用于传输线的微孔泡沫电介质制造技术

本发明专利技术涉及一种在电力传输线中作为电介质的新型发泡聚合物材料。本发明专利技术泡沫电介质通过挤出聚合物合金和超临界流体特别是二氧化碳获得。具体地，所述泡沫聚合物电介质通过以下方法制备：（１）将聚合物合金送入挤出机中并将所述聚合物合金加热，（２）向所述挤出机中输送超临界流体，（３）使所述聚合物合金与所述超临界流体混合，（４）使所得聚合物合金和超临界流体混合物从所述挤出机中排出，和（５）使所述聚合物合金和所述超临界流体通过直角机头。本发明专利技术泡沫电介质可用于同轴传输线。该实施方案中，内导体被泡沫电介质包围，泡沫电介质又被第二导体包围。也可用所公开的泡沫电介质制造条状和微条状传输线。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于传输线例如同轴RF电缆或(微-)条状线或使用电介质的任何其它类型的传输线的微孔泡沫聚合物电介质。
技术介绍
常规的同轴电缆包括含有内导体和电介质的芯、及包围芯的导电包皮，其中所述包皮作为外导体。所述电介质位于内导体和外导体之间。其它传输线属于条状线及其衍生物如共面线和微条状线类。此类的特征在于平面构型的单导体和一或多个接地面或接地线。信号通过这些不同的线和面限定的介电空间传输。所述电介质可以是均质的或由不同材料包括空气组成。已用多种聚合物材料作为传输线中的主要介电材料。一类常用的电介质是聚烯烃泡沫。但此电介质的缺点在于电介质的耗散导致信号衰减。介电损耗是聚合物的损耗因子、泡沫密度、和信号频率的函数。近来，聚合物泡沫技术的进步使可在传输线中用作电介质的泡沫性能得到改善。例如，Trexel，Inc.的MuCell法获得泡孔尺寸极小(不大于100μm、通常不大于60μm)的均匀泡孔结构。用于制备微孔泡沫的MuCell法公开在US5866053(“Park”)中，引入本文供参考。该方法中，用挤出系统提供发泡材料。所述挤出系统涉及供应熔融的塑料粒和发泡剂。具体地，Park用超临界流体如超临界状态的二氧化碳作发泡剂使单一聚合物发泡。在挤出机内，所述超临界流体(二氧化碳)溶入熔融的塑料中。然后所得材料在因快速压降导致热力学不稳定性的膨胀阶段发泡。Park更详细地描述了用于提供发泡塑料聚合物的挤出系统，其中将聚合物供入挤出机内通过旋转的螺杆元件移动。使所述材料处于熔融状态，发泡剂如超临界流体在选定的压力下引入挤出机内形成熔融材料和发泡剂的两相混合物。然后所述发泡剂扩散并溶入所述熔融材料中形成单相溶液，从溶液形成区送入成核装置中。通过快速压降导致热力学不稳定性。一优选实施方案中，在成核装置内出现大于0.9GPa/s的压降使溶液中的微晶胞成核。可用进一步成型装置如模头产生所要形状的发泡材料。有关此方法的更多信息参见http//www.trexel.com/descript.html。通过使用显示出高熔体强度、优良的电力耗散性和在-40至100℃温度范围之外的玻璃化转变温度的聚合物合金，本专利技术低密度发泡电介质既在扩大的温度范围内热稳定又导致极低的信号衰减。US6037545(“Fox”)描述了有泡沫电介质的同轴电缆，引入本文供参考。所述聚合物泡沫的聚合物合金称为高-和低-密度聚乙烯的共混物。此外，发泡剂与放热的成核剂如偶氮二酰胺和吸热的成核剂如碳酸钠/柠檬酸组合使用。Fox所述泡沫的密度在0.22和0.17g/cm3之间。但Fox的泡沫电介质也有缺点，因为低于0.17g/cm3的泡沫密度可能存在结构不稳定性而且不易实现。相比使用聚合物合金和超临界流体发泡剂组合的本专利技术可获得低至约0.02g/cm3的密度。本专利技术一优选实施方案中，所述发泡电介质的密度为约0.02至约0.20g/cm3。这表现为在保持有利的结构性能的同时有优良的衰减性。专利技术概述本专利技术的目的之一是提供一种导致信号衰减显著减小的泡沫电介质。本专利技术的另一目的是提供一种低泡沫密度的泡沫电介质。本专利技术的再另一目的是提供包含泡沫电介质的传输线。本专利技术的这些目的和以下提供的专利技术详述中体现出的其它目的已通过包含用超临界流体作发泡剂获得的发泡聚合物合金的电介质实现。另一实施方案中，本专利技术的上述目的通过包含以上公开的泡沫电介质的传输介质实现。再另一实施方案中，上述目的通过一种泡沫电介质形成方法实现，所述方法包括将聚合物合金送入挤出机中；将所述聚合物合金加热；向所述挤出机中输送超临界流体；使所述聚合物合金与所述超临界流体混合；使所得聚合物合金和超临界流体混合物从所述挤出机中排出；和使所述混合物发泡。附图简述附图说明图1为包含发泡聚合物合金电介质的一段同轴电缆的剖面图。图2示出用本专利技术泡沫电介质制造的条状传输线。图3示出本文所提供的实施例中所用超临界流体挤出装置。图4为本专利技术各工艺步骤的流程图。图5为用于生产条状线电缆的工艺步骤的流程图。图6为放大至100X倍的本专利技术泡沫电介质的显微照片。图7为放大至500X倍的本专利技术泡沫电介质的显微照片。图8为放大至100X倍的现有技术发泡聚乙烯的显微照片。图9为用于本专利技术方法所用挤出机直角机头的模具的示意图。专利技术详述如前面所述，本专利技术一实施方案中，本专利技术上述目的通过包含用超临界流体获得的发泡聚合物合金的泡沫电介质实现。所采用的具体聚合物合金对于本专利技术无关紧要。可用于本专利技术的聚合物合金的例子包括非晶态树脂和聚烯烃的组合物、更特别地为非晶态树脂和半结晶聚烯烃的组合。优选所述聚合物合金的玻璃化转变温度在大于100℃的范围之外，熔体指数在0.6和9之间。更优选所述聚合物合金是HivalloyTM，来自Basell，N.V.(Hoeksteen66，2132MS，Hoofdorp，TheNetherlands)。现有技术中发现的用于制备泡沫电介质的大多数聚合物材料是不适用的，因为它们的玻璃化转变温度在约-40和约100℃之间的范围内。发泡和经受热老化试验时，这些材料将经历相转变(在所述玻璃化转变温度或附近)造成脱气。结果是明显收缩和不利的密度增加。另一方面，HivalloyTM在-40和约100℃的温度范围内是热稳定的。一优选实施方案中，其熔体指数在0.6和9之间。此外，还可获得超过此范围的熔体指数。按标准ASTMD1238测试某一牌号的HivalloyTM(Hivalloy G2120)，熔体指数为5。本专利技术一实施方案中所用HivalloyTMG2120包含(1)约20至80％(重)的聚丙烯接枝的聚苯乙烯(PP-g-PS)，含约5至约70％苯乙烯单体；(2)约20至约80％(重)的聚乙烯、聚丙烯或乙烯-丙烯共聚物，优选高分子量聚丙烯或改性聚丙烯(如乙烯-丙烯抗冲改性的聚丙烯，包含14％橡胶和8.5％乙烯)；(3)低于约30％(重)的橡胶改性剂，如高抗冲聚苯乙烯(例如Dow478HIPS，Dow Chemical Co.)、和/或氢化苯乙烯-异戊二烯双嵌段共聚物(例如Kraton G1702，Shell Chemical Co.，含37％苯乙烯、63％橡胶)、和/或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、和/或氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(例如Kraton G1651/1652，ShellChemical Co.，含29％苯乙烯和71％橡胶)、或其共混物；和(4)低于约5％(重)的稳定剂，如抗氧化剂(例如Irganox1010，来自Ciba Geigy的酚型稳定剂，或P-EPQ，来自Sandoz和Ciba-Geigy的亚膦酸酯稳定剂)和金属钝化剂(例如含氮或硫的有机配合物、胺、硫化物和磷酸盐；具体例子是乙二胺四乙酸)。所采用的具体发泡剂对本专利技术无关紧要。优选所述发泡剂是超临界流体，如超临界二氧化碳或超临界氮。尤其优选超临界二氧化碳。但本领域技术人员可用任何其它适合的超临界流体代替超临界二氧化碳。例如，可用氮气或其它适合的气体作为所述超临界流体。所述介电泡沫有不大于约0.2g/cm3、优选在0.03至约0.20g/cm3的范围内、甚至更优选约0.03至约0.08g/cm3的密度，和在2GHz下适当小的损耗因子。所述泡沫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种泡沫电介质，包含： 用超临界流体作发泡剂获得的发泡聚合物合金， 其中所述聚合物合金包含至少两种不同的聚合物或所述聚合物的接枝聚合物。

【技术特征摘要】
1.一种泡沫电介质，包含用超临界流体作发泡剂获得的发泡聚合物合金，其中所述聚合物合金包含至少两种不同的聚合物或所述聚合物的接枝聚合物。2.权利要求1的泡沫电介质，其中所述聚合物合金的玻璃化转变温度大于100℃。3.权利要求1的泡沫电介质，其中所述泡沫电介质的泡孔尺寸不大于100μm。4.权利要求3的泡沫电介质，其中所述泡沫电介质的泡孔尺寸不大于60μm。5.权利要求1的泡沫电介质，其中所述聚合物合金包含聚丙烯和聚苯乙烯。6.权利要求1的泡沫电介质，其中所述聚合物合金包含(1)约20至80％重量的聚丙烯-接枝的聚苯乙烯，含约5至约70％苯乙烯单体；(2)约20至约80％重量的选自聚乙烯、聚丙烯或乙烯-丙烯共聚物的烯烃聚合物；(3)低于约30％重量的橡胶改性剂；和(4)低于约5％重量的稳定剂。7.权利要求6的泡沫电介质，其中所述烯烃聚合物选自高分子量聚丙烯、改性聚丙烯、和包含约14％橡胶和约8.5％乙烯的乙烯-丙烯抗冲改性的聚丙烯。8.权利要求6的泡沫电介质，其中所述橡胶改性剂选自高抗冲聚苯乙烯、氢化苯乙烯-异戊二烯双嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、和氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物。9.权利要求8的泡沫电介质，其中所述氢化苯乙烯-异戊二烯双嵌段共聚物包含37％苯乙烯和63％异戊二烯，所述氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物包含29％苯乙烯和71％丁二烯。10.权利要求6的泡沫电介质，其中所述稳定剂选自抗氧化剂和金属钝化剂。11.权利要求10的泡沫电介质，其中所述抗氧化剂选自亚膦酸酯稳定剂和酚型稳定剂。12.权利要求10的泡沫电介质，其中所述金属钝化剂是乙二胺四乙酸。13.权利要求1的泡沫电介质，其中所述超临界流体是超临界二氧化碳。14.权利要求1的泡沫电介质，其中所述泡沫电介质的密度不大于约0.2g/cm3。15.权利要求14的泡沫电介质，其中所述泡沫电介质的密度为约0.03至约0.2g/cm3。16.权利要求15的泡沫电介质，其中所述泡沫电介质的密度为约0.03至约0.08g/cm3。17.一种传输线，包括至少一种导体和至少一种电介质，所述电介质包含用超临界流体作发泡剂获得的发泡聚合物合金，其中所述聚合物合金包含至少两种不同的聚合物或所述聚合物的接枝聚合物。18.权利要求17的传输线，其中所述聚合物合金的玻璃化转变温度大于100℃。19.权利要求17的传输线，其中所述泡沫电介质的泡孔尺寸不大于100μm。20.权利要求19的传输线，其中所述泡沫电介质的泡孔尺寸不大于60μm。21.权利要求17的传输线，其中所述聚合物合金包含聚丙烯和聚苯乙烯。22.权利要求17的传输线，其中所述聚合物合金包含(1)约20至80％重量的聚丙烯-接枝的聚苯乙烯，含约5至约70％苯乙烯基单体；(2)约20至约80％重量的选自聚乙烯、聚丙烯或乙烯-丙烯共聚物的烯烃聚合物；(3)低于约30％重量的橡胶改性剂；和(4)低于约5％重量的稳定剂。23.权利要求22的传输线，其中所述烯烃聚合物选自高分子量聚丙烯、改性聚丙烯、和包含约14％橡胶和约8.5％乙烯的乙烯-丙烯抗冲改性的聚丙烯。24.权利要求22的传输线，其中所述橡胶改性剂选自高抗冲聚苯乙烯、氢化苯乙烯-异戊二烯双嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、和氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物。25.权利要求24的传输线，其中所述氢化苯乙烯-异戊二烯双嵌段共聚物包含37％苯乙烯和63％异戊二烯，所述氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物包含29％苯乙烯和71％丁二烯。26.权利要求22的传输线，其中所述稳定剂选自抗氧化剂和金属钝化剂。27.权利要求26的传输线，其中所述抗氧化剂选自亚膦酸酯稳定剂和酚型稳定剂。28.权利要求26的传输线，其中所述金属钝化剂是乙二胺四乙酸。29.权利要求17的传输线，其中所述超临界流体是超临界二氧化碳。30.权利要求17的传输线，其中所述泡沫电介质的密度不大于约0.2g/cm3。31.权利要求30的传输线，其中所述泡沫电介质的密度为约0.03至约0.2g/cm3。32.权利要求31的传输线，其中所述泡沫电介质的密度为约0.03至约0.08g/cm3。33.一种同轴传输线，包括内导体；包围所述内导体的泡沫电介质；和包围所述泡沫电介质的外导体，其中所述泡沫电介质包含用超临界流体作发泡剂获得的发泡聚合物合金，所述聚合物合金包含至少两种不同的聚合物或所述聚合物的接枝聚合物。34.权利要求33的同轴传输线，其中所述聚合物合金的玻璃化转变温度大于100℃。35.权利要求33的同轴传输线，其中所述泡沫电介质的泡孔尺寸不大于100μm。36.权利要求35的同轴传输线，其中所述泡沫电介质的泡孔尺寸不大于60μm。37.权利要求33的同轴传输线，其中所述聚合物合金包含聚丙烯和聚苯乙烯。38.权利要求33的同轴传输线，其中所述聚合物合金包含(1)约20至80％重量的聚丙烯-接枝的聚苯乙烯，含约5至约70％苯乙烯基单体；(2)约20至约80％重量的选自聚乙烯、聚丙烯或乙烯-丙烯共聚物的烯烃聚合物；(3)低于约30％重量的橡胶改性剂；和(4)低于约5％重量的稳定剂。39.权利要求38的同轴传输线，其中所述烯烃聚合物选自高分子量聚丙烯、改性聚丙烯、和包含约14％橡胶和约8.5％乙烯的乙烯-丙烯抗冲改性的聚丙烯。40.权利要求38的同轴传输线，其中所述橡胶改性剂选自高抗冲聚苯乙烯、氢化苯乙烯-异戊二烯双嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、和氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物。41.权利要求40的同轴传输线，其中所述氢化苯乙烯-异戊二烯双嵌段共聚物包含37％苯乙烯和63％异戊二烯，所述氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物包含29％苯乙烯和71％丁二烯。42.权利要求38的同轴传输线，其中所述稳定剂选自抗氧化剂和金属钝化剂。43.权利要求42的同轴传输线，其中所述抗氧化剂选自亚膦酸酯稳定剂和酚型稳定剂。44.权利要求42的同轴传输线，其中所述金属钝化剂是乙二胺四乙酸。45.权利要求33的同轴传输线，其中所述超临界流体是超临界二氧化碳。46.权利要求33的同轴传输线，其中所述泡沫电介质的密度不大于约0.2g/cm3。47.权利要求46的...

【专利技术属性】
技术研发人员：D布范达，K奥得奈尔德，
申请(专利权)人：无线电射频系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]