一种新型轻质电磁脉冲电缆的工艺设计

2012-09-28周正平

电线电缆 2012年6期

关键词：数据总线电磁脉冲聚酰亚胺

周正平

(江苏通光电子线缆股份有限公司，江苏海门226103)

0 引言

新型轻质电磁脉冲电缆是采用复合绝缘材料及三层屏蔽的结构以达到减重和抗强磁场干扰目的的一种特种综合电缆。在电磁场干扰特别强的区域起纵差保护和监测信号作用，以保证各种控制系统的可靠运行，避免各种监控设备的误动作和事故的发生。

1 设计原则

首先，设计新型轻质电磁脉冲电缆时，要保证线缆结构尺寸的精确和尽可能小的偏差，通过采用特殊的低密度材料，达到电缆的减重目的。同时，在设计时运用优化设计等方法，实现电缆的抗电磁脉冲功能。

其次，还应重视电缆的性价比。不恰当地采用高性能的材料、加工工艺或制定过高的性能指标都会带来制造成本的增加，降低电缆的性价比。

2 电缆结构

图1 新型轻质电磁脉冲电缆剖面图

图1 是一种新型轻质电磁脉冲电缆的结构剖面图。我们依据电缆的减重和高抗电磁脉冲性能要求，将电缆结构设计如下:缆芯由三组结构组成，一组结构为12根聚酰亚胺复合薄膜绕包烧结而成的绝缘线芯;一组结构为符合美国军用标准的数据总线(1553B);一组为双绞屏蔽线((2×0.20 mm)PF电缆)。考虑到电缆的圆整性，将12根聚酰亚胺复合薄膜绕包绝缘线分成两组6芯绞合的缆芯，最后和数据总线(1553B)、双绞屏蔽线总成缆组成缆芯部分;缆芯和屏蔽间的隔离层为聚四氟乙烯绝缘薄膜(隔离层1);屏蔽层由铝镁合金线、铝塑复合薄膜和铁镍合金带构成;屏蔽和护套间隔离层为聚四氟乙烯绝缘薄膜(隔离层2);护套为聚氨酯。

3 工艺改进

与传统的电磁脉冲电缆相比，该电缆做了两点改进，首先采用新材料聚酰亚胺复合薄膜，其次采用特殊的三层屏蔽结构，这是该电缆设计的核心。

4 工艺设计

4.1 缆芯

4.1.1 聚酰亚胺复合薄膜绝缘线芯

聚酰亚胺复合膜是由三层膜叠加复合而成，中间为聚酰亚胺层，两侧为聚四氟乙烯层，有效地解决了原先存在的水解缺陷。绕包后可有效降低电缆的重量，同时它又是一种良好的耐高温材料，基于此，我们选择聚酰亚胺复合薄膜作为绝缘材料，替代传统的聚全氟乙丙烯材料。

该种电线相比普通的聚全氟乙丙烯电线，明显提高了耐电弧和辐射等性能，同时耐温等级更高、载流量更大、重量更轻、外径更小、燃烧烟密度更小、机械强度更高，是航空航天用电线的一种理想绝缘材料，表1列举了两种电线的参数对比。

表1 两种电线的参数对比

由表1可见，聚酰亚胺复合薄膜绝缘电线性能优势明显，尤其在线缆的外径和材料密度上优势更明显，可达到电缆整体减重的目的。

4.1.2 数据总线(1553B)

数据总线(1553B)是严格按照美国军用标准要求生产，产品的主要性能满足对称电缆的要求，主要性能见表2。

4.1.3 双绞屏蔽线

双绞屏蔽线((2×0.20)PF电缆)是按照美国瑞侃公司的电缆型号为10612数据总线生产的，导体采用镀银高强度铜合金线，有效地增加导体的强度，绝缘和护套采用交联乙烯－四氟乙烯(X-ETFE)，可以达到减重的目的，屏蔽层采用镀锡铜线编织，总的结构也是一种对称电缆。

表2 数据总线(1553B)主要性能参数

4.2 外导体

目前国内电缆的屏蔽层一般采用单层铜丝编织、铜带绕包、钢带绕包、铝带绕包、铜丝编织加铜带绕包等，这类电缆的屏蔽性能只能抗一般的电磁干扰;而用铝管或铜管作屏蔽，虽然屏蔽性能有所提高，但其柔软性能差，不易弯曲，只能使用在固定敷设场所。

我公司在该电缆上采用铝镁合金线、铝塑复合薄膜和铁镍合金带的三层复合屏蔽结构，有效地解决了以上的不足之处。由于电缆提出轻质和抗电磁脉冲的性能要求，所以结构上采用了特殊处理。

为了防止对数据总线(1553B)和双绞屏蔽线的信号干扰，在缆芯和屏蔽层间加一层聚四氟乙烯薄膜。在三种屏蔽材料的结构设计时，也进行了周密的考虑:铝镁合金放在最内层，一方面金属编织线没有带材的金属面切口，可防止对电缆缆芯的损伤，其次磁性较弱，不会对内部缆芯产生干扰，同时它的密度为普通铜线的1/3，可以有效地达到减重目的;选择铝塑复合薄膜作为中间层的作用有二，一为屏蔽，二为隔离铝镁合金线和铁镍合金带，防止两者产生耦合效应，相互影响和抵消磁屏蔽;铁镍合金带是抗电磁脉冲设计的关键，它是一种强磁性材料，可以有效克服强磁场的干扰。通过三层屏蔽结构的有机结合，抗电磁脉冲性能更好。由于屏蔽层中有两处采用绕包方式，还可提高电缆的柔软性。

4.3 护套

根据电缆的具体使用环境选择护套材料。该电缆主要考虑其耐低温、柔软、耐磨性而选用聚氨酯，该材料可在－40℃条件下保持柔软状态，加工时采用螺杆挤出机熔融挤出并经冷却后成型。为保证电缆护套厚度和外径的均匀性，要求牵引速度稳定，与螺杆转速相协调。如果牵引速度过慢，护套层易形成竹节状、堆胶或空管现象;牵引速度过快，易造成挤出拉薄拉细，甚至出现脱胶漏包现象。

在生产过程中要严格控制护套的厚度，厚薄不均匀会使电缆的使用寿命缩短。