淺談高頻數(shù)字電纜絕緣芯線生產(chǎn)控制要點

譚言秦，金　妹，崔久德

（江蘇亨通線纜科技有限公司）

淺談高頻數(shù)字電纜絕緣芯線生產(chǎn)控制要點

譚言秦，金妹，崔久德

（江蘇亨通線纜科技有限公司）

論文具體分析了高頻數(shù)字電纜的元件——絕緣芯線制造的控制要點。首先介紹了絕緣芯線的結(jié)構(gòu)，然后從導(dǎo)體和絕緣直徑、同心度和附著力等方面詳細(xì)論述了絕緣芯線在生產(chǎn)過程中的控制。

數(shù)字電纜；串聯(lián)生產(chǎn)線；絕緣芯線

1　絕緣單線的結(jié)構(gòu)

在高頻數(shù)字電纜制造過程中，關(guān)鍵是保持電纜在宏觀和微觀結(jié)構(gòu)尺寸不精確和盡可能小的偏差。絕緣芯線的生產(chǎn)是高頻數(shù)字電纜制造的第一道工序，也是高頻數(shù)字電纜制造的基礎(chǔ)，絕緣芯線的質(zhì)量直接與數(shù)字電纜成品的電氣性能密切相關(guān)。一般來說，為了保證絕緣線芯達(dá)到高度精密的幾何尺寸和最佳質(zhì)量，所有制造廠家均采用串聯(lián)線。

如圖1所示，絕緣單線由導(dǎo)體和絕緣兩部分組成。其中應(yīng)用最廣泛的導(dǎo)體材料是單根退火銅導(dǎo)體，也有客戶為了降低成本而使用銅包鋁、銅包鋼等導(dǎo)體，還有使用其他導(dǎo)體的，如銅絞線、鍍銀銅等。PE材料因其經(jīng)濟性是使用最廣泛的絕緣料，最常見的絕緣方式是實心絕緣，如5類纜、超5類纜和6類纜一般采用實心絕緣。為了改善電纜的衰減性能和縮小電纜的結(jié)構(gòu)尺寸，一些制造商在生產(chǎn)頻率超過500MHz的數(shù)字電纜時，會采用發(fā)泡或發(fā)泡實心皮（Foam-Skin）、皮-泡-皮絕緣型式（Skin-Foam-Skin）。化學(xué)發(fā)泡不均會對電纜的電氣和物理特性造成不良影響，如加大電容不平衡和降低機械性能；而機械強度低，在后續(xù)生產(chǎn)過程中也會導(dǎo)致絕緣嚴(yán)重變形，影響電纜的結(jié)構(gòu)回波損耗（SRL）。另外，發(fā)泡劑分解的殘留物容易吸潮導(dǎo)致介電常數(shù)上升，從而影響電纜的傳輸性能?；谝陨蠋c，電纜制造商已經(jīng)逐步用物理發(fā)泡來代替發(fā)泡+實心皮及化學(xué)發(fā)泡絕緣。由于低密度發(fā)泡料的機械強度較低，使得絕緣單線在后續(xù)工序或使用過程中容易變形，影響電纜的SRL性能，因此較少采用低密度發(fā)泡料。

圖1　絕緣單線橫截面示意圖

2　導(dǎo)體和絕緣外徑及其波動

對于絕緣單線來說，高頻下影響非屏蔽數(shù)字電纜阻抗的主要因素有相對介電常數(shù)、導(dǎo)體直徑和回路兩導(dǎo)體的中心距。相對介電常數(shù)與絕緣材料、絕緣類型、線對間填充介質(zhì)有關(guān)。導(dǎo)體和絕緣外徑的波動都會使兩導(dǎo)體的中心距發(fā)生改變，導(dǎo)體的波動比絕緣外徑的波動對阻抗的影響更大，從而影響電纜的結(jié)構(gòu)回波損耗。

此外，導(dǎo)體和絕緣的波動還會影響電纜的衰減性能。衰減由金屬衰減、介質(zhì)衰減和附加衰減3個部分組成。其中：金屬衰減主要包含導(dǎo)線因高頻電阻產(chǎn)生的衰減和周圍金屬（屏蔽）反射電磁波而產(chǎn)生的衰減；介質(zhì)衰減與介質(zhì)的損耗角正切值、工作頻率和工作電容有關(guān)；阻抗不均勻時，造成波反射，減小了波向前傳輸?shù)牧?，造成終端信號的減弱，這等效于有一“附加衰減”。附加衰減會造成衰減曲線在高頻下出現(xiàn)“波紋”（如圖2所示），這種“波紋”可能導(dǎo)致個別頻率點上衰減不合格。如果在測試的時候根據(jù)情況在高頻測試時采用高頻擬合，可避免衰減曲線在高頻下出現(xiàn)“波紋”。

圖2　衰減曲線在高頻下出現(xiàn)“波紋”

因此，在生產(chǎn)絕緣單線的時候，應(yīng)根據(jù)情況選用合適的絕緣料，采用合理的絕緣型式、 合適的導(dǎo)體尺寸、減小電纜的結(jié)構(gòu)偏差，嚴(yán)格控制導(dǎo)體和絕緣的波動。根據(jù)絕緣生產(chǎn)線的情況盡可能將導(dǎo)體波動控制在一個較小的范圍內(nèi)。對于6類和6類以上的對稱電纜，其導(dǎo)體直徑波動應(yīng)控制在±0.0015mm～±0.002mm。絕緣外徑波動應(yīng)控制在±0.010mm～±0.015mm。

3　導(dǎo)體、絕緣的不圓度

如圖3、圖4所示，如果導(dǎo)體是理想的圓柱，那么在導(dǎo)體周圍分布的電場也是圓柱形的。當(dāng)導(dǎo)體或絕緣不是理想的圓柱時，會造成電場畸變，影響電場的分布，從而影響電纜的許多項電氣性能指標(biāo)；如果導(dǎo)體不是圓柱體，意味著絕緣的厚度不均勻，那么在對絞工序后，兩導(dǎo)體間的距離，即兩導(dǎo)體間絕緣的厚度會呈現(xiàn)周期性的變化。而當(dāng)絕緣的不是圓柱體時，在后續(xù)對絞工序后會造成兩導(dǎo)體的中心距呈現(xiàn)周期性的正弦或余弦變化。

嚴(yán)格控制導(dǎo)體橢圓度：如果成品拉絲模孔不圓，那么拉出的導(dǎo)體就不是圓柱；導(dǎo)體在擠塑前經(jīng)過過線輪或其他裝置時造成的損傷也會使導(dǎo)體變形等。

嚴(yán)格控制絕緣圓度：如果擠塑溫度過高，熱的絕緣料在冷卻前由于受到重力作用而下墜，造成絕緣不圓；擠塑?？撞粓A也會造成絕緣不圓，以及絕緣芯線在過線輪或其他裝置上擦傷等。

在生產(chǎn)高頻網(wǎng)絡(luò)線時，導(dǎo)體最大橢圓度不宜大于0.002mm，絕緣的最大橢圓度不宜大于0.015mm。而生產(chǎn)超五類和五類產(chǎn)品時可根據(jù)實際情況適當(dāng)放寬條件。

圖3　導(dǎo)體不圓示意圖

圖4　絕緣不圓示意圖

4　絕緣偏芯

絕緣偏芯會影響數(shù)字電纜的工作電容和電感從而引起阻抗的波動。通常情況下，隨著線纜等級越高，同心度要求越高。例如，5類同心度要求不小于92%，超5類同心度不小于95%，6類及以上電纜同心度應(yīng)在97%以上。在此介紹兩種簡單快捷的偏芯度和同心度計算。

1）測量4個對稱點的壁厚，取最大值與最小值的差再除以2。例如，如果最大壁厚為0.269，最小壁厚為0.263，那偏芯度就是（0.269-0.263）÷2=0.003。

2）測量4個對稱點的壁厚，取最小值與最大值的比再乘以100%。例如，如果最大壁厚為0.269，最小壁厚為0.263，那么同心度就是（0.263÷0.269）×100%=97.7%。

將兩種方法比較發(fā)現(xiàn)：假如規(guī)定偏芯度不大于0.004，同心度不小于97%，若要同時滿足這兩個條件，那么絕緣的最小壁厚為（0.008÷0.03）×0.97，約為0.2587，這個數(shù)據(jù)足以滿足高頻網(wǎng)絡(luò)線的壁厚要求；假如規(guī)定偏芯度不大于0.005，同心度不小于95%，若要同時滿足這兩個條件，那么絕緣的最小壁厚為（0.01÷0.05）×0.95=0.19，這個數(shù)據(jù)可以滿足超5類纜的壁厚要求。

需要從以下幾點來嚴(yán)格控制絕緣偏心：模具選用不當(dāng)，模芯與導(dǎo)體間的間隙過大使導(dǎo)線在模芯內(nèi)晃動造成偏芯；擠塑溫度過高，在冷卻前熱的塑料因重力作用下墜而造成偏芯、模芯和模蓋同心度達(dá)不到要求，這就需要更換模具。絕緣單線偏芯如圖5所示。

圖5　絕緣單線偏芯示意圖

5　絕緣著色

按照高頻數(shù)字電纜的絕緣芯線顏色，可將其分為單色線和帶標(biāo)志色線。帶標(biāo)志色線按著色方式不同分為：色條（單色條和雙色條）線，色環(huán)線和色點線。色母料含有礦物質(zhì)，在絕緣料中加入色母料后，常常因為色母料分布不均勻而使得相對介電常數(shù)不均勻，這會引發(fā)不同程度的反射波，還會增加介質(zhì)損耗角正切值。在生產(chǎn)5類，超5類和6類電纜時，色母料的影響在承受范圍內(nèi)，但是在生產(chǎn)高于6類的產(chǎn)品時，不能忽視色母料的影響，需要嚴(yán)格控制色母料與絕緣料的均勻程度，并盡可能降低顏色深度，從而減少色母料的不良影響。在生產(chǎn)6類以上的產(chǎn)品時，最好采用表皮著色技術(shù)。

6　導(dǎo)體與絕緣附著力

導(dǎo)體與絕緣的附著力不宜過小，也不宜過大。附著力過小，在后續(xù)對絞和成纜工序加工時會導(dǎo)致導(dǎo)體與絕緣之間的相對轉(zhuǎn)動，造成微觀上的不均勻，影響SRL值。而附著力過大，在有些場合下，會影響使用。因此，應(yīng)根據(jù)電纜的具體使用情況確定附著力的控制范圍并嚴(yán)格控制。

需要從以下幾點嚴(yán)格控制導(dǎo)體和絕緣附著力：首先，嚴(yán)格控制導(dǎo)體擠塑前的預(yù)熱溫度，這是控制導(dǎo)體和絕緣附著力的關(guān)鍵，預(yù)熱溫度不能過高或過低；其次，嚴(yán)格控制導(dǎo)體的清潔程度，如果導(dǎo)體在進入擠塑機前不能徹底干燥，那么導(dǎo)體上的液體在受熱時可能氣化，影響導(dǎo)體與絕緣的附著力，還有可能導(dǎo)致導(dǎo)體表面質(zhì)量不好；最后，需要嚴(yán)格控制擠塑后的冷卻速度，第一段冷卻必須確保是熱水，特別是氣溫較低的季節(jié)。

7　其他

在生產(chǎn)絕緣芯線時，應(yīng)嚴(yán)格控制導(dǎo)體的延伸率范圍。絕緣芯線在后工序的加工過程中，由于張力的原因，會受到一定的拉伸，其伸長量與導(dǎo)體的延伸率有關(guān)。當(dāng)導(dǎo)體的延伸率范圍過大時，會使絕緣芯線在后工序加工中被不同程度地拉細(xì)，增大導(dǎo)體線徑的波動，從而影響電纜的多項電氣性能。

在生產(chǎn)絕緣芯線時，應(yīng)嚴(yán)格控制以使絕緣表面光滑。絕緣芯線表面越光滑，在后續(xù)的加工過程中，芯線與模具及其他裝置之間的摩擦力越小，這可以減少電纜因摩擦力帶來的各種損傷。

8　結(jié)束語

在生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)線的絕緣芯線時，需要根據(jù)電纜等級確定導(dǎo)體規(guī)格和絕緣形式，并嚴(yán)格控制導(dǎo)體直徑波動、導(dǎo)體不圓度、導(dǎo)體延伸率、導(dǎo)體與絕緣的附著力、絕緣外徑波動、絕緣不圓度、絕緣偏芯度、絕緣表面質(zhì)量等影響電纜電氣性能的因素。

【1】鄭玉東.通信電纜［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1985.

【2】韓中洗.電纜工藝原理［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1991.

【3】徐應(yīng)麟.電線電纜手冊（第2冊） ［M］.北京：機械工業(yè)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