發泡度%絕緣厚度mm破壞電壓KV501.08.810.4500.452.24.6601.02.63.2600.71.42.7发泡度与材料抗张特性的关系如下表列发泡度%抗张强度KG/MM2伸长率%171.10490181.17500270.85490330.78350390.65370400.55280450.533
5、00470.46260500.3015001.5550在静电容量要求一定的场合，降低绝缘材料的实效介质常数，则芯线径便可减小。此时，一定尺寸的线缆管中，就可多设线路，在多心线缆场合有很大的优点。材料发泡，则强度下降，故薄绝缘场合发泡度只限于20-30%，厚绝缘时则约达50%左右，属于较低发泡的类别。4.3 发泡度的测定方法线缆发泡层的发泡度，可利用普通的密度测定法计测，所谓发泡度乃指发泡体中含多少百分比的气体，可应用下式表示之期中，d = 发泡体密度d0 = 基材原有的密度1、 密度测定法2、 线缆发泡层密度的简便方法3、 电容值测定方法：浸于水中测其电容值4、 请参考9.0详细说明4.4 押
6、出发泡法发泡剂的类别a.低沸點炭氫化合物系(丙烷、丁烷、戊烷)b.溶劑系(石油醚、有機氯化物)c.氮氣挥发性发泡剂d.無機系(碳酸氫鈉、炭酸銨)e.有機系(聯氨系、硝酸靈系、偶氮系)化学发泡剂4.5 目前市售发泡PE之发泡剂1、 高密度用尿素类2、 低密度用碳酸类大部分发泡剂的分解生成物都具有吸湿性，生成的气体亦常含水分，故在要求低损失的场合，押出线必须施行干燥手续。4.6 发泡押出用押出机押出机的L/D约20-28，并有较长的供料段，压缩比约2.0-2.5，押出机在设计上应注意下列各点：(1) 设计小压缩比的螺杆(2) 设置反压调节器，以控制适当的反压(3) 机头与眼模部阻力尽量减小(4)
7、螺旋廊宽减小。4.7 押出条件发泡线押出的时候，其押出条件受押出机尺寸，螺杆构造、螺杆回转数及发泡剂浓度等要因素影响，很难得到通用的原则，重点在如何使材料迅速熔融，并使分解气溶于材料中，直到出眼模口后才开始发泡。押出条件例如压力、温度、及押出时间等发生变化，则押出成品特性亦发生很大变化。押出温度系指熔融材料的实际温度，当温度不同的时候，押出线的发泡特性亦起变异，温度在某一特定范围的时候，发泡特性最良好，高或低于此项范围，都无法得到质量良好的押出线。押出时材料在螺缸的停留时间，称为押出时间，对发泡特性亦有相当大的影响，材料在螺缸停留时间亦应保持在某一特定范围内，才能押出特性良好的发泡线来。综上所
8、叙，可知发泡押出作业实为一项需要相当高技朮水准的作业，押出条件设定稍有不慎，就很难制造出质量良好的发泡电线，作业人员应从不断体会中获得良好的经验，精益求精，才能达到提高水准、高质量的境界。4.8 发泡情形如下图芯線膨脹完后眼模氣泡形成大氣壓（過飽和氣體）發泡劑的分解在繼續進行材料流動方向高壓領域（氣體在材料中溶解）4.9 押出条件的影响(1) 押出温度的影响采用添加发泡剂进行押出发泡的时候，押出温度条件对发泡特性的良莠占有决定性地位，押出温度如能与发泡剂分解温度充分配合，必可制造出特性良好的成品。低温押出气泡数很少，温度上升则气泡分布逐渐均匀，发泡度渐行提高，在到达某温度的时候，发泡度最高，并
9、得到极细微的气泡构造温度再上升则气泡粗大化，并有气泡破裂现象，形成不均匀的气泡构造。此项最适当温度条件，端视材料别而异，除利用实验来决定外，实别无良途可循。(2) 螺杆回转数的影响螺杆回转数对发泡状态也有相当影响性。回转数增加的时候，发泡度也逐渐增加，气泡构造更形微细，直至达到某限度为止。超过此限度后，效果反而下降，故如何决定适当的螺杆回转数，诚极重要。4.10 外眼形状的影响押出发泡用眼模，在设计时必须考虑外眼出口后的膨胀性，若以A表示材料发泡前后的断面积比，则D2cw-D2wD2d-D2wA=此处Dd = 外眼孔径Dcw = 完成线外径Dw = 导体或芯线外径 發泡押出外眼孔徑計算一般薄层
10、押出的时候，膨胀比约等于2，厚层押出则膨胀比约等于4，押出发泡外眼孔径，可利用前式变形，求出如下若A=2，則 当发泡后的完成外径及导体外径决定时，外眼孔径便可利用公式很简便的求出来。外眼入口角也为设计的重要项目。在发泡押出场合，眼模内角通常皆略大于实体押出眼模的角度。低发泡薄层押出的场合，入口角约60-90，出口角9-15，设极廊长或不设长，这样设计眼模便能得到良好的押出表面，押出发泡用眼模代表例38MM EMBED Equation.3 發泡押出用外眼4.11 厚发泡层的冷却发泡层的特性，受冷却条件的影响很大，气泡系在外眼出口后才开始膨胀，为使其完全发泡，应设相当距离的空冷段，厚层押出后急冷
11、，则发泡度降低，押出表面常起波浪，成为芯线变形原因之一。发泡体本为隔热材料，芯线表面与内部温度相差很大，便会发生变形，故厚层押出一定要实行分段冷却的技巧才行。押出线尚未充分冷却便开始卷取，结果很容易发生变形与溃裂现象，故冷却水槽末段一定要维持充分的低温，芯线倘有浮出水面现象，亦发生部分的变形，应设法使线完全浸入水中冷却。4.12 发泡绝缘周期性的不良在绝缘芯线纵向，若有轻微的发泡度及外径变动，则在高精度的高频线缆，便导致特性阻抗的变化，结果影响线缆特性，引起不良。特性阻抗变动的时候，在变动部分便引超电波的反射，结果使线缆特性，例如电压定在波比(VSWR)变劣，特别是特性阻抗呈周期性变动场合，倘
12、每隔1长便有特性阻抗变化，则利用下式关系，在所示频率时其VSWR便显著加大。在要求高性能场合，一定要设法使制造条件固定，此时必须注意下列各点，才能使变异减为最低(1) 选用质量均匀的材料(2) 材料供入定量化(3) 保持一定的押出温度(4) 保持螺杆回转数不变(5) 维持一定温度的导体预热(6) 维持一定的线速。5. 材料物理发泡方式5.1 物理发泡(氮气发泡)圖1* 此圖系NOKIA-MAILLEFER 公司提供成核劑充實PE粒此发泡方式如图1，所使用之材料为充实型聚乙烯于芯线制程，可使用较广泛材料软化温度(+10)，然后利用超音速原理将氮气注入PE材料形成均匀气泡。此设备最大缺陷是压缩机寿
13、命短及注孔阻塞，如今新的压缩机组件及氮气注入孔已使此设备焕然一新，提高可靠度。物理发泡早期是用于同轴电缆(CATV)，由于外径约3.5mm故其发泡度可达70%，而不影响其电缆机械强度。现今以三层同时押出(skin-foam-skin)应用于通信电缆绝缘芯线，如图2所示。内层是使用低密度充实PE，厚度约10m紧密粘着于导体，使二者间不留任何间隙，防止水汽及石油膏纵向渗入其间而破坏电缆特性发泡层由充实PE混合约1%成核剂(Nucleating)后于押出机注入氮气，形成均匀气泡而与内层紧密结合，避免发生气泡直接与导体非连续密着，导致绝缘导体松脱。由于无此项顾虑，故发泡度可提高至60%外层系使用充实PE能使外观平整。充實PE粒成核劑* 此圖系NOKIA-MAILLEFER 公司提供圖1物理發泡方式氮氣5.2 应用氮气发泡之优点5.2.1 发泡度可利用氮气流量大小控制自如，且可达到60%，用于改善芯线外径与静电容量之关系，更能符合各种不同通信电缆规格。5.2.2 化学发泡的发泡剂含有杂质，热分解时仍有残留物理发泡则以高纯度
