一，前言

自1744年電線誕生,電線電纜進入實用化,至今已有250多年的歷史。1938年以后研制開發的PVC﹑PE,使電線電纜進入大量應用塑料的時代。尤其是PE（聚乙烯）作为电缆絕緣最常用的絕緣介質,它具有損耗低,優秀的耐電強度,良好的使用壽命、比重小（份量轻）等一系列優點,使其在电线电缆工业得到最廣泛的應用，特别是在通信电线电缆领域。

电线电缆作为通信和通信系统传输信息的一种主要传输媒介，随着数字通信技术的发展，要求电缆的传输频率越来越高、传输带宽越来越宽，这将要求电缆的衰减更小、性能更稳定。

一种使电缆绝缘既具有衰减较低、性能稳定，又具备大量自动化生产的物理发泡工艺技术，在电线电缆生产领域获得广泛的开发利用。

目前科宝公司购进的诺基亚－梅利发25型电话线绝缘生产线（俗称皮－泡－皮绝缘串联生产线），这是一种可进行物理发泡绝缘的生产线。生产线应可以生产制造数据对称电缆绝缘线芯，也可以生产制造绝缘外径不大于4.0mm的同轴电缆物理发泡绝缘线芯。

二，为何采用物理泡沫绝缘结构形式

泡沫絕緣是通信线缆采用半空氣絕緣结构的一种主要结构形式。泡沫绝缘结构，它具有柔軟性好,使用方便。泡沫绝缘有比實芯絕緣衰減小,重量輕,使用绝缘材料少，而又不需要有空氣絕緣结构的充氣維護、容易受到潮气侵入等等缺点。

物理发泡绝缘结构形式更是近年来的一种发展方向，成为目前通信线缆半空气绝缘中的一种主要结构形式。

1，绝缘结构形式的演变

自电线电缆诞生以来，人们一直在努力致力于研究开发新型的绝缘材料和绝缘结构形式，以不断提高电缆的性能和改进生产制造工艺技术。

电线电缆的绝缘结构形式可分为：

a),實芯絕緣

实芯絕緣结构，绝缘層全部是固體介質絕緣。绝缘介質可以是均一的,也可由多層同芯組合而成,絕緣介質同心緊密的擠包在內導體上。

* 實芯絕緣結構的優點:

• 結構穩定；

• 電氣強度高；

• 熱阻小；

• 不易受潮氣影響；

• 它適于經常承受彎曲的場合使用；

* 實芯絕緣結構的缺點:

• 材料消耗多；

• 介電常數大,電纜衰減大 ；

b)，空气绝缘

空氣絕緣是指電纜內外導體間,除了以一定間隔或螺旋式固定在內導體上的支持物外,余均為空氣。空氣絕緣的結構特點是可以從一個導體不經過固體介質而到達另一導體。

典型的空氣絕緣結構型式，如图所示:

(a)墊片；

(b)螺旋；

(c)迭帶螺旋；

(d)罩子；

空氣絕緣結構的優點:

•有效介電常數和介質損耗小,電纜衰減低； 

•允許傳輸的平均功率大；

•材料消耗少,介質僅用來保證內外導體同心,

絕大部分都是空氣或其它氣體。

空氣絕緣結構的缺點:

•因它大部分是空氣,耐電性能差；

•由于它的導體(內,外)通常采用管狀結構,電纜柔軟性較差；

•縱向易受潮氣侵入,必須使用密封性能良好的連接器和必要的充氣維護；

•易受過大的壓力,彎曲,扭轉等機械應力作用,而使電纜變形,電性能變差；

•空气绝缘结构电缆，一般需要使用密封整体形外导体，如皱纹管外导体以保证电缆使用。

c),半空气绝缘：

半空气绝缘性能特点介于实芯绝缘和空气绝缘二者性能之间，既弥补了空气绝缘耐电性能差、易受潮氣侵入等一系列缺点，又使绝缘具有有效介電常數和介質損耗小、结构稳定等优点和长处，这在泡沫绝缘结构上表现尤其明显。

半空氣絕緣的結構型式，有如下图所示:

(a)星形和管

(b)螺旋繩管

(c)編織和管

(d)縱向空洞

(e)泡沫塑料

2，泡沫绝缘的发泡方式

泡沫绝缘的发泡，通过发泡剂生成泡沫（化学发泡）或通过

注入惰性气体经过成核剂形成泡沫（物理发泡）。泡沫绝缘可以通过二种方法来获得泡沫绝缘结构：化学发泡和物理发泡。

下面比较列出了二种发泡方法的优缺点：

◆化学发泡方法：

——无需专门的生产设备，可以利用普通挤出机加工；

——鉴于以上特点，因而应用方便，资金投入少；

——发泡度一般不超过65％；

——发泡度受挤出机温度变化影响较大，绝缘均匀性不理想；

——化学发泡材料价格相对较高。

早期的化学发泡，就是用人工或机械方法，将发泡剂（N型或AC型）按一定比例混入聚乙烯材料中，然后通过挤出机挤出。现今，发泡剂多已在聚合过程中加入聚乙烯材料中，如UC联碳的WN－863、WN－866等。

◆物理发泡方法：

——发泡度高，可达到80％左右的高发泡度；

——较低的介电常数和介质损耗角，从而大大降低了电缆衰减；

——发泡均匀性好、发泡孔细密、密闭；

——需要专门设备，设备投资较大，投入资金较多；

——设备的维修、保养要求高。

由上可见，物理发泡方法具有发泡度高、较低的介电常数和介质损耗角，降低了电缆衰减，发泡均匀性好、发泡孔细密、密闭、生产效率高等一系列优点和好处，适应了当今通信发展的传输频率越来越高，要求传输电缆的带宽越来越宽的要求。因为絕緣是信號傳輸的介質,要求其材料和結構選擇得保證電纜有盡可能低的損耗(ε、tgδ),并須有足夠的機械強度以保證绝缘结构稳定、可靠。物理发泡绝缘正是适应这种需要的绝缘形式，从而它在CATV、数字传输系统、要求低衰减传输测试等电缆上，获得广泛采用。

三，物理发泡绝缘的加工

1，物理发泡绝缘生产设备

物理发泡绝缘加工，需要专门的设备。目前生产制造这类设备制造商，国外著名企业有：

——Nextron (Switzerland瑞士)其前身是Nokia；

——Rosendahl(Austria奥地利)；

——Royle  (U.S美国)；

——Swisscab(Switzerland瑞士)。

物理发泡绝缘生产线设备的关键部分是：气体注入和气体流量控制系统，挤出机和机头，冷却水槽长度和牵引控制，直径/电容自动反馈控制系统。

我国改革开放以来，引进了大量的物理发泡生产线。其中从Nextron前身是Nokia引进的生产线，主要是适合于生产制造绝缘结构尺寸较小的电话电缆、局域网数据电缆。从Rosendahl引进的物理发泡绝缘生产线，多以生产制造CATV同轴电缆和结构尺寸较大的天馈线电缆为主。物理发泡绝缘天馈线用电缆，在当今移动通信基站的天线馈线中充当主要角色。

国内目前已经生产有各类物理发泡生产线。如上海金东、上海23所、成都雅风等厂、所都在生产制造物理发泡绝缘设备。国产的物理发泡绝缘生产线，除价格比进口设备低的优势外，在设备的生产速度、生产线的稳定性、生产产品的性能等方面，还存在一定差距。

2，物理发泡使用的材料

物理发泡聚乙烯绝缘使用的材料，是以一定配比的高密度聚乙烯和低密度聚乙烯为主，加入少量的成核剂，通过注入惰性气体（氮气）来获得发泡绝缘结构。

——LDPE低密度聚乙烯，用量为35－15％左右； 

——HDPE高密度聚乙烯，用量为60－80％左右； 

——成核剂，通常用量为0.1－0.3%左右。

LDPE（高压聚乙烯），它具有较长的主链和高的延伸粘度，有助于较小和更加均匀的泡沫产生。HDPE（低压聚乙烯）提供的低粘度使气体容易混合，为高发泡度下的有韧度的泡沫绝缘提供了保证。

成核剂是一种细密微粒、散热化学吹塑剂；在物理发泡和获得良好的泡沫结构，并使电缆具有良好的电性能方面，成核剂起着至关重要的作用。成核剂类型对泡沫绝缘结构和绝缘电性能影响较大。成核剂的浓度在保证最佳电性能基础上，应使其尽可能最小。

在物理发泡过程中，成核剂和基本树脂PE、PP、FEP混合在一起，成核剂可以使气泡大小均匀，气泡分布均匀。

物理发泡绝缘材料，新开发研究的目标是提供一体化，充分化合的物理发泡聚合物材料，使得使用更方便并能够获得良好的加工性能。

3，物理发泡材料主要供应商及其料号（参考牌号）：

——UC美国联碳公司。

DGDA－6944NT（HDPE）、DFDA－1253NT（LDPE）、DFNA－0012（成核剂）；

——Boreales北欧化工。

M5370（HDPE）、NA217－080（LDPE）、87FT－50（成核剂）；

——Quanta美国量子化学。

LS6081－00（HDPE）、NA951－000（LDPE）、FM1253W（成核剂）；

目前国内物理发泡使用的聚合材料，主要还是以国外进口材料为主。国内近几年虽然试制了物理发泡用绝缘材料，如北京燕山化工的1I2A－1、1C7A，扬子石化研究开发的CT－1型电视电缆发泡绝缘材料等，但是国内发泡绝缘材料还不能大批量、稳定生产，性能上和进口料也还存在一定差距。

4，物理发泡绝缘加工主要工艺要点：

——物理发泡绝缘对导体加挤一层内皮层的作用，是使绝缘介质对导体附着好即增加发泡绝缘对导体的附着力、提高绝缘的延伸率，并使发泡绝缘稳定、均匀。为了获得较好的附着力，导体表面应清洁、干净，导体应预热至100－120℃；

导体加挤内皮层，可以采用在一个机头内共挤的方式，也可以采用先挤内皮层后再挤物理发泡绝缘层和外皮层的串挤方式。内皮层也可以通过导体经过一个涂覆槽盒，涂覆内皮层然后再挤泡沫绝缘。

——泡沫绝缘的泡沫发展和稳定，产生于聚合物在出挤出机机头时，绝缘材料的发泡度程度，除和基本树脂、成核剂配比有关外，基本是靠控制气体的注入量来调节；为了获得所希望的发泡度，注入气体的流量可参照以下公式：

FD

D2P＝k×LS×SA×(1－    )

BD

上述公式中：

LS——挤出线速度；

SA——挤出绝缘厚度；

BD、FD——基料和发泡料的密度；

P——注入气体的压力；

D——注入气体喷咀尺寸。

注入的气体被溶解在加压状态下的熔融聚合物里，被充分分解，在挤塑过程中产生核化和形成气泡。

——推荐的聚乙烯类，短承线径双圆锥形模子（十字机头4/6）的模子尺寸是所需发泡程度的函数。

Die=√(1-E)×Do+E×Dd   

上述公式中：

Die——外模尺寸；

E—— 发泡度；

Do——发泡绝缘外径；

Dd——导体直径。

——外皮层的作用是为了提高较小尺寸发泡绝缘的机械性能，或者是为了绝缘着色需要。外皮层一般只是在绝缘外径尺寸较小和较大两种情况下应用。对于中等外径尺寸的发泡绝缘电缆，如RG－11、RG－6等物理发泡绝缘的CATV电缆，是没有外皮层的。

——使用梯度冷却水槽温度分布，有助于获得高质量的泡沫结构、良好的绝缘延伸率和光洁的绝缘表面，这将要求冷却水槽的长度足够长。太热的冷却水，会导致冷却速度太慢，造成泡沫绝缘变形。

——均匀稳定的收放线装置是保证获得发泡绝缘结构尺寸均匀、避免和减小电缆周期性不均匀的保证。

四，应用物理发泡绝缘结构的电缆类型

物理发泡绝缘，主要应用于同轴电缆。同轴电缆用来传输信号（声音、图像、数据等），从始端/天线接收信号传输到最终的接收端（如电视机接收用的泡沫绝缘的有线电视电缆）

同軸電纜隨著信息產業的迅速發展,電子設備在各個領域的廣泛使用,為滿足各類電子系統和不同使用場合的需求,同軸電纜的品種和數量在迅猛發展。同轴电缆用于高频传输领域的项目有：

——传统的CATV应用（75 Ω）

⊙电视引入线 RG59、RG6、RG7、RG11；

⊙电视配线；

⊙电视干线；

——移动通信用天馈线电缆（50Ω）；

——局域网用电缆（LAN）/计算机网络使用的电缆；

——视频电缆；

——数字通信双路电缆。

应用实例举例说明。

a)用于數字傳輸設備,長途數字程控交換機与传输设备之间，以及传输设备内2b/s,155Mb/s数字速率口之间的布线电缆；

用于传输电话、数据、电视等通信业务，或采用类似技术的其它信息设备中。

同轴型电缆，如SFYZ－75系列微型同轴电缆；对称型电缆，如SEYFZ－120－0.5、SWYVP－120－16×2×0.32等结构电缆。

b)CATV（Community Antenna Television Cables）电缆。

用于CATV,MATV系統的接入電纜,測試頻率到 1GHz常用規格：RG11/U, RG6/U, RG59/U电缆（75Ω）。国外標準为: SCTE （Society of Cable Telecommunication Engineers）。

c)科宝公司购进的诺基亚－梅利发25型电话线绝缘生产线（俗称皮－泡－皮绝缘串联生产线），不太适合生产CATV类发泡绝缘电缆，因为这些电缆的绝缘尺寸大多已经超过设备4mm的生产范围。

诺基亚－梅利发25型电话线绝缘生产线（俗称皮－泡－皮绝缘串联生产线），除生产皮－泡－皮绝缘外，也可应用生产实芯PVC、PE、PP等绝缘。

李富根 编写于2005 8 12下载本文