[发明专利]低损耗电缆及其制备方法

说明书

本申请为下述申请的分案申请：申请日为2003年4月24日、申请号为 038266695、发明名称为低损耗泡沫体组合物和具有低损耗泡沫层的电缆。

技术领域

本发明涉及泡沫体组合物和含有泡沫体的电缆。更具体地，本发明涉及电信 应用中采用的低损耗泡沫体组合物和含有泡沫体的电缆。

背景技术

同轴长途通信电缆通常由核心导体和挤出到核心导体周围的较厚闭孔泡沫层 制成。这一覆盖了泡沫体的半导体被薄金属导体包封，而该薄金属导体又被保护 整个电缆不受外部侵蚀的聚合物薄层所包封。

在各种因素中，给定电缆的信号传输能力尤其与电缆的损耗特性有关。电缆 的损耗特性明显受到挤出到核心导体上的泡沫体的介电性能的影响。控制泡沫体 介电性能的最关键因素是所采用的聚合物的性质以及泡沫体中孔结构的密度。

提高长途通信电缆性能的一种有效方法是提高泡沫体的介电性能。提高泡沫 体介电性能的一种方式是降低增加电缆信号传播速度的泡沫体的密度。在任何同 轴电缆中，达到信号传播的最高应用速度是有利的，原因是在特性阻抗不变和尺 寸不变的情况下电缆达到了衰减最低的结果。特性阻抗总是按照系统要求设定的， 因此是固定不变的。电缆的阻抗必须和与电缆相连的各个设备项的阻抗相同，以 将干扰信号反射降至最低。无线基本设施系统通常采用特性阻抗为50欧姆的设 备，而CATV(有线电视)系统则通常采用75欧姆。可利用的电缆具有各种尺寸， 较大尺寸的衰减低于较小尺寸的衰减，尺寸给定时具有最低衰减是有利的，原因 是将不希望的信号损失降至最低。在一些情况下，由于衰减较低，因而可采用比 其他情况下可能的电缆尺寸更小的电缆，这在经济上是有益的。

传统的泡沫体严格受限于密度范围，尤其是应用中适用的聚合物和发泡剂可 达到的最小密度。泡沫体的孔结构主要是闭孔结构，这点很重要。否则会存 在开孔中将留存很大程度上降低电缆性能的水或湿气的风险。除开孔泡 沫体结构比闭孔泡沫体结构具有更低内在机械抗性之外，还有这种风险。

高密度聚乙烯(HDPE)是在长途通信电缆应用中表现出最好电性能的一 种聚合物。为了提高材料的发泡能力，常常将低密度聚乙烯(LDPE)加入到 HDPE基体中，伴随着介电性能有一些损失。在挤出机中将得到的混合物制 成熔融态，加入发泡剂并使发泡剂在挤出机产生的高压条件下溶解。然后， 聚合物和发泡剂的均匀混合物从挤出机中挤出来，一旦暴露到大气压下，随 即发生相分离并开始发泡。

普通的发泡剂包括卤代烃，如氯氟烃(CFC)、含氢氯氟烃(HCFC)和全氟 化物(PFC)；气体/挥发物，如烃(HC)；以及大气气体，如空气、氮气和二氧 化碳。在可能的发泡剂中，诸如二氧化碳等的大气气体具有许多理想的性质。 它们易于获得、价格便宜、无毒、无腐蚀性并且不易燃。因此，诸如二氧化 碳等的大气气体在电缆和电线工业中被广泛用于发泡聚合物。

然而，二氧化碳的内在物理性质使发泡方法受到一些特殊限制。与许多 其它常用发泡剂相比，在通常的加工温度下，二氧化碳蒸汽压很高，而且在 聚合物中的溶解性较低，扩散率较高。

此外，值得注意的是半结晶材料如聚乙烯在低密度范围内较难发泡。因 此，尽管很希望应用到长途通信电缆中，过去却认为由二氧化碳发泡而制造 低密度闭孔聚乙烯泡沫体是不可能的，或是不可实现的。

信号传输中常用的同轴电缆包括含有核心的内层导体如信号携带导体 (或导线)，围绕核心周围并作为外层导体的金属壳，以及在一些情况下还包 括围绕金属壳周围的护套。通常，膨胀的泡沫体绝缘体围绕在内层导体周围， 使内层导体和周围的金属壳之间是电绝缘的，充满了内层导体和周围金属壳 之间的空间。

具有绝缘泡沫层的同轴电缆在2001年9月4日公告的U.S专利6,282, 778(Fox等)以及2000年3月14日公告的U.S专利6,037,545(Fox等)中有 所描述。这些文献教导了掺入由低密度聚乙烯和高密度聚乙烯的混合物形成 的组合物，且密度为约0.22g/cc(220kg/m³)的电缆。在U.S.专利申请 2002/00096354(2002年7月25日公开)中，Chopra等描述了同轴电缆中的泡 沫体密度为0.17g/cc。这些专利表明了可达到这样的密度，但并未教导明显 更低的泡沫体密度以及获得更低密度的方法和材料。