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5G數字通信電纜生產(chǎn)工藝控制分析

發(fā)布時(shí)間:2020-05-15 15:45:07 

【摘要】

中國官方近期已正式發(fā)放5G商用牌照,意味著(zhù)中國2019年進(jìn)入5G商用元年。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)是5G發(fā)展的主要驅動(dòng)力,5G應用將進(jìn)入“萬(wàn)物互聯(lián)”新時(shí)代,以5G網(wǎng)絡(luò )為核心的新一代信息通信網(wǎng)絡(luò )基礎設施以及生產(chǎn)基礎設施、社會(huì )基礎設施等的數字化改造,共同構成了數字世界的關(guān)鍵基礎設施。

5G網(wǎng)絡(luò )作為第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò ),其峰值理論傳輸速率可達每秒數10Gbps,這比4G網(wǎng)絡(luò )的傳輸速度快數百倍。隨著(zhù)5G傳輸速率的提升,對數字通信電纜的頻率和傳輸速率要求也越來(lái)越高,七類(lèi)數字通信電纜(最高傳輸頻率可達1000MHz,傳輸速率10Gbps)、八類(lèi)數字通信電纜(最高傳輸頻率可達2000MHz,傳輸速率40Gbps)可以很好地滿(mǎn)足5G通信網(wǎng)絡(luò )基礎設施建設。

因此,本篇文章全面分析了生產(chǎn)達標的七類(lèi)、八類(lèi)數字通信電纜工藝控制要點(diǎn),對提高和保證七類(lèi)、八類(lèi)數字通信電纜的制造精度和穩定性、均勻性起到一定的指引作用。
 

【關(guān)鍵詞】

皮-泡-皮物理發(fā)泡;數字通信電纜。
 

前言

當前,數字通信電纜已廣泛應用,七類(lèi)最高傳輸頻率可以達到600MHz;超七類(lèi)(7A)最高傳輸頻率1000MHz、傳輸速率10Gbps;八類(lèi)數字通信電纜可以達到傳輸頻率2000MHz、傳輸速率40Gbps要求。

在不久的將來(lái),5G技術(shù)將廣泛應用和發(fā)展,七類(lèi)、八類(lèi)數字通信電纜的需求將不斷增加,發(fā)展前景良好。為保證七、八類(lèi)數字通信電纜符合相應的帶寬和傳輸速率,生產(chǎn)工藝控制非常重要,任何一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節都應嚴格控制。

 

一、銅線(xiàn)導體拉絲、退火工藝控制

(一)導體拉絲工藝控制

銅線(xiàn)導體的電阻系數不能有顯著(zhù)差異,退火要均衡,斷裂伸長(cháng)率偏差應控制在±2%左右,導體直徑公差應限制在±0. 002 mm以?xún)?,銅線(xiàn)要求圓整、表面光滑、無(wú)氧化斑點(diǎn)、線(xiàn)徑偏差范圍小,建議采用“拉絲--退火--導體預熱--擠塑”串聯(lián)生產(chǎn)線(xiàn)??梢砸淮涡酝瓿衫z、退火、預熱、擠塑生產(chǎn)工藝,減少中間環(huán)節對導體因多環(huán)節生產(chǎn)引發(fā)的損傷,保證導體線(xiàn)徑、柔軟度的穩定性。

銅線(xiàn)拉制時(shí),選取合適導體定徑模,考慮到后續加工對導體的拉伸,根據不同廠(chǎng)家的生產(chǎn)設備精度選取合適定徑模。在拉絲過(guò)程中,在常溫下將銅桿用拉絲機通過(guò)拉伸模具的??桌剿璩叽?,其主要參數是配模技術(shù),乳化液濃度控制在8%~10%左右,溫度控制在35-45℃,溫度不易過(guò)高,PH值≥7以上。

 

(二)銅線(xiàn)退火、預熱控制

銅線(xiàn)退火,通過(guò)控制退火電壓來(lái)控制電流將銅線(xiàn)加熱到一定溫度,退火結晶可以提高銅線(xiàn)的柔韌性,降低銅線(xiàn)強度,使其不易折斷,具有良好的導電性能,符合導電芯線(xiàn)的要求。

為了確保銅線(xiàn)的軟硬均勻,銅線(xiàn)與導電環(huán)須充分接觸,不得有抖動(dòng)現象;

退火電壓設定要合理,退火電壓過(guò)低,達到不退火效果,退火過(guò)高,會(huì )致銅線(xiàn)表面發(fā)黃輕微氧化;

退火槽內冷卻水溫度須進(jìn)行嚴格控制,溫度不宜過(guò)高,建議采用冷卻水循冷卻系統,并定期更換,以保持理想的冷卻效果;

經(jīng)冷卻水冷卻后的銅線(xiàn)用吹風(fēng)裝置吹干,保證銅線(xiàn)表面無(wú)水汁殘留,以保證銅線(xiàn)不被氧化發(fā)黑或產(chǎn)生斑點(diǎn);

銅線(xiàn)退火冷卻后進(jìn)入擠塑機前,建議對銅線(xiàn)施加一定電流進(jìn)行預熱,以提高銅線(xiàn)與塑膠的粘合力,導體預熱溫度波動(dòng)要小,以使銅線(xiàn)與絕緣層之間粘接良好,整條單線(xiàn)上絕緣的等效介電常數必須均勻一致;

銅線(xiàn)的電阻系數不能有顯著(zhù)差異,退火要均衡,伸長(cháng)率應控制在±1 %,導體直徑公差應限制在±0. 002 mm以?xún)?、絕緣外徑限制在±0. 01 mm 以?xún)?、同軸電容限制在±1. 5 pFPm,同心度應大于96 %,導體預熱溫度波動(dòng)要小,以使銅線(xiàn)與絕緣層之間粘接良好,整條單線(xiàn)上絕緣的等效介電常數必須均勻一致。

 

二、皮-泡-皮-絕緣芯線(xiàn)擠出工藝控制

 絕緣芯線(xiàn)建議采用皮-泡-皮物理發(fā)泡擠出工藝,采用三層共擠機頭,機頭精度要高,以保證產(chǎn)品同心度和擠出壓力。擠出要螺桿塑化要好,建議采用1:28長(cháng)徑比螺桿。選擇發(fā)泡穩定的發(fā)泡材料,最好選用發(fā)泡劑與母料混合擠出的顆粒料。發(fā)泡孔要均勻,注氣壓力要穩定、螺桿轉數變化及收放線(xiàn)張力變化要盡可能小,發(fā)泡層的泡孔要均勻細密。模套的設計應當保證有足夠合理壓縮比,以獲得合適的泡孔,一般采用擠壓式模具,模芯內徑應當以通過(guò)芯線(xiàn)為宜,不應過(guò)小,否則會(huì )導致芯線(xiàn)抖動(dòng)或導體表面擦傷,具模本身也易受傷;模芯內模過(guò)大,會(huì )造成偏心即同心度不好。絕緣芯線(xiàn)的質(zhì)量直接影響電容、絕緣性能和串音指標,同時(shí),物理發(fā)泡絕緣芯線(xiàn)具有衰減小、工作電容小、損耗系數小、介電常數小、傳輸距離長(cháng)等特點(diǎn),在電容相等的情況下,電纜直徑小、成本低,重量輕。同軸電容是控制產(chǎn)品電氣參數的關(guān)鍵,可通過(guò)配置在線(xiàn)監測設備如外徑測試儀、水電容儀、偏心儀等實(shí)現對銅線(xiàn)直徑、絕緣外徑、絕緣同心度、發(fā)泡度的控制。

與傳統絕緣生產(chǎn)設備相比,皮泡皮物理發(fā)泡生產(chǎn)線(xiàn)控制參數多,調節復雜,只有通過(guò)嚴格控制設備參數,才能控制好發(fā)泡度、絕緣線(xiàn)徑、同軸電容、同心度、橢圓度等,生產(chǎn)出均勻穩定的芯線(xiàn)。

擠出發(fā)泡時(shí),要預防銅線(xiàn)氧化,當發(fā)泡度過(guò)高、泡層壓力過(guò)大時(shí),發(fā)泡層極性分子向絕緣層外表溢出,引起表面粗糙,向導體方向溢出使銅導體表面上內皮絕緣結構部分破裂,極性分子與銅結合也會(huì )造成銅線(xiàn)氧化。發(fā)泡度還直接影響絕緣的抗拉強度和延伸率,發(fā)泡度增大,絕緣延伸率小,機械強度下降,因此應選擇合適的發(fā)泡度。發(fā)泡度過(guò)大導致同軸電容減小,產(chǎn)品的機械性能變差,難以達到預期設計效果;而過(guò)度發(fā)泡會(huì )導致同軸電容過(guò)大,泡壁串聯(lián),機械性能改變。發(fā)泡度的調整必須通過(guò)氮氣注入量、擠塑轉速、線(xiàn)徑大小及線(xiàn)速度等的綜合改變來(lái)完成,同時(shí)建議配置增壓注氮系統,以保持注入氮氣壓力恒定,不受氮氣瓶氮氣量的減少,壓力降低而變化,以獲得絕緣芯線(xiàn)穩定的發(fā)泡度和穩定的絕緣外徑。

 

三、芯線(xiàn)絞制工藝控制

(一)絕緣芯線(xiàn)對絞控制

通過(guò)為四對線(xiàn)設計出合理的絞合節距,四對節距留有一定的節距差,可使電纜的近端串音和遠端串音達到一個(gè)最佳效果。絞對時(shí)須進(jìn)行退扭,絞對退扭可以改善因單線(xiàn)偏心或線(xiàn)徑不均勻而造成的阻抗波動(dòng)等,使傳輸性能更加穩定。退扭實(shí)際上是預扭,即在絞對扭絞前,對單線(xiàn)反向給予一定的扭絞,使特性阻抗與頻率間的變化曲線(xiàn)更趨于平緩,退扭率的提高可以改善電氣性能。

但是,如果退扭率設計不合理,也會(huì )帶來(lái)副作用,引起單線(xiàn)結構被部分破壞。因此退扭率應控制在15~20 %左右,最好不要超過(guò)35 %,根據各個(gè)廠(chǎng)家設備不同性能、精度來(lái)設定。絞對時(shí)應盡量減少芯線(xiàn)絞合接觸點(diǎn)處的擠壓變形,對絞張力也應一致,以降低電阻、電容不平衡值。

 

(二)對絞線(xiàn)成纜控制

成纜是為穩定四個(gè)線(xiàn)對的相對位置,可以減少線(xiàn)對間串音干擾,提高了傳輸質(zhì)量,保證了電氣性能的穩定可靠。成纜時(shí),相鄰兩個(gè)線(xiàn)對的節距設計一定的節距差,減少線(xiàn)對間的串音干擾。四對線(xiàn)相對位置會(huì )因外力作用而改變,影響到成品電纜的串音衰減性能,造成電氣性能不如骨架式固定理想,所以設計合理的成纜節距也顯得非常重要。

由于線(xiàn)纜在信號傳輸過(guò)程中,線(xiàn)對間會(huì )相互干擾,同時(shí)也受到外部信號干擾,可通過(guò)雙絞線(xiàn)的絞合平衡和金屬屏蔽層的屏蔽作用,有效地防止外界的電磁干擾信號的侵入和來(lái)自電纜內部的電磁輻射的外泄,擁有非常好的電磁兼容特性和保密性。

每對線(xiàn)采用鋁箔縱包單獨屏蔽,同時(shí)適當增加鋁箔厚度,四對線(xiàn)成纜后再用鋁箔縱包屏蔽,最外層用金屬絲編織整體屏蔽。由于金屬屏蔽層的集膚效應及反射和吸收作用,可以更好地分隔周?chē)碾姶艌?chǎng)和減少單獨屏蔽對線(xiàn)之間或四對線(xiàn)之間的串音,金屬絲可采用鍍錫銅絲或者鍍錫銅包鋁鎂合金絲。為每個(gè)線(xiàn)對提供單獨的鋁箔屏蔽,可消除線(xiàn)對之間的串音并可消除和減少環(huán)境的電氣干擾,提高電磁兼容性,縱包鋁箔應避免出現皺折,以保證屏蔽效果和傳輸性能。線(xiàn)對屏蔽和整體屏可采用一步法同時(shí)完成,不僅可以提高生產(chǎn)效率,而且減少了因多步驟工序流轉對線(xiàn)、對節距的破壞和導體的拉伸,可以大大提升產(chǎn)品性能指標。

在滿(mǎn)足相同生產(chǎn)能力情況下,一步法比兩步法投資費用要低,生產(chǎn)效率更高。成纜可以選配帶有可調節退扭功能的放線(xiàn)裝置和轉彎少的懸臂單絞成纜機,以防止絞對因轉彎過(guò)多導致線(xiàn)對結構改變,可以保證四對線(xiàn)在成纜時(shí)絞對節距和屏蔽都不會(huì )發(fā)生變化。

 

四、成品擠塑工藝控制

成品擠塑雖處于生產(chǎn)最后一道工序,控制的要素不如前面工序多、要求高。但是,如果在擠出模具選取、放線(xiàn)、引取、成圈等細節方面未控制好,同樣會(huì )影響產(chǎn)品傳輸性能和帶寬。首先,放線(xiàn)部分建議采用主動(dòng)帶有放線(xiàn)張力調節的主動(dòng)放線(xiàn)裝置;其次,合理選配擠出內模和外模,內模不損及編織網(wǎng),外模不得過(guò)大或過(guò)小。牽引采用轉彎少的皮帶式牽引,在線(xiàn)成圈收盤(pán),避免二次收盤(pán)對產(chǎn)品拉伸等不良損傷,收線(xiàn)盤(pán)符合產(chǎn)品彎曲半徑要求,人員在生產(chǎn)操作過(guò)程中,注意防止產(chǎn)品打扭等影響傳輸性能的不良因素。

 

結束語(yǔ)

要生產(chǎn)出合格達標的七類(lèi)、八類(lèi)數字通信電纜,每環(huán)節必須嚴格控制,每一道工序的人員須全面掌握工藝要求和設備操作,培訓合格上崗,同時(shí)保證生產(chǎn)設備的穩定性和精度,才能保證成品特性阻抗、衰減、近端串音、遠端串音、回皮損耗、相時(shí)延等各項指標有充足的余量,符合頻率和傳輸速率的要求。

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