金属粘塑技术及共挤工艺在通信接入网电缆上的应用

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摘 要：本文探讨通过3重金属粘塑工艺技术这个特定的步骤，首创高频宽带电缆领域运用金属粘塑技术制造电缆。创新特定的金属粘塑剂，适用于电缆挤出过程，实现电缆泡沫绝缘体与导电体紧密粘合成一体。

关键词：金属粘塑工艺技术；内导体三层同轴金属粘塑的共挤出；外导体三层同轴金属粘塑的共挤出

在4G网络、“三网融合”网络，信息传输电缆（即同轴电缆）是十分重要的硬件材料。随着移动通信手机终端业务内容逐渐丰富、测试系统的稳定性不断增强，无线通信互动平台，4G网络的进程显然加快了步伐，超高频的天线发射和接收馈线电缆大量用于升级改造工程，也包括“三网融合”的接入网电缆。

在现代射频信号传输和射频功率馈送技术实践中，同轴电缆是主要的传输和馈送载体。在无线通信领域，同轴电缆主要用于向天线馈送射频功率信号。为了适应长期的露天工作，要求线缆的密封性好；为了最大限度地将射频功率信号传输到天线上，要求线缆的传输损耗低；由于缆线在安装时经常需要弯曲，为了使线缆的弯曲不影响其电气性能，所以要求线缆的柔软性好。

1 现有技术及技术瓶颈

为了使线缆的密封性好、传输损耗低，无线通信天线的馈送线通常采用金属管作为外导体。一般情况下，光滑管状金属外导体在弯曲时会产生褶皱，从而造成线缆的性能劣化，有时甚至会损坏线缆；因此，人们通常会在无线通信天线其馈线的管状金属外导体上轧纹，以使馈线、天线具有较好的柔软性。但是，轧纹工艺需要性能极高的设备，并且，外导体在轧纹时其材料用量也相对较多，生产成本比较高。

而轧纹工艺需要性能要求较高的设备，且产出速度慢；外导体轧纹增加金属带的耗料，成本增加而影响电缆的电性能。

2 “FK”技术概述

为解决上述金属管无需在电缆的外导体上轧纹，同时保持该电缆良好柔软性能，密封性好，弯曲时更为容易，不受损，保持更良好的传输电气性能。新研发的“FK系列通信接入网电缆”完全满足要求。该技术节约材料、降低成本、提高电气性能，其优越性非常明显。且柔软及弯曲性能好，更方便安装，特别是野外现场安装更为简易。

3 技术特征

本研究开创无需轧纹的金属状外导体电缆，实现了既经济，又节约材料、能源而电气性能优，机械性能优，电磁兼容性能和“三阶互调”指标高，具有技术质量指标先进的产品。

研发的“FK”具有以下的技术特点：

1）本研发项目开创金属状外导体电缆，无需轧纹，改变了采用轧纹工艺制成的管状金属外导体才能弯曲的历史；

2）本研发项目由于无需轧纹工艺，在制造环节上减少大量的轧纹生产工艺和设备，减少生产时间，节约成本，减少生产噪声，减少对环境的影响，减少产品的耗材，从而减轻了客户的负担；

3）由于产品无需轧纹，减少了轧纹工艺对产品电气性能的影响，直接提高了产品的质量技术水平。在没有轧纹工艺制约的条件下，产品的质量技术指标达到国内、外先进水平，且机械性能、弯曲性能更优于轧纹产品；

4）产品由于没有轧纹，外导体表面没有峰、谷不平的状态，密封性能好，使外界的潮湿空气无法侵袭，保证了产品在网络运行的稳定性和优良的传输性能；

5）产品的外导体护套与发泡体内导体塑熔成一体，提高了径向压强。其承压达到2200N/min仍保持不型变，保持电气性能与受压前一致，具有高承压性能；

6）产品具有高柔软度，被弯曲时紧密的整体均匀的弯曲应力，保障受多次弯曲后没有任何缺陷，有极好弹性形变性能，电气性能能在弯曲后保持稳定。抗拉力强度，抗拉力达到；180kg。

7）产品重量轻，外导体光滑，方便于野外和高空作业施工，且安装连接速接器简易上紧和悬吊轻松快捷，十分有利于同时多线安装。

4 实施方案

“FK系列通信接入网电缆”实现技术路径是：包括柔软内导体、第一层粘结层、泡沫聚乙烯介质层、第二层粘结层、光滑铝管金属外导体、第三粘结层和护套。泡沫（物理高发泡层）聚乙烯介质通过第一粘结层同心包覆，并固着在内导体上，光滑管装金属外导体通过第二粘结层同心包覆并固着在发泡聚乙烯介质上，护套层通过第三粘结层同心包覆并固着在光滑管状金属外导体上。由于采用三层粘结固着技术，使电缆内部各种功能材料粘结固着起来，形成一种紧密的整体结构，实现了电缆不经轧纹而具有很好的弹力形变能力，且电缆的弹力形变能力解决了电缆弯曲变形，加之紧密的结构，始终保持电缆良好的一致性，保障电缆的电气性能和机械性能，及户外安装的耐候性能。本项目涉及的主要技术工艺有：

1）发泡材料与发泡剂的配制技术工艺，数量化、可控；

2）高纯氮气高压注入，即液态状的氮气注入控制。高压针状注入口的量的控制工艺，物理引发的势能实现，及挤出后的温度控制工艺、同心度控制工艺，数量化、可控；

3）内导体与发泡体内粘结层工艺，数量化、可控；

4）发泡体与外导体粘结层工艺，数量化、可控；

5）水电容控制发泡体单位长度电容数工艺，数量化、可控；

6）金属带成形，清洁和稳定焊接技术，数量化、可控；

7）金属光滑管外导体与外护套外粘结层工艺，数量化、可控；

8）外护套层挤出工艺，数量化、可控。

图1 电缆的构成

5 开发过程解决的关键技术问题

研发小组在研发过程发现并解决了的关键技术，技术核心的关键如下几点：

1）配制具有低衰减高粘附力的金属粘塑粘结剂。该材料的构成不能有任何影响电缆电气性能，不能有腐蚀性，与金属和塑料都有共融合粘固性。而且能塑化，做到能绝缘物理高发泡材料温度能到250℃以上保持与塑料的共性和熔融的流动性。能实现与内导体三层共挤和外导体三层共挤。技术上最难的是内导体上所粘附的是中压氮气物理高发泡，而金属粘合剂是不能发泡，也不可以发泡，只是将高压、高纯氮气的物理高发泡层的粘附层面，经过挤出的方式粘附、着固，又不影响发泡体的任何发泡功能，并且发泡体在高压挤出过程中得高压氮气不能渗入金属粘塑剂的塑化过程，挤出粘贴、着固金属内导体过程。整个工艺三层挤出过程，三种动状的改化互不影响，互不干扰。

2）金属粘塑工艺技术解决在线挤出同时实现对粘结层厚度和粘结所需时间的控制。上述已经提到保持金属粘塑剂的塑化过程，其关键技术在于实现粘结层的厚度和粘结所需时间及温度、压力的控制。在时间、压力、温度的控制来达到三层共挤不同材料性能，所必需的控制点、最佳点、关键时间差控制上来实现。

3）氮气注入物理发泡技术工艺，控制在符合电缆阻抗的技术指标的技术。氮气注入物理高发泡技术工艺在全球范围内都是采用高压力注入，一般在350-600个大气压（视电缆规格而定）。研发小组采用双机T字型的双机连续挤出，而第一号机将电缆材料塑化成熟后送入第二号机，第二号机接收塑化成熟的材料后进入中压氮气注气容器，熟料的螺杆推进的过程与中压氮气充分的搅进均匀，机内的氮气压力保持在中压35-40个大气压，在轴、径比较大的机筒内使塑材与氮气搅匀，形成中压挤出的发泡势能，以备挤出的压力适合三层共挤的技术要求。

4）光滑管状外导体内面共挤超薄、低衰减高粘附层，以及对粘结层温度、时间控制。前面所述的是电缆三层共挤都在内导体和发泡体上实现。在工艺上是由内向外的衔接三层挤出，而外导体内面是由外向内的挤出，虽然材料的功能与控制的技术工艺与上述有所不相同，外导体的内面的粘附层与护套的三层共挤是由特别的模具，与“金属粘塑剂”专门垂直挤出机及抽空负压、吸粘工艺来实现的，研发小组解决一次性完成三层，且在金属内壁粘附着准备层的新工艺挤出技术，使电缆的性能达到预期的技术效果。

5）光滑管状外导体采用最薄的能够稳定焊接的金属带厚度，以增加电缆柔软度。研发小组针对问题大胆创新，将氩弧焊的交流锯齿波改变为规型波，而且规型波段可根据材料的厚薄，控制峰值、谷值的驻波时间，实现了铝带的焊接温度可控，避免了由于温度高而使管状铝管增加脆性的技术难题，经过将焊接迹处，对折的破坏性多次折弯至断裂的试验后，其断裂处不在焊迹对折处，而是在没有焊接的铝上，这就充分表明研发小组改变焊接波型，控制峰值、谷值、驻波时间，即改变规型波频率，能实现最好的焊接效果，增加了电缆柔软度。

6）光滑铝管外导体防皱层共挤，控制温度与时间、实现绝缘外护与外导体紧贴为一体。光滑铝管外导体电缆的防皱层共挤影响因素很多，第5提到的氩弧焊的烧焊过程，直接提高了电缆的温度，其关键在焊接温度控制在一定范围的前提条件下，控制温度与时间，使不同的材料共挤（三层共挤）条件适当兼合使其为影响减至最低或互不影响，在共挤生产线适合的位置，设置外护套与外导体紧贴拉拔模，实现绝缘体、外导体紧贴压成一体。

6 技术成熟程度

经过研究试制，设备调试运行完善，技术工艺改进完善，工装的设计及不计次的实验，以及工程技术的研讨、技术人员、操作人员的培训和实际操作，加上公司是同轴电缆的专业厂家，基础资源雄厚，技术已达到完全成熟的程度。项目已进入批数生产，较大批的生产其成品达98%以上，且能够十分稳定的控制调高性能指标，使产品质量指标在国内、国际世界达到最前沿。

通过上表的比较得出结论：FK系列通信接入网电缆，采用自主研发的“金属粘塑技术”，实现了同轴电缆的内导体三层共挤与外导体三层共挤的工艺流程；采用柔性光滑铝管外导体代替轧纹铜管外导体，减少了电缆重量和生产成本，提高了同轴电缆的柔软度，降低了驻波系数；自主研发了一种同轴电缆连接器，改善了连接强度、电气性能及稳定性。相关技术已获授权实用新型专利3件。该成果具有技术先进、性能稳定、节约材料等特点，部分指标优于同类型的轧纹铜管外导体电缆。

7 技术水平评估

本技术由于采用一系列的先进技术措施和方法，具有优质高性能，结构密闭固着，具有一致性电气性能、机械性能的突出优点。安装入网使用具有稳定性、耐候、抗风能力强的优点。

1）改变过去光滑管无法弯曲的技术难题，本项目从技术上直接又完美地解决了金属管外导体无法弯曲的技术难题，使网络升级改造时更简便快捷。

2）实现光滑管外导体电缆其弯曲后电气性能上优于轧纹外导体电缆弯曲后的电气性能。本项目良好的弯曲性能使同轴电缆的电气性能保持传输良好，性能稳定，入网络后不会因弯曲或风动影响性能，提高了网络的传输质量和运行的稳定性。

3）实现电缆电气性能全面达到要求的前提下，相同外径的电 其重量轻30%左右，创新的光滑铝管外导体电缆在保证良好的电气性能前提下，做到节约材料，特别是铜材料，且无需轧纹直接节约材料用量，符合节能减排。

4）高柔软性能十分方便于野外安装，光滑铝管外导体电缆轻便，柔软，装排十分方便，特别是野外、高空，简捷方便的安装更显电缆的长处，很受安装建设者的青睐。

5）节约材料，减少网络建造成本，既实现了技术含量，又能降低成本、降低产品的价格，对大规模的升级改造更有重要的经济意义。

8 应用前景

本制造发明减少制造工程及材料耗损；提高工时2～3倍；节约金属带20%以上。工程安装更方便；高电气性能更易达到；大大的降低生产成本；由于电缆紧密不漏气从而大大的提高电缆的使用寿命，同时使通信领域进入网络材线的更新换代。本项目的成果，为宽带多媒体高速率、高质量传输网络时代提供了网络改造、升级所急需网络电缆。独特的性能指标，满足了4G以及“三网融合”网络的需求。

目前已在北京、广州、厦门、天津等大中城市使用，其应用性良好。■

参考文献

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作者简介：汕头市金桥电缆有限公司董事长、技术中心主任。