浅谈高频数字电缆绝缘芯线生产控制要点

谭言秦，金　妹，崔久德

（江苏亨通线缆科技有限公司）

浅谈高频数字电缆绝缘芯线生产控制要点

谭言秦，金妹，崔久德

（江苏亨通线缆科技有限公司）

论文具体分析了高频数字电缆的元件——绝缘芯线制造的控制要点。首先介绍了绝缘芯线的结构，然后从导体和绝缘直径、同心度和附着力等方面详细论述了绝缘芯线在生产过程中的控制。

数字电缆；串联生产线；绝缘芯线

1　绝缘单线的结构

在高频数字电缆制造过程中，关键是保持电缆在宏观和微观结构尺寸不精确和尽可能小的偏差。绝缘芯线的生产是高频数字电缆制造的第一道工序，也是高频数字电缆制造的基础，绝缘芯线的质量直接与数字电缆成品的电气性能密切相关。一般来说，为了保证绝缘线芯达到高度精密的几何尺寸和最佳质量，所有制造厂家均采用串联线。

如图1所示，绝缘单线由导体和绝缘两部分组成。其中应用最广泛的导体材料是单根退火铜导体，也有客户为了降低成本而使用铜包铝、铜包钢等导体，还有使用其他导体的，如铜绞线、镀银铜等。PE材料因其经济性是使用最广泛的绝缘料，最常见的绝缘方式是实心绝缘，如5类缆、超5类缆和6类缆一般采用实心绝缘。为了改善电缆的衰减性能和缩小电缆的结构尺寸，一些制造商在生产频率超过500MHz的数字电缆时，会采用发泡或发泡实心皮（Foam-Skin）、皮-泡-皮绝缘型式（Skin-Foam-Skin）。化学发泡不均会对电缆的电气和物理特性造成不良影响，如加大电容不平衡和降低机械性能；而机械强度低，在后续生产过程中也会导致绝缘严重变形，影响电缆的结构回波损耗（SRL）。另外，发泡剂分解的残留物容易吸潮导致介电常数上升，从而影响电缆的传输性能。基于以上几点，电缆制造商已经逐步用物理发泡来代替发泡+实心皮及化学发泡绝缘。由于低密度发泡料的机械强度较低，使得绝缘单线在后续工序或使用过程中容易变形，影响电缆的SRL性能，因此较少采用低密度发泡料。

图1　绝缘单线横截面示意图

2　导体和绝缘外径及其波动

对于绝缘单线来说，高频下影响非屏蔽数字电缆阻抗的主要因素有相对介电常数、导体直径和回路两导体的中心距。相对介电常数与绝缘材料、绝缘类型、线对间填充介质有关。导体和绝缘外径的波动都会使两导体的中心距发生改变，导体的波动比绝缘外径的波动对阻抗的影响更大，从而影响电缆的结构回波损耗。

此外，导体和绝缘的波动还会影响电缆的衰减性能。衰减由金属衰减、介质衰减和附加衰减3个部分组成。其中：金属衰减主要包含导线因高频电阻产生的衰减和周围金属（屏蔽）反射电磁波而产生的衰减；介质衰减与介质的损耗角正切值、工作频率和工作电容有关；阻抗不均匀时，造成波反射，减小了波向前传输的量，造成终端信号的减弱，这等效于有一“附加衰减”。附加衰减会造成衰减曲线在高频下出现“波纹”（如图2所示），这种“波纹”可能导致个别频率点上衰减不合格。如果在测试的时候根据情况在高频测试时采用高频拟合，可避免衰减曲线在高频下出现“波纹”。

图2　衰减曲线在高频下出现“波纹”

因此，在生产绝缘单线的时候，应根据情况选用合适的绝缘料，采用合理的绝缘型式、 合适的导体尺寸、减小电缆的结构偏差，严格控制导体和绝缘的波动。根据绝缘生产线的情况尽可能将导体波动控制在一个较小的范围内。对于6类和6类以上的对称电缆，其导体直径波动应控制在±0.0015mm～±0.002mm。绝缘外径波动应控制在±0.010mm～±0.015mm。

3　导体、绝缘的不圆度

如图3、图4所示，如果导体是理想的圆柱，那么在导体周围分布的电场也是圆柱形的。当导体或绝缘不是理想的圆柱时，会造成电场畸变，影响电场的分布，从而影响电缆的许多项电气性能指标；如果导体不是圆柱体，意味着绝缘的厚度不均匀，那么在对绞工序后，两导体间的距离，即两导体间绝缘的厚度会呈现周期性的变化。而当绝缘的不是圆柱体时，在后续对绞工序后会造成两导体的中心距呈现周期性的正弦或余弦变化。

严格控制导体椭圆度：如果成品拉丝模孔不圆，那么拉出的导体就不是圆柱；导体在挤塑前经过过线轮或其他装置时造成的损伤也会使导体变形等。

严格控制绝缘圆度：如果挤塑温度过高，热的绝缘料在冷却前由于受到重力作用而下坠，造成绝缘不圆；挤塑模孔不圆也会造成绝缘不圆，以及绝缘芯线在过线轮或其他装置上擦伤等。

在生产高频网络线时，导体最大椭圆度不宜大于0.002mm，绝缘的最大椭圆度不宜大于0.015mm。而生产超五类和五类产品时可根据实际情况适当放宽条件。

图3　导体不圆示意图

图4　绝缘不圆示意图

4　绝缘偏芯

绝缘偏芯会影响数字电缆的工作电容和电感从而引起阻抗的波动。通常情况下，随着线缆等级越高，同心度要求越高。例如，5类同心度要求不小于92%，超5类同心度不小于95%，6类及以上电缆同心度应在97%以上。在此介绍两种简单快捷的偏芯度和同心度计算。

1）测量4个对称点的壁厚，取最大值与最小值的差再除以2。例如，如果最大壁厚为0.269，最小壁厚为0.263，那偏芯度就是（0.269-0.263）÷2=0.003。

2）测量4个对称点的壁厚，取最小值与最大值的比再乘以100%。例如，如果最大壁厚为0.269，最小壁厚为0.263，那么同心度就是（0.263÷0.269）×100%=97.7%。

将两种方法比较发现：假如规定偏芯度不大于0.004，同心度不小于97%，若要同时满足这两个条件，那么绝缘的最小壁厚为（0.008÷0.03）×0.97，约为0.2587，这个数据足以满足高频网络线的壁厚要求；假如规定偏芯度不大于0.005，同心度不小于95%，若要同时满足这两个条件，那么绝缘的最小壁厚为（0.01÷0.05）×0.95=0.19，这个数据可以满足超5类缆的壁厚要求。

需要从以下几点来严格控制绝缘偏心：模具选用不当，模芯与导体间的间隙过大使导线在模芯内晃动造成偏芯；挤塑温度过高，在冷却前热的塑料因重力作用下坠而造成偏芯、模芯和模盖同心度达不到要求，这就需要更换模具。绝缘单线偏芯如图5所示。

图5　绝缘单线偏芯示意图

5　绝缘着色

按照高频数字电缆的绝缘芯线颜色，可将其分为单色线和带标志色线。带标志色线按着色方式不同分为：色条（单色条和双色条）线，色环线和色点线。色母料含有矿物质，在绝缘料中加入色母料后，常常因为色母料分布不均匀而使得相对介电常数不均匀，这会引发不同程度的反射波，还会增加介质损耗角正切值。在生产5类，超5类和6类电缆时，色母料的影响在承受范围内，但是在生产高于6类的产品时，不能忽视色母料的影响，需要严格控制色母料与绝缘料的均匀程度，并尽可能降低颜色深度，从而减少色母料的不良影响。在生产6类以上的产品时，最好采用表皮着色技术。

6　导体与绝缘附着力

导体与绝缘的附着力不宜过小，也不宜过大。附着力过小，在后续对绞和成缆工序加工时会导致导体与绝缘之间的相对转动，造成微观上的不均匀，影响SRL值。而附着力过大，在有些场合下，会影响使用。因此，应根据电缆的具体使用情况确定附着力的控制范围并严格控制。

需要从以下几点严格控制导体和绝缘附着力：首先，严格控制导体挤塑前的预热温度，这是控制导体和绝缘附着力的关键，预热温度不能过高或过低；其次，严格控制导体的清洁程度，如果导体在进入挤塑机前不能彻底干燥，那么导体上的液体在受热时可能气化，影响导体与绝缘的附着力，还有可能导致导体表面质量不好；最后，需要严格控制挤塑后的冷却速度，第一段冷却必须确保是热水，特别是气温较低的季节。

7　其他

在生产绝缘芯线时，应严格控制导体的延伸率范围。绝缘芯线在后工序的加工过程中，由于张力的原因，会受到一定的拉伸，其伸长量与导体的延伸率有关。当导体的延伸率范围过大时，会使绝缘芯线在后工序加工中被不同程度地拉细，增大导体线径的波动，从而影响电缆的多项电气性能。

在生产绝缘芯线时，应严格控制以使绝缘表面光滑。绝缘芯线表面越光滑，在后续的加工过程中，芯线与模具及其他装置之间的摩擦力越小，这可以减少电缆因摩擦力带来的各种损伤。

8　结束语

在生产网络线的绝缘芯线时，需要根据电缆等级确定导体规格和绝缘形式，并严格控制导体直径波动、导体不圆度、导体延伸率、导体与绝缘的附着力、绝缘外径波动、绝缘不圆度、绝缘偏芯度、绝缘表面质量等影响电缆电气性能的因素。

【1】郑玉东.通信电缆［M］.北京：机械工业出版社，1985.

【2】韩中洗.电缆工艺原理［M］.北京：机械工业出版社，1991.

【3】徐应麟.电线电缆手册（第2册） ［M］.北京：机械工业出版社，2001.

Discussion on the Key Points for the Production Control of High Frequency Digital Cable Insulation Core

TAN Yan-qin，JIN Mei，CUI Jiu-de
（JiangSu Hengtong Wire&Cable Technology Co.，Ltd.）

In this paper， the key points of the high frequency digital cable are analyzed. Firstly， the structure of the core wire is introduced，and the control of the insulation core wire in the production process is discussed in detail from the aspects of the conductor and the insulation diameter， the concentric degree and the adhesion.

digital cable； series production line； insulation core wire