EIB-BUSJ-YSTYH总线电缆
1.1结构设计
根据产品特点和使用环境要求,我们对该环保型RS专用通信电缆结构进行了设计,导体采用第5种退火软铜导体,导体单丝表面镀锡;绝缘采用电气性能优异的聚乙烯;经单元绞、成缆(填充及包带均应符合欧盟ROHS规定)构成缆芯;缆芯外采用铝箔+镀锡铜丝复合屏蔽;为了保护屏蔽层,电缆最外层挤制了相应的外护套。该环保型RS专用通信电缆的结构如图1所示。
1.2材料选择
根据该环保型RS通信电缆的使用环境,导体材料我们选用了经过退火处理的优质无氧铜(含铜量不小于99.99%),并在拉制成型的单丝表面镀锡,单丝性能符合GB/T《镀锡圆铜线》的相关规定;导体结构尺寸及直流电阻均符合GB/T《电缆的导体》的规定,导体单丝表面镀层应均匀、光亮,无漏镀、起疙瘩等影响导体质量的不良现象。
绝缘材料应具有优异的绝缘电气性能、良好的机械性能、易加工性,并适合电缆的工作温度和使用环境。聚乙烯绝缘料的低温性能好,能在-70℃的低温条件下使用,不脆裂、不硬化;化学稳定性好,耐水性、耐老化性优良,密度小于1g/cm3;能在~℃之间熔融,加工成型性好,但易燃。因此,该环保型RS通信电缆的绝缘材料我们选用了性能优异的聚乙烯,表1示出了所选聚乙烯绝缘料的主要性能。
电缆的工艺控制
环保型RS通信电缆的制造工艺流程,主要包括拉丝、退火、镀锡工序,束丝工序,绝缘工序,单元绞工序,成缆工序,复合屏蔽工序,挤包外护套工序。
2.1拉丝、退火、镀锡工序
2.1.1拉丝
拉丝是指在一定拉力的作用下,线坯通过模孔,发生塑性变形,使截面积减小、长度增加的一种加工方法,该工序除需要配备高精度的生产设备外,还应选择合适的模具。为了提高拉制线材质量,我们经过长时间的对比分析,最终确定拉丝模具为聚晶模,出线模具为高晶模,这样既充分保证了拉制线材的质量,又降低了模具成本;同时,我们经过不断的工艺调整和比较,对前后鼓轮转速的比值进行了调整,制定出合理、高效的配模工艺,极大地延长了模具的使用寿命。
除此之外,在铜单线拉制过程中还应严格控制以下几项技术参数:a.拉丝液的浓度。拉丝液浓度太高,其清洗性能减弱,油脂消耗大;拉丝液浓度太低,其润滑性能减弱,影响模具使用寿命和铜线表面质量,甚至造成断线。一般拉丝液的浓度应控制在大拉15%~18%、中拉7%~8%、中小拉4%~6%、小拉3%~5%、微拉2%~3%。b.拉丝液的温度。拉丝液温度太低,其黏度较大,塔轮容易绞线,清洗性能变弱,也不能很好地发挥润滑性能;拉丝液温度太高,其润滑性能变差,冷却效果不佳,铜线出线时温度较高,影响模具的使用寿命和产品质量。一般拉丝液的温度应控制在30~45℃。c.拉丝液的pH值。拉丝液pH值太高,碱性较强,易对模具和铜线产生腐蚀,且易分层;拉丝液pH值太低,酸性较强,影响拉丝液的稳定性,易滋生细菌造成拉丝液变质。一般拉丝液的pH值应控制在7.5~8.5。
2.1.2退火
拉制后铜单线的退火方式我们采用专用退火机进行连续式退火。退火时必须合理调整退火电压、退火电流及生产速度;退火段必须在没有空气的真空中进行;在退火过程应通有冷却液,以冷却铜线,同时水封可起到防氧化的作用。一般冷却液的浓度应控制在0.5%~1.0%,冷却液入水温度不大于33℃。
2.1.3镀锡
完成拉制退火后的铜单线表面还需镀制锡层,我们采用退火机自带的镀锡槽进行连续镀锡。镀锡模具采用外围材质为钛合金的聚晶模,该模具重量轻,能悬浮在镀锡液中,便于工人操作,应保证成品铜导体单线表面镀层均匀、光亮,无氧化、无毛刺等。
2.2束丝工序
束丝是采用相同直径的镀锡铜单线,按工艺规定的根数,以相同方向一次束合而成。通常束丝节径比愈小,导体的柔软性愈好,各根单线之间的空隙愈小,即绞合得愈密实,而且节距与单线在一个节距内的实际长度相差也愈大,同样长度绞线所使用的单线长度也就愈长,一般束丝节径比≤25。束丝时应保持合适的放线张力,防止单线在束合的过程中被拉细;出线模宜采用整体式胶木模,这样既能保证电缆导体的圆整性,又经济实惠节省模具成本,但在日常生产过程中应有专人跟踪模具尺寸,对磨损较大的模具应及时更换。为保证信号传输的稳定性,以及挤包绝缘时绝缘层的偏心率易于控制,在束丝时必须确保导体外观的圆整性。
2.3绝缘工序
绝缘挤出时的模具我们采用了半挤压式模具,这样既能保证绝缘挤出质量,同时又能提高生产效率。我们在绝缘挤出生产线上配置了镭射测径仪、红外线测偏心装置、火花击穿装置等,对绝缘的挤出情况进行实时监控,检测绝缘线芯外径的偏差及绝缘层是否存在质量缺陷。为充分保证电缆的绝缘性能,生产的绝缘线芯应满足以下要求:绝缘最薄处厚度不小于标称值的90%~0.1mm,绝缘平均厚度不小于标称值,绝缘同心度≥92%,绝缘外径偏差为±0.05mm。在绝缘挤出后应采用温水逐步冷却,严格控制导体与绝缘层之间的粘附力,减少绝缘层中材料的应力。如果绝缘线芯需采用分色识别,则识别标志应清晰可辨,且两端不得混色。
2.4单元绞工序
单元绞工序中我们采用了上海腾骏机械厂生产的悬臂式单绞机组。该设备可实现多根单线同时退扭,并且转速快,生产效率高;通过在该设备中配置的张力控制系统,可使电缆在单元绞绞合的过程中张力恒定,确保在电缆的生产过程中不会造成导体拉细的现象;该设备通过机械齿轮的啮合传动,确保节距易于调整及控制。在单元绞过程中应结合生产设备合理设置单元绞的绞合节距,收、放线张力等技术参数。为了提高信号传输的稳定性,我们在单元绞时绝缘线芯之间未添加任何填充物;为了尽量减小传输过程中的信号失真,我们将绞合节径比控制在5~8,相邻线对的节距差值越大越好,且相邻线对节距避免成整倍数关系。
2.5成缆工序
在成缆工序(仅适用于多对电缆)中,我们按最外层绞合方向右向、次外层绞合方向相反的原则进行成缆,选择合适的成缆节距。成缆节距越小,在相同长度的成品电缆中,单线的绞入率越大,电缆的生产成本增加越多;反之,成缆节距越大,电缆的柔韧性越低,电缆的回波损耗及特性阻抗也越低。经过大量的工艺验证,我们将成缆节径比控制在12~14。此外,为了使电缆整体满足环保要求,我们对成缆时所用的填充及包带材料进行了严格的筛选,选用了符合欧盟ROHS要求的环保型填充及包带材料。
2.6复合屏蔽工序
为了防止外界电磁场对电缆的影响,进一步提高线材的抗干扰性能,经过大量的工艺验证,该环保型RS通信电缆的屏蔽采用了铝箔PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)带绕包(内层)+镀锡铜线编织(外层)的复合屏蔽形式。该复合屏蔽可将电缆的屏蔽抑制系数控制在0.以下,既使绝缘不受或少受光、电、热、酸碱气体的作用,确保电缆安全运行,又在一定程度上起到了铠装保护作用,确保了电缆具有良好的使用性能。
在绕包铝箔PET带时,我们采用的是单层铝箔PET带重叠绕包,搭盖率控制在20%~25%之间,并在绕包层下加1股截面积不小于0.5mm2的镀锡铜线引流线,便于安装时接地,同时当铝箔PET带断裂时也可将屏蔽层连接起来,确保电缆的屏蔽性能不降低。在镀锡铜线编织时,编织密度应不小于90%,编织层不允许整体接续,编织层表面毛刺应修理平整,应调整好每一锭的放线张力,确保编织过程中放线张力一致,使编织表面圆整,便于下道工序的生产。
2.7挤包外护套工序
虽然TPU外护套可提高电缆的承载能力、抗冲击性及减震性能,提高电缆的耐寒性、耐磨性,增大电缆的适用范围,提高电缆的使用寿命,并且TPU又是一种环保材料,但TPU护套料的加工难度较高。因此,在挤包TPU外护套时,应选择合适的挤塑设备及挤塑温度。挤塑时TPU护套料的黏度较大,易造成胶料无法挤出,需要较大的剪切力和推挤力,故我们选用了电机功率较大的挤塑机。在挤塑时螺杆可以选用普通的PVC螺杆,也可以选用低烟无卤材料专用螺杆。TPU护套料的挤塑温度范围较窄,对温度变化较为敏感,与其他护套料相比,挤塑机螺杆和机筒剪切胶料时产生的热量对TPU护套料的挤塑影响较大,因此在设定挤塑温度时必须与所选择的螺杆相适应。如果实际挤塑温度高于TPU护套料的熔融温度,则材料会过分塑化,呈流水状,不能加工;如果实际挤塑温度低于TPU护套料的熔融温度,则材料会塑化不充分,降低电缆的机械物理性能。经过大量的工艺验证试验,挤包TPU护套时我们设定的挤塑温度如表3所示,表中温区范围均为±5℃,对于小型挤塑机,该挤塑温度应适当降低5~10℃。此外,TPU护套料的分子结构中具有醚键,易于吸潮,使其含水率较高,因此在挤塑加工前应在90℃的温度下烘干12h。
