CN114822930B - 柔性软屏蔽电缆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电线电缆技术领域，具体而言涉及柔性软屏蔽电缆及其制备方法，包括：导体线芯，所述导体线芯包括中心导体和挤包在所述中心导体外侧的绝缘层；弹性支撑层，被设置包覆于所述绝缘层的外侧；屏蔽层，被设置包覆于所述弹性支撑层的外侧；以及依次设置在屏蔽层外侧的衬垫层和外护套；通过设置由弹性绳条绕导体线芯的外部一周螺旋缠绕形成的弹性支撑层，弹性支撑层相对于现有的一体发泡成型的塑料绝缘体在轴向上更容易弯曲和扭转，又由于弹性绳条的螺旋结构表面不容易开裂，可在频繁弯曲、扭转的工况下具有更长的使用寿命，屏蔽层贴合弹性支撑层外壁形成相互配合波纹结构，使屏蔽层不仅具有良好的屏蔽效果，也具有良好的弯折性能。

Description

柔性软屏蔽电缆及其制备方法

技术领域

本发明涉及电线电缆技术领域，具体而言涉及及其制备方法。

背景技术

典型的屏蔽电缆由里到外分为四层：中心铜线、塑料绝缘体、网状导电层和电线外皮，中心铜线和网状导电层形成电流回路，如果电缆某一段发生比较大的挤压或者扭曲变形，那么中心电线和网状导电层之间的距离就不是始终如一的，这会造成内部的无线电波会被反射回信号发送源，这种效应减低了可接收的信号功率。

为了克服这个问题，现有技术中探索和尝试在中心电线和网状导电层之间被加入一层塑料绝缘体来保证它们之间的距离始终如一，这也造成了这种电缆比较僵直而不容易弯曲的特性。

目前，电线电缆中塑料绝缘体一般使用物理发泡PE或者PVC材料，但屏蔽电缆应用在工业机器人上用于传输信号时，不仅需要弯曲，还有很大程度的扭转，在以往日本所使用的机器人上的控制电缆或者屏蔽电缆的设计中，通常会留出比较大并且充足的冗余量设计，但在国内的工业用屏蔽电缆中，往往处于成本和美观的考虑，没有留出较大的缠绕扭转冗余，造成现有的一体发泡技术在导体外部的绝缘体便不能适应弯曲、扭转的工况要求。

现有技术文献：

专利文献1：CN108538488A

专利文献2：CN104240815A

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种柔性软屏蔽电缆，包括：导体线芯，所述导体线芯包括中心导体和挤包在所述中心导体外侧的绝缘层；弹性支撑层，包覆于所述绝缘层的外侧；屏蔽层，包覆于所述弹性支撑层的外侧；以及依次设置在屏蔽层外侧的衬垫层和外护套；

其中，所述弹性支撑层被设置成以弹性绳条绕包在所述绝缘层的外侧形成，并用于在所述导体线芯与屏蔽层之间支撑间隔固定距离，使所述弹性支撑层在轴向上具有能够弯曲、扭转的柔性，所述弹性支撑层的外表面被螺旋缠绕的所述弹性绳条形成在轴向上均匀分布的凹部和凸部，构成相互配合的波纹结构

进一步地，所述屏蔽层包括绕包在所述弹性支撑层外侧的铜带，所述铜带沿所述弹性绳条的缠绕方向绕包在所述弹性支撑层的凸部，且所述铜带相互交接叠压缠绕，所述交接叠压处位于所述弹性支撑层的凹部。

进一步地，所述铜带的宽度大于所述弹性绳条的直径，且小于所述弹性绳条的直径的两倍。

进一步地，所述铜带沿宽度方向的两端设有叠压部，两个所述叠压部之间设有褶皱部，所述叠压部相互贴合的一侧面上固定设有粘接层。

进一步地，所述褶皱部包括折线褶皱部a或波纹褶皱部b。

进一步地，所述衬垫层的外侧设有压接件，所述压接件呈螺旋状缠绕在所述弹性支撑层的凹部，并用于压紧所述铜带的交接叠压处。

进一步地，所述弹性绳条包括第一支撑绳，所述第一支撑绳为均质实心结构。

进一步地，所述弹性绳条包括第一支撑绳和第二支撑绳，所述第一支撑绳和第二支撑绳交错分布，所述第一支撑绳为均质实心结构，所述第二支撑绳为空心管结构。

进一步地，所述弹性绳条包括第三支撑绳，所述第三支撑绳中心具有硬质加强芯。

本发明提出另一种技术方案，一种柔性软屏蔽电缆的加工工艺，包括以下步骤：

步骤1、制作导体线芯：利用挤出机在中心导体的外侧挤包形成绝缘层，所述绝缘层经过冷却后形成导体线芯；

步骤2、制作弹性支撑层：首先利用挤出机挤出条状的弹性绳条，然后再利用绕包机将所述弹性绳条以20°～40°紧凑的绕包在步骤形成的所述导体线芯的外侧，形成弹性支撑层；

步骤3、制作屏蔽层：利用绕包机将铜带沿所述弹性绳条的绕包方向以相同角度、相同方向绕包，绕包过程中令所述铜带的轴线与所述弹性绳条的轴线重合，铜带的两侧边缘交接叠压，形成屏蔽层；

步骤4、制作衬垫层：利用绕包机将弹性绕包带以与所述弹性绳条的绕包方向相同或相反、绕包角度相同的方向绕包，形成衬垫层，然后在弹性支撑层外表面形成的凹部上绕包条状的压接件，将所述铜带的交接叠压处压紧固定；

步骤5、制作外护套：利用挤出机在步骤所制成的所述衬垫层以及压接件的外侧挤包绝缘材料形成外护套。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的柔性软屏蔽电缆通过设置由弹性绳条绕导体线芯的外部一周螺旋缠绕形成的弹性支撑层，使弹性支撑层能够在径向上为导体线芯和屏蔽层之间支撑提供固定的间隔距离，来保证可接收的信号功率稳定；同时，弹性支撑层相对于现有的一体发泡成型的塑料绝缘体在轴向上更容易弯曲和扭转，又由于弹性绳条的螺旋结构表面不容易开裂，可在频繁弯曲、扭转的工况下具有更长的使用寿命。

2、在弹性支撑层的外表壁在轴向上形成均匀分布的凹部和凸部，使安装后的屏蔽层表面也形成凸、凹的波纹结构，使屏蔽层不仅具有良好的屏蔽效果，也具有良好的弯折性能。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明实施例所示的柔性软屏蔽电缆的层级结构示意图；

图2是本发明实施例所示的柔性软屏蔽电缆的径向截面示意图；

图3是本发明一实施例所示的柔性软屏蔽电缆局部的轴向截面示意图；

图4是本发明另一实施例所示的柔性软屏蔽电缆局部的轴向截面示意图；

图5是本发明又一实施例所示的柔性软屏蔽电缆局部的轴向截面示意图；

图6a是本发明一实施例所示的柔性软屏蔽电缆中支撑绳的截面示意图；

图6b是本发明另一实施例所示的柔性软屏蔽电缆中支撑绳的截面示意图；

图6c是本发明又一实施例所示的柔性软屏蔽电缆中支撑绳的截面示意图；

图7a是本发明一实施例所示的柔性软屏蔽电缆中屏蔽层的截面示意图；

图7b是本发明另一实施例所示的柔性软屏蔽电缆中屏蔽层的截面示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

由于目前的柔性屏蔽控制电缆的塑料绝缘体通常是通过物理发泡的PE材料一体的成型在导体的外侧，导致电缆比较僵直而不容易弯曲的特性，且在弯曲或扭转的情况下，塑料绝缘体表皮因受力会开裂，持续的弯曲、扭转工况会加大裂缝，直至绝缘体断裂损坏，因此，通过一体物理发泡一体成型在导体外侧的塑料绝缘体不能适应频繁弯曲、扭转的工况环境。

结合图1所示，本发明的目的在于提供一种柔性软屏蔽电缆，其塑料绝缘体在轴向上易弯曲、扭转，并能够为外层的屏蔽提供稳定的支撑，以适应需要频繁弯曲、扭转的工况环境，例如为工业机器人进行焊接、组装等情况下传输视频信号使用，该电缆主要包括中心导体1、绝缘层2、弹性支撑层3、屏蔽层4、衬垫层5、压接件6和外护套7。

其中，中心导体1设置于电缆的轴心位置，中心导体1可采用单芯铜导体或多股细铜丝绞合形成的导体芯，绝缘层2挤包在中心导体1的外侧形成导体线芯，绝缘层2可采用聚乙烯材料，具有良好的延伸性和电绝缘性。

进一步的，弹性支撑层3包覆于绝缘层2的外侧。

在优选的实施例中，弹性支撑层3被设置成以弹性绳条绕包在绝缘层2的外侧形成，并用于在导体线芯与屏蔽层4之间支撑间隔固定距离，使弹性支撑层3在轴向上具有能够弯曲、扭转的柔性，弹性支撑层3的外表面被螺旋缠绕的弹性绳条形成在轴向上均匀分布的凹部和凸部，从而可以构成相互配合的波纹结构。

具体的，弹性绳条可采用PE材料，通过物理发泡的方式挤出呈长条状，再将长条状的弹性绳条在导体线芯外侧在轴向上紧凑的绕包形成弹性支撑层3，令弹性支撑层3能够在导体线芯与屏蔽层4之间支撑起一段固定的距离，来保证可接收的信号功率稳定。

同时，由于弹性绳条是绕导体线芯的外部一周螺旋缠绕，弹性绳条在轴向上就不具有相互拉拽牵引力，且弹性绳条具有良好的弹性，由此，使形成的弹性支撑层3相对于现有的一体发泡成型的塑料绝缘体在轴向上更容易弯曲和扭转。

又由于弹性绳条的螺旋结构使弹性支撑层3在弯曲状态下表皮基本不受拉伸应力，在扭转情况下表皮受拉伸应力小，从而弹性绳条表面不容易开裂，可在频繁弯曲、扭转的工况下具有更长的使用寿命。

结合图3所示，在可选的实施例中，为了使弹性绳条在径向上具有弹性支撑性，且在轴向上具有一定的弹性弯曲和扭转性，弹性绳条包括第一支撑绳301，第一支撑绳301为均质实心结构，第一支撑绳301可采用PE物理发泡材料挤出形成实心轴体。

结合图4所示，在可选的实施例中，为了使弹性绳条在径向上具有弹性支撑性，并在轴向上具有更加柔软的弹性弯曲和扭转性，弹性绳条包括第一支撑绳301和第二支撑绳302，第一支撑绳301和第二支撑绳302交错分布，第一支撑绳301为均质实心结构，第二支撑绳302为空心管结构，其中，第一支撑绳301可采用PE物理发泡材料挤出形成实心轴体，第二支撑绳302可采用PE物理发泡材料挤出形成空心的管体，第一支撑绳301和第二支撑绳302共同绕设在导体线芯的外侧形成弹性支撑层3。

结合图5所示，在可选的实施例中，为了使弹性绳条在径向上具有更强且稳定的弹性支撑性，且在轴向上具有一定的弹性弯曲和扭转性，弹性绳条包括第三支撑绳303，第三支撑绳303中心具有硬质加强芯，其中，第三支撑绳303中心的硬质加强芯为塑料轴体，外部挤包PE物理发泡材料形成第三支撑绳303。

如此，轴向上更加柔软，能够跟随工业机器人的机械臂频繁的做出弯曲和扭转动作，并保持良好的信号传输效果，且在弯曲、扭转的工况下也能具有较长的使用寿命，延长电缆的更换周期。

进一步的，结合图6a所示，弹性绳条的截面为圆形，结构简单易于加工，并方便绕包在导体线芯的外侧形成弹性支撑层3。

进一步的，结合图6b所示，弹性绳条的截面为异形，即远离导体线芯的一侧为半圆形，靠近导体线芯的一侧形成阶梯形，使弹性绳条在绕包的过程中能够相互叠压固定，使弹性绳条缠绕后形成的弹性支撑层3更加紧实

进一步的，结合图6c所示，弹性绳条的截面为拱门形，即远离导体线芯的一侧为半圆形，靠近导体线芯的一侧形成矩形，使弹性绳条绕包后与导体线芯的接触面积更大，弹性绳条不易在径向上塌缩，能够提供较强的径向支撑性。

结合上述实施例，弹性支撑层3能够在径向上为导体线芯和屏蔽层4之间支撑提供固定的间隔距离，来保证可接收的信号功率稳定，又以螺旋缠绕结构，使弹性支撑层3在轴向上具有可弯曲、扭转的结构优势，同时在弹性支撑层3的外表壁在轴向上形成均匀分布的凹部和凸部，使安装后的屏蔽层4表面也形成凸、凹的波纹结构，为屏蔽层4也具有良好的弯曲、扭转性奠定基础。

结合图2所示，弹性支撑层3的外侧依次设置有屏蔽层4、衬垫层5和外护套7。

其中，屏蔽层4包括绕包在弹性支撑层3外侧的铜带，铜带沿弹性绳条的缠绕方向绕包在弹性支撑层3的凸部，且铜带相互交接叠压缠绕，交接叠压处位于弹性支撑层3的凹部。

具体的，铜带沿宽度方向的两端设有叠压部41，两个叠压部41之间设有褶皱部42，叠压部41相互贴合的一侧面上固定设有粘接层43。

为了使铜带绕包后，能够贴合弹性支撑层3的外侧形成波浪状，在优选的实施例中，铜带的宽度大于弹性绳条的直径，且小于弹性绳条的直径的两倍，如此，铜带在绕包过程中，铜带两侧的叠压部41便能贴合弹性支撑层3的凹部向内弯曲，粘接层43采用稀疏点状分布的不干胶形成，如此，持续绕包的过程中，叠压部41通过不干胶粘接固定，且能保持良好的导电性。

如此，铜带经过绕包后形成的屏蔽层4会贴合弹性支撑层3外表面的凸部和凹部，形成波浪状，使屏蔽层4不仅具有良好的屏蔽效果，也具有良好的弯折性能。

进一步的，为了增强屏蔽层4的弯折和扭转性能，褶皱部42包括折线褶皱部42a或波纹褶皱部42b，其中，褶皱部42在铜带制作过程中被上下分布的压辊辊压形成，压辊上具有与折线褶皱部42a或波纹褶皱部42b对应的折线状压纹或波纹状压纹，且压纹的排布可沿铜带长度方向分布、倾斜分布或交叉分布，以使褶皱部42不仅在轴向上能够提供伸缩量，也能在圆周方向提供伸缩量，以提高耐扭转性能。

在可选的实施例中，为了改变屏蔽层4的屏蔽效果，屏蔽层4还能采用铜网屏蔽或铜网与铜带结合的屏蔽方式。

在优选的实施例中，衬垫层5采用弹性阻水绕包带，弹性阻水绕包带以绕包方式绕包在屏蔽层4的外侧，起到阻水和衬垫作用。

结合图1和图3所示，衬垫层5的外侧设有压接件6，压接件6呈螺旋状缠绕在弹性支撑层3的凹部，并用于压紧铜带的交接叠压处。

在优选的实施例中，压接件6采用弹性塑料条，压接件6的截面形状为圆形，不仅用于压紧铜带的交接叠压处，防止铜带错位，还能够增强电缆的径向抗压能力，维持电缆的形状。

进一步的，外护套7采用聚乙烯材质，通过挤出机挤包在衬垫层5和压接件6的外侧形成外护套7，能够加强绝缘性能，同时保护电缆不受机械损伤。

本发明提出另一种技术方案，一种柔性软屏蔽电缆的加工工艺，包括以下步骤：

步骤1、制作导体线芯：

1-1)利用牵引机牵拉中心导体1，中心导体1由7根细导丝绞合形成，线径为2.6mm；

1-2)利用挤出机在中心导体1的外侧挤包形成绝缘层2，绝缘层2经过冷却后形成直径为3mm的导体线芯；

步骤2、制作弹性支撑层3：

2-1)首先利用挤出机挤出物理发泡的PE材料，形成直径为4mm的条状弹性绳条；

2-2)然后再利用绕包机将弹性绳条以30°紧凑的绕包在步骤1形成的导体线芯的外侧，形成厚度为4mm弹性支撑层3；

步骤3、制作屏蔽层4：

3-1)制作铜带：选取宽度为8～10mm宽的铜带，利用辊压机挤压铜带表面，铜带在牵引的过程中被上下分布的压辊辊压形成3mm宽的褶皱部42，两侧无挤压部分形成2～3mm宽的叠压部41，然后利用涂胶装置在叠压部41上粘附点状分布的不干胶形成粘接层43；

3-2)利用绕包机将铜带沿弹性绳条的绕包方向以相同角度、相同方向绕包，绕包过程中令铜带的轴线与弹性绳条的轴线重合，铜带的两侧边缘交接叠压，形成屏蔽层4；

步骤4、制作衬垫层5：

4-1)选取宽度为10～30mm宽的弹性绕包带，利用绕包机将弹性绕包带以与弹性绳条的绕包方向、绕包角度均相同的方向绕包，形成衬垫层5；

4-2)然后利用绕包机在弹性支撑层3外表面形成的凹部上绕包条状的压接件6，将铜带的交接叠压处压紧固定；

步骤5、制作外护套7：

利用挤出机在步骤4所制成的衬垫层5以及压接件6的外侧挤包绝缘材料形成外径为15mm的外护套7。

结合以上实施例，通过设置由弹性绳条绕导体线芯的外部一周螺旋缠绕形成的弹性支撑层3，使弹性支撑层3能够在径向上为导体线芯和屏蔽层4之间支撑提供固定的间隔距离，来保证可接收的信号功率稳定。

且弹性支撑层3相对于现有的一体发泡成型的塑料绝缘体在轴向上更容易弯曲和扭转，又由于弹性绳条的螺旋结构表面不容易开裂，可在频繁弯曲、扭转的工况下具有更长的使用寿命。

同时在弹性支撑层3的外表壁在轴向上形成均匀分布的凹部和凸部，使安装后的屏蔽层4表面也形成凸、凹的波纹结构，使屏蔽层4不仅具有良好的屏蔽效果，也具有良好的弯折性能。

通过本发明上述实施例的屏蔽软电缆的设计，通过对其测试的结果如下：

特性阻抗：电缆平均特性阻抗为50±2Q，沿单根电缆的阻抗的周期性变化为正弦波，中心平均值±3Q，测试长度小于2米。

衰减值：10MHz的正弦波进行测量下不超过8.5db(17db/公里)；5MHz的正弦波进行测量下不超过6.0db(12db/公里)。

传播速度：大于0.77C(C为光速)。

电阻：电缆直流回路电阻电缆的中心导体的电阻与屏蔽层的电阻之和小于10毫欧/米(20℃)。

符合电气试验复合GB 12269标准条款。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (7)

1.一种柔性软屏蔽电缆，其特征在于，包括：

导体线芯，所述导体线芯包括中心导体和挤包在所述中心导体外侧的绝缘层；

弹性支撑层，包覆于所述绝缘层的外侧；

屏蔽层，包覆于所述弹性支撑层的外侧；

以及依次设置在屏蔽层外侧的衬垫层和外护套；

其中，所述弹性支撑层被设置成以弹性绳条绕包在所述绝缘层的外侧形成，用于在所述导体线芯与屏蔽层之间支撑间隔固定距离，并使所述弹性支撑层在轴向上具有能够弯曲、扭转的柔性，所述弹性支撑层的外表面被螺旋缠绕的所述弹性绳条形成在轴向上均匀分布的凹部和凸部，构成相互配合的波纹结构；

其中，所述屏蔽层包括绕包在所述弹性支撑层外侧的铜带，所述铜带沿所述弹性绳条的缠绕方向绕包在所述弹性支撑层的凸部，且所述铜带相互交接叠压缠绕，所述交接叠压处位于所述弹性支撑层的凹部；

所述铜带的宽度大于所述弹性绳条的直径，且小于所述弹性绳条的直径的两倍；

所述铜带沿宽度方向的两端设有叠压部，两个所述叠压部之间设有褶皱部，所述叠压部相互贴合的一侧面上固定设有粘接层。

2.根据权利要求1所述的柔性软屏蔽电缆，其特征在于，所述褶皱部包括折线褶皱部或波纹褶皱部。

3.根据权利要求1所述的柔性软屏蔽电缆，其特征在于，所述衬垫层的外侧设有压接件，所述压接件呈螺旋状缠绕在所述弹性支撑层的凹部，并用于压紧所述铜带的交接叠压处。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的柔性软屏蔽电缆，其特征在于，所述弹性绳条包括第一支撑绳，所述第一支撑绳为均质实心结构。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的柔性软屏蔽电缆，其特征在于，所述弹性绳条包括第一支撑绳和第二支撑绳，所述第一支撑绳和第二支撑绳交错分布，所述第一支撑绳为均质实心结构，所述第二支撑绳为空心管结构。

6.根据权利要求1-3中任意一项所述的柔性软屏蔽电缆，其特征在于，所述弹性绳条包括第三支撑绳，所述第三支撑绳中心具有硬质加强芯。

7.一种如权利要求1-6中任意一项所述的柔性软屏蔽电缆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、制作导体线芯：利用挤出机在中心导体的外侧挤包形成绝缘层，所述绝缘层经过冷却后形成导体线芯；

步骤2、制作弹性支撑层：首先利用挤出机挤出条状的弹性绳条，然后再利用绕包机将所述弹性绳条以20°~40°紧凑的绕包在步骤1形成的所述导体线芯的外侧，形成弹性支撑层；

步骤3、制作屏蔽层：利用绕包机将铜带沿所述弹性绳条的绕包方向以相同角度、相同方向绕包，绕包过程中令所述铜带的轴线与所述弹性绳条的轴线重合，铜带的两侧边缘交接叠压，形成屏蔽层；

步骤4、制作衬垫层：利用绕包机将弹性绕包带以与所述弹性绳条的绕包方向相同或相反、绕包角度相同的方向绕包，形成衬垫层，然后在弹性支撑层外表面形成的凹部上绕包条状的压接件，将所述铜带的交接叠压处压紧固定；

步骤5、制作外护套：利用挤出机在步骤4所制成的所述衬垫层以及压接件的外侧挤包绝缘材料形成外护套。