CN109599221B - 一种航空航天用多通道高速传输总线电缆及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种航空航天用多通道高速传输总线电缆及其制造方法，以解决现有传输总线电缆结构稳定性差，抗压强度低的问题。本发明提供的一种航空航天用多通道高速传输总线制造方法，包括绕包绝缘、烧结绝缘、星绞、编织、挤塑内护套、星绞传输组、制屏蔽缆、挤塑外护套，本发明提供一种航空航天用多通道高数传输总线电缆制造方法，解决了传统方法需要通过导体外径、绕包带宽、绕包带厚度、目标搭盖率来确定绕包节距的缺点，所制作电缆实现了多信号协议之间的高兼容性，同时解决了线缆在加工时由于低密度四氟乙烯会发生层压变形导致衰减不稳定的问题，可在严苛环境下稳定工作。

Description

一种航空航天用多通道高速传输总线电缆及其制造方法
技术领域
本发明属于电缆制作技术领域，具体涉及一种航空航天用多通道高速传输总线电缆及其制造方法。
背景技术
伴随着航天科技的不断进步，航天技术应用的领域不断拓展，航天器(航天器包括卫星、载人和货运飞船、空间站、月球探测器、深空探测器等)功能也不断提升，这导致航天器内部设备系统处理数据的强度和交换信息的数量越来越大，目前航天器内部设备连接多数以单一总线的方式进行点对点传输。这样导致的缺点主要有六个方面：
1、与本发明接近的现有航空航天传输总线电缆在航天器内部安装的数量较多、最终影响航天器整体重量重。
2、航天器内部连线由于数量的原因，布线非常复杂、由于现有的航天线多为单线传输，无传输单元概念，故导致定期更换不够简便。
3、现有在航天器内部执行各种不同传输协议的传输之间存在信号干扰，信号串扰没有统一屏蔽措施，此外，线缆在加工时由于低密度四氟乙烯会发生层压变形导致衰减不稳定。
4、现有的航空航天线缆，在航天器内部一旦出现故障，便无法保障该根传输总线电缆对应执行传输协议指令的正常运行。
5、目前航空航天传输总线电缆只满足单各传输协议的加载要求，无扩展空间和加载其他别的协议。
6、与本发明接近的现有航空航天传输总线电缆传输速率为100Mbit/s，传输速率低下且无法进行系统性兼容。无法兼容实现多信号协议，如IEEE1394A、IEEE1355-1995和IEEE1596.3协议。
此外，宇航用数据电线电缆绝缘多数采用未烧结的工艺技术，如图3所示，其结构稳定性差，抗压强度底。采用烧结工艺技术后的数据通信电缆如图2绝缘发泡度高，且结构稳定性强，而且在剥去导体后电线电缆绝缘层圆整性高，避免了由于外界挤压造成的电缆外径变形而导致数据波动过大。
发明内容
本发明所要解决的问题是克服现有技术存在的问题，提供一种航空航天用多通道高数传输总线电缆制造方法，使用该制造方法所得电缆可解决多信号协议之间的兼容性，并可在严苛环境下稳定工作；同时解决线缆在加工时由于低密度四氟乙烯会发生层压变形导致衰减不稳定的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是这样实现的：
一种航空航天用多通道高速传输总线电缆的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1绕包绝缘，将PTFE绕包带以窄带宽包方式绕在镀银铜合金绞合导体上形成绝缘单线，所述PTFE绕包带采用两类，一类密度为0.4～0.7g/m3与另一类密度1.6～2.0g/m3，两类绕包带带宽为4～6mm；
S2烧结绝缘，将上述绝缘单线通过高温烧结成为一体；
S3星绞，将两根绝缘单线与填充绳星绞制成星绞线；
S4制编织线层，将镀银铜单丝进行并丝，制成屏蔽丝，将星绞线用屏蔽丝编织制成编织线层；
S5挤塑内护套，在编织线层上挤塑内层护套制成传输单元；
S6星绞传输组，将四个传输单元与一个中心填充绳星绞成为传输组；
S7制屏蔽缆，将PTFE绕包带绕包在传输组上，并将带有PTFE绕包带的传输组用镀银铜单丝并排卷上编织锭制成编织缆；
S8挤塑外护套，在编织缆挤外层护套成缆。
进一步的，所述步骤S1窄带宽包方式具体为绞合角度为20°～30°，绕包带叠盖节距在7-9mm，绕包带重叠部分宽度为1-2mm。
进一步的，在所述步骤S1后、S2前，还包括对绝缘单线通过Φ1.10±0.03mm定睛模具。
进一步的，所述0.4～0.7g/m3与1.6～2.0g/m3两类密度PTFE的质量配比为2:1，所述步骤S5及S8中内层护套与外层护套均为使用PFA材料挤塑。
进一步的，所述0.4～0.7g/m3密度PTFE与镀银铜合金导体的外径配比为2:1。
进一步的，在所述步骤S2中烧结温度控制在380-600℃，烧结时间控制在1-2min。
进一步的，所述步骤S3中的填充绳为PTFE空心绳。
进一步的，所述镀银铜合金绞合结构为7根0.16直径镀银铜合金绞合。
一种采用上述任一项所述航空航天用多通道高速传输总线电缆的制造方法所得电缆，其特征在于，由内向外结构依次为中心填充绳1、镀银铜合金线绞合导体2、烧结传输单线3、传输单元PTFE填充绳4、传输单元编织层5、传输单元内护套6、传输组发泡层7、传输组编织层8、传输组外护套9。
本发明可带来以下有益效果：
本发明主要解决了传统方法需要通过导体外径、绕包带宽、绕包带厚度、目标搭盖率来确定绕包节距的缺点。
首先，本发明采用烧结的工艺技术，如图2所示，增加单线物理强度，结构稳定性强，抗压强度高。确保传输单线在弯曲过程中不发生形变，泡孔结构稳定且不容易坍塌，发生衰减增大、阻抗变小等电气性能变化。
其次，本发明创新采用四个传输单元与一个中心填充绳星绞成为传输组，满足多通道的使用要求，且在同时传输三个协议信号时，运用每个单元独立屏蔽保证了良好的电磁屏蔽效果，让不同传输单元之间不会互相干扰，兼容实现多信号协议。
最后，本发明首创采用窄带宽包方法，主要通过使用带宽为4-6mm的绕包带，在加大绕包张力的同时减小绕包角度，通过合适的张力控制使得绕包节距稳定在7-9mm，大大节省PTFE的材料用量，使得0.7g/cm3与1.6g/cm3的两个密度PTFE之间的配比更加准确，此外，还可以减少原材料的使用，对产品的经济效益有益，同时提高了生产效率。本发明减少传输单位空间尺寸，符合航空航天减重轻量化要求，低密度四氟乙烯自缠绕填充绳的加入使得整个传输单元介电常数降低，优化传输过程中信号衰减变小的问题。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明航空航天用多通道高速传输总线电缆结构图；
图2为本发明烧结技术绝缘泡孔结构图；
图3为未烧结数据线绝缘结构；
图4为本发明窄带宽包结构图；
图5为为本发明航空航天用多通道高速传输总线电缆制作工艺流程图；
1中心填充绳 2镀银铜合金线绞合导体 3烧结传输单线 4传输单元PTFE填充绳 5传输单元编织层 6传输单元内护套 7传输组发泡层 8传输组编织层 9传输组外护套
具体实施方式
为进一步阐述本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提供的一种航空航天用多通道高速传输总线电缆及其制造方法具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。
图1示出了本发明电缆的结构示意图，其从内至外依次包括中心填充绳1、镀银铜合金线绞合导体2、烧结传输单线3、传输单元PTFE填充绳4、传输单元编织层5、传输单元内护套6、传输组发泡层7、传输组编织层8、传输组外护套9。
实施例一，其中，中心填充绳1采用PTFE材质，外径为1.4mm，镀银铜合金线绞合导体2采用黄铜或锌或银，烧结传输单线3采用窄带宽包工艺后进行高温烧结。传输单元PTFE填充绳4采用PTFE材质，外径为0.7mm，传输单元编织层5采用镀银铜材质，编织密度≥95。传输单元内护套6采用PFA材质，传输组发泡层7采用PTFE材质，传输组编织层8采用镀银铜材质，编织密度≥95，传输组外护套9可采用PFA材质。该电缆最终的外径可为4.0mm，产品的特性阻抗为100±10Ω，传输频率400MHz。
图5示出了本发明电缆制造方法的工艺流程图，包括以下各步骤：
a)将0.7g/cm3与1.6g/cm3两个密度进行混合绕包，以提高电缆的发泡度；例如可以将上述PTFE带绕在镀银铜合金导体上，将0.7g/cm3密度PTFE带贴合镀银铜合金导体，在外层绕1.6g/cm3密度PTFE带，使得两层PTFE绕包带烧结在一起且分布均匀，从而提高电缆的发泡度。使用窄带宽包方法，带宽为4-6mm的绕包带，绕包张力为7-11N，绕包角度30-20°，绕包节距稳定在7-9mm。图4中实线与虚线的部分为前后PTFE带重叠部分。重叠部分为1-2mm。绝缘单线通过Φ1.10mm±0.03mm定睛模具。
b)将上述混包绝缘线，在一定温度下烧结1-2min时间，制成烧结绝缘单线；例如，温度设定为380-600℃，牵引速度为1-4m/min，制成的绝缘单线的外径为0.9-1.10mm。
将未烧结的低密度四氟乙烯绝缘绕包单线，通过外径为Φ1.0mm定睛模具，后进入四箱连体烧结炉，四项温度设定为650℃。速度为每分钟1m/min，本发明产品中对于聚四氟乙烯的烧结与现有四氟乙烯电缆烧结不同处在于通常加工温度为350-380℃，本发明通过高温650℃，通过高速进行烧结，优势是提高烧结效率，同时加快表面融合，在四氟乙烯未分解前形成密实整体。
低密度四氟乙烯材料经过高温烧结过后分子结构重新排序，薄膜原本的洁净度增加，低密度聚四氟乙烯本所为膨体聚四氟乙烯的一种，自身内部为短纤维组织，这些短纤维组织在高温下有不同程度的收缩。这种纤维在高温处理后的拉伸强度可以达到495MPa。未烧结的低密度聚四氟乙烯与聚四氟乙烯复合绕包的结构，虽然材料具有自粘性。但通过高温后薄膜熔融后两层薄膜在搭盖处相互粘合，冷却后成为一体。
c)使用0.7g/cm3PTFE绕包带自行进行绕包，制成空心填充绳，绕包转速在450-550r/min，外径为1.2-1.6mm。
d)将两根绝缘单线与两根填充绳星绞制成星绞线，两根绝缘单线的张力同为350-900g，两个填充绳的张力为50-90g。
e)将7根Φ0.08镀银铜单丝并排卷上编织锭制成编织丝。
f)使用16锭编织丝，单根张力为0.5-1g编织于星绞线上。
g)使用PFA材料将编织线挤塑内层护套制成传输单元，温度在260-390℃
h)将四个传输单元与中心填充绳星绞成为传输组；四个传输单元张力同为350-900g，中心填充绳张力为50-90g。
i)将0.7g/cm3PTFE绕包带绕在传输组上，叠盖率20-75％。
j)将带有PTFE绕包带的传输组用编织丝编织制成为编织缆。
k)使用PFA材料将编织缆挤外层护套，温度在260-390℃。
优选的是，在所述步骤a)中0.7g/cm3与1.6g/cm3两个密度进行混合绕包。带宽为4-6mm的绕包带，绕包张力为7-11N，绕包角度20°～30°。通过该大绕包张力使得绕包节距稳定在7-9mm。图4中实线与虚线的部分为前后PTFE带重叠部分，重叠部分为1-2mm。绝缘单线通过Φ1.10mm定睛模具。
优选的是，在所述步骤b)中混合两种密度的绝缘线，在一定温度下烧结1-2min时间，制成烧结绝缘单线；例如，温度设定为380-600℃，牵引速度为1-4m/min，制成的绝缘单线的外径为Φ0.9-1.10mm。
本实施例二产品是通过以下步骤制作的：
(1)混合绕包
按要求尺寸将0.7g/cm3与1.6g/cm3两个密度进行混合绕包，绝缘单线通过Φ1.10mm定径模具。过定径模具后绝缘单线外径为Φ1.00。
(2)绝缘烧结
将混包绝缘线，在一定温度下烧结1min时间，制成烧结绝缘单线；温度设定为380℃，牵引速度为1m/min，制成的绝缘单线的外径为Φ0.9mm。
(3)传输单元星绞
使用0.7g/cm3PTFE绕包带自行进行绕包，制成空心填充绳。绕包转速在450r/min。外径为：1.2mm。
将两根绝缘单线与两根填充绳星绞制成星绞线，两根绝缘单线的张力同为350g，两个填充绳的张力为50g。成缆速度为1.5m/min，成缆转数33，成缆节距15mm。
(4)传输单元屏蔽编织
将7根Φ0.08镀银铜单丝并排卷上编织锭制成编织丝。使用16锭编织丝，单根张力为0.5-1g编织于星绞线上。编织节距为13.6mm。
(5)内护套挤塑
使用PFA材料将编织线挤塑内层护套制成传输单元；温度在260℃。
(6)传输组星绞
将四个传输单元与中心填充绳星绞成为传输组；四个传输单元张力同为350g，中心填充绳张力为50g。成缆速度为1.5m/min，成缆转数33，成缆节距100mm。
(7)传输组发泡层绕包
将0.7g/cm3PTFE绕包带绕在传输组上，叠盖率20％，绕包张力2N。
(8)传输组屏蔽编织
将带有PTFE绕包带的传输组用8根Φ0.1镀银铜单丝并排卷上编织锭制成编织丝。使用24锭编织丝，单根张力为0.5g编织于星绞线上。编织节距为22.7mm。
(9)外护套挤塑
使用PFA材料将编织缆挤外层护套；温度在260℃。
本实施例3所述产品是通过以下步骤制作的：
(1)混合绕包
按要求尺寸将0.4g/cm3与2.0g/cm3两个密度进行混合绕包，绝缘单线通过Φ1.10mm定径模具。过定径模具后绝缘单线外径为Φ1.10mm。
(2)绝缘烧结
将混包绝缘线，在一定温度下烧结2min时间，制成烧结绝缘单线；例如，温度设定为600℃，牵引速度为4m/min，制成的绝缘单线的外径为Φ1.10mm。
(3)传输单元星绞
使用0.7g/cm3PTFE绕包带自行进行绕包，制成空心填充绳。绕包转速在550r/min。外径为：1.6mm。
将两根绝缘单线与两根填充绳星绞制成星绞线，两根绝缘单线的张力同为900g，两个填充绳的张力为90g。成缆速度为1.5m/min，成缆转数33，成缆节距15mm。
(4)传输单元屏蔽编织
将7根Φ0.08镀银铜单丝并排卷上编织锭制成编织丝。使用16锭编织丝，单根张力为1g编织于星绞线上。编织节距为22.7mm。
(5)内护套挤塑
使用PFA材料将编织线挤塑内层护套制成传输单元；温度在390℃
(6)传输组星绞
将四个传输单元与中心填充绳星绞成为传输组；四个传输单元张力同为900g，中心填充绳张力为90g。成缆速度为1.5m/min，成缆转数33，成缆节距100mm。
(7)传输组发泡层绕包
将0.7g/cm3PTFE绕包带绕在传输组上，叠盖率75％，绕包张力4N
(8)传输组屏蔽编织
将带有PTFE绕包带的传输组用8根Φ0.1镀银铜单丝并排卷上编织锭制成编织丝。使用24锭编织丝，单根张力为1g编织于星绞线上。编织节距为36.6mm。
(9)外护套挤塑
使用PFA材料将编织缆挤外层护套；温度在390℃。
本发明的制造方法具有以下有益效果：
(1)节省材料。相比于传统绕包方法，采用窄带宽包制作出来的绝缘介质更均匀，材料使用更加节省，信号在传输过程中反射损失的更少，电缆的衰减都会降低，电性能更好。
(2)可大长度生产。传统绕包工艺方法生产长度为300-500m，窄带宽包可以在电缆绝缘制作过程中实现更大长度生产，生产长度为700-900mm。
(3)生产效率增加，传统绕包工艺方法生产速度为1-1.5m/min，窄带宽包生产速度为3-4m/min。
(4)相比与星绞后整体编织，独立编织技术(单独每个传输单元进行编织屏蔽)增加了屏蔽的效用。不但可屏蔽外部干扰信号进行，同时在传输单元之间的屏蔽可以降低电缆内部的电磁干扰与串扰。
(5)通过高温烧结技术确保传输单线在弯曲过程中不发生形变。高温瞬时烧结提高表面烧结效率，防止长期处于高温对高温衰减的影响，使得产品泡孔结构稳定且不容易坍塌。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种航空航天用多通道高速传输总线电缆制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1绕包绝缘，将PTFE绕包带以窄带宽包方式绕在镀银铜合金绞合导体上形成绝缘单线，所述窄带宽包为采用两类不同密度的PTFE绕包带进行交叠混合绕包，两类不同密度的PTFE绕包带分别为密度为0.4～0.7g/m3与另一类密度为1.6～2.0g/m3，两类绕包带带宽为4～6mm；所述窄带宽包具体为使用两类绕包带绕包角度为20°～30°，以0.4-0.7g/m3密度PTFE绕包带在下层进行多次绕包搭盖，前次绕包与后次绕包之间重叠且重叠部分的宽度在1-2mm直至全部覆盖所述镀银铜合金绞合导体，再在上层使用密度为1.6-2.0g/m3密度PTFE绕包带重叠绕包于下层0.4-0.7g/m3密度PTFE绕包层的上方且前次绕包与后次绕包之间重叠且重叠部分的宽度在1-2mm直至全部覆盖下层0.4-0.7g/m3密度PTFE绕包层；
S2烧结绝缘，将S1中制得的绝缘单线通过高温烧结成为一体；
S3星绞，将两根S2中烧结的绝缘单线与两根填充绳星绞制成星绞线；
S4制编织线层，将镀银铜单丝进行并丝，制成屏蔽丝，在S3制得的星绞线外用屏蔽丝编织制成编织线层；
S5挤塑内护套，在S4制得的编织线层上挤塑内层护套制成传输单元；
S6星绞传输组，将四个S5制得的传输单元与一个中心填充绳星绞成为传输组；
S7制屏蔽缆，使用PTFE绕包带绕包在S6所得的传输组上，S7中所述PTFE绕包带即制得传输组发泡层，在所述传输组发泡层外用镀银铜单丝并排卷上编织锭制成编织缆；
S8挤塑外护套，在S7制得的编织缆挤外层护套成缆。
2.根据权利要求1所述的一种航空航天用多通道高速传输总线电缆制造方法，其特征在于：在所述步骤S1后、S2前，还包括将绝缘单线通过Φ1.10±0.03mm定径模具。
3.根据权利要求2所述的一种航空航天用多通道高速传输总线电缆制造方法，其特征在于：所述0.4～0.7g/m3与1.6～2.0g/m3两类密度PTFE的质量配比为2:1，所述步骤S5及S8中内层护套与外层护套均为使用PFA材料挤塑。
4.根据权利要求3所述的一种航空航天用多通道高速传输总线电缆制造方法，其特征在于：所述0.4～0.7g/m3密度PTFE绕包层的厚度与镀银铜合金绞合导体的外径配比为2:1。
5.根据权利要求4所述的一种航空航天用多通道高速传输总线电缆制造方法，其特征在于：在所述步骤S2中烧结温度控制在380-600℃，烧结时间控制在1-2min。
6.根据权利要求5所述的一种航空航天用多通道高速传输总线电缆制造方法，其特征在于：所述步骤S3中的填充绳为PTFE空心绳。
7.根据权利要求6所述的一种航空航天用多通道高速传输总线电缆制造方法，其特征在于：所述镀银铜合金绞合导体为7根0.16直径镀银铜合金绞合。
8.一种应用权利要求1至7任一项所述航空航天用多通道高速传输总线电缆制造方法所得电缆，其特征在于，由内向外结构依次为中心填充绳(1)、传输单元、传输组发泡层(7)、传输组编织层(8)、传输组外护套(9)，所述传输单元最内层为烧结传输单线(3)与传输单元PTFE填充绳(4)的星绞结构，所述星绞结构外层包覆传输单元编织层(5)，所述传输单元编织层(5)外层设置有传输单元内护套(6)，所述烧结传输单线(3)为内层为镀银铜合金线绞合导体(2)且外层为PTFE绕包带的导线结构。
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