抗压双绞线通信电缆

摘要

本发明提供了包括聚合物绝缘导体的双绞线的通信电缆。用于形成所述双绞线的扭绞过程迫使所述聚合物绝缘导体的每个聚合物绝缘导体的所述聚合物绝缘材料的表面彼此接触，每个所述聚合物绝缘导体的聚合物绝缘材料包括：(i)发泡部分，该发泡部分可由于迫使每个聚合物绝缘导体的所述聚合物绝缘材料的表面彼此接触在一起而被压挤，以及(ii)抗压部分，该抗压部分在所述绝缘材料内径向延伸到所述发泡部分中并且存在于所述聚合物绝缘导体的表面彼此接触处，从而保护所述发泡部分不会由于迫使所述接触表面结合在一起而被压挤。

权利要求

1.聚合物绝缘导体的双绞线，用于形成所述双绞线的扭绞过程迫使所述聚合物绝缘导体的每个聚合物绝缘导体的聚合物绝缘材料的表面彼此接触，每个所述聚合物绝缘导体的聚合物绝缘材料包括：(i)发泡聚合物部分，所述发泡聚合物部分可由于所述迫使所述聚合物绝缘导体的所述聚合物绝缘材料的所述表面彼此接触而被压挤以及(ii)抗压聚合物部分，所述抗压聚合物部分在所述绝缘材料内径向延伸到所述发泡聚合物部分中并且存在于所述聚合物绝缘导体的所述表面彼此接触处，从而保护所述发泡聚合物部分不会由于所述迫使所述聚合物绝缘导体的所述聚合物绝缘材料的所述表面彼此接触而被压挤。

2.权利要求1的聚合物绝缘导体的双绞线，其中所述抗压部分为基本未发泡的聚合物。

3.权利要求1的聚合物绝缘导体的双绞线，其中所述抗压聚合物部分延伸通过所述发泡部分的厚度的至少60％。

4.权利要求1的聚合物绝缘导体的双绞线，其中所述抗压聚合物部分具有径向地延伸到所述发泡聚合物部分中的向内渐缩的横截面。

5.权利要求1的聚合物绝缘导体的双绞线，其中聚合物绝缘材料为约4至20密耳厚。

6.权利要求1的聚合物绝缘导体的双绞线，其中所述聚合物绝缘材料的平均空隙度为约10至70％。

7.权利要求1的聚合物绝缘导体的双绞线，其中所述抗压聚合物部分的抗压性使得所述双绞线的宽度为进行所述扭绞过程前每个所述聚合物绝缘导体的直径总和的至少约

90％。

8.权利要求1的聚合物绝缘导体的双绞线，其中所述部分(i)和(ii)构成整个所述聚合物绝缘材料。

9.权利要求1的聚合物绝缘导体的双绞线，其中所述部分(i)和(ii)各自细分成相对于彼此交替的至少三个区域，所述区域沿着每个所述聚合物绝缘导体的长度延伸。

10.权利要求9的聚合物绝缘导体的双绞线，其中所述部分(ii)包括在每个所述聚合物绝缘导体的所述聚合物绝缘材料的所述表面处互连所述部分(ii)的所述至少三个区域的基本未发泡的聚合物层。

11.权利要求9的聚合物绝缘导体的双绞线，其中所述部分(ii)包括在所述导体的表面处互连部分(ii)的所述至少三个区域的基本未发泡的聚合物层。

12.权利要求9的聚合物绝缘导体的双绞线，其中所述聚合物绝缘材料的所述聚合物选自含氟聚合物和聚烯烃。

13.权利要求9的聚合物绝缘导体的双绞线，其中所述部分(i)和(ii)均细分成至少五个区域。

14.权利要求9的聚合物绝缘导体的双绞线，其中所述部分(ii)基本贯穿所述绝缘材料的整个厚度。

说明书

抗压双绞线通信电缆

发明领域

[0001] 本发明涉及双绞线通信电缆，更具体地讲涉及其中每个聚合物绝缘导体的聚合物绝缘材料均被发泡的电缆。

[0002] 发明背景

[0003] 双绞线通信电缆用于通常在建筑物的压力通风区域中进行高频信号传输。电缆由被聚合物护套包覆的聚合物绝缘导体的双绞线构成。通常，电缆包含多根双绞线，它们被具有十字形横截面的花键彼此隔开，所有的双绞线均被包含在共用的聚合物护套内。万一发生建筑物失火，出于对阻燃和防烟的考虑，聚合物绝缘材料为含氟聚合物。在单根电缆内含有多根双绞线的情况下，少量的聚合物绝缘材料可为聚烯烃，聚烯烃本身是易燃的并会在燃烧时发出烟雾。在某些建筑物环境下，含氟聚合物绝缘材料作为主要绝缘材料与聚烯烃绝缘材料的组合是可接受的。

[0004] 双绞线的聚合物绝缘导体的一项要求是电信号的传输具有很少的信号损失直至无信号损失。产生信号损失的一个机理是信号能量被聚合物绝缘材料吸收。这种吸收会随着聚合物绝缘材料的质量增加而增加。因此，一般使用较薄的绝缘材料，典型地不大于约20密耳(500μm)，通常不大于约12密耳(300μm)。发泡绝缘材料已被用于减小绝缘材料中聚合物的质量，并且这确实减少了聚合物绝缘材料的能量吸收(电容)。然而，发泡绝缘材料的问题在于，其可由于使两根聚合物绝缘导体结合(双绞)在一起的扭绞操作而受到压挤。在被扭绞在一起的过程中，聚合物绝缘材料的表面被强制接触在一起。扭绞力的大小随扭绞设备和扭绞的紧密度而变化，紧密度为每单位长度(如每英尺或每米)的扭转圈数。扭绞力压缩发泡绝缘材料的表面的结果是降低其厚度，从而使得在绝缘材料的压缩处双绞线的两根绝缘导体间的介电特性降低(阻抗降低)。为了弥补这种不可取的绝缘材料厚度损失，聚合物绝缘导线制造商在将绝缘材料应用到导体上的挤出发泡过程中必须增加发泡聚合物绝缘材料的厚度。这将有损使用发泡绝缘材料而非固体(未发泡)绝缘材料的优势，而且在将由发泡材料绝缘的双绞线电缆安装到小空间中时会面临困难，并有碍使用现有尺寸的连接器。

[0005] 要解决的问题在于，如何用发泡绝缘材料代替固体绝缘材料，而不会产生由扭绞过程引起的使发泡绝缘材料具有更大压缩性的缺点。

[0006] 发明概述

[0007] 本发明通过提供抗压发泡绝缘材料来解决这一问题。更具体地讲，本发明为聚合物绝缘导体的双绞线。形成绝缘导体双绞线的扭绞过程强制使聚合物绝缘导体中的每个聚合物绝缘导体的聚合物绝缘材料的暴露表面彼此接触。根据本发明，每个聚合物绝缘导体的聚合物绝缘材料均包括(i)发泡聚合物部分，该发泡聚合物部分可通过强制所述聚合物绝缘导体的所述聚合物绝缘材料的表面彼此接触而被压挤，以及(ii)抗压聚合物部分，该抗压聚合物部分在所述绝缘材料内径向延伸到发泡部分中，并且存在于聚合物绝缘导体的暴露表面彼此接触处。在每一聚合物绝缘材料的暴露表面被强制结合在一起的地方存在的部分(ii)为抗压的，从而保护发泡部分不会由于强制所述聚合物绝缘导体的所述聚合物绝缘材料的这些暴露表面彼此接触而被压挤。在一个实施方案中，抗压部分(ii)在绝缘材料内自绝缘材料的外表面朝导体径向延伸或延伸到导体上。

[0008] 因此，本发明提供了发泡聚合物和未发泡聚合物组合形式的聚合物绝缘材料。未发泡聚合物布置在聚合物绝缘材料内，以防止发泡部分被将一对绝缘导体扭绞在一起的操作施加给聚合物绝缘材料表面的力压挤。扭绞操作通常称为双绞。部分(ii)存在于两根绝缘导体的表面被强制彼此接触处，加之部分(ii)延伸到部分(i)的厚度中，从而为聚合物绝缘材料提供了抗压性。延伸到绝缘材料的发泡部分中的部分(ii)的形状也有助于提升由部分(ii)赋予聚合物绝缘材料的抗压性，这在下文中将进一步描述。双绞力可能非常大，以致即便是实心聚合物绝缘材料也会在聚合物绝缘材料的相交处发生变形，但是实心聚合物绝缘材料的抗变形性远远大于发泡绝缘材料的抗变形性(抗压性)。因此，当双绞力足够大时，即使是部分(ii)也会发生相对小的变形。优选地，抗压部分的抗压性使得所述双绞线中的两直径的宽度为进行所述扭绞前每个聚合物绝缘导体的直径总和的至少约90％。

[0009] 虽然聚合物绝缘材料的部分(ii)通过不发泡获得了其抗压性，而且虽然聚合物绝缘材料的未发泡部分似乎会增加整个聚合物绝缘材料的电容，但是由于能够对绝缘材料的部分(i)利用会增加空隙度的发泡条件，绝缘材料的此种增加的聚合物质量得到了补偿，从而可在未发泡部分中使用质量更小的聚合物。因此，本发明可减小绝缘材料的电容，从而提高信号的传输速度。

[0010] 在一个优选的实施方案中，聚合物绝缘部分(i)和(ii)各自细分成相对于彼此交替的至少三个区域，这些区域径向地延伸到绝缘材料中，而且各自沿着每个所述聚合物绝缘导体的长度方向延伸。当在绝缘导线的横截面中观察时，这些区域优选为围绕导体对称。部分(ii)的多个区域的存在提高了这些区域存在于双绞线中绝缘导体的表面彼此接触处的可能性，而无需在双绞操作中作特殊规定。

[0011] 随着为了减小电缆中的邻近双绞线嵌套在一起的可能性而希望具有更紧密的扭绞，抗压的发泡聚合物绝缘材料的重要性正日益凸显。嵌套会使邻近双绞线之间的串扰增加。

[0012] 附图简述

[0013] 图1为本发明的聚合物绝缘导体的双绞线的放大等轴视图，其未示出聚合物绝缘材料的构造细节。

[0014] 图2为图1所示绝缘导体的双绞线的其中一个绝缘导体沿截面2-2的的放大横截面，其示出了本发明的聚合物绝缘材料的横截面的一个实施方案的细节。

[0015] 图3示出了双绞线其中一个聚合物绝缘导体的绝缘材料的放大横截面的另一个实施方案。

[0016] 图4示出了双绞线其中一个聚合物绝缘导体的绝缘材料的放大横截面的又一个实施方案。

[0017] 图5示出了绝缘导体双绞线的其中一个绝缘导体的放大横截面的再一个实施方案。

[0018] 图6示出了用于获得本发明中使用的聚合物绝缘材料的挤出机机头的一个实施方案的局部剖面图。

[0019] 图7示出了用于获得本发明中使用的聚合物绝缘材料的挤出机机头的另一个实施方案的局部剖面图。

[0020] 发明详述

[0021] 图1示出了聚合物绝缘导体4和6的双绞线2，绝缘导体分别由诸如由铜制成的中心导体8和10以及聚合物绝缘材料12和14组成。用以形成双绞线2的双绞方法为常规操作，其使绝缘材料12和14的暴露表面例如在接触点16和18处强制结合在一起。接触点16和18通常为这两根绝缘导体间的螺旋接触线的一部分或为跟随正弦接触的区域。就双绞线的绝缘导体之间的阻抗均匀性而言，连续的接触线是优选的。原本在绝缘材料为完全发泡的时会导致压挤发泡绝缘材料的力是由双绞操作引起的并保持存在于绝缘导体的双绞线中。聚合物绝缘材料的抗压部分则能保护可发泡部分。

[0022] 图2示出了包括导体8和绝缘材料12的绝缘导体4的横截面，其中抗压部分细分成与五个发泡区域22交错的五个未发泡区域20。区域20通过基本未发泡获得其抗压性。在所示的实施方案中，区域20径向延伸经过发泡绝缘区域22的整个厚度后靠在导体8上，借此，对绝缘材料的暴露表面24施加的双绞力由导体8支撑，从而增加了区域20的抗压性。从聚合物绝缘材料的外表面进行测量，未发泡区域优选贯穿绝缘材料厚度的至少40％，更优选至少60％。由于区域20径向延伸到发泡区域22的厚度中，因此依靠这些区域的向内渐缩的横截面，即使泡沫结构位于区域20之下，这本身也提供抗压性。就这一点而言，区域20类似于梯形。区域20的这一梯形形状(横截面)的侧面26和28由相接触的泡沫区域22支撑。这些区域优选围绕中心导体8对称。优选地，这些区域的对称分布包括相对于彼此大小一致的发泡区域和相对于彼此大小一致的抗压区域以及在绝缘材料横截面内均匀分布(间隔)的发泡区域和抗压区域。

[0023] 在图3中，抗压区域30和泡沫区域32相对于彼此交替布置，并围绕导体31对称分布。在该实施方案中，层34存在于绝缘材料的最内表面处，即与导体接触，该层为基本未发泡的。在这点上，该层的组成与包含泡孔成核剂的发泡区域32的组成相同，但是挤出工艺条件使得在邻近导体的区域中发泡出现得极少(如果有的话)，也就是说层34基本未发泡。该工艺条件包括在形成发泡区域32的发泡聚合物组合物与导体接触时使导体相对“冷”。借此，邻近导体的区域的冷却速度比熔融聚合物中气泡(泡孔)可形成的速度更快，从而在该区域与发泡区域之间产生泡沫结构差异。所得的层34通常具有小于约10％，优选小于约5％的空隙度，并相对于发泡区域表现出一定的视觉差异，而发泡区域通常具有至少约20％、优选至少30％的空隙度。

[0024] 在图3的实施方案中，抗压区域30延伸到层34中。另外，基本未发泡的层36也存在于聚合物绝缘材料的外(暴露)表面。层34和36与区域30互连，从而增加整个聚合物绝缘材料的抗压性。与层34的情况一样，层36也为基本未发泡的。一些可发泡组合物可能渗入形成层36聚合物的挤出聚合物中，从而形成一些气泡。鉴于层36与相邻发泡区域之间的接触面处的不规则性，使层36基本未发泡的条件可与上面针对层34所述的条件相同。然而，当存在层34和/或36时，优选的是它们各自构成聚合物绝缘材料总体厚度的至少约10％。

[0025] 图4的实施方案与图3的实施方案的不同之处在于，虽然抗压区域38延伸到发泡区域40中，但是从聚合物绝缘材料的外表面进行测量，仅延伸进聚合物绝缘材料的总体厚度的约60％。像图3的实施方案一样，也存在互连区域38的暴露表面层42，但是邻近导体41表面的区域比图3中的层34发泡要多得多。然而，与完全由发泡组合物(具有与在抗压区域之间交错并在它们下方延伸的发泡区域(如图4所示)相同的空隙度)构成的绝缘材料相比，该实施方案仍表现出显著的抗压性。

[0026] 在图5的实施方案中，泡沫/抗压部分(花键)绝缘材料构造的横截面结构包括九个花键44，它们围绕导体46对称排列并分别与导体表面处的未发泡层48和绝缘材料表面处的未发泡层49互连。花键与发泡区域50交错。

[0027] 在图2-5所示的聚合物绝缘材料的所有实施方案中，形成聚合物绝缘材料的细分、交替区域(即抗压区域和发泡区域)的结构沿着导体的长度方向连续地延伸。这些区域相辅相成，并可构成聚合物绝缘材料的整个厚度。虽然图3和图4的绝缘结构的横截面表示法将抗压区域描绘成梯形的臂，其有时全部地、有时部分地径向延伸到发泡区域中，但是抗压区域实际上是沿绝缘导体的长度方向延伸的花键，其中发泡区域填充这些花键间的空间，并有可能填充花键下的空间。从图1中可看出，双绞线的绝缘导体彼此交叉。借此，花键存在于聚合物绝缘材料的暴露表面间的接触处。花键的宽度和频率，与基本未发泡的外层一起，在相接触的聚合物绝缘材料之间提供抗压接触面。未发泡花键的宽度优选最小化，只要能得到所需的抗压性，以便使存在于绝缘材料中的聚合物的量最低，从而使其电容最小。优选地，在绝缘材料的横截面中未发泡区域的面积不大于总横截面积的约50％，更优选不大于约40％。因为彼此扭绞的绝缘导线的接触是连续的，因此一些接触点可能不是花键-花键，而是花键-未发泡外层(如图3的未发泡层36)或花键-发泡绝缘材料(如图2的发泡区域22)。在这种情况下，双绞线直径总和的损失将为在假如不存在抗压区域时的大约一半。无论如何，如果相邻的花键-花键接触成为双绞线的聚合物绝缘材料之间的接触点，则这些接触趋于支持它们各自的发泡绝缘区域(限制其挤压)。此类挤压将继续，直到一个绝缘导体接触到双绞线中另一绝缘导体的绝缘材料中所存在的邻近花键为止。可通过增加花键的数量和/或宽度来增大花键-花键接触的可能性。因此，聚合物绝缘材料中优选存在至少五个抗压区域，更优选存在至少七个抗压区域，还更优选存在至少九个抗压区域。这些抗压区域优选具有大约相等的横截面积，并且优选与发泡区域对称地交替。就这些数量的花键中的每一个而言，花键可如上文所述的那样渗透(径向延伸)到绝缘材料的厚度中。类似地，基本未发泡的聚合物的表面层可在邻近导体的表面处或在绝缘材料的暴露(外)表面处或同时在这两个位置处位于绝缘材料内，并且它们的厚度可为上文所述的那样。

[0028] 图6示出了可获得图2、3和5中绝缘结构的挤出机机头设计54的一个实施方案的局部视图。芯56和芯尖端58同心地安装在机头54的主体52内。将用惰性气体加压(注入)的熔融聚合物组合物通过端口64从挤出机(未示出)送入芯中，机头主体52包含相对于芯尖端58的环形槽57，从而使得该熔融聚合物组合物能够完全在芯尖端周围流动，并且流入和流过芯56与芯尖端58之间的狭窄环形间隙59。芯尖端58具有轴向导线(导体)导向体60，芯56与芯尖端58之间的环形孔口62限定了被真空拉伸的熔融聚合物组合物的管状挤出尺寸，真空是通过导线导向体60施加到导线上以形成聚合物绝缘材料。推迟对熔融聚合物绝缘材料的可发泡部分的发泡，直到聚合物组合物被拉伸到导线上，然后进行发泡，并且冷却这样绝缘的材料以冻结泡沫构造。

[0029] 机头和挤出方法的前述说明是常规说明。下文介绍使本发明可用于实践的结构和条件。自侧部挤出机(未示出)通过端口70注入熔融聚合物，获得聚合物绝缘材料的抗压区域。此熔融聚合物尚未用惰性气体加压，由此该熔融聚合物是不可发泡的。机头主体52与芯56之间形成环形槽72，使得熔融聚合物可环绕芯56。芯中设置有多个额外的端口74，用于连通槽72和环形间隙59。额外端口74的数量和径向分布对应于将形成于聚合物绝缘材料中的抗压区域(花键)的数量和径向分布。流过这些额外端口的熔融聚合物形成聚合物绝缘材料的抗压区域。在操作时，熔融的可发泡聚合物组合物沿环形间隙59(被强制)流动，并且熔融聚合物(被强制)流过额外的端口74，以渗透且可能细分熔融可发泡聚合物组合物的流。流过额外端口74的熔融聚合物并非旨在用于发泡。在熔融聚合物穿过环形孔口62并且被拉伸到导线上以在导线上形成发泡的抗压聚合物绝缘材料期间，保持使熔融聚合物自额外端口74进入被送入环形间隙59中的可发泡熔融聚合物组合物的渗透设置。来自额外端口的熔融聚合物的渗透程度由聚合物和聚合物组合物分别通过端口70和端口64的相对流量来控制。抗压区域的梯形横截面形状是自然形成的。可通过以下方式在导体表面上形成基本未发泡的层，例如层34(图3)：在随着熔融聚合物组合物自环形孔口62挤出而释放压力、从而使可发泡聚合物组合物能够发泡之前，使穿过芯尖端58的导线冷却可发泡聚合物组合物。为了实现这种冷却，导线只被加热到相对低的温度，优选不高于约240°F(116℃)。

[0030] 图7中的机头76由与图6中相同的元件组成，不同的是机头76经改进以制备图5中基本未发泡的层49，以用于在聚合物绝缘材料外表面上互连抗压区域。就这一点而言，机头主体经改进以形成围绕芯56的环形间隙82，并且环形槽80包括环形开口84。这一改进使得流过端口70的熔融聚合物既能流入额外端口74，也能流入环形间隙82，环形间隙82使得熔融聚合物能够自额外端口74的上游进入环形间隙59。这种上游进入可充分地渗透流动的熔融可发泡聚合物组合物以形成表面层，表面层又被自额外端口74流动的熔融聚合物渗透，从而形成抗压区域。表面层的厚度，例如图3中层36的厚度，由流过端口70的熔融聚合物和流过端口64的熔融可发泡聚合物组合物的相对流量进行控制，即提供足够的熔融聚合物通过端口70以供给聚合物，从而得到所需厚度的未发泡外绝缘材料层以及所需渗透程度的花键。因此，花键可到达导体，如图2所示，或者到达内部未发泡层34(图
3)或层48(图5)。图3和5分别示出了层34和层48，当这些内层与其各自的花键的互连实际上可成为层与花键之间的接触线或焊接线时，它们分别相对于各自的花键成为一体，但仍然为花键提供固体支持。优选地，抗压区域基本完全贯穿绝缘材料的厚度，使得至少由固体材料支持，固体材料为图2中的导体8，或者分别为图3和图5中的内部未发泡层34和
48。还可通过使用美国专利5,783,219公开的芯设计来获得未发泡表面层。

[0031] 本发明中使用的含氟聚合物优选为四氟乙烯(TFE)和六氟丙烯(HFP)的共聚物。在这些共聚物中，HFP含量通常为约6-17重量％，优选为9-17重量％(根据HFPI×3.2计算得出)。HFPI(HFP指数)是在指定红外线辐射(IR)波长处的IR吸光率，如美国依法注册的发明H130所公开的那样。优选地，TFE/HFP共聚物包括少量的其他共聚单体以改进性能。
优选的TFE/HFP共聚物为TFE/HFP/全氟(烷基乙烯基醚)(PAVE)，其中烷基包含1至4个碳原子。优选的PAVE单体为全氟(乙基乙烯基醚)(PEVE)和全氟(丙基乙烯基醚)(PPVE)。
包含其他共聚单体的优选TFE/HFP共聚物具有约6-17重量％(优选为9-17重量％)的HFP含量以及约0.2至3重量％的PAVE含量(优选为PEVE)，共聚物的剩余部分为TFE，这样就组成总共100重量％的共聚物。FEP组合物的实例为美国专利4,029,868(Carlson)、
5,677,404(Blair)，以及6,541,588(Kaulbach等人)和美国依法注册的发明H130中所公开的那些。FEP是部分结晶的，也就是说，FEP不是弹性体。部分结晶是指所述聚合物具有一定的结晶度，而且由根据ASTM D 3418所测的可检测的熔点以及至少为约3J/g的熔融吸热量来表征。

[0032] 可使用可熔融制成以便被熔融挤出的其他含氟聚合物，即包含至少35重量％的氟的聚合物，但优选FEP，因为其挤出速度快并且成本相对较低。在具体应用中，乙烯/四氟乙烯(ETFE)聚合物是适合的，但全氟聚合物是优选的，这些包括四氟乙烯(TFE)和全氟(烷基乙烯基醚)(PAVE)的共聚物，通常称为PFA，而在某些情况下称为MFA。PAVE单体包括全氟(乙基乙烯基醚)(PEVE)、全氟(甲基乙烯基醚)(PMVE)，以及全氟(丙基乙烯基醚)(PPVE)。TFE/PEVE和TFE/PPVE是优选的PFA。MFA是TFE/PPVE/PMVE共聚物。然而，如上所述，FEP是最优选的聚合物。

[0033] 本发明中使用的含氟聚合物也是可熔融制成的，即聚合物在熔融状态下能够充分流动，使得聚合物可通过诸如挤出等熔融工艺来加工以制备具有足够强度而有用的导线绝缘材料。本发明中使用的全氟聚合物的熔融流量(MFR)优选在约5克/10分钟至约50克/10分钟的范围内，优选为至少20克/10分钟，更优选为至少25克/10分钟。

[0034] 通常通过在聚合反应期间改变引发剂的送入量来控制MFR，如美国专利7,122,609(Chapman)所公开的那样。对于给定的聚合反应条件和共聚物组合物，聚合反应介质中的引发剂浓度越高，分子量就越小，MFR就越大。还可通过使用链转移剂(CTA)来控制MFR。根据ASTM D-1238，在熔融聚合物上使用5公斤的重物，在372℃的熔融温度下测量MFR，如在ASTM D 2116-91a(针对FEP)、ASTM D 3307-93(针对PFA)以及ASTM D
3159-91a(针对ETFE)中所阐述的那样。

[0035] 在聚合时通过含水的聚合反应制成的含氟聚合物每106个碳原子包含至少约400个端基。暴露于热量中时，例如挤出过程中遇到热时，这些端基中的大多数会经历化学反应，例如分解，从而使挤出的聚合物脱色或其中填充有不均匀的气泡或两者兼有，在这个意义上说它们是不稳定的。这些不稳定的端基的实例包括-COF、-CONH2、-COOH、-CF＝CF2和/或-CH2OH，并且按此类聚合反应方面被确定为聚合反应介质、引发剂、链转移剂(如果有的话)、缓冲剂(如果有的话)的选项。优选地，使含氟聚合物稳定，以由稳定的端基置换基本所有不稳定的端基。优选的稳定方法是在高温下将含氟聚合物暴露于蒸汽或氟(后者适用于全氟聚合物)中。含氟聚合物暴露于蒸汽的实例在美国专利3,085,083(Schreyer)中有所公开。含氟聚合物暴露于氟的实例在美国专利4,742,122(Buckmaster等人)和美国专利4,743,658(Imbalzano等人)中有所公开。这些方法可用于本发明。端基的分析在这些专利中有所描述。-CF3稳定端基(氟化作用的产物)的存在是由于氟处理之后不存在不稳定的端基而引起的，并且这是优选的稳定端基，与-CF2H端基稳定的(蒸汽处理的产物)6
含氟聚合物相比，其耗散因子更小。优选地，不稳定端基的总数量构成每10 个碳原子不超
6 6
过约80个此类端基，优选为每10 个碳原子不超过约40个此类端基，最优选为每10 个碳原子不超过约20个此类端基。

[0036] 抗压区域和泡沫区域中存在的含氟聚合物优选足够相似以使它们相容(即，使得抗压区域和泡沫区域在绝缘导体的双绞线的正常使用期间不能分开)，并且抗压区域和泡沫区域中存在的含氟聚合物可相同。

[0037] 根据本发明，聚烯烃也可用作绝缘材料。聚烯烃的实例包括诸如全同立构聚丙烯的聚丙烯、诸如高密度聚乙烯(HDPE)的线性聚乙烯、诸如具有0.89至0.92的比重的线性低密度聚乙烯(LLDPE)。采用Dow ChemicalCompany的 催化剂技术制备的线性低密度聚乙烯，以及得自ExxonChemical Company的 聚乙烯均可用于本发明；这些树脂通常被称为(mLLDPE)。这些线性低密度聚乙烯是乙烯与少量高α单烯烃的共聚物，高α单烯烃例如包含4至8个碳原子，通常为丁烯或辛烯。这些热塑性聚合物中的任一种均可为单聚合物或聚合物的共混物。因此， 聚乙烯通常为不同分子量的聚乙烯的共混物。

[0038] 包括任何外表面和内表面基本未发泡层(例如图3中的层34和层36)(如果存在的话)的聚合物绝缘材料的总体厚度通常为约4至20密耳(100至500μm)，优选为约6至14密耳(150-350μm)。此厚度由诸如图5中的孔口52等环形孔口与发泡区域的拉伸比率和空隙度共同确定。可使用任何使聚合物发泡的方法来形成聚合物绝缘材料的发泡区域。
然而，优选的是所用方法将得到小且均匀的单元(空隙)，从而得到电性能的最佳组合(例如低回程损耗和高信号传输速度)。就这一点而言，单元的直径优选为约50微米及更小，空隙度为约10至70％，优选为约20至50％，更优选为约20至35％。空隙度由对绝缘导体进行的电容测量确定，这将在下面的实施例中进行描述。此为绝缘材料发泡部分和未发泡部分的平均空隙度。用于在绝缘材料发泡区域中得到此泡沫结果的优选方法是将高压惰性气体注入挤出机中的熔融聚合物，熔融聚合物通过端口64(图5)送入，并且使熔融聚合物包含泡沫单元成核剂，在挤出模具的下游发泡时，成核剂会促进形成均匀尺寸的小单元。由高压惰性气体注入引起的发泡会将发泡延迟足够长的时间，使得聚合物组合物的挤出管能够在发泡开始之前拉伸到导体上。

[0039] 为了得到需要的抗压结果，未发泡的抗压区域以及未发泡的内层和外层的比例是不同的，因此可通过改变注入熔融聚合物的惰性气体的压力来改变发泡区域的空隙度，从而为聚合物绝缘材料提供恒定的电容。因此，随着绝缘材料中未发泡聚合物的比例增加，空隙度也随之增大，以在通过增大未发泡聚合物的比例来改变绝缘材料构造之前，为发泡/未发泡绝缘材料构造提供大约相同的电容。

[0040] 优选地，本发明所用的添加到聚合物中的泡沫单元成核剂在挤出机加工条件下是热稳定的。此类试剂的实例包括美国专利4,877,815(Buckmaster等人)中公开的那些，即热稳定的有机酸以及磺酸盐或膦酸盐，其优选与氮化硼和美国专利4,764,538中公开的热稳定无机盐组合。优选的有机酸或盐具有化学式F(CF2)nCH2CH2-磺酸基或膦酸或盐或它们的混合物，其中n为6、8、10或12。

[0041] 基本未发泡的层，例如图5中的层48，与发泡区域具有相同的组成，但通过与导体接触这一冷却效应而避免发泡。图5中的花键(例如抗压区域44)和外层49均基本未发泡，但未发泡的原因不同。形成这些区域的聚合物是在高压惰性气体注入的下游被注入形成绝缘材料的可发泡区域的熔融聚合物中，从而使这个发泡原因在流过端口70的聚合物中不存在。任何基本未发泡区域均可形成少量泡沫单元，然而仅仅是通过可发泡组合物渗透到这些区域中而形成的。此外，发泡区域与未发泡区域之间的分界线可能不那么鲜明，即在观察发泡区域内的空隙(单元)所需的微观标度上有些不规则。

[0042] 虽然形成绝缘材料的抗压区域和发泡区域由于形成绝缘材料的挤出发泡过程而沿绝缘导体的长度延伸，但这些区域的纵向设置也是长捻螺旋线形式，即由挤出机螺丝赋予形成这些区域的熔融聚合物的旋转运动导致形成长捻螺旋线，其中螺旋线的旋转可在至少每米长度的绝缘导体中出现一次。挤出发泡过程的另一个属性是，随着发泡区域的直径在应用于导体之后的发泡期间增大，未发泡区域的直径也相应地增大。令人惊讶的是，尤其当抗压区域(花键)贯穿绝缘材料的厚度时，发泡区域的发泡膨胀力还导致花键相应地径向延伸，使得聚合物绝缘材料具有基本均匀的直径，即横截面基本保持为圆形。如果存在互连各花键的外层，则此外层拉伸以适应聚合物绝缘材料发泡之后比当聚合物挤出物首先接触导体时更大的直径，尽管聚合物绝缘材料的表面正在冷却。

[0043] 可与现有双绞线相同的方式使用本发明的聚合物绝缘导体的双绞线，即与其他双绞线组合，优选与本发明的双绞线组合，以制备所需的通信电缆。要注意的是，本发明的双绞线提供比实心聚合物绝缘材料更薄(直径更小)的聚合物绝缘导线，从而使得本发明的双绞线可缩小例如在10GB/s信号频率下进行传输等高性能所需的电缆的尺寸。这种尺寸缩小使得在不改变安装连接器和载体的情况下就能满足这种高性能。实施例

[0044] 聚合物绝缘导体的抗压性由UL-444程序确定，该程序涉及在相对的压板之间压挤一定长度的绝缘导体，以5毫米/分钟的速率测量5平方毫米，每个压板均电连接到被测绝缘导体的导体上。由在导体与压板中的一个或两个之间构成的电路所指示的绝缘材料失效是短路前的峰值载荷，或者仅为峰值载荷。优选地，由本发明的绝缘导体(优选为双绞线的两根绝缘导体)提供的峰值载荷比其中绝缘材料是发泡的并且没有抗压区域的对应绝缘导体的峰值载荷大至少约10％，优选为至少约20％。如果存在未发泡含氟聚合物的外表面层，例如具有最大约1密耳(25μm)的厚度，则不认为这是抗压区域。对应的绝缘导体是指量纲(绝缘材料厚度和导体直径)和电容相同，并且含氟聚合物也相同。抗压性的另一个量度是对在扭绞操作中产生的绝缘材料初始变形的抵抗力。这种抗压性通过以下方式确定：记录在载荷增大时的位移(聚合物绝缘材料总体直径的缩小)曲线并确定此曲线在1至4密耳(25至100μm)位移量(变形量)区域中的斜率。按比较实施例和10密耳(250μm)实施例中使用的绝缘材料厚度计，此位移量对应于聚合物绝缘材料被压挤至其原始厚度的80％。曲线的斜率是聚合物绝缘材料的压挤模数。优选地，绝缘导体(优选为双绞线的每个绝缘导体)的压挤模数比对应绝缘导体的压挤模数大至少约10％或更多，更优选为大至少约20％。由三次测量的平均值来确定绝缘导体的峰值载荷和压挤模数特性。未尝试使绝缘材料相对于压板定向。已发现，特别是压挤模数测量值在三次测量中仅略微改变。

[0045] 聚合物绝缘导线的电容通常在导线绝缘材料挤出线上测量。根据此测量值，空隙度根据以下公式确定；

[0046] 电容＝7.354K/log10(D/d)

[0047] 其中，K是聚合物绝缘材料的介电常数，D是聚合物绝缘导体的直径，d是导体直径。将以pF/ft为单位的电容测量值插入公式中，即可确定K的值。K与空隙度有关，如表1所示。

[0048] 表1

[0049] 介电常数 ％空隙度

[0050] 2.1 0

[0051] 2.0 6

[0052] 1.9 13

[0053] 1.8 21

[0054] 1.7 28

[0055] 1.6 36

[0056] 1.5 45

[0057] 1.4 55

[0058] 1.3 66

[0059] 1.2 78

[0060] 1.1 88

[0061] 1.0 100

[0062] 根据电容公式中介电常数(K)的计算，整个绝缘材料的平均空隙度可通过对以上列出的空隙度进行内推来确定。绝缘材料发泡区域的实际空隙度的确定方法为：测量绝缘材料发泡区域的横截面积占绝缘材料总面积的百分比，然后用此百分比除以整个绝缘材料的空隙度。此表一般适用于全氟聚合物。对其他含氟聚合物和聚烯烃而言，可用实验方法确定介电常数与空隙度之间的关系。

[0063] 这些实施例中使用的含氟聚合物是可从DuPont商购获得的含氟聚合物，其包含10至11重量％的HFP和1-1.5重量％的PEVE，其余为TFE。此FEP具有30克/10分钟的MFR，可通过使用美国专利6,838,545(Chapman)中实施例2的挤出机氟化工艺暴露于氟中而稳定，不同的是氟浓度从‘545实施例中的2500ppm减小至1200ppm。泡沫单元成核剂为
91.1重量％的氮化硼、2.5重量％的四硼酸钙和6.4重量％的调聚物B磺酸的钡盐，总共
100％的这些成分组合的混合物，如美国专利4,877,815(Buckmaster等人)所公开的那样。
为了形成可发泡的含氟聚合物组合物，将含氟聚合物与泡沫单元成核剂进行干混合，提供按含氟聚合物加泡沫单元成核剂的总重量计0.4重量％浓度的含氟聚合物，然后将所得的混合物在挤出机中复合并作为粒料挤出，粒料随后被用于挤出导线涂层/发泡工艺中。用于形成聚合物绝缘材料各未发泡区域的含氟聚合物本身是相同的含氟聚合物。

[0064] 比较实施例

[0065] 在此实施例中，将10密耳(250μm)厚的发泡含氟聚合物绝缘材料挤出形成于0.0226英寸(575μm)直径的铜线上。此绝缘材料表现出48pF/ft(157pf/m)的电容，此电容对应于约24％的空隙度。相同量纲的实心含氟聚合物绝缘材料可得到54pF/ft(177pF/m)的电容。空隙的单元尺寸是均匀的，并且直径小于50μm，其确定方法为将绝缘材料的薄横截面置于显微镜下，随机选择20-30个单元来测量直径，然后对结果取平均值。平均值是平均单元直径，如果单元直径的变化系数(标准偏差除以平均值)小于约50％，优选小于约
25％，更优选小于约15％，则单元尺寸可称为是均匀的。除绝缘材料的发泡区域之外，绝缘材料还包括内部和外部未发泡层，这些层类似于图3中的层34和36，但没有花键。这些层中每一层的厚度均为约1密耳(25μm)。

[0066] 制备此聚合物绝缘导线的挤出条件如下：使用具有45毫米的孔口和30∶1的L/D比率的挤出机。在2800磅/平方英寸(19MPa)的压力下将氮注入挤出机内的熔融含氟聚合物组合物。挤出环形孔口由0.110英寸(2.8mm)的芯尖端外径和0.180英寸(4.6mm)的芯内径限定。芯还可改进成为具有0.011英寸(0.28mm)宽的环形间隙(图7中的58)，以形成绝缘材料外层。含泡沫单元成核剂的含氟聚合物的熔融温度为680°F(360℃)，并且铜线被加热至230°F(110℃)，从而将熔融的含氟聚合物组合物冷却到足以形成未发泡的内层。拉伸比率(DDR)为约20，生产线速度为740英尺/分钟(226米/分钟)。

[0067] 所得的发泡含氟聚合物绝缘材料的压挤模数为13.91bf/in(2.43N/mm)。

[0068] 实施例1

[0069] 该实施例中的含氟聚合物绝缘材料与图3中的类似并且表现出约48pF/ft的电容。与比较实施例的发泡绝缘材料相比较，其对应于更大的空隙度，即发泡区域中有更多单元，其中单元尺寸是均匀的并且尺寸与比较实施例的发泡绝缘材料中的单元相同。该实施例中的含氟聚合物绝缘材料的平均空隙度与比较实施例中的相同，相同的电容可显示这一点。该绝缘材料的压挤模数为15.71bf/in(2.75N/mm)。

[0070] 使用以上所述的挤出机条件来制备此含氟聚合物绝缘材料，不同的是芯尖端包括5个端口(图7中的74)，5个端口各自在进入环形间隙59(图7)的开口处收缩，以形成5个对称设置的花键。此收缩的直径为0.050英寸(1.27mm)。氮压力为3100磅/平方英寸(21.4MPa)。从将含氟聚合物加热至690°F(366℃)的熔融温度的侧面挤出机得到通过这
5个端口送入以形成花键和外部未发泡层的含氟聚合物。侧面挤出机具有38毫米的孔口和24∶1的L/D比率。熔融聚合物通过主挤出机的流量为约20磅/小时(9.1千克/小时)，通过侧面挤出机的流量为约10磅/小时(4.5千克/小时)。生产线速度为712英尺/分钟(217米/分钟)。

[0071] 实施例2

[0072] 该实施例的含氟聚合物绝缘材料与图2中的类似，不同的是该实施例的含氟聚合物绝缘材料具有围绕绝缘材料均匀地间隔开、并且在绝缘材料内自导体径向延伸的十二个未发泡区域。此绝缘材料的平均空隙度为20％。将这些聚合物绝缘导体中的一对双绞，然后测量双绞线(双绞线1)的阻抗。

[0073] 制备另一个发泡的含氟聚合物绝缘导体，该导体是完全发泡的，即不存在未发泡区域。该绝缘材料具有相同的厚度和20％的空隙度。将这些发泡含氟聚合物绝缘导体中的一对在相同条件下双绞，然后测量此双绞线(双绞线2)的阻抗。

[0074] 双绞线1的阻抗比双绞线2的阻抗大1.5Ω，这揭示了由发泡聚合物绝缘材料内未发泡区域提供的抗压性。双绞线1的绝缘材料发泡区域的空隙度大于双绞线2的绝缘材料空隙度，以弥补存在于双绞线1的绝缘材料中的未发泡区域。