抗扭转数据动力复合电缆及其制造方法.pdf

本发明公开了抗扭转数据动力复合电缆及其制造方法，包括缆芯和外护层，设有数据传输线芯、动力控制线芯，数据传输线芯由四线组绞制构成，设置在电缆中心，线组设有两根绝缘线芯和引流线，线组上绕包铝塑复合带分屏蔽层，数据传输线芯设有总屏蔽层，动力控制线芯由多根组合加强线芯设置在数据传输线芯的周围构成，数据传输线芯和缆芯上分别设有组合缓冲层。本发明结构简单合理，工艺先进，产品机械强度高，使低电容、低衰减。抗电磁干扰性能强，抗冲击，有很好的耐弯曲扭转性能。具有耐油、耐化学溶剂、高弹性、耐磨、耐高低温、耐水侵蚀、耐环境浸损，保证电缆在各种特殊恶劣环境的性能稳定性，电缆使用性能可靠、安全。

1、  一种抗扭转数据动力复合电缆，包括缆芯和外护层，其特征是设有数据传输线芯、动力控制线芯，数据传输线芯由四线组绞制构成，设置在电缆中心，线组设有两根绝缘线芯和引流线，线组上绕包铝塑复合带分屏蔽层，数据传输线芯设有总屏蔽层，动力控制线芯由多根组合加强线芯设置在数据传输线芯的周围构成，数据传输线芯和缆芯上分别设有组合缓冲层。

2、  根据权利要求1所述的抗扭转数据动力复合电缆，其特征是所述的绝缘线芯是在无氧铜丝上采用皮-泡-皮三层共挤的物理发泡聚乙烯绝缘料构成。

3、  根据权利要求1所述的抗扭转数据动力复合电缆，其特征是所述的动力控制线芯由组合导体、加强筋和绝缘层构成，所述的组合导体由多股韧炼细镀锡软铜丝和高强度合成纤维或高强度合金丝绞合而成，加强筋为细萱麻绳或高强度合成纤维或高强度细合金丝束，加强筋设置在组合导体中心，TPE绝缘层挤包在组合导体的外表面。

4、  如权利要求1至3所述的抗扭转数据动力复合电缆的制造方法，其特征是包括如下步骤：
(1)采用无氧铜丝为实芯导体，在无氧铜丝上采用皮-泡-皮三层共挤的物理发泡聚乙烯绝缘料挤包绝缘层构成绝缘线芯。
(2)以两根直径相同的绝缘线芯和一根束绞线为引流线绞合成绞线束，在绞线束上绕包铝塑复合带分屏蔽层构成线组。
(3)将线组采用高速星绞机进行四线组生产数据传输缆芯，在数据传输缆芯上绕包成缆包带，成缆包带上绕包刮胶布带为组合缓冲层，在刮胶布带上编织铜丝编织总屏蔽层构成数据传输线芯。
(4)采用多股韧炼细镀锡软铜丝和高强度合成纤维或高强度合金丝，中间放置以细萱麻绳或高强度合成纤维或高强度细合金丝束为加强筋，绞合成组合导体，加强筋置于组合导体的中心，在组合导体的外表面挤包TPE绝缘层构成动力控制线芯。
(5)在数据传输线芯的周围设置多根动力控制线芯进行成缆，在成缆的缆芯上绕包成缆包带，在成缆包带上绕包刮胶布带为组合缓冲层，在刮胶布带上挤包TPU材料外护层。

5、  如权利要求4所述的抗扭转数据动力复合电缆的制造方法，其特征是所述的成缆包带为具有韧性和抗撕裂性的布包带。

6、  如权利要求4所述的抗扭转数据动力复合电缆的制造方法，其特征是所述的刮胶布带是一种高强度合成纤维间隙编织物。

抗扭转数据动力复合电缆及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种电缆，特别是频繁移动的工程机械设备用的动力电缆的结构，属于电缆技术领域。
背景技术
在频繁移动的工程机械设备的动力电源和测量控制线路中，特别是在具有机械应力的机床和输送线，在自动化机械装配线、钢铁冶金轧板等行业，随着连续频繁往复运动的拖曳，敷设其中的电缆的各个组成部件一直处于动态曲绕运动的状态。在这过程中，电缆在拖曳中一般处于自由状态，电缆的导体承受着主要的移动牵引力。在移动过程中，电缆弯曲半径仅为自身外径的几倍。在数千次往复运动后，在高速、高频的状态下，普通软电缆铜绞线导体经常发生屈服疲劳，产生断芯现象，仅有一至两个月使用寿命，并且护套层常采用橡胶材料，护套层在频繁扭转时容易产生开裂。在自动装配线、冶金轧板行业中，对移动频繁的软电缆的柔韧性提出了较高的要求。经常由于电缆的损坏，导致整条生产线停产的问题频繁发生。
发明内容
本发明的目的是为克服现有电缆存在的上述不足，提供一种能满足自动装配线、冶金轧板行业中连续频繁往复运动的拖曳、扭转的抗扭转数据动力复合电缆及这种复合电缆的制造方法。
本发明的第一个目的是这样实现的，抗扭转数据动力复合电缆，包括缆芯和外护层，其特征是设有数据传输线芯、动力控制线芯，数据传输线芯由四线组绞制构成，设置在电缆中心，线组设有两根绝缘线芯和引流线，线组上绕包铝塑复合带分屏蔽层，数据传输线芯设有总屏蔽层，动力控制线芯由多根组合加强线芯设置在数据传输线芯的周围构成，数据传输线芯和缆芯上分别设有组合缓冲层。
所述的绝缘线芯是在无氧铜丝上采用皮-泡-皮三层共挤的物理发泡聚乙烯绝缘料构成。
所述的动力控制线芯由组合导体、加强筋和绝缘层构成，所述的组合导体由多股韧炼细镀锡软铜丝和高强度合成纤维或高强度合金丝绞合而成，加强筋为细萱麻绳或高强度合成纤维或高强度细合金丝束，加强筋设置在组合导体中心，TPE绝缘层挤包在组合导体的外表面。
本发明的第二个目的实现的方案是，抗扭转数据动力复合电缆的制造方法，其特征是包括如下步骤：
(1)采用无氧铜丝为实芯导体，在无氧铜丝上采用皮-泡-皮三层共挤的物理发泡聚乙烯绝缘料挤包绝缘层构成绝缘线芯；
(2)以两根直径相同的绝缘线芯和一根束绞线为引流线绞合成绞线束，在绞线束上绕包铝塑复合带分屏蔽层构成线组；
(3)将线组采用高速星绞机进行四线组生产数据传输缆芯，其中的屏蔽线组和非屏蔽线组错开对应放置，在数据传输缆芯上绕包成缆包带，成缆包带上绕包刮胶布带为组合缓冲层，在刮胶布带上编织铜丝编织总屏蔽层构成数据传输线芯；
(4)采用多股韧炼细镀锡软铜丝和高强度合成纤维或高强度合金丝，中间放置以细萱麻绳或高强度合成纤维或高强度细合金丝束为加强筋，绞合成组合导体，加强筋置于组合导体的中心，在组合导体的外表面挤包TPE绝缘层构成动力控制线芯；
(5)在数据传输线芯的周围设置多根动力控制线芯进行成缆，在成缆的缆芯上绕包成缆包带，在成缆包带上绕包刮胶布带为组合缓冲层，在刮胶布带上挤包TPU材料外护层。
所述的成缆包带为具有韧性和抗撕裂性的布包带。刮胶布带是一种高强度合成纤维间隙编织物。
本发明结构简单合理，工艺先进，产品性能优越。其主要优点有：
1、绝缘线芯采用皮-泡-皮三层共挤的物理发泡绝缘技术。该技术使用使得绝缘线芯具有高发泡度，且机械强度较高，使电缆具有低电容、低衰减。
2、高强度组合型导电线芯。将传统普通软电缆单一的纯细镀锡软铜丝绞合导体结构，转变为多股韧炼细镀锡软铜丝+高强度合成纤维或高强度合金丝绞合而成的高强度组合加强线芯。这种组合加强线芯在保证直流电阻符合GB/T3956或IEC600228的要求的前提下，通过高强度合成纤维或高强度合金丝的骨架补强作用，弥补退火韧炼铜丝在多次往复运动容易发生屈服折断的缺点。尤其是电缆处于加速运动或扭转运动状态时，加强型组合导电线芯与缆芯加强筋一道承受运动时牵引力。
3、加强筋的设计。为防止电缆承受的作用力集中于导体线芯，根据电缆移动的加速度和频次的不同，选用抗拉强度大和韧性强的细萱麻绳或高强度合成纤维或高强度细合金丝束作为缆芯加强筋，可缓解机械应力对拖链电缆的损害。
4、双重屏蔽设计。铝塑复合带分屏防止了相邻四线组信号的互相干扰，铜丝编织总屏不仅防止外界电磁场对缆芯的干扰，同时还有减轻外部受力对内部缆芯冲击的作用，并保证电缆的弯曲性能。
5、组合缓冲层的加工设计。通过设计组合缓冲层，分在电缆内外层分别使用，由电缆受到拉伸、挤压、扭转等运动产生的大部分压力都可被护套、屏蔽和绝缘材料之间的组合缓冲元件所吸收，从而使电缆的性能大幅度提高。
6、绝缘、外护层材料的设计。绝缘采用TPE材料，使绝缘加工后具有较好的耐磨损性能、较高的断裂伸长率和较高的拉伸强度。外护层材料采用绿色安全、可回收重复使用的新一代弹性体材料——无卤TPU材料，其具有耐油、耐化学溶剂、高弹性、耐磨、耐高低温、耐水侵蚀、耐环境浸损于一体，保证电缆在各种特殊恶劣环境的性能稳定性
7、组合结构的设计。通过电缆导电线芯采用加强筋、电缆内、外层采用组合缓冲层的综合设计，使电缆可承受较高的移动加速度和承受常温、低温扭转，使电缆使用的场合增加，电缆使用的性能可靠性、安全性大幅度提高。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中：1实芯导体、2绝缘层、3引流线、4成缆包带、5分屏蔽层、6总屏蔽层、7绞合导体、8加强筋、9绝缘层、10组合缓冲层、11外护层。
具体实施方式
(1)采用无氧铜丝为实芯导体1，在无氧铜丝上采用皮-泡-皮三层共挤的物理发泡聚乙烯绝缘料挤包绝缘层2构成绝缘线芯。采用皮-泡-皮三层共挤的物理发泡绝缘技术，选用在德国进口的罗森泰尔串联生产线上进行，材料选用进口陶氏化工的物理发泡材料。在生产过程中，采用合理的模具设计及合适的氮气注入压力，确保工艺设计的内层皮和外层皮的厚度、同心度，绝缘线芯的直径以及中间绝缘层的发泡度，使绝缘单线具有与成品电缆相适的电气性能和机械性能。
(2)以两根直径相同的绝缘线芯和一根束绞线为引流线3绞合成绞线束，在绞线束上绕包铝塑复合带分屏蔽层5构成线组。
(3)将线组采用高速星绞机进行四线组生产数据传输缆芯，在数据传输缆芯上绕包成缆包带4，成缆包带上绕包刮胶布带构成组合缓冲层10，在刮胶布带上编织铜丝编织总屏蔽层6构成数据传输线芯。由于四线组的对称性非常好，电容相对较小，电容耦合系数可达最小。为保证其性能，首先在实际配线时要注意四线组的配组绝缘单线直径要相同，其次生产中要保证设备张力的均匀性以确保四线组相对位置的正方形。成缆时还要注意相邻四线组的节距差，如果存在屏蔽和非屏蔽线组，要将屏蔽和非屏蔽四线组错开对应放置，以获得最好的电缆电气性能。
(4)采用多股韧炼细镀锡软铜丝和高强度合成纤维或高强度合金丝，中间放置以细萱麻绳或高强度合成纤维或高强度细合金丝束为加强筋8，绞合成组合导体7，加强筋8置于组合导体7的中心，在组合导体的外表面挤包TPE绝缘层9构成动力控制线芯。这种由组合导体、加强筋和绝缘层构成的动力控制线芯(组合加强线芯)，直流电阻符合GB/T3956或IEC600228的要求，通过高强度合成纤维或高强度合金丝的骨架补强作用，弥补退火韧炼铜丝在多次往复运动容易发生屈服折断的缺点。尤其是电缆处于加速运动或垂直运动状态时，加强型组合导电线芯与缆芯加强筋一道承受运动时牵引力。组合导体中合金丝或合成纤维与镀锡铜丝的比例可根据电缆的抗拉强度和柔韧性作适度调整。
为防止电缆承受的作用力集中于导体线芯，根据电缆移动的加速度和频次的不同，选用抗拉强度大和韧性强的细萱麻绳或高强度合成纤维或高强度细合金丝束作为缆芯加强筋，可缓解机械应力对拖链电缆的损害。
(5)在数据传输线芯的周围设置八根动力控制线芯进行成缆，在成缆的缆芯上绕包成缆包带4，在成缆包带4上绕包刮胶布带为组合缓冲层10，在刮胶布带上挤包TPU材料外护层11。外护层11材料采用绿色安全、可回收重复使用的TPU材料，具有耐油、耐化学溶剂、高弹性、耐磨、耐高低温、耐水侵蚀、耐环境浸损于一体，保证电缆在各种特殊恶劣环境下的性能稳定性。
抗扭转数据动力复合电缆由于组合导体线芯、缆芯加强筋以及组合缓冲层的补强作用，电缆的抗拉强度大大增强，能够比一般软电缆承受更大的速度，更适合在拖曳中使用。电缆通常允许加速度a＝50m/s2，悬空使用v＝10m/s，长行程滑行使用v＝5m/s。通常使用寿命为不低于30万次往复运动。
电缆在数据传输线芯外和动力控制线芯外分别设计了组合缓冲层，由于组合缓冲层具有高强度、高弹性模量、韧性、热稳定性等特性，使电缆承受扭转程度加强，能应用于频繁扭转、弯曲的场合，电缆在常温下，可以通过周期不少于3600次的抗扭转性能试验，并能通过极限温度-40℃下，周期不少于8次的抗扭转性能试验。