Введение
Фторопласты хорошо известны в кабельной промышленности как почти идеальные полимерные материалы с уникальным сочетанием превосходных свойств, которые обеспечивают выдающиеся характеристики во многих требовательных приложениях и поэтому широко используются в проводах и кабелях для высокоскоростной передачи данных, в военной и аэрокосмической промышленности. Вспененный фторопласт обладает превосходными электрическими свойствами, сохраняя при этом присущие фторопластам огнестойкость, термостойкость, химическую стойкость и атмосферостойкость, что делает кабели из вспененного фторопласта большим преимуществом для применения. В данной статье рассмотрены вопросы технического развития технологии и оборудования для изготовления кабелей из вспененного фторопласта.
1. Преимущества применения кабеля из вспененного фторопласта
1.1 Эксплуатационные характеристики вспененных фторопластов
Уникальные атомно-основные свойства фторопласта и образование молекулярных связей являются ключом к его превосходному сочетанию эксплуатационных качеств. ПТФЭ по своим характеристикам не может расплавляться при экструзии. 1960 г. Впервые был разработан ФЭП как настоящий метод переработки фторполимеров в расплаве.
ETFE позволяет сшивать полимер для дальнейшего улучшения таких свойств, как устойчивость к прорезанию, и используется в основном в аэрокосмической, ядерной энергетической и кабельной промышленности. Фторполимеры используются в высокочастотных приложениях из-за их низкой диэлектрической проницаемости и очень малого тангенса диэлектрических потерь.
Они являются лучшим изоляционным материалом для высокочастотных линий передачи благодаря своей низкой диэлектрической проницаемости и очень малому тангенсу угла диэлектрических потерь. В последние годы превосходные физические и электрические свойства фторопластов значительно превосходят свойства других материалов, что делает их широко используемыми в высокотехнологичных линиях связи, а также в термостойких проводах и кабелях. Однако высокая цена фторопласта ограничивает его дальнейшее применение.
Поэтому на основе успешного применения таких технологий вспенивания, как полиэтилен (ПЭ), были разработаны и вспененные фторопласты.
По сравнению с фторопластами и другими изоляционными материалами для кабелей вспененный фторопласт имеет следующие преимущества:
а. Лучшие электрические свойства со значительно более низкой диэлектрической проницаемостью ε и меньшим тангенциальным значением угла истощения диэлектрика tanδ (как показано на рисунке 2). Например, относительная диэлектрическая проницаемость εr для твердого ФЭП равна 2,1, а tanδ составляет 5 x 10-4 на частоте 1 МГц, тогда как при 60% вспенивании ФЭП εr снижается до 1,4, а tanδ снижается до 2,4 x 10-4 на частоте 1 МГц. . и меньший внешний диаметр кабеля (импеданс неизменен), что приводит к более компактному изделию. Например, используя 60% вспененный FEP для изоляции коаксиального кабеля, затухание кабеля можно уменьшить на 20% на частоте 1 МГц, а внешний диаметр кабеля можно уменьшить примерно на 12% (без изменения сопротивления).
б. Экономия на высоких материальных затратах. Из-за вспенивания изоляционного материала пузырьковая часть представляет собой газ, что напрямую экономит большое количество изоляционного материала. Если степень вспенивания составляет 60%, то можно сэкономить 80% изоляционного материала.
в. На другие хорошие свойства фторопласта это не влияет. Вспененные фторопласты сохраняют присущие фторопластам огнестойкость, температуростойкость, химическую стойкость и атмосферостойкость и принципиально не влияют на механические свойства фторопластов.
1.2 Особенности применения кабелей из вспененного фторопласта
Основными характеристиками применения кабелей из вспененного фторопласта являются: а. Для удовлетворения потребностей кабелей сети передачи данных в более высоких скоростях передачи и огнестойкости (особенно в соответствии с законодательством США). Хотя рынок кабелей CAT6 и CAT6A растет, трудно совместить увеличение эффективной дальности передачи и скорости передачи (> 10 Гбит/с) и пропускной способности (> 500 МГц) традиционных 100-метровых кабелей. В результате кабели из фторопласта с пенопластами с более низкой диэлектрической постоянной являются очевидным выбором для высокочастотных кабелей с низкой задержкой. Кроме того, доступны кабели и сборки CAT6 и CAT6A с изоляцией FEP, PFA/MFA со степенью пожаробезопасности до CMP. б. Кабели Power over Ethernet (PoE) отвечают требованиям одновременного обеспечения питания и связи. PoE-кабели из вспененного фторопласта могут обеспечить питание оборудования, реализующего «Интернет вещей» и корпоративные технологии нового поколения.
Кабель PoE обеспечивает питание и связь для устройств, реализующих «Интернет вещей» и корпоративные технологии нового поколения. Кабели PoE, от интеллектуального освещения до точек беспроводного доступа (WAP), меняют будущее проводной инфраструктуры, объединяя функции силовых и коммуникационных кабелей для устройств в доме, офисных зданиях и будущих беспилотных транспортных средствах.
в. Удовлетворение спроса на более высокочастотную передачу данных в кабелях бытовой электроники. Коаксиальный кабель из вспененного фторопласта можно использовать в качестве меньшего по размеру, более легкого и сверхтонкого коаксиального кабеля в индустрии мобильных телефонов и медицинского кабеля.
д. Спрос на более высокую пропускную способность кабелей сверхвысокой частоты в центрах обработки данных может быть удовлетворен. Кабели из вспененного фторопласта можно использовать как более миниатюрные, легкие и высокотемпературные огнестойкие кабели.
2 Технология кабеля из вспененного фторопласта
2.1 Технология вспенивания фторопласта
Еще в 1995 году Массачусетский технологический институт (MIT) провел новаторские исследования в области технологии вспенивания фторопласта и подробно сообщил о результатах в статье «Микропористые процессы для фторполимеров и разработка систем экструзии микропористого пенопласта для оболочки проводов».
Результаты соответствующих исследований подробно изложены в
а. Отмечено, что сверхкритические жидкости при определенных условиях могут влиять на вспенивание фторопласта. Плотность сверхкритического газа
Плотность сверхкритического газа по существу такая же, как у жидкости, а его вязкость всего в 2–3 раза выше, чем у обычного газа (около 1/10 от вязкости жидкости), а коэффициент дисперсии примерно в 10 раз выше, чем у обычного газа. жидкости. Помимо увеличения плотности пузырьков вспенивания фторопластов, сверхкритические жидкости позволяют также сокращать время насыщения. Например, для вспенивания фторопласта используется сверхкритический CO2 (критическая температура 31 °С и критическое давление 7,38 МПа), и результаты испытаний показывают, что фторопласты обладают лучшим поглощением газа при температуре плавления.
Результаты показывают, что фторопласты оптимально поглощают газ при температуре плавления и претерпевают быстрое изменение термодинамического состояния, образуя небольшие, равномерно распределенные пузырьки.
б. Оценить характеристики объемного пенообразования фторопластов FEP4100 и PFA440HP, разработанных компанией Dupont. PFA является более кристаллическим полимером, чем FEP, и поэтому диффузия газов в его матрице затруднена.
в. Обобщены характеристики микроячеистого вспенивания, в том числе тот факт, что микроячеистое вспенивание вызвано термодинамической нестабильностью однородной сверхкритической системы газ/полимер, что число зародышеобразований при микроячеистом вспенивании намного больше, чем при типичном химическом вспенивании, и что Размер пор микроячеистого вспенивания меньше, чем у обычного химического вспенивания.
Многие исследования показали, что CO2 и азот являются подходящими газами для вспенивания фторопласта с критической температурой -147 °C и критическим давлением азота 34 бар (3,4 МПа).