一種新型輕質(zhì)電磁脈沖電纜的工藝設(shè)計(jì)

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(zhì)電磁脈沖電纜是采用復(fù)合絕緣材料及三層屏蔽的結(jié)構(gòu)以達(dá)到減重和抗強(qiáng)磁場(chǎng)干擾目的的一種特種綜合電纜。在電磁場(chǎng)干擾特別強(qiáng)的區(qū)域起縱差保護(hù)和監(jiān)測(cè)信號(hào)作用，以保證各種控制系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，避免各種監(jiān)控設(shè)備的誤動(dòng)作和事故的發(fā)生。

1 設(shè)計(jì)原則

首先，設(shè)計(jì)新型輕質(zhì)電磁脈沖電纜時(shí)，要保證線纜結(jié)構(gòu)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(dá)到電纜的減重目的。同時(shí)，在設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)等方法，實(shí)現(xiàn)電纜的抗電磁脈沖功能。

其次，還應(yīng)重視電纜的性價(jià)比。不恰當(dāng)?shù)夭捎酶咝阅艿牟牧?、加工工藝或制定過高的性能指標(biāo)都會(huì)帶來制造成本的增加，降低電纜的性價(jià)比。

2 電纜結(jié)構(gòu)

圖1 新型輕質(zhì)電磁脈沖電纜剖面圖

圖1 是一種新型輕質(zhì)電磁脈沖電纜的結(jié)構(gòu)剖面圖。我們依據(jù)電纜的減重和高抗電磁脈沖性能要求，將電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下:纜芯由三組結(jié)構(gòu)組成，一組結(jié)構(gòu)為12根聚酰亞胺復(fù)合薄膜繞包燒結(jié)而成的絕緣線芯;一組結(jié)構(gòu)為符合美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)總線(1553B);一組為雙絞屏蔽線((2×0.20 mm)PF電纜)?？紤]到電纜的圓整性，將12根聚酰亞胺復(fù)合薄膜繞包絕緣線分成兩組6芯絞合的纜芯，最后和數(shù)據(jù)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(fù)合薄膜和鐵鎳合金帶構(gòu)成;屏蔽和護(hù)套間隔離層為聚四氟乙烯絕緣薄膜(隔離層2);護(hù)套為聚氨酯。

3 工藝改進(jìn)

與傳統(tǒng)的電磁脈沖電纜相比，該電纜做了兩點(diǎn)改進(jìn)，首先采用新材料聚酰亞胺復(fù)合薄膜，其次采用特殊的三層屏蔽結(jié)構(gòu)，這是該電纜設(shè)計(jì)的核心。

4 工藝設(shè)計(jì)

4.1 纜芯

4.1.1 聚酰亞胺復(fù)合薄膜絕緣線芯

聚酰亞胺復(fù)合膜是由三層膜疊加復(fù)合而成，中間為聚酰亞胺層，兩側(cè)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(shí)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(fù)合薄膜作為絕緣材料，替代傳統(tǒng)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(shí)耐溫等級(jí)更高、載流量更大、重量更輕、外徑更小、燃燒煙密度更小、機(jī)械強(qiáng)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(shù)對(duì)比。

表1 兩種電線的參數(shù)對(duì)比

由表1可見，聚酰亞胺復(fù)合薄膜絕緣電線性能優(yōu)勢(shì)明顯，尤其在線纜的外徑和材料密度上優(yōu)勢(shì)更明顯，可達(dá)到電纜整體減重的目的。

4.1.2 數(shù)據(jù)總線(1553B)

數(shù)據(jù)總線(1553B)是嚴(yán)格按照美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)要求生產(chǎn)，產(chǎn)品的主要性能滿足對(duì)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(guó)瑞侃公司的電纜型號(hào)為10612數(shù)據(jù)總線生產(chǎn)的，導(dǎo)體采用鍍銀高強(qiáng)度銅合金線，有效地增加導(dǎo)體的強(qiáng)度，絕緣和護(hù)套采用交聯(lián)乙烯－四氟乙烯(X-ETFE)，可以達(dá)到減重的目的，屏蔽層采用鍍錫銅線編織，總的結(jié)構(gòu)也是一種對(duì)稱電纜。

表2 數(shù)據(jù)總線(1553B)主要性能參數(shù)

4.2 外導(dǎo)體

目前國(guó)內(nèi)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(shè)場(chǎng)所。

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

為了防止對(duì)數(shù)據(jù)總線(1553B)和雙絞屏蔽線的信號(hào)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，也進(jìn)行了周密的考慮:鋁鎂合金放在最內(nèi)層，一方面金屬編織線沒有帶材的金屬面切口，可防止對(duì)電纜纜芯的損傷，其次磁性較弱，不會(huì)對(duì)內(nèi)部纜芯產(chǎn)生干擾，同時(shí)它的密度為普通銅線的1/3，可以有效地達(dá)到減重目的;選擇鋁塑復(fù)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(chǎn)生耦合效應(yīng)，相互影響和抵消磁屏蔽;鐵鎳合金帶是抗電磁脈沖設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它是一種強(qiáng)磁性材料，可以有效克服強(qiáng)磁場(chǎng)的干擾。通過三層屏蔽結(jié)構(gòu)的有機(jī)結(jié)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(hù)套

根據(jù)電纜的具體使用環(huán)境選擇護(hù)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(tài)，加工時(shí)采用螺桿擠出機(jī)熔融擠出并經(jīng)冷卻后成型。為保證電纜護(hù)套厚度和外徑的均勻性，要求牽引速度穩(wěn)定，與螺桿轉(zhuǎn)速相協(xié)調(diào)。如果牽引速度過慢，護(hù)套層易形成竹節(jié)狀、堆膠或空管現(xiàn)象;牽引速度過快，易造成擠出拉薄拉細(xì)，甚至出現(xiàn)脫膠漏包現(xiàn)象。

在生產(chǎn)過程中要嚴(yán)格控制護(hù)套的厚度，厚薄不均勻會(huì)使電纜的使用壽命縮短。

5 電纜的性能

電纜經(jīng)檢測(cè)驗(yàn)證，其結(jié)構(gòu)尺寸、性能指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)品主要性能實(shí)測(cè)值與技術(shù)要求對(duì)比見表3。

表3 電纜技術(shù)要求和實(shí)際指標(biāo)對(duì)比表

表4是該電纜的電磁脈沖的測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)表。圖2是該電纜的皮電流波形圖。圖3是該電纜的負(fù)載端芯電流波形圖。

表4 電纜電磁脈沖的測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

圖2 電纜的皮電流波形圖

圖3 電纜的負(fù)載端芯電流波形圖

6 結(jié)束語

電纜產(chǎn)品的減重是航空航天領(lǐng)域最看重的，在總重量相等的情況下，電纜實(shí)現(xiàn)減重，可增加燃料的重量，進(jìn)而增加飛行器的壽命和射程。新型輕質(zhì)電磁脈沖電纜具有重量輕、抗電磁脈沖性能好的特點(diǎn)，已逐步應(yīng)用于航空航天及電子對(duì)抗等領(lǐng)域。

［1］GJB 773A—2000 航空航天用含氟聚合物通用規(guī)范［S］.

［2］GB/T 17737.1—2000 射頻電纜第1部分 總規(guī)范［S］.

［3］SAE AS22759A wire，electrical，fluoropolymer-insulated，copper or copper alloy［S］.

［4］MIL-DTL-17H cable，radio，frequency，flexible and semirigid，general specifcation for［S］.