ПЕНИСТАЯ КОМПОЗИЦИЯ С НИЗКИМИ ПОТЕРЯМИ И КАБЕЛЬ, ИМЕЮЩИЙ ПЕНИСТЫЙ СЛОЙ С НИЗКИМИ ПОТЕРЯМИ Российский патент 2008 года по МПК C08J9/12 C08L23/06 C08L23/12 C08L23/16 H01B13/24 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится в целом к пенистой композиции и пеносодержащему кабелю. Более конкретно, настоящее изобретение относится к пенистой композиции с низкими потерями и содержащему пену кабелю для использования в телекоммуникациях.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Коаксиальные телекоммуникационные кабели обычно изготавливают из центрального провода с экструдированным вокруг него относительно толстым слоем вспененного материала с закрытыми порами. Этот покрытый пеной провод экранируют тонким металлическим проводником, который затем заключают в тонкую оболочку полимера, защищающего кабель в целом от внешних воздействий.

Пропускная способность данного кабеля при передаче сигнала связана, наряду с другими факторами, с характеристиками потерь в кабеле. Характеристики потерь в кабеле существенно зависят от диэлектрических свойств вспененного материала, экструдированного на центральный провод. Наиболее важными факторами, влияющими на диэлектрические свойства вспененного материала, являются тип используемых полимеров и плотность пористой структуры пены.

Эффективным путем улучшения работы телекоммуникационного кабеля является повышение диэлектрических свойств вспененного материала. Один из способов повышения диэлектрических свойств - это уменьшение плотности пены, что увеличивает скорость распространения сигнала по кабелю. В любом коаксиальном кабеле достижение самой высокой действительной скорости распространения сигнала является полезным, так как это приводит к минимальным затуханиям сигнала в кабеле для данного характеристического импеданса и данного размера кабеля. Характеристический импеданс всегда задается техническими требованиями к системе и поэтому является заданной величиной. Импеданс кабеля должен быть таким же, как импеданс элементов оборудования, к которым кабель подключают, чтобы минимизировать нарушения, связанные с отражением сигнала. В системах с беспроводной инфраструктурой обычно используют оборудование с импедансом 50 Ом, тогда как в системах абонентского (кабельного) телевидения - обычно 75 Ом. Используются кабели различных размеров; кабели бóльших размеров характеризуются меньшим затуханием, чем кабели меньших размеров, причем выгодно наименьшее затухание для данного размера, так как при этом нежелательные потери сигнала минимальны. Иногда, при меньшем затухании может быть использован кабель меньшего размера, чем было бы возможно в противоположном случае, что экономически выгодно.

Диапазон плотности известных вспененных материалов жестко ограничен и ограничен именно минимальной плотностью, достигаемой путем использования подходящих полимеров и вспенивателей. Важно также, что пористая структура вспененного материала является главным образом структурой с закрытыми порами. В противном случае имеется риск того, что открытые поры будут задерживать в себе воду или влагу, что приведет к существенному ухудшению работы кабеля. Кроме того, структуры с открытыми порами по своей природе имеют более низкое механическое сопротивление по сравнению со структурами с закрытыми порами.

Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) является одним из полимеров, обладающих наилучшими электрическими характеристиками для использования в телекоммуникационных кабелях. В целях улучшения вспениваемости материала к матрице ПЭВП часто добавляют полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) при некотором ухудшении диэлектрических свойств. Полученную смесь получают в расплавленном состоянии в экструдере и добавляют вспениватель, растворяя его под высоким давлением, создаваемым в экструдере. Гомогенная смесь полимера и вспенивателя выходит затем из экструдера, под действием атмосферного давления происходит разделение фаз и начинается пенообразование.

К обычным вспенивателям относятся галогенизированные углеводороды, такие как хлорфторуглероды (CFC), гидрохлорфторуглероды (HCFC) и перфторсоединения (PFC), а также газы/летучие вещества, например углеводороды (НС) и атмосферные газы, такие как воздух, азот и двуокись углерода. Среди возможных вспенивателей атмосферные газы, такие как двуокись углерода, обладают многими подходящими свойствами. Они легкодоступны, недороги, нетоксичны, не вызывают коррозию и не воспламеняются. Как следствие, атмосферные газы, например диоксид, широко применяются для вспенивания полимеров в производстве кабелей и проводов.

Однако присущие двуокиси углерода физические свойства накладывают особые ограничения на процесс вспенивания. По сравнению со многими другими традиционно используемыми вспенивателями двуокись углерода характеризуется высоким давлением паров при обычных температурах технологического процесса, а также относительно низкой растворимостью и быстрой диффузивностью в полимерах.

Кроме того, стоит отметить, что полукристаллические материалы, такие как полиэтилен, относительно трудно вспениваются в диапазоне низкой плотности. Поэтому получение из полиэтилена низкой плотности пенопласта с закрытыми порами, вспененного двуокисью углерода, ранее не считалось возможным или практичным, хотя и было бы крайне желательно для производства телекоммуникационных кабелей.

Коаксиальные кабели, используемые обычно для передачи сигналов, содержат сердцевину, включающую в себя внутренний проводник, такой как сигнал-несущий проводник (провод), металлическую оплетку, окружающую сердцевину и служащую в качестве внешнего проводника, и в некоторых случаях защитную оболочку, которая окружает металлическую оплетку. Обычно внутренний проводник окружен пенопластовым диэлектриком, который электрически изолирует внутренний проводник от окружающей металлической оплетки, заполняя пространство между ними.

Коаксиальные кабели, имеющие изолирующий слой вспененного материала, описаны в патенте США №6282778 (Фоке и др.), выданном 4 сентября 2001 г., и патенте США №6037545 (Фоке и др.), выданном 14 марта 2000 г. В этих документах описаны кабели, содержащие пенистые композиции, полученные из комбинации полиэтиленов низкой и высокой плотности и имеющие плотность около 0,22 г/см² (220 кг/м²). В патентной заявке США 2002/00096354 на имя Чопры и др. (опубликована 25 июля 2002 г.) описаны коаксиальные кабели со вспененным материалом плотностью 0,17 г/см². В этих патентных документах указывается на достижение такой плотности, однако не сообщается о значительно меньших плотностях вспененного материала и способах или материалах для получения меньших плотностей.

Коаксиальные кабели с несколькими слоями, включающими обычный пенопластовый диэлектрик, описаны, например, в патенте США №6137058 (Мое и др.), выданном 24 октября 2000 г., и патенте США №6417454 (Бибайк), выданном 9 июля 2002 г.

Ранее, пенистые композиции для использования в кабелях были описаны в патенте США №4468435 (Шимба и др.), выданном 28 августа 1984 г., и патенте США №4894488 (Гупта и др.), выданном 16 января 1990 г. Позднее, пенистые композиции были описаны в патенте США №6245823 (МакИнтайр и др.), выданном 12 июня 2001 на использование фторполимерного порошка или нитрида бора в качестве инициаторов пенообразования, и в патенте США №6492596 (Хигашикубо и др.), выданном 10 декабря 2002 и предлагающем смесь этана и изобутана в качестве вспенивателя.

Хотя вспененные материалы из полиэтилена низкой плотности могут производиться с использованием углеводородов (НС) или хлорфторуглеродов (CFC), эти химикаты или огнеопасны или запрещены международными соглашениями по экологии. Желательно уменьшить количество таких химикатов и/или исключить их использование в процессах пенообразования.

Таким образом, существует потребность в пенистой композиции с низкими потерями с целью ее применения в кабелях, для полиолефинового вспененного материала которой низкая плотность может быть достигнута с использованием вспенивателя, содержащего атмосферный газ.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является устранение или уменьшение по меньшей мере одного недостатка предшествующих пенистых композиций для использования в кабелях.

Согласно изобретению предлагается пенистая композиция с низкими потерями, получаемая способом, содержащим стадии нагрева олефинового полимера до расплавленного состояния композиции и экструдирования расплавленной композиции под давлением через фильеру с применением вспенивателя, содержащего атмосферный газ и совспениватель.

Далее по изобретению предлагается способ получения пенистой композиции с низкими потерями, содержащий стадии: (а) нагрева олефинового полимера до расплавленного состояния композиции и (b) экструдирования указанной расплавленной композиции под давлением через фильеру с применением вспенивателя, содержащего атмосферный газ и совспениватель, выбираемый из группы, состоящей из гидрофторуглеродов (HFC), гидрохлорфторуглеродов (HCFC), перфторсоединений (PFC) и их сочетаний.

Кроме того, по изобретению предлагается кабель с низкими потерями, содержащий сигнал-несущий проводник, пенистую композицию с низкими потерями, окружающую сигнал-несущий проводник, и внешний проводник, окружающий пенистую композицию с низкими потерями. Пенистая композиция содержит олефиновый полимер, вспененный из расплавленного состояния под давлением с использованием вспенивателя, содержащего атмосферный газ и совспениватель.

Способ изготовления кабеля с низкими потерями согласно изобретению содержит стадии нагрева олефинового полимера до расплавленного состояния композиции и экструдирования расплавленной композиции под давлением через фильеру на сигнал-несущий проводник с использованием вспенивателя. Вспениватель содержит атмосферный газ, например двуокись углерода, и совспениватель, такой как гидрофторуглерод, гидрохлорфторуглерод или перфторсоединение. Этим способом образуют пенистый материал, заключающий в себя сигнал-несущий проводник. Далее, пенистый материал, заключающий в себя сигнал-несущий проводник, покрывают оболочкой из внешнего проводящего материала для получения кабеля с низкими потерями.

Другие аспекты и особенности настоящего изобретения станут понятными для специалиста по рассмотрении следующего описания отдельных вариантов осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Пенистая композиция с низкими потерями по изобретению делает возможным производство высококачественных телекоммуникационных кабелей, содержащих вспененный материал из полиэтилена низкой плотности, экструдированный вокруг проводящей сердцевины. Было обнаружено, что путем смешивания атмосферного газа, например двуокиси углерода, азота или воздуха, с совспенивателем, таким как гидрофторуглерод (HFC), гидрохлорфторуглероды (HCFC) или перфторсоединения (PFC), например HFC-134a, плотность получающегося полиэтиленового вспененного материала уменьшается ниже минимальных значений, достигаемых при использовании лишь одного атмосферного газа (например, одной лишь двуокиси углерода), притом что в значительной степени сохраняется структура закрытых пор.

Сигнал-несущим проводником, рассматриваемым здесь, может быть любой подходящий проводник, например провод, трубки или фольгированные трубки. Сигнал-несущий проводник, используемый в коаксиальных кабелях, является обычно непрерывным. Любой проводник, способный нести сигнал и приобретающий преимущества от заключения его в слой пенистой композиции с низкими потерями, можно использовать в качестве сигнал-несущего проводника по данному изобретению.

К атмосферным газам, которые могут быть использованы в смеси с совспенивателями, относятся воздух, двуокись углерода и азот. Для информации приводятся следующие физические свойства двуокиси углерода: точка кипения, являющаяся температурой возгонки - минус 78,45°С (или 109,21°F), давление паров при 21,1°С (или 70°F) - 5,78 МПа (или 838 фунт/дюйм²).

Критерием, который может быть использован для выбора подходящего совспенивателя, например HFC, HCFC или PFC, является точка кипения этого агента. Конкретно, совспениватель, пригодный для использования в изобретении, имеет точку кипения между -65°С и +50°С, причем предпочтителен совспениватель с точкой кипения между -30°С и +45°С. Например, HFC-134a имеет точку кипения -26°С. Кроме того, смешивание СО₂ с HCFC-141b (точка кипения -10°С) приведет к получению удовлетворительного вспененного материала.

Помимо точки кипения могут применяться иные критерии выбора при условии, что в конечном результате комбинация атмосферного газа с совспенивателем позволит получить пенистую композицию низкой плотности.

Можно оценить физические свойства возможных совспенивателей, чтобы определить потенциал их использования в данном изобретении. Могут быть определены такие параметры, как точка кипения или давление паров. Совспениватели с низким давлением паров (высокой точкой кипения) придают атмосферному газу дополнительную вспенивающую способность за счет легко контролируемого добавочного давления паров. Вспениватели с очень низким давлением паров не добавят системе существенной вспенивающей способности. Поэтому нижний предел -65°С и верхний предел +50°С для точки кипения совспенивателей были признаны подходящими для осуществления данного изобретения.

Известны и доступны многие HFC. В таблице 1 представлен неполный список HFC с указанием их физических свойств, таких как точка кипения, давление паров и потенциал в качестве совспенивателя. HFC, не обладающие потенциалом в качестве совспенивателя, указаны в таблице 1 только лишь для сравнения.

Таблица 1Физические свойства гидрофторуглеродовОбозначение по ASHRAE*Химическое названиеТочка кипенияДавление паров при 21,1°C (70°F)Потенциал в качестве совспенивателя°С°FМПафунт/дюйм²R-23Трифторметан-82,1-115,784,732686НетR-41Фторметан (метилфторид)-78,35-109,033,71538НетR-32Дифторметан (метиленфторид)-53,15-63,671,702247ХорошийR-125Пентафторэтан-48,45-55,211,371199ХорошийR-134a1,1,1,2-тетрафторэтан-26,1-14,980,66596ОтличныйR-143a1,1,1-трифторэтан-47,75-53,951,247181ХорошийR-152a1,1-дифторэтан-24,7-12,460,59987ОтличныйR-227ea1,1,1,2,3,3,3-гептафторпропан-171,40,4565ОтличныйR-236fa1,1,1,3,3,3-гексафторпропан-1,130,020,229633ОтличныйR-245fa1,1,1,3,3-пентафторпропан15,359,540,12418ХорошийR-365mfc1,1,1,3,3-пентафторбутан40,2104,360,0477ХорошийR-4310mee1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-декафторпентан551310,034Хороший* Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха.

HFC-134a - это имеющийся в продаже 1,1,1,2-тетрафторэтан. Он является гидрофторуглеродом (HFC), представляющим собой альтернативу опасным галогенизированным углеводородам, так как имеет низкую токсичность и нулевую озоноразрушающую способность. Примерами других известных гидрофторуглеродов, пригодных для изобретения (некоторые их которых не представлены в таблице 1) являются дифторметан (или метиленфторид), пентафторэтан, 1,1,1-трифторэтан, 1,1-дифторэтан, 1,1,1,2,3,3,3-гептафторпропан, 1,1,1,3,3,3-гексафторпропан, 1,1,1,3,3-пентафторпропан, 1,1,1,3,3-пентафторбутан, 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-декафторпентан, перфторметан, перфторэтан, этилфторид (HFC-161), 1,1,2-трифторэтан (HFC-143), 1,1,2,2-тетрафторэтан (HFC-134), октафторпропан (HFC-218), 2,2-дифторпропан (HFC-272fb), 1,1,1-трифторпропан (HFC-236fb), 1,1,1,2,3,3,3-гептафторпропан (HFC-227ea). Все подробности о номенклатурной системе галогенизированных углеводородов изложены в Стандарте ANSI/ASHRAE 34-1992 (ANSI - Национальный Институт Стандартизации США). Другие подходящие HFC могут быть легко определены специалистом.

В качестве совспенивателей в изобретении можно также использовать гидрохлорфторуглероды (HCFC) при условии, что они обладают адекватными свойствами. В таблице 2 представлен неполный список HCFC, которые могут быть использованы в качестве совспенивателей вместе с атмосферным газом. Конкретно, можно использовать следующие HCFC: 1,1-дихлор-1-фторэтан, 1-хлор-1,1-дифторэтан, хлордифторметан, 1,1-дихлор-2,2,2-трифторэтан и 1-хлор-1,2,2,2-тетрафторэтан. Могут быть использованы и другие HCFC, не представленные в таблице 2.

Таблица 2Физические свойства гидрохлорфторуглеродов (HCFC)Обозначение по ASHRAE*Химическое названиеТочка кипенияДавление паров при 21,1°C (70°F)Потенциал в качестве совспенивателя°С°FМПафунт/дюйм²R-141b1,1-дихло-1-фторэтан3289,60,0649ХорошийR-142b1-хлор-1,1-дифторэтан-9,215,440,2942ОтличныйR-22Хлордифторметан-40,8-41,440,91132ХорошийR-1231,1-дихлор-2,2,2-трифторэтан27,681,680,076311ХорошийR-1241-хлор-1,2,2,2-тетрафторэтан-1210,40,38255Отличный

Перфторсоединения (PFC) могут быть также использованы в изобретении в качестве совспенивателей при условии, что они обладают адекватными свойствами. В таблице 3 представлен неполный список PFC, которые могут быть использованы в качестве совспенивателей вместе с атмосферным газом. Конкретно, можно использовать следующие PFC: октафторпропан, октофторциклобутан и гексафторид серы. Могут быть использованы и другие PFC, не представленные в таблице 3. PFC, не обладающие потенциалом в качестве совспенивателя, указаны в таблице 1 только лишь для сравнения.

Повышение плотности вспененного материала дает непосредственную выгоду в возрастании диэлектрической постоянной полимерной пены, в результате чего повышается способность телекоммуникационного кабеля нести сигнал и, следовательно, достигаются низкие потери в кабеле. Другим преимуществом некоторых вариантов осуществления изобретения являются сниженные затраты, т.к. низкая плотность вспененного материала приводит к меньшему количеству материала, требуемого для получения заданного объема пены. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления изобретения имеется возможность повысить скорость поточного производства за счет использования вспененного материала низкой плотности. Это возможно вследствие того, что большее расширение данной массы полимера дает большую производительность для данного массового расхода полимера. Таким образом, изобретение способно как повысить эксплуатационные качества кабеля, так и существенно снизить себестоимость производства.

Изобретение дает возможность изготовления телекоммуникационного кабеля с низкими потерями путем использования полиэтиленового вспененного материала низкой плотности с закрытыми порами. Отсутствует необходимость в дорогостоящей смеси вспенивателей, используемой в соответствии с изобретением, так как ее основной ингредиент - атмосферный газ, например двуокись углерода. Таким образом, применяемые при осуществлении изобретения вещества являются экологически приемлемыми, неогнеопасными и нетоксичными. Данная смесь вспенивателей дает возможность значительно снизить плотность пены при сохранении доли открытых пор на приемлемом уровне.

Смесь вспенивателей содержит атмосферный газ, например двуокись углерода, в сочетании с совспенивателем, таким как HFC-134a. Компоненты могут находиться в смеси при любом желаемом соотношении, предпочтительное количество совспенивателя (HFC, HCFC или PFC) составляет по меньшей мере 10%. В частности, отношение количества атмосферного газа как вспенивателя к количеству совспенивателя (например, СО₂: HFC-134a) в данном изобретении может находиться в пределах примерно от 3:1 до 1:3. В смесь могут быть добавлены и другие агенты, например традиционные вспениватели.

Получающаяся плотность вспененного материала может находиться в диапазоне от 85 кг/м³ до 120 кг/м³. Конечно, и меньшие плотности могут быть получены при особых сочетаниях условий. Кроме того, при желании можно достичь и более высоких плотностей путем выбора необходимых условий. Содержание открытых пор должно находиться предпочтительно на низком уровне, например от 0% до 15%.

Типичный размер пор составляет от 100 до 1000 мкм или факультативно от 400 до 500 мкм.

Кабель, включающий в себя этот вспененный материал с низкими потерями, может быть изготовлен традиционными способами за исключением того, что вместо известного вспененного материала в конструкцию кабеля вводится вспененный материал с низкими потерями согласно изобретению. Вкратце, такой кабель можно получить в соответствии со следующей методикой, изложенной с акцентом на формирование вспененного материала с низкими потерями. Как будет понятно специалистам, описываемый здесь вспененный материал может быть использован в кабелях различных типов, например в триаксиальных кабелях или в многожильных внутренних проводах. Несмотря на то, настоящее изобретение описывается здесь главным образом со ссылкой на коаксиальный кабель, данный вспененный материал может входить в состав кабелей и других типов, известных в технике, или тех, которые разрабатываются и в которых требуется использовать вспененный материал низкой плотности.

Для получения полимерных компонентов пенистого диэлектрика с закрытыми порами могут использоваться полимерные гранулы, как правило, полиолефина. Эти гранулы полиолефина загружают в экструдер. Можно использовать такие полимеры как полиэтилен, полипропилен, их сочетания или сополимеры. Разные виды полимеров можно использовать как по отдельности, так и в сочетании. По отдельности или в сочетании могут быть использованы полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), полиэтилен средней плотности (ПЭСП), полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП) или пропилен. Как пример осуществления изобретения, можно использовать полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) в комбинации с полиэтиленом низкой плотности (ПЭНП) при их любых подходящих соотношениях в интервале от 30:70 до 70:30. Использование любого из вышеуказанных полимеров в отдельности при его 100%-ном содержании возможно при условии, что можно достичь требуемых свойств. Специалисту будет нетрудно определить подходящие свойства требуемого полимера, чтобы прийти к заключению об использовании полимеров в отдельности или в их смеси.

К полимеру добавляют небольшое количество инициатора пенообразования, чтобы сделать возможным зарождение пузырьков газа в процессе пенообразования. Можно использовать в любой подходящей концентрации традиционные инициаторы пенообразования, такие как азобисформамид, азодикарбонамид, углекислый натрий с лимонной кислотой или без нее, тальк, углекислый кальций и слюду. Установлено, что в настоящем изобретении полезно использовать азобисформамид или азодикарбонамид, однако любой другой инициатор пенообразования, который может быть легко предложен специалистом, допустим в изобретении. Этот агент можно вносить в небольшой концентрации, используя гранулированные маточные смеси или порошки, содержащие смесь полимера с инициатором пенообразования, с тем, чтобы сделать возможной однородную дисперсию инициатора пенообразования в этом полимере. Гранулированную маточную смесь можно обозначить в данном описании как "MB" (masterbatch).

Инициатор пенообразования присоединяют к полимерной смеси при специальных условиях нагрева и давления, например при давлении расплава примерно от 400 до 1500 фунт/дюйм² и температуре расплава примерно от 110 до 140°С, чтобы достичь однородного расплавленного состояния.

Затем смесь в расплавленном состоянии экструдируют с использованием сочетания атмосферного газа, например двуокиси углерода, с совспенивателем, например HFC-134а. Эту композицию экструдируют через фильеру заданного диаметра. Подходящая величина этого диаметра зависит от требуемых свойств кабеля. Экструдируемый вспененный материал охватывает центральный сигнал-несущий проводник (например, сигнал-несущий провод) и под давлением окружающей среды увеличивается в объеме вокруг сигнал-несущего проводника.

Вспененный материал по данному изобретению увеличивается в объеме с образованием характеризующегося низкими потерями пенистого диэлектрика с закрытыми порами, заключающего в себе центральный сигнал-несущий проводник. Затем для формирования коаксиального кабеля может быть смонтирован соответствующий внешний проводник любым подходящим способом.

Сравнительные примеры 1-4

Экструзия ПЭВП/ПЭНП пенистой композиции с двуокисью углерода (100%)

Сравнительные примеры 1-4 демонстрируют свойства пенистого материала, полученного экструзионным вспениванием смеси ПЭВП и ПЭНП в соотношении 60:38 с использованием в качестве вспенивателя только двуокиси углерода. Для инициализации пенообразования в смеси использовали азодикарбонамид, добавляемый в смесь в виде концентрированной смеси стандартным способом.

В таблице 4 представлены данные по примерам 1-4. Эти данные показывают, что при использовании в качестве вспенивателя только двуокиси углерода увеличение содержания двуокиси углерода сверх определенной пороговой концентрации (примерно более 1,4% по весу, пример 3) вызывает разрушение стенок пор, приводящее к сильному повышению содержания открытых пор, что в итоге ведет к загущению пены. В данных примерах достигнуты плотности пены от 148 до 223 кг/м³ при содержании открытых пор менее 10%, тогда как при содержании двуокиси углерода выше 1,8% по весу зафиксированы высокая плотность 386 кг/м³ и неприемлемое количество (50%) открытых пор.

Таблица 4Параметры и результаты по примерам 1-4Компоненты/параметрыПримеры1234ПЭВП, фунт/час60606060(ρ=953 кг/м³, MI* 6,6)    ПЭНП, фунт/час38383838(ρ=923 кг/м³, MI 5,6)    Азодикарбонамид в маточной смеси, фунт/час2222CO₂, вес.%0,60,81,41,8Температура расплава, °С120120120120Давление расплава, фунт/дюйм²1100100011001120Диаметр фильеры, мм1,81,81,81,8Плотность, кг/м³223182148386Содержание открытых пор, %021050* индекс текучести расплава

Примеры 5-7

Экструзия пенистой композиции с двуокисью углерода и HFC-134a при их примерно одинаковом содержании

В таблице 5 представлены данные по примерам 5-7, которые можно сравнить с примерами 1-4 и противопоставить им. Эти данные демонстрируют улучшение свойств пенистого материала, производимого с использованием смеси двуокиси углерода и HFC-134a. Этот ряд примеров был получен при сохранении содержания двуокиси углерода постоянным, тогда как концентрацию совспенивателя HFC-134a увеличивали. Плотность экструдированного пенистого материала существенно снизилась по сравнению с контрольными экспериментами, показанными в сравнительных примерах 1-4. Важно, что в примерах 5-7 содержание открытых пор остается низким, несмотря на сильное снижение плотности. В конструкциях, включающих в себя эти улучшенные пенистые материалы, было достигнуто существенное повышение эксплуатационных качеств кабеля.

Таблица 5Параметры и результаты по примерам 5-7Компоненты/параметрыПримеры567ПЭВП, (фунт/час)606060(ρ=953 кг/м³, MI 6,6)   ПЭНП, (фунт/час)
(ρ=923 кг/м³, MI 5,6)383838Азодикарбонамид в маточной смеси, фунт/час222СО₂, вес.%1,41,41,4HFC-134a, вес.%1,31,82,4Температура расплава, °С120120120Давление расплава, фунт/дюйм²520500500Диаметр фильеры, мм444Плотность, кг/м³969494Содержание открытых пор, %0510

Примеры 8-11

Экструзия пенистой композиции с разными инициаторами пенообразования и при разных диаметрах фильеры

В таблице 6 показаны данные по примерам 8-11, которые можно сравнить с данными по примерам 1-4 и противопоставить им. Данные таблицы 6 демонстрируют улучшение свойств пенистого материала, произведенного с использованием смесей двуокиси углерода и HFC-134a. Этот ряд примеров нацелен на получение образцов продукта при различных соотношениях и содержании CO₂/HFC-134a.

Эксперименты проводились при различных условиях, например с разными инициаторами пенообразования и диаметрами фильеры, и полученный вспененный материал из полиэтилена низкой плотности по-прежнему имел низкое содержание открытых пор. Даже в отсутствие инициатора пенообразования (который приводил к значительному увеличению размера пор) достигались приемлемая плотность и содержание открытых пор. Кроме того, использование талька в количестве 0,25% вместо азодикарбонамида в качестве инициатора пенообразования дало приемлемую плотность и содержание открытых пор. Таким образом, эти данные показывают, что процесс пенообразования с использованием двуокиси углерода и HFC-134a как совспенивателей, является устойчивым и может быть приспособлен к существенно разным условиям его проведения.

Таблица 6Параметры и результаты по примерам 8-11Компоненты/параметрыПримеры891011ПЭВП, (фунт/час)60606060(ρ=953 кг/м³, MI 6,6)    ПЭНП, (фунт/час)383839,7540(ρ=923 кг/м³, MI 5,6)    Инициатор пенообразования, фунт/час2
(Azo MB*)2
(Azo MB)0,25
(Тальк)НетCO₂, вес.%1,71,61,41,4HFC-134a, вес.%1,41,11,80,9Температура расплава, °С120120120120Давление расплава, фунт/дюйм²4804006001260Диаметр фильеры, мм4442Плотность, кг/м³92104109106Содержание открытых пор, %5255* азодикарбонамид в маточной смеси

Примеры 12-15

Экструзия пенистой композиции под разными давлениями

В таблице 7 представлены данные по примерам 12-15. Эти данные демонстрируют широкий рабочий интервал давления и температуры при осуществлении усовершенствованного процесса пенообразования, описываемого здесь. В частности, сохранялось низкое содержание открытых пор и достигалась низкая плотность даже тогда, когда давление расплава изменялось в пределах от 500 до 540 фунт/дюйм, а температура расплава менялась от 119 до 134°С.

Таблица 7Параметры и результаты по примерам 12-15Компоненты/параметрыПримеры12131415ПЭВП, вес.%60606060(ρ=953 кг/м³, MI 6,6)    ПЭНП, вес.%38383838(ρ=923 кг/м³, MI 5,6)    Инициатор пенообразования, вес. %2222 (Azo MB)(Azo MB)(Azo MB)(Azo MB)СО₂, вес. %1,41,41,41,4HFC-134а, вес. %2,42,42,42,4Температура расплава, °С134129123119Давление расплава, фунт/дюйм²500510530540Диаметр фильеры, мм4444Плотность, кг/м³958910294Содержание открытых пор, %52510

Пример 16

Потери сигнала в кабеле для пенистого материала низкой плотности в сравнении с пенистым материалом более высокой плотности

Для сравнения потерь сигнала в кабеле, содержащем пенистый материал, полученный согласно изобретению, и в кабеле, содержащем обычный пенистый материал более высокой плотности, было сделано следующее. Кабель по изобретению был изготовлен с использованием пенистой композиции по изобретению в соответствии с таблицей 8, тогда как стандартное изделие представляло собой кабель 1-5/8'' с пенистым диэлектриком (поставляется по Каталогу 38 компании Andrew Corporation, с.517).

Таблица 8Характеристики пенистой композиции по изобретениюКомпоненты/параметрыПример 16ПЭВП, вес.%65(ρ=953 кг/м³, MI 6,6) ПЭНП, вес.%34(ρ=923 кг/м³, MI 5,6) Инициатор пенообразования, вес.%1 (Azo MB)СО₂, вес. %1,0HFC-134a, вес. %2,6Температура расплава, °С122Давление расплава, фунт/дюйм²1500Диаметр фильеры, мм21,1Плотность, кг/м³110

Из данных таблицы 9 понятно, что использование в кабеле пенистой композиции по изобретению значительно снижает потери сигнала в кабеле.

Таблица 9Сравнение потерь в кабелеЧастота, МГцПотери в кабеле, дБ/100 фут Стандартное изделиеПенистый материал по табл.8Снижение потерь, %5000,4960,4705,210000,7420,6926,720001,1301,0199,8

Вышеописанные варианты осуществления настоящего изобретения даны лишь в качестве примеров. В конкретных случаях реализации изобретения специалистами могут быть использованы изменения, модификации и варианты в пределах объема изобретения, который определяется исключительно приложенной формулой изобретения.

Изобретение относится к пенистой композиции для использования в кабелях и кабелю, содержащему пенистую композицию для использования в телекоммуникациях. Пенистую композицию плотностью от 85 кг/м³ до 120 кг/м³ получают путем нагрева олефинового полимера преимущественно с инициатором пенообразования до расплавленного состояния. Расплавленную смесь экструдируют под давлением через фильеру с применением вспенивателя, содержащего атмосферный газ, например двуокись углерода, азот или воздух, и совспенивателя с точкой кипения между -65°С и +50°С, выбранный из гидрофторуглеродов, гидрохлорфторуглеродов или перфторсоединений. В качестве олефинового полимера используют полиэтилен высокой плотности, полиэтилен средней плотности, полиэтилен низкой плотности, линейный полиэтилен низкой плотности, полипропилен или их сочетания. Кабель изготавливают путем экструдирования пенистой композиции на сигнал-несущий проводник и покрытия сигнал-несущего проводника, заключенного в пенистый материал, подходящим проводящим экраном. Изобретение дает возможность изготовления телекоммуникационного кабеля с низкими потерями сигнала, при этом применяемая смесь вспенивателей является экологически приемлемой, неогнеопасной и нетоксичной и позволяет значительно снизить плотность пены при сохранении доли открытых пор на приемлемом уровне. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 9 табл.

1. Пенистая композиция для использования в кабелях, имеющая плотность от 85 до 120 кг/м³ и полученная способом, содержащим стадии нагрева олефинового полимера до расплавленного состояния композиции и экструдирования указанной расплавленной композиции под давлением через фильеру с применением вспенивателя, содержащего атмосферный газ и совспениватель, при этом

олефиновый полимер выбран из группы, состоящей из полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), полиэтилена средней плотности (ПЭСП), полиэтилена низкой плотности (ПЭНП), линейного полиэтилена низкой плотности (ЛПЭНП), полипропилена и их сочетаний;

атмосферный газ выбран из группы, состоящей из двуокиси углерода, азота, воздуха и их сочетаний; а совспениватель выбран из группы, состоящей из гидрофторуглеродов (HFC), гидрохлорфторуглеродов (HCFC), перфторсоединений (PFC) и их сочетаний, и имеет точку кипения между -65 и +50°С.

(a) указанный совспениватель выбран из группы, состоящей из 1,1,1,2-тетрафторэтана (HFC-134a), дифторметана, пентафторэтана, 1,1,1-трифторэтана, 1,1-дифторэтана, 1,1,1,2,3,3,3-гептафторпропана, 1,1,1,3,3,3-гексафторпропана, 1,1,1,3,3 -пентафторпропана, 1,1,1,3,3 -пентафторбутана, 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-декафторпентана, перфторметана, перфторэтана, этилфторида (HFC-161), 1,1,2-трифторэтана (HFC-143), 1,1,2,2-тетрафторэтана (HFC-134), октафторпропана (HFC-218), 2,2-дифторпропана (HFC-272fb), 1,1,1-трифторпропана (HFC-236fb), 1,1,1,2,3,3,3-гептафторпропана (HFC-227ea), 1,1-дихлор-1-фторэтана, 1-хлор-1,1-дифторэтана, хлордифторметана, 1,1-дихлор-2,2,2-трифторэтана, 1-хлор-1,2,2,2-тетрафторэтана, октафторпропана, октафторциклобутана, гексафторида серы и их сочетаний, причем указанный совспениватель содержит предпочтительно тетрафторэтан (HFC-134a).

(b) содержание совспенивателя во вспенивателе составляет не менее 10 вес.% от общего количества вспенивателя и/или

(c) содержание совспенивателя и атмосферного газа во вспенивателе находится в соотношении от 3:1 до 1:3.

(a) олефиновый полимер содержит по меньшей мере два полимера, выбранных из группы, состоящей из полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), полиэтилена средней плотности (ПЭСП), полиэтилена низкой плотности (ПЭНП), линейного полиэтилена низкой плотности (ЛПЭНП) и полипропилена;

(b) минимальное содержание каждого из указанных ПЭВП, ПЭСП, ПЭНП, ЛПЭНП и полипропилена в олефиновом полимере составляет 30 вес.%;

(c) олефиновый полимер содержит гомополимер, сополимер или их сочетание и/или

(d) указанный олефиновый полимер нагревают до расплавленного состоянияе вместе с инициатором пенообразования, который выбран из группы, состоящей из азобисформамида, азодикарбонамида, углекислого натрия с лимонной кислотой или без нее, талька, углекислого кальция, слюды и их сочетаний, и содержит предпочтильно азодикарбонамид.

(a) нагрева олефинового полимера до расплавленного состояния композиции и

(b) экструдирования указанной расплавленной композиции под давлением через фильеру с применением вспенивателя, содержащего атмосферный газ и совспениватель, при этом

указанный атмосферный газ выбирают из группы, состоящей из двуокиси углерода, азота, воздуха и их сочетаний, а указанный совспениватель выбирают из группы, состоящей из гидрофторуглеродов (HFC), гидрохлорфторуглеродов (HCFC), перфторсоединений (PFC) и их сочетаний, имеющих точку кипения между -65 и +50°С.

сигнал-несущий проводник;

пенистую композицию, окружающую сигнал-несущий проводник, имеющую плотность от 85 до 120 кг/м³ и содержащую олефиновый полимер, вспененный из расплавленного состояния под давлением с использованием вспенивателя, содержащего атмосферный газ и совспениватель, причем указанный атмосферный газ выбран из группы, состоящей из двуокиси углерода, азота, воздуха и их сочетаний, а указанный совспениватель выбран из группы, состоящей из гидрофторуглеродов (HFC), гидрохлорфторуглеродов (HCFC), перфторсоединений (PFC) и их сочетаний, и имеет точку кипения между -65 и +50°С; и

внешний проводник, окружающий указанную пенистую композицию.

(a) указанный совспениватель выбран из группы, состоящей из 1,1,1,2-тетрафторэтана (HFC-134a), дифторметана, пентафторэтана, 1,1,1-трифторэтана, 1,1-дифторэтана, 1,1,1,2,3,3,3-гептафторпропана, 1,1,1,3,3,3-гексафторпропана, 1,1,1,3,3 -пентафторпропана, 1,1,1,3,3 -пентафторбутана, 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-декафторпентана, перфторметана, перфторэтана, этилфторида (HFC-161), 1,1,2-трифторэтана (HFC-143), 1,1,2,2-тетрафторэтана (HFC-134), октафторпропана (HFC-218), 2,2-дифторпропана (HFC-272fb), 1,1,1 -трифторпропана (HFC-236fb), 1,1,1,2,3,3,3-гептафторпропана (HFC-227ea), 1,1-дихлор-1-фторэтана, 1-хлор-1,1-дифторэтана, хлордифторметана, 1,1-дихлор-2,2,2-трифторэтана, 1-хлор-1,2,2,2-тетрафторэтана, октафторпропана, октафторциклобутана, гексафторида серы и их сочетаний, причем указанный совспениватель содержит предпочтительно тетрафторэтан (HFC-134a);

(b) содержание совспенивателя во вспенивателе составляет не менее 10 вес.% от общего количества вспенивателя и/или

(c) содержание совспенивателя и атмосферного газа во вспенивателе находится в соотношении от 3:1 до 1:3.

(а) олефиновый полимер выбран из группы, состоящей из полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), полиэтилена средней плотности (ПЭСП), полиэтилена низкой плотности (ПЭНП), линейного полиэтилена низкой плотности (ЛПЭНП), полипропилена и их сочетаний;

(b) олефиновый полимер содержит по меньшей мере два полимера, выбранных из группы, состоящей из полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), полиэтилена средней плотности (ПЭСП), полиэтилена низкой плотности (ПЭНП), линейного полиэтилена низкой плотности (ЛПЭНП) и полипропилена и их сочетаний, причем минимальное содержание каждого из указанных ПЭВП, ПЭСП, ПЭНП, ЛПЭНП и полипропилена в олефиновом полимере составляет 30 вес.%.

(c) олефиновый полимер содержит гомополимер, сополимер или их сочетание и/или

(d) указанный олефиновый полимер нагревают до расплавленного состояния вместе с инициатором пенообразования, который выбран из группы, состоящей из азобисформамида, азодикарбонамида, углекислого натрия с лимонной кислотой или без нее, талька, углекислого кальция, слюды и их сочетаний, и содержит предпочтительно азодикарбонамид.

(a) нагрева олефинового полимера до расплавленного состояния композиции;

(b) экструдирования указанной расплавленной композиции под давлением через фильеру на сигнал-несущий проводник с использованием вспенивателя, содержащего атмосферный газ и совспениватель, для образования пенистого материала с низкими потерями, заключающего в себя сигнал-несущий проводник, причем указанный совспениватель выбран из группы, состоящей из гидрофторуглеродов (HFC), гидрохлорфторуглеродов (HCFC), перфторсоединений (PFC) и их сочетаний, имеющих точку кипения между -65 и +50°С, а указанный атмосферный газ выбран из группы, состоящей из двуокиси углерода, азота, воздуха и их сочетаний; и

(c) покрытие указанного пенистого материала с низкими потерями, заключающего в себя сигнал-несущий проводник, оболочкой из проводящего материала для получения телекоммуникационного кабеля.

(а) указанный совспениватель имеет точку кипения между -30 и +45°С и выбран из группы, состоящей из 1,1,1,2-тетрафторэтана (HFC-134a), дифторметана, пентафторэтана, 1,1,1-трифторэтана, 1,1-дифторэтана, 1,1,1,2,3,3,3-гептафторпропана, 1,1,1,3,3,3-гексафторпропана, 1,1,1,3,3-пентафторпропана, 1,1,1,3,3-пентафторбутана, 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-декафторпентана, перфторметана, перфторэтана, этилфторида (HFC-161), 1,1,2-трифторэтана (HFC-143), 1,1,2,2-тетрафторэтана (HFC-134), октафторпропана (HFC-218), 2,2-дифторпропана (HFC-272fb), 1,1,1-трифторпропана (HFC-236fb), 1,1,1,2,3,3,3-гептафторпропана (HFC-227ea), 1,1-дихлор-1-фторэтана, 1-хлор-1,1-дифторэтана, хлордифторметана, 1,1-дихлор-2,2,2-трифторэтана, 1-хлор-1,2,2,2-тетрафторэтана, октафторпропана, октафторциклобутана, гексафторида серы и их сочетаний, причем указанный совспениватель содержит предпочтительно тетрафторэтан (HFC-134a).