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物理發(fā)泡絕緣工藝

物理發(fā)泡方法具有發(fā)泡度高、較低的介電常數(shù)ε和介質(zhì)損耗角tgδ，降低了電纜衰減，發(fā)泡均勻性好、發(fā)泡孔細密、密閉、生產(chǎn)效率高等一系列優(yōu)點和好處，適應(yīng)了當今通信發(fā)展的傳輸頻率越來越高，要求傳輸電纜的帶寬越來越寬的要求。物理發(fā)泡絕緣在CATV、數(shù)字傳輸系統(tǒng)、要求低衰減傳輸測試等電纜上，獲得廣泛采用。

物理發(fā)泡絕緣生產(chǎn)線設(shè)備的關(guān)鍵部分是：氣體注入和氣體流量控制系統(tǒng)，擠出機和機頭，冷卻水槽長度和牽引控制，直徑/電容自動反饋控制系統(tǒng)。

一.發(fā)泡機理

物理發(fā)泡是利用塑料擠出過程中直接注入氣體或液態(tài)氣體來實現(xiàn)發(fā)泡。物理發(fā)泡是采用氣體作發(fā)泡劑，所以消除了化學發(fā)泡劑的弊端，即絕緣體內(nèi)不存在化學發(fā)泡方法產(chǎn)生的殘余物或水份，使絕緣的介質(zhì)損耗大幅度下降。物理發(fā)泡可消除化學發(fā)泡的許多工藝加工限制，易于制得泡孔微小、發(fā)泡均勻的優(yōu)質(zhì)絕緣。

物理發(fā)泡絕緣材料由基本樹脂（絕緣塑料）、發(fā)泡劑和成核劑構(gòu)成。成核劑是一種細密微粒、散熱化學吹塑劑；在物理發(fā)泡和獲得良好的泡沫結(jié)構(gòu)，并使電纜具有良好的電性能方面，成核劑起著至關(guān)重要的作用。成核劑類型對泡沫絕緣結(jié)構(gòu)和絕緣電性能影響較大。成核劑的濃度在保證最佳電性能基礎(chǔ)上，應(yīng)使其盡可能最小。

物理發(fā)泡過程中為了易于泡孔生成，還在PE材料中添加一定量的成核劑，常用的主要成份為偶氮二酰胺（ADC）。成核劑通過混料攪拌均勻地分布于熔融PE中，經(jīng)過一定的高溫誘導(dǎo)期后分解放熱，形成一個個“微核”。成核劑比例高則意味著熔體中“微核”的密度高，它將導(dǎo)致泡孔生長的壓力增加，這時生成的泡孔比較細密。然而由于有機成核劑分解產(chǎn)生小等極性分子，對降低絕緣的介電常數(shù)極不利，但只要能做到均勻分布就不會對電纜的駐波性產(chǎn)生不利影響。

物理發(fā)泡法主要應(yīng)用于聚乙烯，也同樣應(yīng)用于氟塑料。進行物理發(fā)泡時，聚合物（即PE絕緣料）應(yīng)同成核劑混合，同時把氣態(tài)或液態(tài)的發(fā)泡劑注入熔融的聚合物中，并令其從熔解狀態(tài)析出，使之在擠出過程中不斷產(chǎn)生凝聚中心與氣泡。成核劑能使氣泡的大小及分布變得均勻。通常使用的發(fā)泡劑有氟利昂-11、氮氣（N2）、二氧化碳。

目前，采用較多的是氮氣發(fā)泡及氟碳代用品發(fā)泡等。氮氣發(fā)泡是通過壓縮空氣啟動注入水泵，在一定的壓力下使氮氣高壓泵升壓，并通過穩(wěn)流閥進行控制，然后從噴頭把氮氣注入擠出機中。當氮氣在高壓作用下，像霧狀一樣噴入擠出機內(nèi)熔融的聚乙烯之中，同時與聚乙烯中的成核劑發(fā)生核化，擠出后在空氣中，形成發(fā)泡絕緣。而氟碳及代用品發(fā)泡是將液化的氟碳發(fā)泡劑定量注入擠出機后迅速氣化，熔融于融化狀態(tài)的聚乙烯中形成氣泡。

氮氣物理發(fā)泡的主要過程就是將氮氣溶解于熔融的聚乙烯（PE）之中，形成微細的泡孔結(jié)構(gòu)。在擠出機機筒內(nèi)，含有少量成核劑的PE料經(jīng)加熱攪拌充分塑化后，將氮氣注入。與氮氣的注入壓力Pi≥1.9P0(P0為機筒內(nèi)壓力,即熔體壓力)時,氮氣流的注入速率為音速,在音速注氣的條件下可保證單位時間內(nèi)氮氣的注入量正比于氮氣的壓力。為了增加氮氣的溶解度，機筒氮氣注入段的壓力一般保持在200bar以上，而先進的氮氣注射系統(tǒng)可提供50～700bar范圍內(nèi)，波動在±1bar穩(wěn)定氮氣流（1bar=105Pa）。

氮氣注入后，經(jīng)過攪拌，氮氣在熔體中處于過飽和狀態(tài)。當熔體擠出后，由于高壓環(huán)境突然消失，于是氮氣在成核劑周圍形成大量微泡孔，此后進入泡孔生長期。更多的氮氣由熔體溢出進入微泡孔。泡孔隨著內(nèi)部壓力的升高，克服泡壁的內(nèi)應(yīng)力而脹大。同時絕緣外層冷卻，又在內(nèi)部形成一定的壓力環(huán)境，最后整個發(fā)泡絕緣層冷卻固定化。成長期的微環(huán)境分析對于控制泡孔的質(zhì)量至關(guān)重要。

熔體溫度高的情況下，粘度下降，彈性增大，泡孔成長容易，但泡孔成長過度則又會產(chǎn)生泡孔合并現(xiàn)象，而通常不希望出現(xiàn)這種情況。因為電纜的阻抗均勻性要好，對泡孔就要求均勻細密，另外熔體的粘度下降也不利于內(nèi)導(dǎo)體的定位，是產(chǎn)生“空心”現(xiàn)象的一個因素。而熔體溫度低，則氣泡生長的臨界壓力值升高，不利于達到高發(fā)泡度。

泡沫絕緣的泡沫發(fā)展和穩(wěn)定，產(chǎn)生于聚合物在出擠出機機頭時，絕緣材料的發(fā)泡度程度，除和基本樹脂、成核劑配比有關(guān)外，基本是靠控制氣體的注入量來調(diào)節(jié)；為了獲得所希望的發(fā)泡度，注入氣體的流量可參照以下公式：

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