一种超微细的低电容发泡线缆，及其制备方法与流程

1.本发明属于医学影像设备专用线缆技术领域，尤其涉及一种超微细的低电容发泡线缆，及其制备方法。


背景技术：

2.常见的医学影像设备，有ct、cr、dr、磁共振以及dsa等。另一方面，随着医学影像检测技术的快速发展，我们对检测图像结果的清晰度、彩色化要求越来越高，但是原有的医学影像设备专用线缆，其最大的一个限制因素就是电容过高，最终导致传输的图像信号不够清楚。
3.因此更进一步的，现在已经出现了不少低电容的医学影像设备专用线缆，其原理就是在线缆的绝缘层中加入介电常数极低的空气，其做法是使用开孔模具来挤出线缆，得到类似于莲藕一样的带孔电缆，的确也能大幅降低线缆的电容，但是一个最致命的缺点就是其结构确定性很差，当遇到稍强的外力时，绝缘层就容易发生坍塌，从而导致性能发生变化。
4.例如专利公开号为cn104319027a、公开日为2015.01.28的中国发明专利，公开了一种高温极细线发泡铁氟龙的藕状押出方法，所述高温极细电线由内至外依次为导体、藕状发泡氟塑料绝缘体和保护层；其中：所述的导体线径为28awg~42awg；所述藕状发泡氟塑料绝缘体为四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物（pfa）、四氟乙烯-六氟丙稀共聚物（fep）及聚四氟乙烯（etfe）。
5.该发明专利中的高温极细电线，其“孔203”的结构，就容易受压变形，整个藕状绝缘体坍塌，大大影响其有效使用寿命。
6.所以综上所述，现在急需一种低电容、高结构强度，而且足够细的医学影像设备专用线缆。


技术实现要素：

7.本发明提供一种超微细的低电容发泡线缆，其结构包括内部的导体，以及与导体共挤成型的发泡绝缘套，无需藕状结构，即可保证该专用线缆可以更加高效地应用于医学影像设备。
8.此外，本发明还提供一种该线缆的制备方法，其步骤依次为先制得熔融料，再共挤得到熔融态电缆，最后水冷固化成型，制得最终的低电容发泡线缆产品，整个制备方法相对稳定、高效以及可靠。
9.本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种超微细的低电容发泡线缆，结构组成包括内部的导体，以及与所述导体共挤成型的发泡绝缘套，所述发泡绝缘套的原料为四氟乙烯聚合物，以及发泡用气体，所述发泡绝缘套的材质为开孔发泡材料，开孔率为50-55%，孔径为0.012-0.018mm，所述线缆的线径为40-48awg。
10.在本发明中，所述四氟乙烯聚合物指的是聚四氟乙烯（铁氟龙）、四氟乙烯-全氟烷
氧基乙烯基醚共聚物（pfa），或者是四氟乙烯-六氟丙稀共聚物（fep）中的任意一种。
11.其中，如果所述发泡绝缘套的开孔率低于50%，则线缆的电容降低效果不明显，如果开孔率高于55%，则所述发泡绝缘套的结构强度也不够了，而且还会给充气发泡方法带来巨大的挑战，例如充气设备的密闭性，以及过大的充气量容易使得导体在发泡绝缘套内的位置偏离中心。
12.最后，所述发泡用气体不使用的话，所述四氟乙烯聚合物也就只能形成实心的绝缘套结构。
13.进一步优选的技术方案在于：所述导体的材质为表面镀银的银铜合金，表面镀银的锡铜合金，或者是表面镀锡的锡铜合金中的任意一种，所述导体的线径为40-48awg。
14.在本发明中，所述低电容发泡线缆的规格有五种，即40awg、42awg、44awg、46awg以及48awg，其中的40awg线缆，其导体线径为0.090mm、绝缘套线径为0.38mm；42awg线缆，其导体线径为0.075mm、绝缘套线径为0.28mm；44awg线缆，其导体线径为0.060mm、绝缘套线径为0.26mm；46awg线缆，其导体线径为0.048mm、绝缘套线径为0.21mm；48awg线缆，其导体线径为0.036mm、绝缘套线径为0.16mm。
15.更重要的是，上述五种不同线缆产品，其电容数值都至少达到国家标准，真正地做到了“线既细、电容又低”的效果，换言之，现有的医学影像设备专用线缆，想要达到这个低电容效果，都是比上述线缆规格要粗的，更粗的线缆，使用起来既不方便，而且生产成本又更高。
16.进一步优选的技术方案在于：所述发泡用气体为纯度≥99.999%的高纯氮气。
17.在本发明中，对所述发泡用气体的首要要求就是保证其自身惰性，因此高纯氮气就是一个既充分又相对经济的选择。
18.进一步优选的技术方案在于：所述线缆的电容为48-55pf，并用于医学影像设备的图像传输操作。
19.在本发明中，该线缆的电容数值，符合国家标准：50
±
5pf。这不是最重要的，因为现在市面上已经出现了同等电容水平的医学影像设备专用线缆。但是，现有线缆的线径远大于本发明中的线缆，现有线缆的绝缘层结构强度也比不上本发明中的线缆，这才是最关键的。
20.一种超微细的低电容发泡线缆的制备方法，依次包括以下步骤：s1、在铁氟龙押出机的螺筒上安装机头，所述螺筒与机头相互垂直，在所述机头内安装外模和内模；s2、加热所述螺筒，并在胶料口上注入四氟乙烯聚合物、在加气口上注入发泡用气体，最后在出料口处获得熔融料；s3、导体依次穿过所述内模、外模，熔融料进入所述内模和外模之间，最终在所述外模的出口获得熔融态电缆；s4、熔融态电缆匀速进入水槽，冷却固化成型，制得挤出后的发泡芯线。
21.在本发明中，对最后制得的低电容发泡线缆产品，做进一步的在线高压电火花测试，结果则是耐700v不击穿测试合格，这在同行业中也是处于上游水准的。
22.此外，所述挤出后的发泡芯线即为低电容发泡线缆。
23.进一步优选的技术方案在于：s2中，所述螺筒内的加热温度为300-320℃，所述机
头的结构还包括对接出料口的进料口，加热每1kg的四氟乙烯聚合物需要注入的所述发泡用气体的量为1.5-1.8l。
24.进一步优选的技术方案在于：s3中，所述外模截面形状上的内侧斜边，与导体之间的夹角为30
°
。
25.进一步优选的技术方案在于：s2中，发泡用气体在所述加气口上的注入速度为8-10ml/min。
26.进一步优选的技术方案在于：s3中，所述内模、外模的温度为350-360℃。
27.进一步优选的技术方案在于：s3中，熔融态电缆离开所述外模出口的速度为40-120m/min。
28.在本发明中，熔融料在进料口的进入方向与导体拉动方向相互垂直。
29.本发明具有以下优点。
30.第一，与现有的藕状线缆相比，低电容效果至少相当，但是线径更小，绝缘层结构强度更大，线缆的有效使用寿命更长。
31.第二，用注气发泡方法代替开孔模具，用“大而多”的开孔代替“藕孔”，保证低电容、线径更小、绝缘层结构强度更大的综合优点得以被有效实现，整个注气发泡、挤出成型制备方法稳定、精准以及可靠。
32.第三，发泡绝缘套在导体上的附着强度足够，不易在运输和存放时脱落。
33.第四，最终的线缆产品可以通过700v的在线火花电压测试。
34.第五，线缆的制备过程中，所用螺筒、机头、外模，以及内模的结构、形状、角度适宜，保证顺利、稳定的熔融料挤出成型效果。
附图说明
35.图1为本发明中低电容发泡线缆的结构示意图。
36.图2为本发明实施例1中线缆的发泡绝缘套的照片。
37.图3为本发明5个实施例、3个对比例中共8种不同线缆的参数性能测试结果表格。
38.图4为本发明中螺筒、机头、外模，以及内模的安装使用方式示意图。
39.附图中，各标号所代表的部件如下：导体a、发泡绝缘套b、螺筒1、机头2、外模3、内模4、胶料口1a、加气口1b、出料口1c、进料口2a。
具体实施方式
40.以下所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定。
41.实施例1一种超微细的低电容发泡线缆，结构组成包括内部的导体a，以及与所述导体a共挤成型的发泡绝缘套b。
42.所述导体a的材质为表面镀银的银铜合金，所述导体a的线径为40awg，即0.090mm。
43.所述发泡绝缘套b的原料为聚四氟乙烯铁氟龙，以及纯度≥99.999%的高纯氮气，所述发泡绝缘套b的材质为开孔发泡材料，开孔率为52%，孔径为0.013-0.018mm，所述线缆的线径为40awg，即0.38mm。
44.最后测得，所述线缆的电容为48pf，并用于医学影像设备的图像传输操作，保证更
高的图像传输质量，更细的线径，更大的线缆结构强度。
45.该超微细的低电容发泡线缆的制备方法，依次包括以下步骤：s1、在铁氟龙押出机的螺筒1上安装机头2，所述螺筒1与机头2相互垂直，在所述机头2内安装外模3和内模4；s2、加热所述螺筒1，并在胶料口1a上注入四氟乙烯聚合物、在加气口1b上注入发泡用气体，最后在出料口1c处获得熔融料；s3、导体a依次穿过所述内模4、外模3，熔融料进入所述内模4和外模3之间，最终在所述外模3的出口获得熔融态电缆；s4、熔融态电缆匀速进入水槽，冷却固化成型，制得挤出后的发泡芯线。
46.s2中，所述螺筒1内的加热温度为300℃，所述机头2的结构还包括对接出料口1c的进料口2a，加热每1kg的四氟乙烯聚合物需要注入的所述发泡用气体的量为1.5l。
47.s3中，所述外模3截面形状上的内侧斜边，与导体a之间的夹角为30
°
。
48.s2中，发泡用气体在所述加气口1b上的注入速度为8ml/min。
49.s3中，所述内模4、外模3的温度为350℃。
50.s3中，熔融态电缆离开所述外模3出口的速度为40m/min。
51.s4中，水槽内水温为20℃，所述熔融态电缆在水槽内的停留时间＞5min，制得最终的低电容发泡线缆。
52.实施例2一种超微细的低电容发泡线缆，结构组成包括内部的导体a，以及与所述导体a共挤成型的发泡绝缘套b。
53.所述导体a的材质为表面镀银的银铜合金，所述导体a的线径为42awg，即0.075mm。
54.所述发泡绝缘套b的原料为聚四氟乙烯铁氟龙，以及纯度≥99.999%的高纯氮气，所述发泡绝缘套b的材质为开孔发泡材料，开孔率为53%，孔径为0.012-0.017mm，所述线缆的线径为42awg，即0.28mm。
55.最后测得，所述线缆的电容为49pf，并用于医学影像设备的图像传输操作，保证更高的图像传输质量，更细的线径，更大的线缆结构强度。
56.该超微细的低电容发泡线缆的制备方法，依次包括以下步骤：s1、在铁氟龙押出机的螺筒1上安装机头2，所述螺筒1与机头2相互垂直，在所述机头2内安装外模3和内模4；s2、加热所述螺筒1，并在胶料口1a上注入四氟乙烯聚合物、在加气口1b上注入发泡用气体，最后在出料口1c处获得熔融料；s3、导体a依次穿过所述内模4、外模3，熔融料进入所述内模4和外模3之间，最终在所述外模3的出口获得熔融态电缆；s4、熔融态电缆匀速进入水槽，冷却固化成型，制得挤出后的发泡芯线。
57.s2中，所述螺筒1内的加热温度为310℃，所述机头2的结构还包括对接出料口1c的进料口2a，加热每1kg的四氟乙烯聚合物需要注入的所述发泡用气体的量为1.6l。
58.s3中，所述外模3截面形状上的内侧斜边，与导体a之间的夹角为30
°
。
59.s2中，发泡用气体在所述加气口1b上的注入速度为9ml/min。
60.s3中，所述内模4、外模3的温度为360℃。
61.s3中，熔融态电缆离开所述外模3出口的速度为60m/min。
62.s4中，水槽内水温为20℃，所述熔融态电缆在水槽内的停留时间＞5min，制得挤出后的发泡芯线。
63.实施例3一种超微细的低电容发泡线缆，结构组成包括内部的导体a，以及与所述导体a共挤成型的发泡绝缘套b。
64.所述导体a的材质为表面镀银的锡铜合金，所述导体a的线径为44awg，即0.060mm。
65.所述发泡绝缘套b的原料为聚四氟乙烯铁氟龙，以及纯度≥99.999%的高纯氮气，所述发泡绝缘套b的材质为开孔发泡材料，开孔率为55%，孔径为0.012-0.018mm，所述线缆的线径为44awg，即0.26mm。
66.最后测得，所述线缆的电容为50pf，并用于医学影像设备的图像传输操作，保证更高的图像传输质量，更细的线径，更大的线缆结构强度。
67.该超微细的低电容发泡线缆的制备方法，依次包括以下步骤：s1、在铁氟龙押出机的螺筒1上安装机头2，所述螺筒1与机头2相互垂直，在所述机头2内安装外模3和内模4；s2、加热所述螺筒1，并在胶料口1a上注入四氟乙烯聚合物、在加气口1b上注入发泡用气体，最后在出料口1c处获得熔融料；s3、导体a依次穿过所述内模4、外模3，熔融料进入所述内模4和外模3之间，最终在所述外模3的出口获得熔融态电缆；s4、熔融态电缆匀速进入水槽，冷却固化成型，制得挤出后的发泡芯线。
68.s2中，所述螺筒1内的加热温度为315℃，所述机头2的结构还包括对接出料口1c的进料口2a，加热每1kg的四氟乙烯聚合物需要注入的所述发泡用气体的量为1.7l。
69.s3中，所述外模3截面形状上的内侧斜边，与导体a之间的夹角为30
°
。
70.s2中，发泡用气体在所述加气口1b上的注入速度为9.5ml/min。
71.s3中，所述内模4、外模3的温度为360℃。
72.s3中，熔融态电缆离开所述外模3出口的速度为80m/min。
73.s4中，水槽内水温为20℃，所述熔融态电缆在水槽内的停留时间＞5min，制得最终的低电容发泡线缆。
74.实施例4一种超微细的低电容发泡线缆，结构组成包括内部的导体a，以及与所述导体a共挤成型的发泡绝缘套b。
75.所述导体a的材质为表面镀银的锡铜合金，所述导体a的线径为46awg，即0.048mm。
76.所述发泡绝缘套b的原料为聚四氟乙烯铁氟龙，以及纯度≥99.999%的高纯氮气，所述发泡绝缘套b的材质为开孔发泡材料，开孔率为54%，孔径为0.013-0.018mm，所述线缆的线径为46awg，即0.21mm。
77.最后测得，所述线缆的电容为51pf，并用于医学影像设备的图像传输操作，保证更高的图像传输质量，更细的线径，更大的线缆结构强度。
78.该超微细的低电容发泡线缆的制备方法，依次包括以下步骤：s1、在铁氟龙押出机的螺筒1上安装机头2，所述螺筒1与机头2相互垂直，在所述机
头2内安装外模3和内模4；s2、加热所述螺筒1，并在胶料口1a上注入四氟乙烯聚合物、在加气口1b上注入发泡用气体，最后在出料口1c处获得熔融料；s3、导体a依次穿过所述内模4、外模3，熔融料进入所述内模4和外模3之间，最终在所述外模3的出口获得熔融态电缆；s4、熔融态电缆匀速进入水槽，冷却固化成型，制得挤出后的发泡芯线。
79.s2中，所述螺筒1内的加热温度为320℃，所述机头2的结构还包括对接出料口1c的进料口2a，加热每1kg的四氟乙烯聚合物需要注入的所述发泡用气体的量为1.8l。
80.s3中，所述外模3截面形状上的内侧斜边，与导体a之间的夹角为30
°
。
81.s2中，发泡用气体在所述加气口1b上的注入速度为10ml/min。
82.s3中，所述内模4、外模3的温度为360℃。
83.s3中，熔融态电缆离开所述外模3出口的速度为100m/min。
84.s4中，水槽内水温为20℃，所述熔融态电缆在水槽内的停留时间＞5min，制得最终的低电容发泡线缆。
85.实施例5一种超微细的低电容发泡线缆，结构组成包括内部的导体a，以及与所述导体a共挤成型的发泡绝缘套b。
86.所述导体a的材质为表面镀锡的锡铜合金，所述导体a的线径为48awg，即0.036mm。
87.所述发泡绝缘套b的原料为聚四氟乙烯铁氟龙，以及纯度≥99.999%的高纯氮气，所述发泡绝缘套b的材质为开孔发泡材料，开孔率为54%，孔径为0.012-0.016mm，所述线缆的线径为48awg，即0.16mm。
88.最后测得，所述线缆的电容为52pf，并用于医学影像设备的图像传输操作，保证更高的图像传输质量，更细的线径，更大的线缆结构强度。
89.该超微细的低电容发泡线缆的制备方法，依次包括以下步骤：s1、在铁氟龙押出机的螺筒1上安装机头2，所述螺筒1与机头2相互垂直，在所述机头2内安装外模3和内模4；s2、加热所述螺筒1，并在胶料口1a上注入四氟乙烯聚合物、在加气口1b上注入发泡用气体，最后在出料口1c处获得熔融料；s3、导体a依次穿过所述内模4、外模3，熔融料进入所述内模4和外模3之间，最终在所述外模3的出口获得熔融态电缆；s4、熔融态电缆匀速进入水槽，冷却固化成型，制得挤出后的发泡芯线。
90.s2中，所述螺筒1内的加热温度为320℃，所述机头2的结构还包括对接出料口1c的进料口2a，加热每1kg的四氟乙烯聚合物需要注入的所述发泡用气体的量为1.6l。
91.s3中，所述外模3截面形状上的内侧斜边，与导体a之间的夹角为30
°
。
92.s2中，发泡用气体在所述加气口1b上的注入速度为9ml/min。
93.s3中，所述内模4、外模3的温度为350℃。
94.s3中，熔融态电缆离开所述外模3出口的速度为110m/min。
95.s4中，水槽内水温为20℃，所述熔融态电缆在水槽内的停留时间＞5min，制得最终的低电容发泡线缆。
96.对比例1本对比例中的低电容发泡线缆及其制备方法，与实施例1相比，仅有如下1处不同之处。
97.本对比例中的导体，其制备方法中的s2，在所述加气口1b处，没有发泡用气体起注入。
98.最终测得所述线缆的电容为59pf，绝缘套的开孔率为0%，相较于实施例1更加容易脱落，在存放和运输时就容易与导体分离。
99.对比例2本对比例中的低电容发泡线缆及其制备方法，与实施例2相比，仅有如下1处不同之处。
100.本对比例中的导体，其制备方法中的s2，在所述加气口1b处，没有发泡用气体起注入。
101.最终测得所述线缆的电容为62pf，绝缘套的开孔率为0%，相较于实施例1更加容易脱落，在存放和运输时就容易与导体分离。
102.对比例3本对比例中的低电容发泡线缆及其制备方法，与实施例3相比，仅有如下1处不同之处。
103.本对比例中的导体，其制备方法中的s2，在所述加气口1b处，没有发泡用气体起注入。
104.最终测得所述线缆的电容为58pf，绝缘套的开孔率为0%，相较于实施例1更加容易脱落，在存放和运输时就容易与导体分离。
105.最后，针对上述8种不同的低电容发泡线缆产品，就导体线径、绝缘套线径、孔径、线缆电容、绝缘套开孔率、绝缘套附着程度，以及在线火花电压击穿这7个项目进行检测，最终得到如附图3所示的表格数据。
106.从上述表格数据中，我们可以得出以下结论。
107.第一、电容在48-55pf的范围内，即可保证高效的图像信号传输效果，而对比例1-3的线缆产品，在电容这一项就不合格，究其原因就是制备方法中的s2，没有同时注入高纯氮气。
108.第二、相对应的，当制备方法中的s2，没有同时注入高纯氮气后，绝缘套开孔率直接就完全没有了，为实心结构，最后的有害效果就是绝缘套在存放和运输时就容易与导体分离。
109.第三、绝缘套附着程度这一项，要求附着牢固，但是相对的也要易剥离，毕竟该线缆在实际使用操作，就是要部分剥离绝缘套来使用的。
110.最后，5个实施例中的线缆产品兼具低电容、超微细、整体结构强度大以及相对安全的诸多优点，所有8个线缆产品在700v在线火花电压击穿测试中都有不击穿的安全表现。
111.上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种修改。这些都是不具有创造性的修改，只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。