Introdução
Os fluoroplásticos são bem conhecidos na indústria de cabos como materiais de resina quase perfeitos com uma combinação única de excelentes propriedades que proporcionam excelente desempenho em muitas aplicações exigentes e, portanto, são amplamente utilizados em fios e cabos para transmissão de dados em alta velocidade, aplicações militares e aeroespaciais. Os fluoroplásticos espumados têm excelentes propriedades elétricas, ao mesmo tempo que mantêm o retardamento de chama inerente, a resistência à temperatura, a resistência química e a resistência às intempéries dos fluoroplásticos, tornando os cabos fluoroplásticos espumados uma grande vantagem para aplicações. Este artigo discorre sobre o desenvolvimento técnico de tecnologia e equipamentos de cabos de espuma fluoroplástica.
1. Vantagens das aplicações de cabos de espuma fluoroplástica
1.1 Características de desempenho dos fluoroplásticos espumados
As propriedades básicas atômicas exclusivas dos fluoroplásticos e a formação de ligações moleculares são a chave para sua excelente combinação de desempenho. O PTFE com base em suas próprias características não pode derreter a extrusão. 1960 O FEP foi desenvolvido pela primeira vez como um verdadeiro processamento por fusão de fluoropolímeros.
O ETFE permite que o polímero seja reticulado para melhorar ainda mais propriedades como resistência ao corte e é usado principalmente em aplicações aeroespaciais, de fios e cabos de energia nuclear. Os fluoropolímeros são usados em aplicações de alta frequência devido à sua baixa constante dielétrica e tangente de perda dielétrica muito pequena.
Eles são o melhor material de isolamento para linhas de transmissão de alta frequência devido à sua baixa constante dielétrica e tangente de ângulo de perda dielétrica muito pequena. Nos últimos anos, as excelentes propriedades físicas e elétricas dos fluoroplásticos excedem em muito as de outros materiais, tornando-os amplamente utilizados em linhas de transmissão de comunicação de alta qualidade e em fios e cabos resistentes a altas temperaturas. No entanto, o elevado preço dos fluoroplásticos limitou a sua aplicação posterior.
Portanto, com base na aplicação bem-sucedida de tecnologias de formação de espuma, como o polietileno (PE), também foram desenvolvidos fluoroplásticos espumados.
Em comparação com os fluoroplásticos e outros materiais de isolamento de cabos, os fluoroplásticos espumados têm as seguintes vantagens
um. Melhores propriedades elétricas, com uma constante dielétrica ε significativamente menor e um valor tangencial mais baixo do ângulo de depleção dielétrica tanδ (conforme mostrado na Figura 2). Por exemplo, a constante dielétrica relativa εr para FEP sólido é 2,1 e tanδ é 5 x 10-4 a 1 MHz, enquanto com 60% de formação de espuma FEP, εr é reduzido para 1,4 e tanδ é reduzido para 2,4 x 10-4 a 1 MHz . e um diâmetro externo de cabo menor (impedância inalterada), resultando em um produto mais compacto. Por exemplo, usando 60% de FEP espumado para isolamento de cabos coaxiais, a atenuação do cabo pode ser reduzida em 20% a 1 MHz, enquanto o diâmetro externo do cabo pode ser reduzido em cerca de 12% (sem alteração na resistência).
b. Economia em altos custos de materiais. Devido à formação de espuma do material de isolamento, a parte da bolha é de gás, o que economiza diretamente uma grande quantidade de material de isolamento, se o grau de formação de espuma for de 60%, então 80% do material de isolamento pode ser economizado.
c. Não afeta as outras boas propriedades dos fluoroplásticos. Os fluoroplásticos espumados mantêm o retardamento de chama inerente, a resistência à temperatura, a resistência química e a resistência às intempéries dos fluoroplásticos e basicamente não afetam as propriedades mecânicas dos fluoroplásticos.
1.2 Características de aplicação de cabos fluoroplásticos espumados
As principais características de aplicação dos cabos fluoroplásticos espumados são: a. Para atender às necessidades de cabos de rede de dados para taxas de transmissão mais altas e retardantes de fogo (especialmente a legislação dos EUA). Embora o mercado de cabos CAT6 e CAT6A esteja crescendo, é difícil combinar o aumento da distância efetiva de transmissão e da velocidade de transmissão (>10 Gb/s) e da largura de banda (> 500 MHz) dos cabos tradicionais de 100 m. Como resultado, os cabos fluoroplásticos com espumas de constante dielétrica mais baixa são a escolha óbvia para cabos de alta frequência e baixa latência. Além disso, cabos e conjuntos CAT6 e CAT6A com isolamento FEP, PFA/MFA estão disponíveis com classificações de incêndio de até CMP. b. Os cabos Power over Ethernet (PoE) atendem à necessidade de fornecer energia e comunicação ao mesmo tempo. Os cabos PoE fluoroplásticos espumados podem fornecer energia para equipamentos que implementam a "Internet das Coisas" e tecnologias empresariais de nova geração.
O cabo PoE fornece energia e comunicação para dispositivos que implementam a 'Internet das Coisas' e tecnologias empresariais de nova geração. Da iluminação inteligente aos pontos de acesso sem fio (WAPs), os cabos PoE estão transformando o futuro da infraestrutura de cabeamento, combinando as funções dos cabos de energia e de comunicação para dispositivos em residências, edifícios de escritórios e o futuro dos veículos autônomos.
c. Atendendo à demanda por capacidade de transmissão de dados de frequência mais alta em cabos eletrônicos de consumo. O cabo coaxial fluoroplástico espumado pode ser usado como um cabo coaxial menor, mais leve e ultrafino nas indústrias de telefonia móvel e cabos médicos.
d. A demanda por maior capacidade de transmissão de dados para cabos de transmissão de frequência ultra-alta em data centers pode ser atendida. Os cabos fluoroplásticos espumados podem ser usados como cabos retardadores de fogo mais miniaturizados, leves e altamente resistentes à temperatura.
2 Tecnologia de cabo de espuma fluoroplástica
2.1 Tecnologia de espuma fluoroplástica
Já em 1995, o Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) conduziu pesquisas pioneiras em tecnologia de espuma fluoroplástica e relatou os resultados detalhadamente no artigo "Processos microporosos para fluoropolímeros e design de sistemas de extrusão de espuma microporosa para revestimento de fios".
Os resultados relevantes da pesquisa são relatados em detalhes em
um. Foi apontado que os fluidos supercríticos podem influenciar a formação de espuma fluoroplástica sob certas condições. A densidade do gás supercrítico
A densidade de um gás supercrítico é essencialmente a mesma de um líquido, e sua viscosidade é apenas 2 a 3 vezes maior que a de um gás normal (cerca de 1/10 da de um líquido), com um coeficiente de dispersão cerca de 10 vezes maior que o de um gás supercrítico. de um líquido. Além de aumentar a densidade das bolhas da espuma de fluoroplásticos, os fluidos supercríticos também podem reduzir o tempo de saturação. Por exemplo, CO2 supercrítico (temperatura crítica de 31 °C e pressão crítica de 7,38 MPa) é usado para formação de espuma fluoroplástica, e os resultados dos testes mostram que os fluoroplásticos têm a melhor absorção de gás na temperatura de fusão.
Os resultados mostram que os fluoroplásticos têm uma ótima absorção de gás na temperatura de fusão e sofrem uma rápida mudança de estado termodinâmico, formando pequenas bolhas uniformemente distribuídas.
b. Avalie as características de formação de espuma em massa dos fluoroplásticos FEP4100 e PFA440HP desenvolvidos pela Dupont. O PFA é um polímero mais cristalino que o FEP e portanto a difusão de gases na sua matriz é mais difícil.
c. As características da formação de espuma microcelular são resumidas, incluindo o fato de que a formação de espuma microcelular é induzida pela instabilidade termodinâmica do sistema supercrítico homogêneo de gás/polímero, que o número de nucleações na formação de espuma microcelular é muito maior do que o da formação de espuma química típica, e que o o tamanho dos poros da espuma microcelular é menor do que o da espuma química típica.
Muitos estudos mostraram que o CO2 e o nitrogênio são gases adequados para a formação de espuma fluoroplástica, com uma temperatura crítica de -147 °C e uma pressão crítica de 34 bar (3,4 MPa) para o nitrogênio.