Wstęp
Fluoroplastiki są dobrze znane w przemyśle kablowym jako niemal idealne materiały żywiczne z unikalnym połączeniem doskonałych właściwości, które zapewniają wyjątkową wydajność w wielu wymagających zastosowaniach i dlatego są szeroko stosowane w przewodach i kablach do szybkiej transmisji danych, zastosowaniach wojskowych i lotniczych.Spienione fluoropolimery mają doskonałe właściwości elektryczne przy zachowaniu naturalnej ognioodporności, odporności na temperaturę, odporność chemiczną i odporność na warunki atmosferyczne fluoroplastów, co sprawia, że spienione fluoropolimery są wielką zaletą w zastosowaniach.W artykule omówiono rozwój techniczny technologii i sprzętu do spieniania fluoroplastiku.
1. Zalety zastosowań przewodów z pianki fluoroplastycznej
1.1 Właściwości użytkowe spienionych tworzyw fluorowych
Unikalne podstawowe właściwości atomowe fluoroplastów i tworzenie wiązań molekularnych są kluczem do ich doskonałego połączenia wydajności.PTFE na podstawie własnych właściwości nie może stopić wytłaczania.1960 Po raz pierwszy opracowano FEP jako prawdziwą obróbkę fluoropolimerów w stanie stopionym.
ETFE umożliwia usieciowanie polimeru w celu dalszej poprawy właściwości, takich jak odporność na przecięcie i jest stosowany głównie w lotnictwie, przewodach i kablach energii jądrowej.Fluoropolimery są stosowane w zastosowaniach o wysokiej częstotliwości ze względu na ich niską stałą dielektryczną i bardzo mały tangens strat dielektrycznych.
Są najlepszym materiałem izolacyjnym dla linii przesyłowych wysokiej częstotliwości ze względu na niską stałą dielektryczną i bardzo mały tangens kąta strat dielektrycznych.W ostatnich latach doskonałe właściwości fizyczne i elektryczne fluoroplastów znacznie przewyższają właściwości innych materiałów, co czyni je szeroko stosowanymi w wysokiej klasy komunikacyjnych liniach transmisyjnych oraz przewodach i kablach odpornych na wysokie temperatury.Jednak wysoka cena fluoroplastów ograniczyła ich dalsze zastosowanie.
Dlatego w oparciu o udane zastosowanie technologii spieniania, takich jak polietylen (PE), opracowano również spienione tworzywa fluorowe.
W porównaniu z tworzywami fluorowymi i innymi materiałami izolacyjnymi kabli, spienione tworzywa fluorowe mają następujące zalety
a.Lepsze właściwości elektryczne, przy znacznie niższej stałej dielektrycznej ε i mniejszej wartości stycznej kąta zubożenia dielektryka tanδ (jak pokazano na rysunku 2).Na przykład względna stała dielektryczna εr dla stałego FEP wynosi 2,1, a tanδ wynosi 5 x 10-4 przy 1 MHz, podczas gdy przy spienieniu FEP w 60%, εr zmniejsza się do 1,4, a tanδ zmniejsza się do 2,4 x 10-4 przy 1 MHz .oraz mniejsza średnica zewnętrzna kabla (impedancja niezmieniona), dzięki czemu produkt jest bardziej zwarty.Na przykład, stosując 60% pianki FEP do izolacji kabla koncentrycznego, tłumienie kabla można zmniejszyć o 20% przy 1 MHz, podczas gdy zewnętrzna średnica kabla może zostać zmniejszona o około 12% (bez zmiany rezystancji).
b.Oszczędności w wysokich kosztach materiałów.Ze względu na spienianie się materiału izolacyjnego część bąbelkowa jest gazem, co bezpośrednio oszczędza dużą ilość materiału izolacyjnego, jeśli stopień spienienia wynosi 60%, można zaoszczędzić 80% materiału izolacyjnego.
c.Nie wpływa to na inne dobre właściwości fluoroplastów.Spienione fluoroplastiki zachowują naturalną ognioodporność, odporność na temperaturę, odporność chemiczną i odporność na warunki atmosferyczne fluoroplastów i zasadniczo nie wpływają na właściwości mechaniczne fluoroplastów.
1.2 Charakterystyka zastosowania przewodów ze spienionego tworzywa fluorowego
Główne cechy zastosowań spienionych kabli z fluoroplastiku to: a.Aby sprostać potrzebom kabli sieciowych do transmisji danych o wyższych prędkościach transmisji i ognioodporności (zwłaszcza ustawodawstwo USA).Chociaż rynek kabli CAT6 i CAT6A rośnie, trudno jest połączyć wzrost efektywnej odległości transmisji i prędkości transmisji (>10Gb/s) oraz przepustowości (>500MHz) tradycyjnych kabli 100m.W rezultacie kable fluoroplastikowe z piankami o niższej stałej dielektrycznej są oczywistym wyborem dla kabli o wyższej częstotliwości i małych opóźnieniach.Ponadto dostępne są kable i zespoły CAT6 i CAT6A z izolacją FEP, PFA/MFA o odporności ogniowej do CMP.b.Kable Power over Ethernet (PoE) spełniają potrzebę jednoczesnego zapewnienia zasilania i komunikacji.Kable PoE ze spienionego fluoroplastu mogą dostarczać zasilanie do urządzeń wdrażających „Internet rzeczy” i technologie korporacyjne nowej generacji.
Kabel PoE zapewnia zasilanie i komunikację dla urządzeń realizujących „Internet Rzeczy” oraz technologie korporacyjne nowej generacji.Od inteligentnego oświetlenia po bezprzewodowe punkty dostępowe (WAP), kable PoE zmieniają przyszłość infrastruktury okablowania, łącząc funkcje kabli zasilających i komunikacyjnych dla urządzeń w domu, budynkach biurowych i przyszłości pojazdów autonomicznych.
c.Zaspokajanie zapotrzebowania na możliwość transmisji danych o wyższej częstotliwości w kablach elektroniki użytkowej.Kabel koncentryczny ze spienionego fluoroplastu może być używany jako mniejszy, lżejszy, bardzo cienki kabel koncentryczny w przemyśle telefonii komórkowej i kabli medycznych.
d.Zapotrzebowanie na wyższą przepustowość transmisji danych dla kabli transmisyjnych ultrawysokiej częstotliwości w centrach danych może zostać zaspokojone.Kable ze spienionego fluoroplastu mogą być używane jako bardziej zminiaturyzowane, lekkie i odporne na wysokie temperatury kable ognioodporne.
2 Technologia kabli z pianki fluoroplastycznej
2.1 Technologia spieniania fluoroplastycznego
Już w 1995 roku Massachusetts Institute of Technology (MIT) przeprowadził pionierskie badania nad technologią spieniania fluoroplastów i szczegółowo przedstawił wyniki w artykule „Mikroporowate procesy fluoropolimerów i projektowanie systemów wytłaczania mikroporowatej pianki do okładzin z drutu”.
Odpowiednie wyniki badań są szczegółowo opisane w
a.Zwrócono uwagę, że płyny nadkrytyczne mogą w pewnych warunkach wpływać na pienienie fluoroplastów.Gęstość gazu nadkrytycznego
Gęstość gazu nadkrytycznego jest zasadniczo taka sama jak cieczy, a jego lepkość jest tylko 2 do 3 razy większa niż zwykłego gazu (około 1/10 cieczy), przy współczynniku dyspersji około 10 razy większym niż cieczy.Oprócz zwiększania gęstości pęcherzyków spienianych fluoroplastów, płyny nadkrytyczne mogą również skracać czas nasycania.Na przykład CO2 w stanie nadkrytycznym (temperatura krytyczna 31 °C i ciśnienie krytyczne 7,38 MPa) jest używany do spieniania fluoroplastów, a wyniki badań pokazują, że fluoroplastiki najlepiej pochłaniają gaz w temperaturze topnienia.
Wyniki pokazują, że fluoroplastiki mają optymalną absorpcję gazu w temperaturze topnienia i przechodzą szybką zmianę stanu termodynamicznego, tworząc małe, równomiernie rozmieszczone pęcherzyki.
b.Oceń charakterystykę pienienia w masie fluoroplastów FEP4100 i PFA440HP opracowanych przez firmę Dupont.PFA jest bardziej krystalicznym polimerem niż FEP i dlatego dyfuzja gazów w jego matrycy jest trudniejsza.
c.Podsumowano charakterystykę spieniania mikrokomórkowego, w tym fakt, że pienienie mikrokomórkowe jest indukowane przez niestabilność termodynamiczną jednorodnego układu gaz/polimer w stanie nadkrytycznym, że liczba zarodków w spienianiu mikrokomórkowym jest znacznie większa niż w przypadku typowego spieniania chemicznego oraz że wielkość porów podczas spieniania mikrokomórkowego jest mniejsza niż w przypadku typowego spieniania chemicznego.
Wiele badań wykazało, że CO2 i azot są odpowiednimi gazami do spieniania fluoroplastów, o temperaturze krytycznej -147°C i ciśnieniu krytycznym 34 bar (3,4 MPa) dla azotu.