同轴连接器的绝缘支撑体的制造方法

技术领域

本发明涉及同轴连接器技术领域，尤其涉及一种同轴连接器的绝缘支撑体的制造方法。

背景技术

为了得到更大的通信容量和更高的传输速率，移动通信频率和频率带宽不断再增加。目前，频率在6GHz以下的第五代移动通信(5G)已商用化，未来还将开通毫米波(频率在28GHz以上)5G系统。因此，移动通信用的射频同轴连接器应满足使用频率高、工作频带宽、损耗低和电压驻波比小的要求。要满足这些要求，绝缘支撑体成为关键。

目前，射频同轴连接器通常采用由聚四氟乙烯(PTFE)材料制成的实心结构的绝缘支撑体。在众多聚合物中，PTFE具有最低的介电常数(在1GHz以下为2.01～2.03)，介电损耗极低，具有较高的介电强度和耐热性。PTFE的这些特点有利于降低同轴连接器的损耗，增加同轴连接器的使用频率。然而，PTFE绝缘支撑体的实心结构，使其成为改善同轴连接器插入损耗和截止频率性能的短板。当同轴连接器使用频率达到毫米波时，要求同轴连接器的绝缘支撑体的等效介电常数应不大于1.8，这就需要绝缘支撑体为混合绝缘介质结构，即绝缘支撑体结构中含有空气。

目前，绝缘支撑体获得混合绝缘介质结构的最常用的方法是镂空法，在绝缘支撑体两端面上开设环形槽，并在绝缘支撑体截面上开设多个空气孔，多个空气孔沿绝缘支撑体截面圆周均匀分布(如图1所示)，从而形成混合绝缘介质，能够降低绝缘支撑体的介电常数，介质损耗也会降低。

但是，由于PTFE材料机械强度不高，在绝缘支撑体上开槽和开孔很容易造成绝缘支撑体损坏。另外，频率越高，绝缘支撑体的尺寸越小。例如，使用频率为110GHz的1mm规格的毫米波连接器，其外导体内径为1mm(装配好的连接器中的绝缘支撑体外径也为1mm)，这加大了镂空的难度，镂空工艺合格率大幅度降低。因此，镂空法一般用于机械强度较高的聚醚醚酮(PEEK)材料和聚醚酰亚胺(PEI)材料的绝缘支撑体。但是，由于PEEK和PEI的介电常数较高，要想使得绝缘支撑体的有效介电常数达到1.8及以下，绝缘支撑体镂空体积不得不加大，导致加工难度增加，加工合格率也会下降。并且，PEEK和PEI的介质损耗明显高于PTFE。

因此，为了降低绝缘支撑体的等效介电常数，除上述的镂空法外，还可以将绝缘支撑体设置成微孔结构，即在绝缘支撑体内部有大量的空气微孔。然而，由于PTFE为不熔性聚合物，不能进行高温熔融加工，很难用注塑和挤塑方法得到微孔结构的PTFE。

为了克服PTFE不能熔融发泡的缺点，通常采用四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(一般称为可熔性全氟烷氧基共聚物，英文缩写为PFA)来发泡制得微孔结构。PFA俗称为可熔性聚四氟乙烯，是四氟乙烯单体(TFE)与少量全氟烷基乙烯基醚单体(PAVE)的共聚物，其介电性能、耐热性等性能十分接近PTFE，但高温机械强度是PTFE的两倍以上，且同样具备介电常数和介质损耗几乎不受温度变化影响的优点。

目前，制备微孔结构的PFA绝缘支撑体方法有化学发泡法和物理发泡法。物理发泡是指在挤塑机机膛内注入高压氮气或二氧化碳。为了保持注入气量的稳定，注入气体应保持超临界状态。物理发泡需要额外的气体注入系统，对挤塑机有较高的要求，且注入气体的喷嘴在使用中容易损坏，难以维持气体的超临界状态。化学发泡法是在待挤塑的塑料粒料中加入化学发泡剂，发泡工艺简单，发泡质量稳定。目前使用的化学发泡剂有AC(偶氮二甲酰胺)、OBSH(4,4’(苯磺酰肼)等，然而这些化学发泡剂的分解温度通常都低于200℃，而氟塑料熔点通常更高，例如PFA熔点约310℃，聚全氟乙丙烯(四氟乙烯单体TFE与六氟丙烯单体HFP的共聚物，英文缩写为FEP)熔点约260℃。因此，在氟塑料挤塑发泡工艺中，这些化学发泡剂在挤塑机机膛加料段就会分解，气体从加料口逸出，无法在挤塑机机膛中段的塑料熔化段才分解并溶解在氟塑料熔体中，导致难以使熔体出模后再发泡。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中制备微孔结构的PFA绝缘支撑体的方法制备效果不理想的技术问题。本发明提供一种同轴连接器的绝缘支撑体的制造方法，能够有效降低绝缘支撑体的有效介电常数，提高同轴连接器的截止频率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种同轴连接器的绝缘支撑体的制造方法，所述绝缘支撑体具有微孔结构，且所述绝缘支撑体的截面为环形，所述制造方法包括以下步骤：S1：将PFA材料与FEP材料进行混合得到共混聚合物A；S2：将MFA材料加入到所述共混聚合物A中，得到共混聚合物B；S3：确定绝缘支撑体的内径d1和外径D1；S4：将发泡材料加入所述共混聚合物B中，得到制备微孔绝缘支撑体的原料C；S5：采用挤塑机将原料C挤出成型得到微孔管材，所述微孔管材的内径与绝缘支撑体的内径d1一致，微孔管材的外径与绝缘支撑体的外径D1一致；S6：将所述微孔管材切按照厚度t切割成若干个微孔绝缘支撑体。通过本发明的制造方法，能够获得发泡效果较好的绝缘支撑体，降低绝缘支撑体的有效介电常数，提高同轴连接器的截止频率，且能够降低制备成本。

进一步地，为了降低制备成本且提高加工效率，在步骤S1中，PFA材料与FEP材料进行混合的比例为2：1～4：1。

进一步地，为了保证发泡质量，在步骤S2中，加入的MFA材料的质量为所述共混聚合物A质量的2％～5％。

进一步地，当所需的微孔绝缘支撑体的发泡度小于或等于40％时，所述发泡材料包括聚磷酸铵和成核剂，聚磷酸铵的质量为所述共混聚合物B质量的0.2％～2％，成核剂的质量为所述共混聚合物B质量的0.05％～0.8％。

进一步地，当所需的微孔绝缘支撑体的发泡度高于40％时，所述发泡材料包括聚磷酸铵、成核剂以及膨胀微球，聚磷酸铵的质量为所述共混聚合物B质量的0.2％～2％，成核剂的质量为所述共混聚合物B质量的0.05％～0.8％，膨胀微球的质量为所述聚磷酸铵质量的30％～50％。

进一步地，为了使得化学发泡剂和成核剂能够均匀分布于共混聚合物B中，所述方法还包括：将所述发泡材料加入所述共混聚合物B之前，将在聚磷酸铵和成核剂的混合物中加入FEP材料，得到以FEP材料为载体的发泡添加剂母粒，所述发泡添加剂母粒中的FEP材料的占比为80％～90％，其余为聚磷酸铵和成核剂。

进一步地，步骤S3中确定微孔绝缘支撑体的内径d1和外径D1具体包括：

S31：同轴连接器包括内导体和外导体，所述外导体包覆在所述内导体外侧，所述微孔绝缘支撑体嵌设在所述内导体和外导体内，所述内导体的内径为d，内导体的外径为D，外径D1大于外径D，使得微孔绝缘支撑体的一部分嵌入所述外导体内，所述微孔绝缘支撑体嵌入所述外导体的深度为h；

S32：假设同轴连接器内的绝缘介质为空气，则同轴连接器截面的特性阻抗Z

其中，d为内导体的内径，D为内导体的外径，ε

S33：所述同轴连接器在微孔绝缘支撑体处的特性阻抗Z

其中，d1为微孔绝缘支撑体的内径，D1为微孔绝缘支撑体的外径，ε

S34：深度h＝(D-d)×K，k为0.15～0.3，所述外径D1＝D+2h；ε

进一步地，步骤S5中采用挤塑机将原料C挤出成型得到微孔管材具体包括：

S51：加料段：将原料C送入挤塑机的机膛内，挤塑机内的旋转螺杆将原料C在机膛内向前推进，将加料段的后段温度设置为200℃～270℃；S52：熔化段：熔化段的温度为300℃～365℃，原料C进入熔化段后会被熔化，此时，共混聚合物B熔化成熔体，发泡添加剂母粒分解成气体并溶解在所述熔体中；S53：计量段：计量段的温度为375℃～390℃，步骤S52中的含有气体的熔体进入计量段后，由于计量段的体积是固定的，旋转螺杆可以将固定体积的含有气体的熔体推入挤塑机机头；S54：机头的温度为385℃～390℃，所述含有气体的熔体被推出机头的模具口后，会立即膨胀发泡，得到微孔管材，再将微孔管材进行冷却降温定型。

进一步地，所述挤塑机机膛与挤塑机机头之间设有齿轮泵。

进一步地，设所述微孔绝缘支撑体处的截止频率f

其中，f

本发明的有益效果如下：

本发明的同轴连接器的绝缘支撑体的制造方法，通过采用PFA材料和FEP材料作为基础材料，能够降低制备成本且能够提高加工效率；通过在共混聚合物A中添加MFA材料能够进一步提升发泡质量；为了提升发泡度可以采用化学发泡和物理发泡结合的方式。通过本发明制备方法得到的微孔结构的绝缘支撑体具有较高的发泡度，发泡质量良好，泡孔细腻均匀，能够降低绝缘支撑体的有效介电常数，进一步提高同轴连接器的截止频率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是现有技术的射频同轴连接器绝缘支撑体镂空结构的横截面和剖视图。

图2是本发明的同轴连接器的绝缘支撑体的制造方法的流程图。

图3是本发明的绝缘支撑体的装配示意图。

图4是本发明的确定微孔绝缘支撑体的内径d1和外径D1的流程图。

图5是本发明的采用挤塑机将原料C挤出成型得到微孔管材的流程图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图2所示，一种同轴连接器的绝缘支撑体的制造方法，包括以下步骤。

S1：将PFA材料与FEP材料进行混合得到共混聚合物A。

需要说明的是，PFA是可熔性聚四氟乙烯的英文缩写，FEP是氟化乙烯丙烯共聚物的英文缩写，FEP是四氟乙烯和六氟丙烯共聚而成的，FEP结晶熔化点为304℃。由于PFA材料的成本较高，为了降低制备成本并提高加工效率，本实施例在PFA材料中添加PEP材料，将PFA材料和PEP材料混合得到的共混聚合物A作为制备绝缘支撑体的基础材料，PFA材料与FEP材料均为塑胶颗粒。在本实施例中，PFA材料与FEP材料进行混合的比例为2：1～4：1。由于PFA材料的的介电性能和耐高温特性显著高于FEP材料，因此，在共混聚合物A中，PFA材料的比例更高一点，但是，PFA材料的成本也比FEP材料更高。因此，本实施例选择的2：1～4：1的配比是在特性和成本上取得了平衡，既能够降低成本，又可以保留PFA绝缘支撑体同轴连接器的优良性能。

S2：将MFA材料加入到共混聚合物A中，得到共混聚合物B。

需要说明的是，在共混聚合物A中添加MFA材料，能够提高PFA材料和PEP材料在熔融状态下的相容性和熔体流变性质的均匀性，保证后续发泡效果；同时能够减少在挤塑时，挤塑机头模具口处的焦料堆积现象。在本实施例中，加入的MFA材料的质量为共混聚合物A质量的2％～5％。在共混聚合物A中添加MFA材料主要是为了增加FEP材料和PFA材料接触界面的相容性，如果添加的MFA材料太少，则无法达到预期的效果。由于MFA材料的整体性能不如PFA材料，如果添加的MFA材料太多，则会降低同轴连接器传输性能。另外，PFA材料、FEP材料和MFA材料的相对介电常数基本相同，例如，在1MHz～1GHz频率范围内，介电常数在2.03左右。在本实施例中，选用的PFA材料为杜邦的PFA420HP-J，FEP材料为杜邦的FEP9475，MFA材料为索尔维(Solvay)的HaflonMFA1041或者苏威(上海)有限公司的F1540。

S3：确定微孔绝缘支撑体的内径d1和外径D1。

需要说明的是，在确定微孔绝缘支撑体的内径和外径时，绝缘支撑体的固定方式为嵌入内导体和外导体内部，这样，绝缘支撑体表面产生的不连续的电容最小，从而对同轴连接器的电压驻波比影响最小。

如图3和图4所示，具体的步骤为：

S31：同轴连接器包括内导体1和外导体2，外导体2包覆在内导体1外侧，微孔绝缘支撑体3嵌设在内导体1和外导体2内，内导体1的内径为d，内导体1的外径为D，外径D1大于外径D，使得微孔绝缘支撑体3的一部分嵌入外导体2内，微孔绝缘支撑体3嵌入外导体2的深度为h。

也就是说，微孔绝缘支撑体3的一部分是嵌入外导体2内侧的，绝缘支撑体3的外径D1＝D+2h。

S32：假设同轴连接器内的绝缘介质为空气，则同轴连接器截面的特性阻抗Z

其中，d为内导体1的内径，D为内导体1的外径，ε

S33：同轴连接器在微孔绝缘支撑体处的特性阻抗Z

其中，d1为微孔绝缘支撑体3的内径，D1为微孔绝缘支撑体3的外径，ε

S34：深度h＝(D-d)×K，k为0.15～0.3，外径D1＝D+2h；ε

可以理解的是，深度h越大，微孔绝缘支撑体的外径D1就越大，同轴连接器在微孔绝缘支撑体处的截止频率f

设微孔绝缘支撑体处的截止频率f

其中，f

S4：将发泡材料加入共混聚合物B中，得到制备微孔绝缘支撑体的原料C。

需要说明的是，发泡材料可以分为两种情况。

例如，当所需的微孔绝缘支撑体的发泡度小于或等于40％时，发泡材料包括聚磷酸铵和成核剂，聚磷酸铵的质量为共混聚合物B质量的0.2％～2％，成核剂的质量为共混聚合物B质量的0.05％～0.8％。

例如，当所需的微孔绝缘支撑体的发泡度高于40％时，发泡材料包括聚磷酸铵、成核剂以及膨胀微球，聚磷酸铵的质量为共混聚合物B质量的0.2％～2％，成核剂的质量为共混聚合物B质量的0.05％～0.8％，膨胀微球的质量为聚磷酸铵质量的30％～50％。

将发泡材料加入共混聚合物B之前，将在聚磷酸铵和成核剂的混合物中加入FEP材料，得到以FEP材料为载体的发泡添加剂母粒，发泡添加剂母粒中的FEP材料的占比为80％～90％，其余为聚磷酸铵和成核剂。发泡添加剂母粒在受热时会分解释放出气体。例如，可以采用双螺杆挤塑机进行造粒。

膨胀微球是一种核壳结构，内部的核为低沸点的烷烃，外部的壳为热塑性聚合物，膨胀微球的直径一般为10～30μm，受热时，内核会先气化，然后外壳会变软，内部的气体使得外壳开始膨胀，当外壳内外的气压达到平衡时，膨胀微球的体积达到最大，膨胀微球的直径变成原来的几倍，冷却后，外壳会再次变硬，膨胀微球的体积固定。本发明选用的膨胀微球为西能化工科技有限公司的高温膨胀微球，其最高发泡温度可以达280℃。

需要说明的是，共混聚合物B中三种材料的熔点均较高，但是大多数商业化的化学发泡剂还未达到共混聚合物B的加工温度就会分解殆尽，无法达到发泡效果。例如，以通信线缆行业首选的化学发泡剂偶氮二甲酰胺(AZ)为例，其在120℃以上即开始分解，在空气中的分解温度为195℃。因此，若先将AZ与共混聚合物B配混造粒，AZ在造粒工序中就已经分解释放出气体，得到的粒料在用于下一步挤塑加工微孔绝缘支撑体时已丧失发泡性；若在挤塑微孔绝缘支撑体时才将AZ母粒加入挤塑机，那么AZ开始分解时共混聚合物B才开始熔化，AZ释放的气体会从挤塑机加料口逃逸，得到的绝缘支撑体发泡度将很低。因此，需要找到高温下才分解释放出气体的发泡剂来实现本实施例的绝缘支撑体的发泡。本实施例选用聚磷酸铵作为化学发泡剂，聚磷酸铵在340℃左右会开始释放氨气，该温度高于共混聚合物B正常的加工温度，可以作为吸热型化学发泡剂使用。但是，如果化学发泡剂加入比例过高，高温分解后的残余物将会增多，从而影响绝缘支撑体的介电性能，造成同轴连接器插入损耗增加。本发明提出的聚磷酸铵添加比例，可以同时兼顾发泡度和绝缘支撑体最终信号连接的插损性能，如果想继续提高发泡度，则通过加入膨胀微球(物理发泡)来实现。

需要说明的是，为了配合化学发泡剂发泡，可以加入成核剂。成核剂可以是无机成核剂或者有机成核剂，无机成核剂例如是氮化硼、四硼酸钙、二氧化硅粉末等等，其中，二氧化硅粉末还可以吸收部分的化学发泡剂分解后留下的残渣。有机成核剂例如可以是不熔融的聚四氟乙烯(PFFE)粉末、超微细聚四氟乙烯(PTFE)粉末等等。在本实施例中，优选采用复合成核剂，将无机成核剂和有机成核剂进行混合使用，可以降低共混聚合物B的介质损耗。复合成核剂以PTFE粉末为主，无机成核剂和PTFE粉末的质量之比为1：2～1：3。复合成核剂的粒径中间值控制在5μm～25μm之间，优选为小于10μm。

无机成核剂在高温下可以保持稳定，不会分解，且成本较低，但对同轴连接器插入损耗又有负影响。PTFE作为成核剂，其成本较高，但其介质损耗低，不会影响同轴连接器的传输性能。因此，本实施例将无机成核剂和PTFE结合作为复合成核剂，且无机成核剂和PTFE粉末的质量之比为1：2～1：3，能够均衡成核剂的成本和性能。成核剂的粒径越大，得到的微孔越粗糙，而粒径降低则会导致成核剂表面积降低，成核剂表面吸附、生长的气泡减少，进而影响发泡度。如果粒径过小，则成核剂的制造成本会急剧增加。例如，要得到细腻的无机成核剂，需要进行多次研磨。此外，粒径过小还会造成在后续与共混聚合物B的配混过程中，成核剂发生“团聚”的几率增加，表现出的粒径反而会增大。成核剂的加入比例与发泡度有关，本实施例中，加入的成核剂的质量为共混聚合物B质量的0.05％～0.8％。每个微孔可简单视为围绕一个成核剂颗粒而生长的，发泡度越高，说明熔体中的气体较多，为了得到细腻的微孔，生长的微孔数量需要增加，因此需要提高成核剂加入比例，但是成核剂过多则会造成绝缘支撑体的材料成本增加以及插入损耗等性能的降低。

S5：采用挤塑机将原料C挤出成型得到微孔管材，微孔管材的内径与绝缘支撑体的内径d1一致，微孔管材的外径与绝缘支撑体的外径D1一致。

需要说明的是，如图5所示，采用挤塑机将原料C挤出成型得到微孔管材具体步骤如下：

S51：加料段：将原料C送入挤塑机的机膛内，挤塑机内的旋转螺杆将原料C在机膛内向前推进，将加料段的后段温度设置为200℃～270℃。在加料段时，原料C还未熔化和分解。

S52：熔化段：熔化段的温度为300℃～365℃，原料C进入熔化段后会被熔化，此时，共混聚合物B熔化成熔体，发泡添加剂母粒分解成气体并溶解在熔体中。熔化段的温度优选为340℃以上，使得共混聚合物B能够充分熔化，同时，发泡添加剂母粒也能够分解产生气体，气体可以溶解在熔体中形成气泡。如果发泡材料中还添加有膨胀微球，此时，膨胀微球也会开始膨胀。在熔化段中，虽然发泡添加剂母粒已经分解成气体，但是由于机膛的空间限制，对气泡有一定的制约，所以在机膛内，熔体并不会进行发泡。

S53：计量段：计量段的温度为375℃～390℃，步骤S52中的含有气体的熔体进入计量段后，由于计量段的体积是固定的，旋转螺杆可以将固定体积的含有气体的熔体推入挤塑机机头。计量段的作用是为了控制旋转螺杆每一次推的量，在计量段，熔体也不会进行发泡。

S54：机头的温度为385℃～390℃，含有气体的熔体被推出机头的模具口后，会立即膨胀发泡，得到微孔管材，再将微孔管材进行冷却降温定型。

步骤S53中的熔体被推进机头的模具中，进而再被推出模具口外，当熔体被推出模具口外时，由于外界的气压突然变小，熔体在出模具口的瞬间会进行发泡形成微孔结构。但是，由于本实施例采用的是挤管式模具，靠近机头的部分的压力会减小，熔体在经过此处时，有可能会提前发泡，导致最终发泡效果不理想。因此，本实施例在挤塑机机膛与挤塑机机头之间设有齿轮泵，齿轮泵能够增大机头内部的压力，防止熔体提前发泡。

在本实施例中，可以根据PFA/FEP/MFA的共混聚合物B的高温熔融特性和挤塑加工的基本原理来设定挤塑温度。挤塑温度既要满足共混聚合物B能够充分熔融，又要尽可能让化学发泡剂在机膛中段塑料熔化段才分解并溶解在熔体中。因此，本实施例将挤塑机加料段、熔化段和计量段的温度设置成逐渐提高，分别设置为200℃～270℃、300℃～365℃和385℃～395℃。机头温度与计量段持平或略有降低，例如设置为375～390℃，这样能够同时兼顾挤塑加工效率(即减少共混物在挤塑机膛内的停留时间)和共混物熔化质量。挤塑机螺杆长径比应不低于25D(D为螺杆直径)，以30D较为适宜。

S6：将微孔管材切按照厚度t切割成若干个微孔绝缘支撑体。

本实施例可以采用机械切割的方式将微孔管材切割成若干个厚度为t的微孔绝缘支撑体。为了便于安装，可以将微孔绝缘支撑体沿直径剖分为两部分，方便安装到内导体和外导体内。

综上所述，本发明的同轴连接器的绝缘支撑体的制造方法，通过采用PFA/FEP/MFA的共混聚合物B作为制备材料，不仅能够降低制造成本，而且能够提高绝缘支撑体的发泡效果，提高工作效率。本发明制备得到的具有微孔结构的绝缘支撑体具有较低的有效介电常数，能够提高同轴连接器的截止频率。单独采用本发明的化学发泡法并配合发泡挤塑工艺，得到的绝缘支撑体内的微孔平均直径为34μm，绝缘支撑体的发泡度为42％。当采用本发明的化学发泡和加入热膨胀微球的方法，并配合上述发泡挤塑工艺，最终得到平均直径为27μm的微孔和69％的发泡度。泡孔平均直径减小，表明热膨胀微球可带来较化学发泡方法更小的泡孔。成品表面光滑细腻，表明发泡质量良好，没有出现泡孔塌陷等情况。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要如权利要求范围来确定其技术性范围。