专利名称：改善的成型绝缘件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及线缆和线缆生产领域。更具体地说，本发明涉及用于线缆的成形绝缘 件及其生产方法。
背景技术：
铜线缆用于多种目的，诸如电力传输和信号传输。在信号传输任务中，选择绝缘件 尤其需要注意。例如，用在数据线缆(例如LAN(局域网)线缆)中的铜导体扭绞线对必须 满足特定的防火安全标准并且节约成本，同时让信号退化最小。这种信号退化可能由诸如 与相邻导体发生干涉、与绝缘件互感的因素所引起。因此，在研制铜导线信号线缆时，即通常多条铜导线扭绞线对位于相同的护套中 的时候，更加要注意让成本最低同时保持信号强度和清晰度。为了让线缆正常工作，必须精确保持扭绞线对的两条铜导体之间阻抗的测量值。 这是通过以介电材料将导体绝缘来实现的。但是，介电材料对电信号带来了负面影响，并且 加剧了信号损失以及其他不希望出现的电气现象。此外，所述介电材料增加了线缆构造成 本，并且常常对线缆防火性能带来负面影响，诸如在ULTM(Underwriters实验室)测试中。 因此，希望找到途径来减少铜导体附近的介电材料量，而不影响形成扭绞线对的两个铜导 体之间的阻抗。过去已经提出了若干方案来减少铜导体附近的介电材料量而不降低以所述铜导 体制成的扭绞线对的阻抗。例如，一些制造商以泡沫介电绝缘件代替了常用的铜导线介电 绝缘件，该泡沫介电绝缘件向绝缘件增加了气体成分。这种方式导致维持扭绞线对阻抗所 需的介电材料量减少。应该知道，用于泡沫介电材料的典型气体具有接近1(最理想)的介 电常数，而不带气体成分的已知介电材料的介电常数明显大于1，因此在第一印象中，这种 方案似乎有利于解决上述问题。但是，这种方法不仅大大增加了挤压过程的复杂性，而且 通常要求额外的制造设备。而且利用这种过程更难于制造具有良好电气属性的数据通信线 缆。减少绝缘材料量而同时保持导体扭绞线对之间阻抗的另一种方法是在绝缘件本 身上增加开口(填充空气或惰性气体)。但是，用来生产具有纵向空气/气体开口的这种绝 缘件的现有方法因挤压设计方案无法生产预期的结果而完全失败，或者由于开口稳定生产 的不一致性而导致效率低下的结果。另一种保持导体扭绞线对之间的阻抗同时减少用于信号线缆的绝缘材料量的方 式是使用所谓的“成形”绝缘件。成形绝缘件指的是设置在铜导线导体周围的绝缘件，其截 面基本上不是圆形。这种成形绝缘件的示例可以包括锯齿形结构或者其他类似设计方案， 所述设计方案的目的是彼此分开导体同时较之直径类似的实心绝缘件使用较少的绝缘件， 但是在导体的扭绞线对之间实现了相同的阻抗。这种绝缘件的一个示例可见于待审美国专 利申请 No. 2008/0296042。但是，即便采用这种方法，依然存在许多缺陷。首先，难于实现曲线绝缘件的期望形状。在常用铜导线绝缘件挤压线条件下，许多期望绝缘件形状难于制作或者不可能制作。 即使可以为绝缘件制作特定的设计方案，它们通常也是以提供不一致产品的方式产生。此外，由于这种挤压约束条件，难于提供这样的产品，该产品在给定的线缆长度范 围内最终形状稳定以便电气属性测量值保持一致。例如，一些早期设计的成形绝缘件，虽然 致力于减少材料和介电干涉，但是特定线对中的铜导线沿着线缆长度移动地彼此更接近和 更远离，因为一个导体的各种成形形状彼此交织/嵌套。例如，参见图1，示出了现有的具有 成形绝缘件的扭绞线对，其中成形棱“嵌套”在彼此之中，使得铜导体较之期望情形彼此更 力口靠近。
发明内容
本发明着眼于克服与现有技术相关的缺陷，并且提供一种成形绝缘件及其制作方 法。确定成形绝缘件的尺寸，从而获得优化结果，在线缆内的扭绞成对铜导体之间实现期望 阻抗值的需求，与减少绝缘件的量以防止电感损失的需求之间，实现了平衡。此外，成形绝 缘件的尺寸使得其可以通过一种节约成本(减少每线缆长度上的总绝缘件)和商业上可复 制的方式(即，电气属性一致)利用铜导线线性挤压方式制造，同时沿着线缆长度保持电气 传输属性一致。为此目的，本发明用于一种导线，所述导线具有导体和挤压在导体上的绝缘件。所 述绝缘件具有沿着外圆周形成轮廓的凸台和沟道，厚度完整的平台处所述绝缘件的外圆周 与厚度减小的沟道处所述绝缘件外圆周部分的比率大致为1. 5以上。
图1是具有现有成形绝缘件的扭绞线对的视图；图2是根据一种实施方式的挤压模具的视图；图3示出了根据一种实施方式利用图2中的模具形成的成形绝缘件；图4是图3所示成形绝缘件的示意图；图5是具有图3所示成形绝缘件的扭绞线对的示意图；图6示出了根据一种实施方式、具有4个扭绞线对的LAN线缆，其中两对具有图3 所示成形绝缘件；图7示出了根据一种实施方式、具有包围十字填料的4个扭绞线对的LAN线缆，所 有扭绞线对具有图3所示的成形绝缘件。图8是根据另一种实施方式用来形成成形绝缘件的模具；图9是根据一种实施方式利用图8所示模具形成的成形绝缘件；图10是具有图9所示成形绝缘件的扭绞线对的视图；图11和11A示出了根据另一种实施方式用于在压力挤压下挤压成形绝缘件的模具。
具体实施例方式在一种实施方式中，图2示出了用于将成形绝缘件挤压在导线的导体上的挤压模 具10，所述导线诸如电信/电信号导线。挤压模具10用于常用挤压线形式，从而导体导线通过模具10拉拔，导体导线上施加有熔化的绝缘体/聚合物。为了说明，本发明考虑了被 涂覆导体为导线导体，诸如铜导线，而绝缘件是FEP(氟化乙丙烯)，用于LAN(局域网)线缆 中所用的扭绞成对通信导线。但是，应该理解文中所述实施方式同等地适用于其他聚合物 绝缘件，诸如MFA、PVC和EFEP绝缘件以及拉拔缩减型和压力挤压型(例如采用PE或PP， 正如说明书下文所述)。在另一种实施方式中，要注意文中所述成形绝缘件作为示例，示出为直接施加在 导体上的绝缘件。但是，这样说的意思并不是以任何方式进行限制。应该考虑到，结构类似 的成形绝缘件也可以部分或整体用在外线缆护套以及挤压十字填料元件上。如图2所示，模具10包括开口 12，在挤压过程中，导体和熔化聚合物通过该开口流 动。要注意，图2仅示出了模具10本身，该模具最终形成成品挤压绝缘件的外圆周。挤压 尖端未示出，挤压尖端(extrusion tip)穿过磨具10配合，支撑导体并(抵靠导体)形成 绝缘件的内圆周。在这种布置方式中，用来形成如下文所述的绝缘件的尖端通常是用作拉 拔缩减型挤压的常用挤压尖端。模具10的开口 12包括多个围绕开口 12圆周均勻设置的凸起14。在一种布置方 式中，凸起14 一般是缩短的凸起，径向向内朝着开口 12中心延伸。每个凸起14的形状为 位于缩短的渐缩杆部18端部的圆形“小丘” 16。在图2所示布置中，使用了 8个均勻隔开 的凸起14。但是，要注意，凸起14的数目和间隔可以改变，以适应不同的最终绝缘件设计方案。根据一种布置方式，如图3所示，绝缘件20是通过拉拔缩减挤压以模具10形成的 合成绝缘件(图中去掉了导线)。绝缘件20具有靠近导体的内圆周22(在图中示出，但是 在下文说明)和外“成形”圆周24。绝缘件20的外圆周24具有周期性重复的凸台26和沟 道28，沟道的尺寸对应于模具10的凸起14。例如，绝缘件20上的沟道28在挤压过程中由 模具10形成，并且与凸起14的位置对应，而凸台26对应于从凸起14之间经过的绝缘件直 接抵靠模具10的开口 12内圆周的位置。要注意，图3仅示出了 7条沟道，作为示例，意味着与具有7个凸起14的示例模具 10对应。如图3所示，利用具有8个凸起14(未示出)的模具10挤压成的样品绝缘件20 具有8条对应沟道28。优选，根据设计要求，设计方案可以包括少至3条沟道28，以及多达 25条沟道。还要注意，图中示出凸起14为圆形，但是这仅仅作为示例。其他形状也可以用于 凸起14，以调节聚合物缩减量(节约成本)，同时保持稳定性(在给定的扭绞线对中不会与 绝缘件咬合)。具有交替的凸台26和沟道28的绝缘件20的示意图示出了为确定周长比B/A而 采取的必要测量过程，意味着厚度完整的凸台26处的外圆周24相对于厚度减小的沟道28 处的外圆周部分24的比率应该基本上为1. 5以上。采用这种B/A比率，在两条绝缘导线彼 此并排放置，每条具有上述成形绝缘件20时，可以同时减少所用绝缘件20的总量，同时防 止两条导线如图5那样“咬合”。这样允许该成对部件的电气特性沿着其长度基本上保持不 变。而且，图4示出了从内圆周22到凸台26的高度(C)相对于从内圆周22到沟道28 顶部的高度(D)的比率C/D。优选，C/D比率应该基本上为2.0，但是不大于4.0。在一种布置方式中，C/D比率优选介于1. 1和4. 0之间，从而使得绝缘件20的抗皱性最大，而凸耳 (凸台26)在(形成扭绞线对的)扭绞操作的应力下延展最小。在一种布置方式中，C/D值应该趋向于1. 1，并且在大多数情况下，不超过2. 0。以下是显示如上所述的绝缘件20所实现的结果的示例测试数据。例如，在一项测试中选择导体，诸如厚度为0. 0224”的铜导线导体，外绝缘件20直 径大约为0. 0386”。这是利用尺寸为0. 200”的挤压引导件尖端和开口为0. 364”的挤压模 具实现的，并且拉拔缩减平衡值大致为1.03而拉拔缩减比大致为85 1。采用图2所示的具有根据上述B/A和C/D比率范围(实际测量值A = 0. 004296”， B = 0. 01047”，C = 0. 007955，D = 0. 003913)确定的凸起14的模具10，相对于尺寸类似但 不具有相同凸起的常用模具而言，材料减少了大致16.0%，上述的常用模具会形成外表面 光滑的绝缘件。因此，根据这种布置方式，可以沿着导体导线绝缘件的任意给定长度实现材料的 显著减少，同时防止两条相邻导线诸如扭绞线对之间发生绝缘件咬合，如图5所示。在另一种实施方式中，用于上述示例测试的导体尺寸范围通常介于0.018”和 0. 024”之间，而外绝缘件优选介于0. 030”和0. 045”之间。所述绝缘件尺寸可以利用介于 0. 100”和0. 350”之间的挤压引导件尖端和开口 12介于大致0. 250”和0. 550”之间的模 具10制成，采用的拉拔平衡比介于0.95和1.05之间，而拉拔缩减比为50 1到250 1。 在这些范围内进行调节，使得材料减少率介于5%和35%之间，并且可以根据期望参数进 行选择，只要产生的绝缘件20上的凸台26和沟道28使得它们防止咬合成如图5所示的成 对布置即可。在如图6所示的一种实施方式中，示出了常用的四对LAN线缆30，采用了具有如上 所述的绝缘件20的导线，在减少使用绝缘件的情况下符合CAT6。线缆30具有护套32和位 于其内的四个扭绞线对34a-34d。在当前实施方式中，两个线对34a和34b以常用绝缘导体 导线制成，而护套30内的两个线对34c和34d包括具有成形绝缘件20的导线。在LAN线缆的另一个示例中，如图7所示，示出了另一种常见布置的四对LAN线缆 30，采用了具有如上所述绝缘件20的导线，在减少使用绝缘件的情况下，满足了 CAT6。线 缆30具有护套32以及位于其中的四个扭绞线对34a-34d。在该实施方式中，全部4个线 对34a-34d包括具有成形绝缘件20的导线并且十字填料36包括在内，以减少线对之间的 串扰。考虑到可以将扭绞线对导体上的成形绝缘件20用在LAN线缆30内，以实现各种 期望的等级规格，利用了减少导体上所用绝缘材料的优势，同时仍然沿着线对34提供稳定 的电气特性，因此允许线缆30满足高等级规格，同时使用较少量的聚合物绝缘件。在另一种实施方式中，如图8所示，可以采用替代模具40，该模具具有内径42和凸 起44。在这种布置方式中，确定凸起44的尺寸，以便提供具有设置于其上的连续T形凸起 52的绝缘件50，如图9所示。对于模具10和绝缘件20来说，凸起44的位置对应于T形凸 起52之间的开口空间，原因是凸起44阻止了聚合物在挤压过程中流动。这种绝缘件50在联合用在如图10所示的扭绞线对布置60中的时候，将允许相反 导线上的各T形凸起52咬合到彼此内部。这种布置方式可以用于各种线缆设计，具有在线 缆中互锁的线对，并具有将后者分开的能力，诸如在形成连接时。
在另一种实施方式中，如上所述，成形绝缘件20可以利用PE或PP通过压力挤压 技术来生产。压力挤压不同于拉拔缩减型挤压之处在于，绝缘件20在压力下受到挤压，并 且以相同或者近似相同的尺寸离开模具，并且绝缘件在模具中最终冷却。因此，模具诸如模 具70的尺寸，在图11和11A(50X放大视图)中与离开模具的成型绝缘件20的尺寸相同。 利用压力挤压形成绝缘件20，采用较高的挤压线速度并利用可以实施这种挤压过程的聚合 物，可以获得与上述相同的优势。虽然仅在说明书中例述并说明了本发明的特定特征，但是本领域技术人员可以发 现许多改动、替换、改变或等同方案。因此，应该理解，本申请旨在覆盖落入本发明真实构思 范围内的全部这些改动和变化。
权利要求
一种导线，包括导体；和挤压在所述导体上的绝缘件，所述绝缘件具有沿着外圆周形成轮廓的凸台和沟道，厚度完整的凸台处所述绝缘件的外圆周与厚度减小的沟道处所述绝缘件外圆周部分的比率大致为1.5以上。
2.如权利要求1所述的导线，其特征在于，从内圆周到凸台的高度与从内圆周到沟道 顶部的高度的比率介于大约1. 1到4. 0之间。
3.如权利要求2所述的导线，其特征在于，从内圆周到凸台的高度与从内圆周到沟道 顶部的高度的比率介于大约1. 1到2. 0之间。
4.如权利要求2所述的导线，其特征在于，所述绝缘件中的所述沟道相对于不具有所 述沟道的类似尺寸的绝缘件材料减少大致16%。
5.如权利要求2所述的导线，其特征在于，所述绝缘件以落入大致0.95到1. 05范围内 拉拔平衡比进行挤压。
6.如权利要求2所述的导线，其特征在于，所述绝缘件以50 1到250 1的拉拔缩 减比进行挤压。
7.如权利要求2所述的导线，其特征在于，在厚度完整的凸台处所述绝缘件的外圆周 与厚度降低的沟道处所述绝缘件外圆周部分的比率大致为2. 44，并且从内圆周到凸台的高 度与从内圆周到沟道顶部的高度的比率大致为2. 03。
8.如权利要求1所述的导线，其特征在于，所述绝缘件从下组中选择FEP、MFA、PVC和 EFEP。
9.如权利要求1所述的导线，其特征在于，所述绝缘件以PE或PP在压力挤压条件下制成。
10.一种扭绞线对，包括两条根据权利要求1构造的导线，其中在所述两条导线中的第一导线挨着所述两条导 线中的第二导线放置时，位于外圆周上的凸台不会嵌套在彼此之中。
11.一种LAN线缆，所述线缆包括至少一个权利要求10所述的扭绞线对，其中所述LAN线缆符合CAT6规格。
12.如权利要求11所述的线缆，所述线缆进一步包括十字填料。
13.一种LAN线缆，所述线缆包括多个如权利要求10所述的扭绞线对，所述LAN线缆符合CAT6规格。
14.如权利要求13所述的线缆，其特征在于，所述线缆进一步包括十字填料。
全文摘要
一种导线，具有导体和挤压在所述导体上的绝缘件。所述绝缘件具有沿着外圆周形成轮廓的凸台和沟道，厚度完整的凸台处所述绝缘件的外圆周与厚度减小的沟道处所述绝缘件外圆周部分的比率大致为1.5以上。
文档编号H01B17/58GK101877252SQ201010169338
公开日2010年11月3日 申请日期2010年4月29日 优先权日2009年4月29日
发明者乔舒亚·凯勒, 格雷格·赫夫纳 申请人:尼克桑斯公司