專利名稱：使用二氧化鈦降低數(shù)據(jù)通信線纜中時(shí)滯的氟化乙烯丙烯共聚物(fep)改性的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信線纜(cable)。更具體地，本發(fā)明涉及使用改性絕緣層(modifiedinsulation)的數(shù)據(jù)通信線纜。
背景技術(shù)：
在通信工業(yè)中，常見通信線纜的一種類型是由四對(duì)導(dǎo)體形成的LAN(Local AreaNetwork，局域網(wǎng)絡(luò))線纜。所述導(dǎo)體對(duì)由兩根彼此纏絞的電線制成，常常稱為雙絞線(twisted pair)。典型的高速通信線纜可以包括大量的由外層護(hù)套(jacket)包封住的屏蔽雙絞線或非屏蔽雙絞線。這種線纜的結(jié)構(gòu)通常遭遇的一個(gè)問題是會(huì)在線纜內(nèi)的雙絞線之間發(fā)生信號(hào)干擾或串音(crosstalk)，以及受到線纜外部的其他信號(hào)源、特別是鄰近線纜中運(yùn)行的非屏蔽雙絞線的干擾。為了減少串音的發(fā)生率，在非屏蔽數(shù)據(jù)通信線纜中的雙絞線具有彼此不同的纏距(twist rate)，使得通常4對(duì)LAN線纜具有纏距彼此不同的4對(duì)。然而，由于為了解決串音問題的不同纏距，產(chǎn)生了另一個(gè)線纜結(jié)構(gòu)障礙，稱為時(shí)滯(skew)。例如，對(duì)于任何給定長度的線纜，沿著纏距不同的兩個(gè)相鄰雙絞線所發(fā)出的相同信號(hào)會(huì)在不同的時(shí)間達(dá)到線纜末端。這種現(xiàn)象的發(fā)生是由于在同一線纜中比起另外一對(duì)，捻距(lay length)較短(纏距較長)的一對(duì)的纏絞必然會(huì)導(dǎo)致在捻距較短的雙絞線中的物理導(dǎo)體途徑長于捻距較長(纏距較短)的一(或多)對(duì)雙絞線的導(dǎo)體途徑(conductorpath)。所產(chǎn)生的時(shí)間差已知為“時(shí)滯”。例如，在1000’線纜中，該雙絞線中的每一對(duì)由于它們?yōu)槔p絞形式所以會(huì)超過1000英尺的長度。假設(shè)對(duì)于LAN線纜使用正常尺寸的銅導(dǎo)體/絕緣層，所述典型長度的電絞線會(huì)導(dǎo)致在最快(最長捻距)的雙絞線中的各電線需要約1010英尺的電線，在最慢的(最短捻距)的雙絞線中的各電線需要約1030英尺的電線，其他雙絞線需要上述之間的量。因此，沿著捻距最長的雙絞線傳播的信號(hào)會(huì)比沿捻距最短的雙絞線傳播的信號(hào)更早到達(dá)約2%。根據(jù)最常用的測試標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于100米長的線纜10存在以下要求，S卩，在任意兩對(duì)之間信號(hào)從線纜10的一端傳播到另一端所花費(fèi)的時(shí)間差不能超過45納秒。時(shí)滯性質(zhì)和相關(guān)的信號(hào)/時(shí)間差不僅僅受到各種雙絞線中的導(dǎo)體的物理長度的影響。在雙絞線中所使用的絕緣層由于(一或多個(gè))絕緣層所產(chǎn)生的介電特性也作用于信號(hào)傳播速度。該作用是通信信號(hào)部分地通過導(dǎo)體對(duì)上的絕緣層而降低了傳播速度的結(jié)果。因此，在較長的(較短捻距)的雙絞線中，信號(hào)至絕緣層的介電耦合降低了傳播速度。此外，用于絕緣的各聚合物具有其自身的介電常數(shù)。一些聚合物具有低的介電常數(shù)以及相應(yīng)的對(duì)信號(hào)速度更小的作用。這種聚合物的一個(gè)實(shí)例為FEP(氟化乙烯丙烯共聚物)。其他聚合物如聚丙烯具有更高的介電常數(shù)，并因此顯示出對(duì)信號(hào)速度更大的副作用。這進(jìn)一步加劇了時(shí)滯問題。許多LAN線纜在同一線纜內(nèi)的不同雙絞線上使用兩種或更多類型的絕緣層。已經(jīng)解決時(shí)滯問題的現(xiàn)有技術(shù)中的一個(gè)途徑為通過在較慢的各雙絞線中使絕緣層發(fā)泡(foaming)增加這些雙絞線中的相對(duì)信號(hào)傳播速度。通過泡沫化所述絕緣層，降低了介電常數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了較慢的雙絞線(捻距較短的雙絞線)中的信號(hào)快于較快的雙絞線(捻距最長的雙絞線)中的信號(hào)，從而降低了線纜雙絞線中的整體信號(hào)速率差，并因此減少了時(shí)滯。然而，起泡方法具有很多缺點(diǎn)，昂貴，導(dǎo)致生產(chǎn)線速度降低(擠出更慢)，難以控
制，最終產(chǎn)生很高的廢品率。此外，發(fā)泡的絕緣層容易被壓碎，并因此可能引起線纜/雙絞線不能通過必要的耐壓碎測試。實(shí)施上，發(fā)泡的絕緣層甚至可能在(將導(dǎo)體)纏繞(成對(duì))期間過度地?cái)D壓/壓碎。因此，必須加大發(fā)泡雙絞線上的絕緣層尺寸以進(jìn)行彌補(bǔ)。這增加了線纜的總尺寸，而由于終端用戶通常優(yōu)選的是直徑較小的線纜，這給終端用戶帶來了問題?？朔鲜鋈秉c(diǎn)的一個(gè)方式為操縱雙絞線中的導(dǎo)體絕緣層的電學(xué)性質(zhì)，通過將添加劑混合到聚合物中并將這些混合物擠出成電線作為增壓線纜(plenum cable)雙絞線的主要包覆物(coating)，從而在線纜的各雙絞線之間獲得規(guī)律化的電學(xué)性能。就此而言，代替現(xiàn)有技術(shù)的情況，即加速線纜中慢速雙絞線中的信號(hào)傳播以減少時(shí)滯，而是將添加劑引入快速雙絞線(捻距最長)的絕緣層中以降低信號(hào)傳播速度，甚至降低至典型LAN線纜的四對(duì)之間的傳播速度，由此減少了時(shí)滯。在本文中，已經(jīng)在快速雙絞線(fast pair)的絕緣層中使用了不同的添加劑,所述添加劑包括但不限于玻璃珠、滑石、氧化鋅和氟化鈣。盡管這些添加劑可以顯示出一些有利的電學(xué)性質(zhì)，但是它們在其他方面負(fù)面影響了絕緣層的可加工性(擠出品質(zhì)/速度等)，以及不利地作用于損耗因子(dissipation factor)(介電材料中的功率損耗與通過該介電材料傳送的全部功率的比值)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過操縱雙絞線中的一些導(dǎo)體絕緣層的電學(xué)性質(zhì)克服了這些缺點(diǎn)，通過將二氧化鈦混合到聚合物中并將該混合物擠出在電線上作為增壓線纜雙絞線的主要包覆物，從而在線纜的各雙絞線之間獲得規(guī)律化的電學(xué)性能。代替現(xiàn)有技術(shù)的情況，S卩加速線纜的慢速雙絞線中的信號(hào)傳播以減少時(shí)滯，本發(fā)明將二氧化鈦引入快速雙絞線(捻距最長)的絕緣層中以降低信號(hào)傳播速度，由此減少時(shí)滯。快速雙絞線的主要電學(xué)性質(zhì)通過改性絕緣材料以操縱導(dǎo)體絕緣層的介電常數(shù)而進(jìn)行操縱。本發(fā)明使用了典型的擠出工藝，如與起泡工藝相反的，由此獲得了較快的生產(chǎn)線速率、更低的成本、更好的工藝控制性和降低的廢品率。在與泡沫產(chǎn)品相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)中觀察到的壓碎問題被大大地降低，并且在本發(fā)明的許多情況中被消除，并因此實(shí)現(xiàn)了使用直徑更小的雙絞線，這進(jìn)而減小了線纜的尺寸，并向終端用戶提供了優(yōu)選的產(chǎn)品。為此目的，本發(fā)明涉及一種線纜，其具有絕緣導(dǎo)體的第一雙絞線，其具有第一捻距和第一絕緣層，產(chǎn)生第一信號(hào)傳播速率(signal propagation rate);和絕緣導(dǎo)體的第二雙絞線，其具有第二捻距和第二絕緣層，產(chǎn)生第二信號(hào)傳播速率。所述第二信號(hào)傳播速率快于所述第一信號(hào)傳播速率，在沿所述第一雙絞線和所述第二雙絞線傳播的信號(hào)之間產(chǎn)生了第一數(shù)量的信號(hào)時(shí)滯。存在護(hù)套包覆各雙絞線。將二氧化鈦加入至所述第二雙絞線的導(dǎo)體的絕緣層中，從而增加所述第二雙絞線的導(dǎo)體的絕緣層的介電常數(shù)，降低所述第二信號(hào)傳播速率，產(chǎn)生了第二數(shù)量的信號(hào)時(shí)滯，該第二數(shù)量的信號(hào)時(shí)滯小于所述第一數(shù)量的信號(hào)時(shí)滯。


通過以下的說明和附圖將會(huì)更好地理解本發(fā)明，其中圖I顯示了在一個(gè)實(shí)施方案中具有雙絞線的非屏蔽數(shù)據(jù)通信線纜。
具體實(shí)施方式

在一個(gè)實(shí)施方案中，如圖I所示，數(shù)據(jù)通信線纜10包括多對(duì)雙絞線12a_12d，每對(duì)雙絞線具有不同的捻距，并且每對(duì)雙絞線均包覆有絕緣包覆層14。將雙絞線束擰成纜(cabled)，并且包裹在護(hù)套16內(nèi)。出于說明目的，本發(fā)明以典型的八根電線的LAN線纜(包括4對(duì)雙絞線12a_12d)為例進(jìn)行表述。但是，本發(fā)明并不限于此。本發(fā)明的原理也可以應(yīng)用于數(shù)量更少或更多的雙絞線設(shè)置。關(guān)于在每對(duì)雙絞線12a_12d上使用的絕緣層14的材料，本申請的顯著特征可以與任何其他用作LAN線纜的主要絕緣層的聚合物聯(lián)合使用。但是，出于說明目的，本發(fā)明中，在至少一對(duì)雙絞線12上的絕緣包覆層14使用FEP (氟化乙烯丙烯共聚物)為例進(jìn)行描述。在其余雙絞線12上的絕緣包覆層14可以由FEP制成，或者可以用任何其他有利的絕緣層制成，包括但不限于PE (聚乙烯)、PP (聚丙烯)、PTFE (聚四氟乙烯)、ECTFE (乙烯-三氟氯乙烯)、ETFE (乙烯-四氟乙烯)、PFA、MFA、PPO (聚苯醚)、PPS (聚苯硫醚)、PEEK (聚醚醚酮)、PET (聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)、PBT (聚對(duì)苯二甲酸丁二酯醇)、PA (聚酰胺，如尼龍(Nylon))、PEI (聚醚酰亞胺)、PU (聚氨酯)、TPE (熱塑性彈性體)和TPV (熱塑性硫化橡膠)。出于說明目的，護(hù)套16可以為用于LAN線纜或其他構(gòu)造類似的線纜的任何典型聚合物。如本發(fā)明背景部分所述，為了最小化LAN線纜10內(nèi)的相鄰雙絞線12之間的串音，該相鄰的雙絞線12具有不同的纏距，并且因此具有不同的捻距。雙絞線12的彼此不同的捻距，導(dǎo)致每對(duì)雙絞線12每單位長度線纜10的導(dǎo)體長度不同，由此導(dǎo)致沿不同雙絞線傳播的信號(hào)在不同的時(shí)間到達(dá)線纜10末端。在一個(gè)實(shí)施方案中，如圖I所示，線纜10具有四(4)對(duì)雙絞線12a_12d，每對(duì)具有彼此不同的捻距。例如，在典型的LAN線纜10 GiMCAT 5e 4pair UTP標(biāo)準(zhǔn)(非屏蔽雙絞線))中，雙絞線12a-12d的捻距的范圍為從O. 5英寸(最短捻距-最慢雙絞線)至約O. 9英寸(最長捻距-最快雙絞線)。如上所述，一對(duì)雙絞線，即雙絞線12a，具有高纏距(最短捻距為O. 5英寸)，相鄰雙絞線12b-12d各自具有更低的纏距(較長的捻距)，為O. 55英寸(12b)、0. 75英寸(12c)和O. 9英寸(12d)。在本文中，雙絞線12a有時(shí)被稱為“慢速雙絞線”，雙絞線12d可以被稱作“快速雙絞線”。注意到，上述實(shí)例性的捻距僅為示意性質(zhì)。LAN線纜中任何系列的不同捻距均可以利用本發(fā)明的特征。由于雙絞線12a_12d具有上述實(shí)例性的捻距，其中假設(shè)在所有四對(duì)雙絞線12a-12d上使用相同的絕緣層14，沿雙絞線12a (慢速雙絞線)傳播的信號(hào)將比沿雙絞線12b-12d傳播的信號(hào)花費(fèi)更長的時(shí)間到達(dá)線纜10的末端。實(shí)際上，具有最長捻距的雙絞線12d(快速雙絞線)將花費(fèi)最少量的時(shí)間到達(dá)線纜10的末端。在本發(fā)明中，雙絞線12a顯示出與雙絞線12d具有最大差異(以及與12b和12c具有差異)，引起了線纜時(shí)滯。重要的是記住，纏距單獨(dú)不能確定信號(hào)傳播的速度。其他因素，重要的是絕緣層14的類型，大大地影響了信號(hào)速度。因此，可以使沿雙絞線12a ( 捻距最短的雙絞線，在本領(lǐng)域中有時(shí)稱為“慢速雙絞線”)傳播的信號(hào)實(shí)際上比沿具有較長捻距的雙絞線12(如雙絞線12b-12d)更快地傳播，如果雙絞線12上的絕緣層14彼此不同且這些絕緣層14顯示出不同的介電常數(shù)的話。根據(jù)本發(fā)明，為了減少線纜10在雙絞線12a_12d之間的時(shí)滯，絕緣包覆層14可以通過加入添加劑進(jìn)行改性，并將該添加劑擠出至最快的雙絞線12 (可以是雙絞線12a-12d中的任一個(gè)，基于纏距+所選絕緣層14)上，增加該最快雙絞線的介電常數(shù)，由此降低信號(hào)傳播的速度，使得在快速雙絞線12中的信號(hào)最終以接近較慢速雙絞線12的時(shí)間到達(dá)線纜10的末端。例如，在使用FEP作為一些或所有的雙絞線12a_12d上的絕緣層14的LAN設(shè)置中，基礎(chǔ)的FEP具有大致為2. 07的介電常數(shù)。然而，通過添加15%的二氧化鈦，在雙絞線12d上的FEP的有效介電常數(shù)可以增加到2. 65，并且對(duì)損耗因子的影響很小(將在下文中更詳細(xì)地討論損耗因子)。添加10%的二氧化鈦將雙絞線12d上的FEP的有效介電常數(shù)提高至2. 49，對(duì)損耗因子的不利作用也很小。在最快雙絞線12上的FEP的有效介電常數(shù)可以通過改變二氧化鈦的百分比進(jìn)行調(diào)節(jié)。必須注意的一個(gè)性質(zhì)為加入至雙絞線12d上的FEP絕緣層14的添加劑的穩(wěn)定性，這是因?yàn)镕EP在高溫下被擠出。例如，F(xiàn)EP具有高的熔點(diǎn)，基本上高達(dá) 260°C，和甚至更高的加工溫度， 360°C以上(以獲得足夠低的粘度用于高速擠出)。然而，大多數(shù)有機(jī)材料，包括大多數(shù)聚合物，在這些高溫下惡化，使得它們不適于用作添加劑。但是根據(jù)本實(shí)施方案，所使用的添加劑為無機(jī)材料，如二氧化鈦，其可以在很高的溫度下使用，常常高于500°C，從加工角度來看，這使得其有利地用作添加劑。例如，二氧化鈦可以在遠(yuǎn)超過500°C的加工溫度下使用。由此，在本發(fā)明中，無機(jī)材料如二氧化鈦用來調(diào)節(jié)最快雙絞線12的包覆層14中的FEP的介電常數(shù)。二氧化鈦的成本低于FEP的價(jià)格，因此將二氧化鈦混入FEP中使得該方法更有成本效益。此外，與大多數(shù)有機(jī)聚合物和聚合物添加劑不同，二氧化鈦不會(huì)損害FEP的燃燒性能(fire performance),這使得線纜能夠保持其增壓級(jí)(plenum rating),例如與NFPA 262燃燒試驗(yàn)相關(guān)的防火等級(jí)(fire rating)。此外，使用無機(jī)材料，優(yōu)選為二氧化鈦，作為FEP填料具有其他優(yōu)勢。例如，當(dāng)在超過500°C進(jìn)行加工時(shí)，沒有如填料的析出這樣觀察到的降級(jí)，因此沒有在最終的包覆層中觀察到泡沫。此外，與二氧化鈦混合的可加工性使得絕緣層擠出線速度保持在高水平，該水平接近或等同于FEP本身的擠出線速度，同時(shí)包覆層表面保持基本光滑。為此目的，在第一實(shí)施方案中，F(xiàn)EP (或其他含氟聚合物)的電學(xué)性質(zhì)通過向該聚合物中引入二氧化鈦而改性。在本實(shí)施方案中，二氧化鈦的加入量為7. 5重量9Γ15重量％。然而，根據(jù)本發(fā)明，二氧化鈦的百分比的變化范圍可以為1%至30%(其中擠出加工和加工中的設(shè)備磨耗成為問題)。如下表I所示，其中通過比較原FEP、FEP+10% 二氧化鈦以及其他FEP主體(host)-無機(jī)添加劑材料，示出了對(duì)電學(xué)性質(zhì)和損耗因子的影響。如表I所示，F(xiàn)EP+10% 二
氧化鈦顯示出最好的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.線纜，其包括 絕緣導(dǎo)體的第一雙絞線，所述第一雙絞線具有第一捻距和第一絕緣層，產(chǎn)生第一信號(hào)傳播速率； 絕緣導(dǎo)體的第二雙絞線，所述第二雙絞線具有第二捻距和第二絕緣層，產(chǎn)生第二信號(hào)傳播速率； 其中，所述第二信號(hào)傳播速率快于所述第一信號(hào)傳播速率，在沿所述第一雙絞線和所述第二雙絞線傳播的信號(hào)之間產(chǎn)生了第一數(shù)量的信號(hào)時(shí)滯； 至少一個(gè)包覆所述各雙絞線的護(hù)套， 其中將二氧化鈦添加到所述第二雙絞線的導(dǎo)體的絕緣層中，從而增加所述第二雙絞線的導(dǎo)體的絕緣層的介電常數(shù)，降低所述第二信號(hào)傳播速率，產(chǎn)生了第二數(shù)量的信號(hào)時(shí)滯，該第二數(shù)量的信號(hào)時(shí)滯小于所述第一數(shù)量的信號(hào)時(shí)滯。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的線纜，所述線纜進(jìn)一步包括第三絕緣的雙絞線和第四絕緣的雙絞線，所述雙絞線中的每一對(duì)分別具有絕緣層，并且每一對(duì)具有的捻距分別在所述第一雙絞線和第二雙絞線的第一捻距和第二捻距之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的線纜，其中，所述第一雙絞線的絕緣層為FR烯烴，所述第二雙絞線的絕緣層為FEP。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的線纜，其中，所述第二雙絞線的絕緣層進(jìn)一步包括量基本為1%以下的氮化硼。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的線纜，其中，向所述第二雙絞線的導(dǎo)體上的所述絕緣層中添加的所述二氧化鈦的添加量為使得其對(duì)所述絕緣層的損耗因子基本沒有影響的量。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的線纜，其中所述二氧化鈦基本在I重量％至30重量％的范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的線纜，其中所述二氧化鈦基本為7.5重量％。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用二氧化鈦降低數(shù)據(jù)通信線纜中時(shí)滯的氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)改性，以及提供一種線纜，其包括絕緣導(dǎo)體的第一雙絞線，絕緣導(dǎo)體的第二雙絞線，該第一雙絞線具有第一捻距和第一絕緣層，產(chǎn)生第一信號(hào)傳播速率；該第二雙絞線具有第二捻距和第二絕緣層，產(chǎn)生第二信號(hào)傳播速率。該第二信號(hào)傳播速率快于該第一信號(hào)傳播速率，在沿第一雙絞線和第二雙絞線傳播的信號(hào)之間產(chǎn)生了第一數(shù)量的信號(hào)時(shí)滯。該線纜包括包覆雙絞線的護(hù)套。將二氧化鈦添加到第二雙絞線的導(dǎo)體的絕緣層中，從而增加第二雙絞線的導(dǎo)體的絕緣層的介電常數(shù)，降低第二信號(hào)傳播速率，產(chǎn)生了第二數(shù)量的信號(hào)時(shí)滯，該第二數(shù)量的信號(hào)時(shí)滯小于第一數(shù)量的信號(hào)時(shí)滯。
文檔編號(hào)H01B11/12GK102810356SQ201210176479
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月1日
發(fā)明者P.克羅什爾, 蔣啟柏 申請人:尼克桑斯公司