专利名称：制造具有泡沫绝缘的同轴导线的设备与方法
技术领域：
本发明涉及配线，更具体的说，涉及小规格的同轴配线。
背景技术：
及内容在一些要求较高的应用中需要微型化多导线电缆组件。当需要很多导体时为了避免电缆过于笨重，通常应用非常细的导体。为了限制电力噪音和相互干涉，通常选择具有屏蔽层的同轴导线作为导体。绝缘外皮围绕中心导体，并且将它与导体的屏蔽层电隔离。对电缆和同轴导线的微型化受到外皮绝缘能力的限制，传统绝缘物质的绝缘电阻不能达到微型化的要求。
先进的绝缘材料具有改进的绝缘性质从而允许细得多的外皮足以实现绝缘。这类材料包括PTFE(例如Teflon)。还包括一些改进的材料，如PTFE绝缘胶带，可以将它沿展以产生多孔薄层从而具有改善了的绝缘性质。通过以交迭方式螺旋形缠绕这种绝缘胶带以形成空气间隙，导线制造方法可以提供更大的绝缘能力。但是，这种材料很贵，并且这种工艺较慢，很难精确控制而且花费很大。
对于大型制造，已经通过“泡沫化”塑料来提供绝缘性质改善了的热塑性材料。这是利用首先在压力条件下将气体溶解于熔化了的塑料中，然后去除压力使得气泡在成品中形成来实现的。已经知道这种方法可以对厚度给定的材料提供了下述优点重量轻，材料成本减少，低电容(允许信号传输得更快)和增强了的绝缘能力。但是，已经证明了这种技术不适用于微型化应用。气泡的尺寸限制了所能形成的、有用的产品的尺寸。当气泡的尺寸大致等于壁厚时，可能会产生不能接受的电弧。已知的泡沫化工艺，特别是那些可以用于混合挤压导线绝缘的工艺，所产生的气泡比用于微型化电缆导线组件的同轴部件的小规格导线所能容忍的尺寸要大。一般气泡的尺寸在0.004-0.008英寸范围内，而所需要的壁厚是通常气泡直径的2-10倍，因此当需要对导线规格非常小的情况(规格小于32)进行绝缘时当前的泡沫化工艺就不行了。
本发明通过提供一种用导体和热塑性绝缘材料制造导线的方法克服了现有技术的局限性。该方法包括加热绝缘材料，在材料中加入加压气体，挤压成型导体的绝缘材料外皮使得在外皮中产生气体气泡。该方法可以通过以下具体方法实现限制挤压前的材料温度，增加粘性以限制气泡的膨胀，通过限制导线供给导道和挤压模之间的间隙在挤压过程中提供非常大的压降。
附图的简要说明
图1是根据本发明一个优选实施例的挤压系统的简化了的示意图。
图2是根据图1实施例挤压头的截面视图。
图3是根据图1实施例挤压头的放大了的截面视图。
优选实施例的详细描述图1示出了挤压导线外皮的系统10。该系统具有提供塑料的漏斗12，挤压机14，连接着挤压机的加压气体供应设备16和一个十字头部件20。提供导线的卷轴22从进口面上的孔26向十字头部件20提供一股导线24。在十字头的相对一端设有挤压模30，覆盖了外皮的导线32从挤压膜限定的孔中出来，穿过充满水的冷却槽33，然后由收集卷轴34收集。导线24在进入十字头之前穿过预热器36。电子控制器和加热器系统40与系统的多个位置相连接来监测并控制系统的温度以及穿过系统的材料。
漏斗12含有所要提供的塑料颗粒，这些颗粒优选日本MitsuiPlastics的TPX和聚甲基戊烯材料。尽管发现那些与聚烯烃相关的材料(如聚乙烯和聚丙烯)可以作为合适的替代材料，也可以应用其它任何热塑性材料。优选材料应该具有玻璃化转变温度84°F，熔点为440°。
挤压机14限定了一个细长孔，孔中有可旋转的螺旋状物。在一个端部的进口连接着漏斗，在另一端的出口连接着十字头部件20。当材料向十字头部件推进时，螺旋状物的结构可以提供增大的进料压力。为了能够使材料完全熔化和混合，孔必须具有足够的长度，特别是相对于其直径而言，这个长度要足够长。这个腔室的优选长度要至少是其直径的36倍。在一个优选实施例中，孔径为3/4英寸，所用的孔净长为40英寸。
气体喷入系统16具有与挤压机孔相连的气体管道，从而塑料材料暴露于加压气体之中。优选气体是CO2，尽管也可以使用N2等其它气体。气体在3000-8000psi的压力下喷入挤压机孔，在喷入气体的端口处塑料材料被加热到575°F。在这个温度下，随着材料沿挤压机前进过程中的混合，气体溶解于熔化物中，特别是挤压机螺旋件所施加的压缩作用使得材料中产生的压力沿着挤压机的长度方向增加时，更有利于气体的溶解。优选这个压力增加为在十字头处的压力比气体喷入点处的压力高500psi。
图2示出了十字头20和挤压模30的一部分。十字头限定了腔室44，来自挤压机中的材料进入这个腔室。挤压模从十字头处延伸出来，并且限定了一个锥形孔46，在材料进入腔室的地方其直径较大，在挤压模的自由端该孔锥化为一个小孔50。导线导道52是一个锥形细长件，它置于锥形孔中，并且它的尖角比孔的尖角大，从而在导道与挤压模之间的锥形间隙54在朝向孔50的方向上逐渐减小。导道限定了中心导线导道孔56，它紧密地承接导线导道套管60，这个套管限定了一个中心孔来承接导体，并且允许导体在套管中沿轴向滑动。优选套管由不锈钢制成。
现在参考图3，导道具有前端平面76，它与挤压模的内芯(即切断点)在轴向分开间距80。这个间距就是所谓的“胶质间隙”。在传统的挤压过程(包括那些用于漆包线漆膜的泡沫挤压)中，胶质间隙最小要0.100英寸。一般认为如果在将这个间隙减小一点就会导致一些不利的结果，如横截面不是圆形或者导体和绝缘体不同心。与上面所说的相反，在这个优选实施例中，间隙小于0.100英寸，而且与传统的预料结果相反，它产生了好的结果。
在示出的位置上，导道的前端76相对于挤压模的孔表面46限定了一个小环形间隙82。因此，这个间隙是被挤压材料所经过的路程中具有最小横截面的位置，在这个位置后面的点产生了最高的压力。在最小间隙和胶质间隙端面之间的位置通常会产生90％的压力降，这导致溶解或曳出的气体气泡膨胀。
当泡沫材料通过间隙82后面的胶质间隙80时，腔室剩下的锥形部分略微压缩材料从而提供密度相对均匀的外皮外表面。做成成品的外皮直径在导线通过圆柱形出口62时进一步得到控制，使其直径均匀并且在离开系统之前对它略微冷却从而使材料稳定。在材料暴露到大气压力时它略微膨胀，从而最终的外皮直径只比出口孔直径大10％左右。
优选材料比未泡沫化材料的熔点低40-55°F。出口的温度比通常在挤压过程中所推荐的500°F温度要低。这个通常所推荐的温度是为了使未泡沫TPX具有稳定的输出产品和正确的材料粘性。但是，将出口设置在一个低得多的温度会提供粘性更大的塑料材料，这样当它从十字头部分的高压状态到十字头外面的具有较低压力的大气压力时就不能很容易地使之延展或允许气泡膨胀。尽管优选十字头出口的温度比材料的熔点低40-55°F，这个温差也可以在20-40°F范围内，依然允许本发明得以实施。
挤压后的外皮材料84包括容积比为45-65％的气体气泡，这成比例地限制了材料的密度和重量。对于优选材料TPX或聚甲基戊烯，在未泡沫化状态它们具有介电常数2.12，泡沫化后的介电常数改善到1.35。所形成的气泡具有平均直径10-20微米，在每立方厘米中有大约十亿气泡，而传统工艺所产生的气泡直径大于100微米。
在优选实施例中32-标准尺寸的导线的外皮壁厚为0.006英寸，它是气泡平均直径的10倍。优选这个系数大于5，以确保当气泡尺寸大于壁厚时可以防止导体暴露部分所产生的电弧，当用当前的工艺进行微型化导线时这种现象是可能发生的。在优选实施例中，由外皮包住的导线再覆盖着起到屏蔽作用的另一导体，而这个导体又由另外的绝缘层所覆盖，从而使得屏蔽导体不会与电缆束中的其它导线的屏蔽导体接触。
尽管上面以优选实施例和其它的实施例为基础说明了本发明，但并不试图限制本发明。
权利要求
1.一种制造导线的方法包括提供导体；提供热塑性绝缘材料的供给；加热绝缘材料；在材料中加入加压气体；对导体挤压出绝缘材料的外皮；和在外皮中产生气体气泡。
2.如权利要求1所述的方法，其中加热绝缘材料包括在挤压外皮前限制其温度，使之小于一个预选阈值。
3.如权利要求2所述的方法，其中绝缘材料具有熔点并且预选阈值比材料熔点至少低140°F。
4.如权利要求2所述的方法，其中绝缘材料具有玻璃化转变温度，并且阈值比玻璃化转变温度高出的数值小于316°F。
5.如权利要求1所述的方法，包括在将加压气体加入后，在长度至少是其直径36倍的挤压螺旋状设备中混合材料。
6.如权利要求1所述的方法，其中绝缘材料是一种聚烯烃材料。
7.如权利要求1所述的方法，其中绝缘材料是聚甲基戊烯。
8.如权利要求1所述的方法，其中气体是二氧化碳。
9.如权利要求1所述的方法，其中气体是氮气。
10.如权利要求1所述的方法，其中气泡的直径小于0.002英寸。
11.如权利要求1所述的方法，其中外皮的厚度小于0.008英寸。
12.如权利要求1所述的方法，其中气泡的直径是外皮厚度的0.5至0.10倍。
13.如权利要求1所述的方法，其中挤压外皮包括使导体穿过具有前端的导道所限定的中心孔，定位前端使之与限定了导体穿过的通道的挤压模具有限定的距离，使得挤压模和前端限定了一个间隙，并且绝缘材料穿过这个间隙。
14.如权利要求13所述的方法，其中间隙的宽度小于0.020英寸。
15.如权利要求13所述的方法，其中间隙的宽度小于导体直径的2.5倍。
16.如权利要求13所述的方法，包括当材料通过间隙时减小其压力。
17.如权利要求16所述的方法，其中压力降低大于90％。
18.如权利要求13所述的方法，其中挤压模限定了出口孔，孔的长度至少是孔直径的2倍。
19.如权利要求1所述的方法，包括在加入气体后增加材料的粘性。
20.如权利要求19所述的方法，其中增加粘性包括降低温度。
全文摘要
一种用导体和热塑性绝缘材料制造导线的方法。该方法包括加热绝缘材料，在材料中加入加压气体，和挤压成型导体的绝缘材料外皮使得在外皮中产生气体气泡。该方法可以通过以下具体方法实现限制挤压前的材料温度，增加粘性以限制气泡的膨胀，通过限制导线供给导道和挤压挤压模之间的间隙在挤压过程中提供非常大的压降。
文档编号H01B13/14GK1491155SQ02804952
公开日2004年4月21日 申请日期2002年2月6日 优先权日2001年2月13日
发明者桑亚尔·吉特, 桑亚尔 吉特 申请人:勒德洛公司