具有高发泡度的射频同轴电缆的制造方法

技术领域

本发明涉及同轴电缆技术领域，尤其涉及一种具有高发泡度的射频同轴电缆的制造方法。

背景技术

通信和电子设备的工作频率和带宽不断提高，设备所用同轴电缆面临高频化的要求。例如，国际上已开发了工作频率为65GHz的射频同轴电缆，并开始对工作频率高达110GHz的同轴电缆(甚至更高频率的太赫兹同轴电缆)进行技术储备。限制电缆高频应用的最重要的因素是电缆高频下的衰减。电缆衰减由阻抗性衰减和介质损耗性衰减两部分组成，后者与频率成正比，且随着频率升高，后者在总衰减中所占比例逐步增加。因此，降低同轴电缆介质损耗性衰减具有重要意义。

目前，同轴电缆的主要结构为内导体、绝缘层、外导体及护套，绝缘层包覆在内导体外表面，外导体包覆在绝缘层外表面，护套包覆在外导体外表面。降低介质损耗性衰减的一个重要途径，是采用物理或化学发泡挤塑技术制备电缆的绝缘层(下面将内导体和绝缘层合称为绝缘缆芯)。其中，化学发泡是将化学发泡剂与绝缘层材料共混，通常采用放热型发泡剂偶氮二甲酰胺(英文缩写为AC或AZO)作为化学发泡剂，当挤塑机内的温度高于化学发泡剂分解温度时，化学发泡剂会释放出气体，使得绝缘层发泡。但是，无论采用怎样的基础树脂(如聚乙烯、聚全氟乙丙烯)，化学发泡方法很难获得50％以上的发泡度。要获得更高的发泡度，通常采用物理发泡，用氮气和/或二氧化碳作为发泡剂，在挤塑绝缘层时发泡剂以超临界状态注入挤塑机机膛。

目前，使用最多、且可到达的发泡度最高的射频同轴电缆的制备绝缘层用的基础树脂为聚乙烯塑料，即将低密度聚乙烯(LDPE)和高密度聚乙烯(HDPE)的共混料作为制备绝缘层的材料。这一工艺的优势是绝缘层发泡度可以达到82％，发泡倍率(绝缘层发泡前密度与发泡后密度的比值)可以达到接近6的水平。用这种聚乙烯共混物作为基础树脂生产的射频同轴电缆(含漏泄同轴电缆)在移动通信基站、隧道通信系统中获得广泛使用。但想要继续提高发泡度，例如84％以上，则很变得非常困难甚至不可能，原因是LDPE/HDPE共混物熔体强度有限，发泡度继续增加将导致含有发泡剂的绝缘层熔体在通过挤塑机头膨胀发泡时，熔体内大量泡孔壁破裂，气体逸出，并导致绝缘层塌陷变形，严重时甚至造成挤塑出胶量不稳定，由此生产出的同轴电缆的电气性能(如衰减、电压驻波比等指标)将无法满足要求。

一直以来，电缆绝缘层不论是采用化学发泡还是物理发泡，都是将挤塑和发泡在一道工序完成，以下称为一步法发泡。在一步法发泡中，发泡气体或来自以超临界状态注入机膛的氮气和/或二氧化碳，或来自因挤塑温度高于化学发泡剂分解温度而导致化学发泡剂释放的气体，由于挤塑机膛和机头内的压力高而压制住熔体不能膨胀；当绝缘层挤塑出模后，由于压力释放，含有气体的熔体立刻膨胀，绝缘层因此发泡。这种方法会制约发泡度的进一步提高，无法进一步降低同轴电缆的介质损耗性衰减。

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同轴电缆的方法无法进一步降低介质损耗性衰减的技术问题。本发明提供一种具有高发泡度的射频同轴电缆的制造方法，将挤塑和发泡分为两道独立的工序，得到的射频同轴电缆聚烯烃绝缘层发泡度可以进一步提高，发泡倍率可以达到10以上，能够进一步有效降低同轴电缆的介质损耗性衰减。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有高发泡度的射频同轴电缆的制造方法，其特征在于，所述射频同轴电缆包括绝缘缆芯、外导体及护套，所述外导体包覆在所述绝缘缆芯的外表面，所述护套包覆在所述外导体的外表面，所述绝缘缆芯包括内导体和绝缘层，所述绝缘层包覆在所述内导体的外表面；所述制造方法包括以下步骤：S1：在基础树脂中加入化学发泡剂、成核剂、紫外交联光引发剂和交联敏化剂，并将所述化学发泡剂、成核剂、紫外光交联引发剂、交联敏化剂和基础树脂混合均匀，得到制备绝缘层的材料A；

S2：采用低温强制挤塑工艺，将所述材料A通过挤塑机在所述内导体外表面挤出所述绝缘层，得到未发泡的绝缘缆芯；S3：当所述未发泡的绝缘缆芯被挤出挤塑机的机头后，立即采用紫外光源对所述未发泡的绝缘缆芯进行辐照处理，使得所述绝缘层实现微交联；S4：将经过步骤S3处理的未发泡的绝缘缆芯进行加热发泡处理，使得绝缘层发泡，然后再将绝缘缆芯进行冷却定型，得到发泡的绝缘缆芯；S5：在所述发泡的绝缘缆芯外表面包覆上外导体，然后再通过挤塑机在外导体外表面挤出护套，得到射频同轴电缆。

进一步地，所述基础树脂为高密度聚乙烯或聚丙烯，化学发泡剂的添加量为所述基础树脂质量的2％-10％。

进一步地，所述紫外交联光引发剂为二苯甲酮或4-羟基二苯甲酮月桂酸酯，所述紫外交联光引发剂的添加量为所述基础树脂质量的0.5％-2％；所述交联敏化剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、三聚氰酸三烯丙醋、三烯丙基异氰脲酸酯或三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，所述交联敏化剂的添加量为所述基础树脂的0.2％-0.6％。

进一步地，所述挤塑机机膛和机头的温度均小于180℃。

进一步地，所述低温强制挤塑工艺为采用单螺杆挤塑机，所述单螺杆挤塑机的机膛内壁或机膛衬套内壁上开设有螺旋沟槽，所述螺旋沟槽的螺旋升角为40°-65°，所述螺旋沟槽的螺纹旋向与螺杆的螺纹旋向相反。

进一步地，所述低温强制挤塑工艺为采用单螺杆挤塑机，所述单螺杆挤塑机的螺杆为销钉型螺杆。

进一步地，所述低温强制挤塑工艺为采用双螺杆挤塑机，所述双螺杆挤塑机包括锥形同向双螺杆挤塑机、锥形异向双螺杆挤塑机或平行双螺杆挤塑机。

进一步地，经过步骤S3处理的绝缘层内会形成凝胶，所述凝胶的含量占绝缘层总量的18％-50％。

进一步地，所述紫外光源包括紫外LED灯和高压紫外汞灯，当未发泡的绝缘缆芯的绝缘层的厚度小于3mm时，采用紫外LED灯作为紫外光源；当未发泡的绝缘缆芯的绝缘层的厚度为3mm-5mm时，采用高压紫外汞灯作为紫外光源；当未发泡的绝缘缆芯的绝缘层的厚度大于5mm时，将紫外LED灯和高压紫外汞灯同时作为紫外光源。

进一步地，步骤S4中的加热发泡处理具体为：将经过步骤S3处理的未发泡的绝缘缆芯通过加热管，所述加热管内的温度为230℃-300℃，所述加热管的长度为15m-30m，所述未发泡的绝缘缆芯穿过所述加热管的速度为2-15m/min。

本发明的有益效果如下：

本发明的具有高发泡度的射频同轴电缆的制造方法，通过将挤塑和发泡分为独立的两个步骤，在挤塑时采用低温挤塑，防止绝缘层提前发泡，在发泡时采用紫外交联与加热结合的方式，使得绝缘层的发泡度可以达到90％以上，发泡倍率达到10以上，相比现有技术的一步法发泡有了明显提升，能够有效降低射频同轴电缆的衰减，提高传输速比。

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是本发明的射频同轴电缆的结构示意图。

图2是本发明的具有高发泡度的射频同轴电缆的制造方法的流程图。

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，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

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1所示，射频同轴电缆包括绝缘缆芯1、外导体2及护套3，外导体2包覆在绝缘缆芯1的外表面，护套3包覆在外导体2的外表面，绝缘缆芯1包括内导体11和绝缘层12，绝缘层12包覆在内导体11的外表面。

如图2所示，具有高发泡度的射频同轴电缆的制造方法包括以下步骤。

S1：在基础树脂中加入化学发泡剂、成核剂、紫外交联光引发剂和交联敏化剂，并将化学发泡剂、成核剂、紫外光交联引发剂、交联敏化剂和基础树脂混合均匀，得到制备绝缘层的材料A。

在本实施例中，基础树脂可以为高密度聚乙烯或聚丙烯，当基础树脂选择高密度聚乙烯时，可以选择AC作为化学发泡剂。当基础树脂选择聚丙烯时，可以选择AC或者AZO作为化学发泡剂。化学发泡剂的添加量为基础树脂质量的2％-10％，优选为2.5％-5％。本实施例的化学发泡剂的添加量远高于现有技术中化学发泡剂的添加量(0.2％-1％，一般不超过2％)，这样做是为了在后续独立的发泡工艺中能够获得更高的发泡度。

成核剂是指能够改变部分结晶行为，提高制品透明度、刚性、表面光泽、抗冲击韧性和热变形温度，缩短制品成型周期，提高制品加工和应用性能的功能型化学助剂。本实施例中成核剂例如可以是聚四氟乙烯塑料。

在本实施例中，紫外交联光引发剂可以为二苯甲酮或4-羟基二苯甲酮月桂酸酯，紫外交联光引发剂的添加量为基础树脂质量的0.5％-2％。交联敏化剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、三聚氰酸三烯丙醋、三烯丙基异氰脲酸酯或三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，交联敏化剂的添加量为基础树脂的0.2％-0.6％。

S2：采用低温强制挤塑工艺，将材料A通过挤塑机在内导体外表面挤出绝缘层，得到未发泡的绝缘缆芯。

在本实施例中，由于添加了含量较高的化学发泡剂，为了防止化学发泡剂在挤塑过程中发泡，采用低温强制挤塑工艺进行挤塑，保证挤塑过程中的温度低于化学发泡剂的分解温度，同时不会影响挤塑效率。

化学发泡剂AC的分解为205℃-212℃，采用现有技术中的一步法发泡绝缘层时，为了让化学发泡剂AC在挤塑机内分解，挤塑机机膛和机头的温度均要高于215℃，这样熔体从机头挤出时才能立刻膨胀，实现发泡。而本实施例是要避免绝缘层在挤塑工序中发泡，所以挤塑机机膛和机头的温度需要低于化学发泡剂的分解温度，例如，挤塑机机膛和机头的温度设置为均低于180℃，例如是170℃。

但是，在较低温度下挤塑时，聚烯烃熔融黏度较高，塑化不均匀，会造成挤塑困难甚至难以挤塑。因此，本实施例为了能够在较低温度下顺利挤塑，采用低温强制挤塑工艺实现挤塑。实现低温强制挤塑可以采用三种方式。第一种，可以采用单螺杆挤塑机，所述单螺杆挤塑机的机膛内壁或机膛衬套内壁上开设有螺旋沟槽，所述螺旋沟槽的螺旋升角为40°-65°，所述螺旋沟槽的螺纹旋向与螺杆的螺纹旋向相反。螺旋沟槽的深度小于材料A粒子的直径(2-4mm)，螺旋沟槽的宽度要大于材料A粒子的直径。螺旋沟槽的数量例如是3-6条沟槽，沟槽的数量挤塑机机膛内的直径相关，直径越大，沟槽的数量可以设置更多，但是还需要考虑到机膛内衬套的强度要求。第二种，可以采用单螺杆挤塑机，所述单螺杆挤塑机的螺杆为销钉型螺杆。第三种，可以采用双螺杆挤塑机，所述双螺杆挤塑机包括锥形同向双螺杆挤塑机、锥形异向双螺杆挤塑机或平行双螺杆挤塑机。这三种方式可以单独使用也可以联合使用，从而实现在低于化学发泡剂分解温度的条件下，材料A的熔体仍然可以实现良好的塑化质量、高效挤塑的目的。

S3：当未发泡的绝缘缆芯被挤出挤塑机的机头后，立即采用紫外光源对未发泡的绝缘缆芯进行辐照处理，使得绝缘层实现微交联。

在本实施例中，当未发泡的绝缘缆芯被挤出挤塑机的机头后，仍然是处于熔融状态下，此时，立即采用紫外光源对未发泡的绝缘缆芯进行辐照，实现紫外交联。交联是指线型或支型高分子链间以共价键连接成网状或体型高分子的过程，交联度可以通过交联后含有的凝胶含量来表征。进行紫外交联后，未发泡的绝缘缆芯内的会形成部分凝胶，这些凝胶聚合物的分子链从二维结构变成了三维结构。并且，未发泡的绝缘缆芯从挤塑机机头挤出后，并没有完全熔化，而是表现出具有一定的粘弹性。在本实施例中，交联度不能过高(即凝胶含量不能过多)，否则会导致发泡困难，发泡度偏低。交联度也不能过低(即凝胶含量不能过少)，否则，绝缘层的粘弹性较低，会承受不住发泡气体膨胀产生的张力而导致泡孔破裂，导致气体从绝缘层表面逃逸出去，因此，本实施例将交联后凝胶的含量控制在18％-50％之间，例如是30％-45％，使得绝缘层的发泡效果可以达到更优。

此外，针对不同的绝缘层厚度，可以采用不同的紫外光源进行辐照。由于绝缘缆芯没有添加任何颜料，所以非常适合紫外辐照进行交联。当绝缘层的厚度为3mm以下时，可以采用紫外LED灯进行辐照；当绝缘层的厚度为3mm-5mm时，可以采用高压紫外汞灯进行辐照；当绝缘层厚度为5mm以上时，可以同时采用紫外LED灯和高压紫外汞灯进行辐照，例如先使用紫外LED灯进行辐照，然后再用高压紫外汞灯进行辐照。需要注意的是，在采用紫外光源照射时，光源都应该尽可能地靠近挤塑机机头以提高辐照效率。

S4：将经过步骤S3处理的未发泡的绝缘缆芯进行加热发泡处理，使得绝缘层发泡，然后再将绝缘缆芯进行冷却定型，得到发泡的绝缘缆芯。

需要说明的是，加热可以采用加热管，将经过步骤S3处理的未发泡的绝缘缆芯通过加热管，加热管内的温度为230℃-300℃，加热管的长度为15m-30m，未发泡的绝缘缆芯穿过加热管的速度为2-15m/min。在经过紫外光源辐照后，未发泡的绝缘缆芯内形成了部分凝胶，且表现出一定的粘弹性。当未发泡的绝缘缆芯被加热时，绝缘层的温度高于化学发泡剂的分解温度，化学发泡剂会释放出气体，使得处于粘弹状态的绝缘层发泡，而由于部分凝胶的存在，当绝缘层的发泡度很高(例如达到92％以上)时，发泡泡孔也不会破裂，可以得到大量均匀细密的泡孔。绝缘缆芯穿过加热管受到的加热时间和加热管内的温度设置可以根据绝缘层的厚度及需要实现的发泡度进行设置。绝缘层越厚及要实现的发泡度越高，则加热管内的温度要设置得越高或受热时间设置得越长。如果加热管内的温度提高，则可以减少受热时间，有利于提高生产效率；或者延长受热时间，那么可以适当地降低加热管内的温度，防止绝缘缆芯因悬垂时间过长而不圆整。本实施例制备得到的绝缘层发泡度可以进一步提升，并且泡孔大小更佳均匀。

S5：在发泡的绝缘缆芯外表面包覆上外导体，然后再通过挤塑机在外导体外表面挤出护套，得到射频同轴电缆。

需要说明的是，外导体例如可以是轧纹铜管外导体。

采用本发明的制造方法，得到的高密度聚乙烯绝缘层的发泡密度最低可以达到0.08g/cm

实施例1

采用高密度聚乙烯(陶氏化学公司，DGDA6944)作为基础树脂，在100质量份的高密度聚乙烯中加入5质量份的化学发泡剂(AC)，0.5质量份的成核剂(PTFE微粉)，1质量份的紫外交联光引发剂(二苯甲酮)以及0.3质量份的交联敏化剂(季戊四醇三丙烯酸酯或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯)，将这些添加剂和高密度聚乙烯粒子充分混合均匀，得到制备绝缘层的材料A。

采用锥形同向双螺杆挤塑机进行低温强制挤塑。选用的内导体直径为3.55mm，特性阻抗为50Ω。将材料A通过挤塑机在该内导体外表面挤出绝缘层，挤塑时绝缘层未发泡，挤出的绝缘缆芯的直径为4.4mm。挤塑时，挤塑机机膛和机头处的温度为150℃-170℃范围内。

绝缘缆芯从挤塑机机头挤出后立即用紫外LED灯进行辐照，紫外LED灯安装在挤塑生产线上，且多个紫外LED灯并排组成辐照光源阵列，总功率为2kw。紫外交联后的绝缘缆芯内的凝胶含量为40％。然后再将该绝缘缆芯穿过加热管内进行加热，加热管内的温度为230℃-250℃，绝缘缆芯在加热管内的受热时间为4min-7min，在加热管内实现绝缘层的发泡。离开加热管的绝缘缆芯经过风冷和水冷进行冷却定型，然后由收线装置收上电缆盘具。最后，将发泡后的绝缘缆芯包覆上外导体，以及在外导体外表面挤出护套，即得到了射频同轴电缆。

实施例2

实施例2与实施例1的区别之处在于，采用聚丙烯(陶氏化学公司，JQDB-2230)作为基础树脂，挤塑得到的未发泡的绝缘缆芯的直径为5.3mm，挤塑时，挤塑机机膛和机头处的温度为155℃-175℃范围内。

对比例1

对比例1与实施例1的区别之处在于，采用的基础树脂为低密度聚乙烯和高密度聚乙烯的混合物，并且采用一步法发泡工艺。

实施例1-2及对比例1的制备得到的射频同轴电缆的特性如表1所示。

表1

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由表1可知，与对比例1相比，实施例1和2制备得到的绝缘层的发泡度要明显高于对比例1，实施例1的发泡度提高了11.6％，发泡倍率达到9.7；实施例2的发泡度提高了13.2％，发泡倍率达到11.2。并且，实施例1和实施例2的同轴电缆的衰减相比对比例1也有了明显地降低，且电缆频率越高，衰减降低的幅度越大。此外，实施例1和实施例2的电缆的传输速比相比对比例1有了明显提高。

综上所述，本发明的制造方法，将绝缘层的挤塑和发泡两个过程分别在两个独立的工序来实现，先用低温强制挤塑工艺获得未发泡的绝缘缆芯，然后对挤塑后的未发泡的绝缘缆芯进行微交联处理，使含有化学发泡剂的绝缘层内形成部分凝胶，这些凝胶的聚合物分子链从二维结构转为三维结构，绝缘层在后续受热过程中不会全部熔融，而是表现出一定的粘弹性。当加热绝缘缆芯时，绝缘层的温度高于化学发泡剂的分解温度时，化学发泡剂释放出气体，使得处于粘弹态的绝缘层发泡，而由于绝缘层含有部分凝胶，即使发泡度很高(例如高达92％)，发泡泡孔也不会破裂，可以得到大量均匀细密的泡孔。

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。