一種新型輕質電磁脈沖電纜的工藝設計

2012-09-28 11:02:54周正平

電線電纜 2012年6期

周正平

(江蘇通光電子線纜股份有限公司，江蘇海門226103)

0 引言

新型輕質電磁脈沖電纜是采用復合絕緣材料及三層屏蔽的結構以達到減重和抗強磁場干擾目的的一種特種綜合電纜。在電磁場干擾特別強的區域起縱差保護和監測信號作用，以保證各種控制系統的可靠運行，避免各種監控設備的誤動作和事故的發生。

1 設計原則

首先，設計新型輕質電磁脈沖電纜時，要保證線纜結構尺寸的精確和盡可能小的偏差，通過采用特殊的低密度材料，達到電纜的減重目的。同時，在設計時運用優化設計等方法，實現電纜的抗電磁脈沖功能。

其次，還應重視電纜的性價比。不恰當地采用高性能的材料、加工工藝或制定過高的性能指標都會帶來制造成本的增加，降低電纜的性價比。

2 電纜結構

圖1 新型輕質電磁脈沖電纜剖面圖

圖1 是一種新型輕質電磁脈沖電纜的結構剖面圖。我們依據電纜的減重和高抗電磁脈沖性能要求，將電纜結構設計如下:纜芯由三組結構組成，一組結構為12根聚酰亞胺復合薄膜繞包燒結而成的絕緣線芯;一組結構為符合美國軍用標準的數據總線(1553B);一組為雙絞屏蔽線((2×0.20 mm)PF電纜)。考慮到電纜的圓整性，將12根聚酰亞胺復合薄膜繞包絕緣線分成兩組6芯絞合的纜芯，最后和數據總線(1553B)、雙絞屏蔽線總成纜組成纜芯部分;纜芯和屏蔽間的隔離層為聚四氟乙烯絕緣薄膜(隔離層1);屏蔽層由鋁鎂合金線、鋁塑復合薄膜和鐵鎳合金帶構成;屏蔽和護套間隔離層為聚四氟乙烯絕緣薄膜(隔離層2);護套為聚氨酯。

3 工藝改進

與傳統的電磁脈沖電纜相比，該電纜做了兩點改進，首先采用新材料聚酰亞胺復合薄膜，其次采用特殊的三層屏蔽結構，這是該電纜設計的核心。

4 工藝設計

4.1 纜芯

4.1.1 聚酰亞胺復合薄膜絕緣線芯

聚酰亞胺復合膜是由三層膜疊加復合而成，中間為聚酰亞胺層，兩側為聚四氟乙烯層，有效地解決了原先存在的水解缺陷。繞包后可有效降低電纜的重量，同時它又是一種良好的耐高溫材料，基于此，我們選擇聚酰亞胺復合薄膜作為絕緣材料，替代傳統的聚全氟乙丙烯材料。

該種電線相比普通的聚全氟乙丙烯電線，明顯提高了耐電弧和輻射等性能，同時耐溫等級更高、載流量更大、重量更輕、外徑更小、燃燒煙密度更小、機械強度更高，是航空航天用電線的一種理想絕緣材料，表1列舉了兩種電線的參數對比。

表1 兩種電線的參數對比

由表1可見，聚酰亞胺復合薄膜絕緣電線性能優勢明顯，尤其在線纜的外徑和材料密度上優勢更明顯，可達到電纜整體減重的目的。

4.1.2 數據總線(1553B)

數據總線(1553B)是嚴格按照美國軍用標準要求生產，產品的主要性能滿足對稱電纜的要求，主要性能見表2。

4.1.3 雙絞屏蔽線

雙絞屏蔽線((2×0.20)PF電纜)是按照美國瑞侃公司的電纜型號為10612數據總線生產的，導體采用鍍銀高強度銅合金線，有效地增加導體的強度，絕緣和護套采用交聯乙烯－四氟乙烯(X-ETFE)，可以達到減重的目的，屏蔽層采用鍍錫銅線編織，總的結構也是一種對稱電纜。

表2 數據總線(1553B)主要性能參數

4.2 外導體

目前國內電纜的屏蔽層一般采用單層銅絲編織、銅帶繞包、鋼帶繞包、鋁帶繞包、銅絲編織加銅帶繞包等，這類電纜的屏蔽性能只能抗一般的電磁干擾;而用鋁管或銅管作屏蔽，雖然屏蔽性能有所提高，但其柔軟性能差，不易彎曲，只能使用在固定敷設場所。

我公司在該電纜上采用鋁鎂合金線、鋁塑復合薄膜和鐵鎳合金帶的三層復合屏蔽結構，有效地解決了以上的不足之處。由于電纜提出輕質和抗電磁脈沖的性能要求，所以結構上采用了特殊處理。

為了防止對數據總線(1553B)和雙絞屏蔽線的信號干擾，在纜芯和屏蔽層間加一層聚四氟乙烯薄膜。在三種屏蔽材料的結構設計時，也進行了周密的考慮:鋁鎂合金放在最內層，一方面金屬編織線沒有帶材的金屬面切口，可防止對電纜纜芯的損傷，其次磁性較弱，不會對內部纜芯產生干擾，同時它的密度為普通銅線的1/3，可以有效地達到減重目的;選擇鋁塑復合薄膜作為中間層的作用有二，一為屏蔽，二為隔離鋁鎂合金線和鐵鎳合金帶，防止兩者產生耦合效應，相互影響和抵消磁屏蔽;鐵鎳合金帶是抗電磁脈沖設計的關鍵，它是一種強磁性材料，可以有效克服強磁場的干擾。通過三層屏蔽結構的有機結合，抗電磁脈沖性能更好。由于屏蔽層中有兩處采用繞包方式，還可提高電纜的柔軟性。

4.3 護套

根據電纜的具體使用環境選擇護套材料。該電纜主要考慮其耐低溫、柔軟、耐磨性而選用聚氨酯，該材料可在－40℃條件下保持柔軟狀態，加工時采用螺桿擠出機熔融擠出并經冷卻后成型。為保證電纜護套厚度和外徑的均勻性，要求牽引速度穩定，與螺桿轉速相協調。如果牽引速度過慢，護套層易形成竹節狀、堆膠或空管現象;牽引速度過快，易造成擠出拉薄拉細，甚至出現脫膠漏包現象。

在生產過程中要嚴格控制護套的厚度，厚薄不均勻會使電纜的使用壽命縮短。