低溫抗凍電纜 防寒屏蔽控制電纜

防寒屏蔽控制電纜

DF21C武器系統(tǒng)屬國(guó)家高新、重點(diǎn)工程項(xiàng)目，輕型防寒屏蔽控制電纜是此項(xiàng)工程的關(guān)鍵配套產(chǎn)品。為克服武器系統(tǒng)原有的弱點(diǎn)，對(duì)原有部件和材料做改進(jìn)，提高其實(shí)戰(zhàn)性能，為此對(duì)輕型防寒屏蔽控制電纜提出了耐寒、減重、抗電磁脈沖等要求。此三項(xiàng)性能結(jié)合在一起，在短期內(nèi)研制出該產(chǎn)品對(duì)提高武器系統(tǒng)作戰(zhàn)能力是十分必要。

2 項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)及主要研制內(nèi)容

該電纜各項(xiàng)性能改進(jìn)后將直接影響到武器控制系統(tǒng)是否靈敏，戰(zhàn)術(shù)性能是否優(yōu)良，為此使用部門提出了以下幾點(diǎn)的技術(shù)要求：

(1)使用環(huán)境溫度：-50——+65℃。

(2)抗電磁干擾：200 MHz及以下時(shí)衰減≥60dB。

(3)重量：導(dǎo)體截面為0．35 mm2，32芯電纜≤225 kg／km；導(dǎo)體截面為0．30 mm2，32芯電纜≤200kg／km 。

(4)小彎曲半徑：≥5倍電纜直徑。

(5)電纜定長(zhǎng)：170 m。

根據(jù)上述技術(shù)要求，經(jīng)我們慎重研究、反復(fù)推敲，對(duì)輕型防寒屏蔽控制電纜進(jìn)行了如下設(shè)計(jì)：電纜型號(hào)和規(guī)格為KYVRP-GS 32×0．35 mm2；32×0．30 mm2。其中，K為控制電纜；Y為交聯(lián)聚乙烯絕緣；V為聚氨酯護(hù)套；R為軟電纜；P為屏蔽型；G為高等級(jí)符號(hào)；S為屏蔽衰減(編者注：我國(guó)電線電纜標(biāo)準(zhǔn)通常將Y表示聚乙烯；V表示聚氯乙烯；而用YJ表示交聯(lián)聚乙烯，其中J為交聯(lián)；用A表示聚氨酯(TPU)，A為“氨”的讀音)。

電纜結(jié)構(gòu)中導(dǎo)電線芯為7／0．23 mm(0．30mm2)或7／0．26 mm(0．35mm2)絞合線芯；絕緣采用交聯(lián)聚乙烯(XLPE)，與導(dǎo)線一起組成絕緣線芯；32芯絕緣線芯按5+11+16成纜方式絞合成纜芯；在纜芯外分別先后繞包鋁塑復(fù)合帶、高導(dǎo)磁率鈷基合金帶，且在這兩者繞包之前分別縱向安置兩根裸銅線和裸合金線，以保證電氣的導(dǎo)通；后擠包聚氨酯外護(hù)套。電纜的主要結(jié)構(gòu)尺寸及部分參數(shù)見(jiàn)表1。

新產(chǎn)品的出現(xiàn)勢(shì)必伴隨新技術(shù)、新材料的應(yīng)用，輕型耐寒控制電纜也是同樣。由于新型電纜與原電纜相比要求減重，但使用的功能以及電纜的機(jī)械物理性能卻不能降低，而且在耐寒性以及抗電磁干擾等方面還需要增強(qiáng)，圍繞著這一主題，我們通過(guò)研究、分析認(rèn)為，必須大限度地減少電纜的多余功能并廣泛采用新材料、新技術(shù)，以達(dá)到電纜功能強(qiáng)、重量輕且耐寒的目的。去除多余功能是電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主導(dǎo)思想，根據(jù)協(xié)議要求，在滿足電氣、機(jī)械、物理性能的前提下，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料的選用，使電纜具有原有的功能，但體積小，重量輕。

2.1 絕緣線芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料的選用

首先在滿足導(dǎo)體電阻率的前提下，選擇小直徑導(dǎo)體，因此提高導(dǎo)體的導(dǎo)電率就成為導(dǎo)體減重的關(guān)鍵，而提高導(dǎo)體本身固有的導(dǎo)電率是十分困難的或者說(shuō)是難以實(shí)現(xiàn)的，因此，須正確地選擇導(dǎo)體的軋制、拉拔退火、韌煉等工藝，使導(dǎo)體始終保持原有的高導(dǎo)電率，從而提高導(dǎo)體的有效利用率來(lái)滿足減小導(dǎo)體重量的要求。為此，導(dǎo)電線芯采用高導(dǎo)電率的電工無(wú)氧銅，并正確和合理地選擇加工工藝和精心地加工，大限度地降低導(dǎo)體的電阻率及重量，然后絞合為7／0．23 mm或．7／0．26 mm的絞合線芯。

為了減小電纜的重量及其外徑，經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算，絕緣線芯的絕緣厚度選擇為0．20 mm的薄層結(jié)構(gòu)，絕緣線重量≤0．47 kg／km。但是，根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)要求，電纜的耐電壓水平為800 V、2 min；絕緣電阻為200 MΩ·km，因此，宜選擇密度低、熱阻小、電氣和機(jī)械物理性能優(yōu)，可擠制成薄層絕緣的交聯(lián)聚乙烯(XLPE)。因?yàn)?/span>XLPE經(jīng)交聯(lián)后，它不僅保持聚乙烯原有的優(yōu)良電氣性能，而且可較大地提高其機(jī)械物理性能，為選擇薄層絕緣提供了基礎(chǔ)。

2.2 提高電纜的屏蔽性能

屏蔽性能的好壞是關(guān)系到電纜以及與其連接的整個(gè)武器系統(tǒng)是否能滿足使用要求的關(guān)鍵之一。增強(qiáng)屏蔽性能效果的方法通常是依靠加大屏蔽厚度或用多種材料組成多層屏蔽來(lái)實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)的屏蔽一般采用金屬絲編織而成，這種屏蔽型式在200 MHz的干擾源下是無(wú)法滿足系統(tǒng)對(duì)電纜的要求的。眾所周知，電纜內(nèi)、外的電磁耦合是通過(guò)電磁波在屏蔽體內(nèi)的擴(kuò)散而進(jìn)行的，所以決定屏蔽體屏蔽效能的參數(shù)是屏蔽體材料的電導(dǎo)或磁導(dǎo)、厚度及層數(shù)。本產(chǎn)品用增加屏蔽層數(shù)和加大厚度顯然是不可取的，但采用高電導(dǎo)率和高磁導(dǎo)率的復(fù)合屏蔽結(jié)構(gòu)是提高電纜屏蔽性能的、事半功倍的正確途徑，為此我們選擇了高電導(dǎo)率的鋁塑復(fù)合屏蔽帶(電屏蔽)和高磁導(dǎo)率的鈷基合金帶(磁屏蔽)的組合屏蔽結(jié)構(gòu)。

于是我們同兄弟單位共同研制開(kāi)發(fā)了具有極低的矯頑磁力、導(dǎo)磁系數(shù)可達(dá)50000以上高導(dǎo)磁鈷基帶。盡管其具有優(yōu)良的導(dǎo)磁性能，是一種很好的屏蔽材料，但是由于其非晶結(jié)構(gòu)的特性，使其不具備一般金屬材料的塑性，不利于加工。為解決其加工性就必須提高塑性并使其厚度盡可能薄，以達(dá)到功能指標(biāo)的要求。我們對(duì)其進(jìn)行了塑性復(fù)合，解決了在加工過(guò)程中功能損失的問(wèn)題，終使屏蔽層達(dá)到減重效果又不損失功能，并使其在200 MHz以下的頻帶內(nèi)達(dá)到60 dB以上的屏蔽效果。

2.3 提高電纜的耐寒性

電纜綜合性能的實(shí)現(xiàn)及功能的發(fā)揮很大程度上取決于電纜護(hù)套，考慮到電纜耐寒、減重，武器系統(tǒng)在作戰(zhàn)條件下有可能觸及到油污、輻射環(huán)境，使用時(shí)出現(xiàn)拖拽、摩擦等現(xiàn)象。我們選擇了改性聚氨酯材料作為電纜護(hù)套，這種材料通過(guò)改性后低溫脆化溫度可達(dá)-65℃，且具有耐磨、耐輻射、耐油、耐臭氧性。通過(guò)加大軟段分子量和交聯(lián)度，增加柔韌性，使電纜變得更柔軟。聚氨酯護(hù)套的選擇不僅使電纜的耐寒性能提高，更重要的是這種材料的密度較小，僅為1～1．05 g／cm ，并在保證護(hù)套機(jī)械物理特性條件下，減小護(hù)套的厚度，以使電纜重量減輕。