專利名稱：制造具有泡沫絕緣的同軸導線的設備與方法
技術領域：
本發明涉及配線，更具體的說，涉及小規格的同軸配線。
背景技術：
及內容在一些要求較高的應用中需要微型化多導線電纜組件。當需要很多導體時為了避免電纜過于笨重，通常應用非常細的導體。為了限制電力噪音和相互干涉，通常選擇具有屏蔽層的同軸導線作為導體。絕緣外皮圍繞中心導體，并且將它與導體的屏蔽層電隔離。對電纜和同軸導線的微型化受到外皮絕緣能力的限制，傳統絕緣物質的絕緣電阻不能達到微型化的要求。
先進的絕緣材料具有改進的絕緣性質從而允許細得多的外皮足以實現絕緣。這類材料包括PTFE(例如Teflon)。還包括一些改進的材料，如PTFE絕緣膠帶，可以將它沿展以產生多孔薄層從而具有改善了的絕緣性質。通過以交迭方式螺旋形纏繞這種絕緣膠帶以形成空氣間隙，導線制造方法可以提供更大的絕緣能力。但是，這種材料很貴，并且這種工藝較慢，很難精確控制而且花費很大。
對于大型制造，已經通過“泡沫化”塑料來提供絕緣性質改善了的熱塑性材料。這是利用首先在壓力條件下將氣體溶解于熔化了的塑料中，然后去除壓力使得氣泡在成品中形成來實現的。已經知道這種方法可以對厚度給定的材料提供了下述優點重量輕，材料成本減少，低電容(允許信號傳輸得更快)和增強了的絕緣能力。但是，已經證明了這種技術不適用于微型化應用。氣泡的尺寸限制了所能形成的、有用的產品的尺寸。當氣泡的尺寸大致等于壁厚時，可能會產生不能接受的電弧。已知的泡沫化工藝，特別是那些可以用于混合擠壓導線絕緣的工藝，所產生的氣泡比用于微型化電纜導線組件的同軸部件的小規格導線所能容忍的尺寸要大。一般氣泡的尺寸在0.004-0.008英寸范圍內，而所需要的壁厚是通常氣泡直徑的2-10倍，因此當需要對導線規格非常小的情況(規格小于32)進行絕緣時當前的泡沫化工藝就不行了。
本發明通過提供一種用導體和熱塑性絕緣材料制造導線的方法克服了現有技術的局限性。該方法包括加熱絕緣材料，在材料中加入加壓氣體，擠壓成型導體的絕緣材料外皮使得在外皮中產生氣體氣泡。該方法可以通過以下具體方法實現限制擠壓前的材料溫度，增加粘性以限制氣泡的膨脹，通過限制導線供給導道和擠壓模之間的間隙在擠壓過程中提供非常大的壓降。
附圖的簡要說明
圖1是根據本發明一個優選實施例的擠壓系統的簡化了的示意圖。
圖2是根據圖1實施例擠壓頭的截面視圖。
圖3是根據圖1實施例擠壓頭的放大了的截面視圖。
優選實施例的詳細描述圖1示出了擠壓導線外皮的系統10。該系統具有提供塑料的漏斗12，擠壓機14，連接著擠壓機的加壓氣體供應設備16和一個十字頭部件20。提供導線的卷軸22從進口面上的孔26向十字頭部件20提供一股導線24。在十字頭的相對一端設有擠壓模30，覆蓋了外皮的導線32從擠壓膜限定的孔中出來，穿過充滿水的冷卻槽33，然后由收集卷軸34收集。導線24在進入十字頭之前穿過預熱器36。電子控制器和加熱器系統40與系統的多個位置相連接來監測并控制系統的溫度以及穿過系統的材料。
漏斗12含有所要提供的塑料顆粒，這些顆粒優選日本MitsuiPlastics的TPX和聚甲基戊烯材料。盡管發現那些與聚烯烴相關的材料(如聚乙烯和聚丙烯)可以作為合適的替代材料，也可以應用其它任何熱塑性材料。優選材料應該具有玻璃化轉變溫度84°F，熔點為440°。
擠壓機14限定了一個細長孔，孔中有可旋轉的螺旋狀物。在一個端部的進口連接著漏斗，在另一端的出口連接著十字頭部件20。當材料向十字頭部件推進時，螺旋狀物的結構可以提供增大的進料壓力。為了能夠使材料完全熔化和混合，孔必須具有足夠的長度，特別是相對于其直徑而言，這個長度要足夠長。這個腔室的優選長度要至少是其直徑的36倍。在一個優選實施例中，孔徑為3/4英寸，所用的孔凈長為40英寸。
氣體噴入系統16具有與擠壓機孔相連的氣體管道，從而塑料材料暴露于加壓氣體之中。優選氣體是CO2，盡管也可以使用N2等其它氣體。氣體在3000-8000psi的壓力下噴入擠壓機孔，在噴入氣體的端口處塑料材料被加熱到575°F。在這個溫度下，隨著材料沿擠壓機前進過程中的混合，氣體溶解于熔化物中，特別是擠壓機螺旋件所施加的壓縮作用使得材料中產生的壓力沿著擠壓機的長度方向增加時，更有利于氣體的溶解。優選這個壓力增加為在十字頭處的壓力比氣體噴入點處的壓力高500psi。
圖2示出了十字頭20和擠壓模30的一部分。十字頭限定了腔室44，來自擠壓機中的材料進入這個腔室。擠壓模從十字頭處延伸出來，并且限定了一個錐形孔46，在材料進入腔室的地方其直徑較大，在擠壓模的自由端該孔錐化為一個小孔50。導線導道52是一個錐形細長件，它置于錐形孔中，并且它的尖角比孔的尖角大，從而在導道與擠壓模之間的錐形間隙54在朝向孔50的方向上逐漸減小。導道限定了中心導線導道孔56，它緊密地承接導線導道套管60，這個套管限定了一個中心孔來承接導體，并且允許導體在套管中沿軸向滑動。優選套管由不銹鋼制成。
現在參考圖3，導道具有前端平面76，它與擠壓模的內芯(即切斷點)在軸向分開間距80。這個間距就是所謂的“膠質間隙”。在傳統的擠壓過程(包括那些用于漆包線漆膜的泡沫擠壓)中，膠質間隙最小要0.100英寸。一般認為如果在將這個間隙減小一點就會導致一些不利的結果，如橫截面不是圓形或者導體和絕緣體不同心。與上面所說的相反，在這個優選實施例中，間隙小于0.100英寸，而且與傳統的預料結果相反，它產生了好的結果。
在示出的位置上，導道的前端76相對于擠壓模的孔表面46限定了一個小環形間隙82。因此，這個間隙是被擠壓材料所經過的路程中具有最小橫截面的位置，在這個位置后面的點產生了最高的壓力。在最小間隙和膠質間隙端面之間的位置通常會產生90％的壓力降，這導致溶解或曳出的氣體氣泡膨脹。
當泡沫材料通過間隙82后面的膠質間隙80時，腔室剩下的錐形部分略微壓縮材料從而提供密度相對均勻的外皮外表面。做成成品的外皮直徑在導線通過圓柱形出口62時進一步得到控制，使其直徑均勻并且在離開系統之前對它略微冷卻從而使材料穩定。在材料暴露到大氣壓力時它略微膨脹，從而最終的外皮直徑只比出口孔直徑大10％左右。
優選材料比未泡沫化材料的熔點低40-55°F。出口的溫度比通常在擠壓過程中所推薦的500°F溫度要低。這個通常所推薦的溫度是為了使未泡沫TPX具有穩定的輸出產品和正確的材料粘性。但是，將出口設置在一個低得多的溫度會提供粘性更大的塑料材料，這樣當它從十字頭部分的高壓狀態到十字頭外面的具有較低壓力的大氣壓力時就不能很容易地使之延展或允許氣泡膨脹。盡管優選十字頭出口的溫度比材料的熔點低40-55°F，這個溫差也可以在20-40°F范圍內，依然允許本發明得以實施。
擠壓后的外皮材料84包括容積比為45-65％的氣體氣泡，這成比例地限制了材料的密度和重量。對于優選材料TPX或聚甲基戊烯，在未泡沫化狀態它們具有介電常數2.12，泡沫化后的介電常數改善到1.35。所形成的氣泡具有平均直徑10-20微米，在每立方厘米中有大約十億氣泡，而傳統工藝所產生的氣泡直徑大于100微米。
在優選實施例中32-標準尺寸的導線的外皮壁厚為0.006英寸，它是氣泡平均直徑的10倍。優選這個系數大于5，以確保當氣泡尺寸大于壁厚時可以防止導體暴露部分所產生的電弧，當用當前的工藝進行微型化導線時這種現象是可能發生的。在優選實施例中，由外皮包住的導線再覆蓋著起到屏蔽作用的另一導體，而這個導體又由另外的絕緣層所覆蓋，從而使得屏蔽導體不會與電纜束中的其它導線的屏蔽導體接觸。
盡管上面以優選實施例和其它的實施例為基礎說明了本發明，但并不試圖限制本發明。
權利要求
1.一種制造導線的方法包括提供導體；提供熱塑性絕緣材料的供給；加熱絕緣材料；在材料中加入加壓氣體；對導體擠壓出絕緣材料的外皮；和在外皮中產生氣體氣泡。
2.如權利要求1所述的方法，其中加熱絕緣材料包括在擠壓外皮前限制其溫度，使之小于一個預選閾值。
3.如權利要求2所述的方法，其中絕緣材料具有熔點并且預選閾值比材料熔點至少低140°F。
4.如權利要求2所述的方法，其中絕緣材料具有玻璃化轉變溫度，并且閾值比玻璃化轉變溫度高出的數值小于316°F。
5.如權利要求1所述的方法，包括在將加壓氣體加入后，在長度至少是其直徑36倍的擠壓螺旋狀設備中混合材料。
6.如權利要求1所述的方法，其中絕緣材料是一種聚烯烴材料。
7.如權利要求1所述的方法，其中絕緣材料是聚甲基戊烯。
8.如權利要求1所述的方法，其中氣體是二氧化碳。
9.如權利要求1所述的方法，其中氣體是氮氣。
10.如權利要求1所述的方法，其中氣泡的直徑小于0.002英寸。
11.如權利要求1所述的方法，其中外皮的厚度小于0.008英寸。
12.如權利要求1所述的方法，其中氣泡的直徑是外皮厚度的0.5至0.10倍。
13.如權利要求1所述的方法，其中擠壓外皮包括使導體穿過具有前端的導道所限定的中心孔，定位前端使之與限定了導體穿過的通道的擠壓模具有限定的距離，使得擠壓模和前端限定了一個間隙，并且絕緣材料穿過這個間隙。
14.如權利要求13所述的方法，其中間隙的寬度小于0.020英寸。
15.如權利要求13所述的方法，其中間隙的寬度小于導體直徑的2.5倍。
16.如權利要求13所述的方法，包括當材料通過間隙時減小其壓力。
17.如權利要求16所述的方法，其中壓力降低大于90％。
18.如權利要求13所述的方法，其中擠壓模限定了出口孔，孔的長度至少是孔直徑的2倍。
19.如權利要求1所述的方法，包括在加入氣體后增加材料的粘性。
20.如權利要求19所述的方法，其中增加粘性包括降低溫度。
全文摘要
一種用導體和熱塑性絕緣材料制造導線的方法。該方法包括加熱絕緣材料，在材料中加入加壓氣體，和擠壓成型導體的絕緣材料外皮使得在外皮中產生氣體氣泡。該方法可以通過以下具體方法實現限制擠壓前的材料溫度，增加粘性以限制氣泡的膨脹，通過限制導線供給導道和擠壓擠壓模之間的間隙在擠壓過程中提供非常大的壓降。
文檔編號H01B13/14GK1491155SQ02804952
公開日2004年4月21日 申請日期2002年2月6日 優先權日2001年2月13日
發明者桑亞爾·吉特, 桑亞爾 吉特 申請人:勒德洛公司