WCA May 2013

泡沫型含氟聚合物在高性能 电缆绝缘中的使用及工艺 作者：美国特拉华州威尔明顿杜邦化工和氟产品公司 Gary G Thuot 和 Robert T Young

摘要 当今市场上可供选择的高性能绝缘材料数量众多，为高性能 电缆选择理想的绝缘材料需要平衡考虑如性能、可加工性和 成本等各个方面。本文将介绍泡沫型含氟聚合物绝缘材料的 电气性能和选择标准。如何建立可行的加工范围和关键加工 注意事项从而使工艺稳定并可以被重复使用的方法也会在本 文中得到探索。 泡沫型含氟聚合物拥有非常好的电气特性，低烟和耐高温。 通常来说聚合物材料会被用于需要低烟的环境，如阻燃电 缆，或高温环境如军用电缆以及需耐焊接的产品中。 聚合物影响到产品的尺寸和电气特性，因此合适的聚合物对 牢固的工艺和理想电缆性能非常重要。加工和监测设备的选 择和操作对高质量产品的高产量非常重要。本文将详细说 明一些关键产品和加工工艺的特点及它们对工艺及性能的影 响。 选择正确的材料 为高性能电缆选择合适的泡沫含氟聚合物树脂的考虑因素有 电气/物理性能要求，产品导体尺寸和绝缘壁厚度。如下图所 示，电气性能随着树脂成分的变化而变化。消耗因子测试 衰减度测试(图 2 )以实际电阻为 50 欧姆的电缆作为样品，这些 电缆除了所用树脂等级不同，其他如设计和加工条件完全相 同。如图 2 所示，选择不同的等级会使产生的电缆损耗明显不 同。电缆中电功率损耗的通常计量单位是分贝( db )，其大小 相当于电缆一头输入功率和另一头输出功率比率的 10 倍。随 着使电缆向更高频率使用的要求日渐增大，不同材料对电缆 的整体性能表现至关重要。 例如，将使用如图 1 和图 2 中所示树脂的含氟聚合物电缆以大 约百分之八十二的传播速度发泡，再以 2.5 千兆赫的频率分别 进行测试就会发现信号损失有显著不同。用 B 型树脂长度为 100 英尺的电缆要比相同长度用 C 或 D 型树脂的电缆功率损耗 大约百分之二十。 A 型树脂电缆则比 C 或 D 型多出近百分之三 十功率损耗。这些性能差别在电缆被高频率使用时会更加突 出。杜邦使用杜邦 Airquick 技术发展出一系列树脂产品，如 FFR330 ， FFR550 ， FFR750 和 FFR770 型泡沫树脂，为客户 就电气性能和电缆设计选择提供了广阔的空间。 成核技术和泡沫单元的形成 为给泡沫单元成核环境提供良好条件，树脂里通常会被加入 无机材料，如氮化硼，以帮助发泡。氮化硼中的一些独特成 分对发泡过程有非常显著的促进作用。最后成品可以是已完 数据(图 1 )显示了不同等级的杜邦 Airquick FFR 型泡沫树脂在 固体状态(未泡沫化)下测量出的不同数据。

全调和并可立即投入使用的树脂，也可以是在挤压过程时才 加入的浓缩产品。为了更好的说明这点，我们用已完全调和 的树脂(杜邦 FFR770 型泡沫树脂)与市场上有售的泡沫浓缩产 品进行并排的工艺对比。 为了达到对比的目的，成核剂的成分会有变化，但是加载 的百分比和使用的基本树脂都保持不变。实验中的电缆为 23awg 单线，内壁厚 19 毫寸，常规电阻 100 欧姆的屏蔽双绞线 结构。目标扩张率为百分之四十。 完全调和的杜邦 FFR770 型树脂性能表现良好，能稳定达到所 期望的电流容量，并且轻松承受 2.5 千伏的火花电压。而用市 场上有售的浓缩产品配置出来的树脂无法达到理想扩张率， 显示出较大的电容不稳定性，并且无法承受火花测试电压。 表1归纳总结了这些结论。 这两种材料的显著性能差别是由不同成核方法所引起的泡沫 单元结构差别带来的。图 3 演示了这两种材料中泡沫单元的不 同尺寸和结构。

如图 3 所示，完全调和材料中的单元结构小并且完全一致，而 用浓缩物的样本里的单元大并且结构都不一样。无法将浓缩

❍ ❍ 图 1 : 损耗因数

A 型树脂 C 型树脂 D 型树脂 B 型树脂

损耗因数

频率

衰减分贝 ❍ ❍ 图 2 : 衰减

A 型树脂 D 型树脂 B 型树脂 C 型树脂

频率(千兆赫)

84

www.read-wca.com

Wire & Cable ASIA – September/October 2007 May/June 2013