防寒屏蔽控制電纜

DF21C武器系統屬國家高新、重點工程項目，輕型防寒屏蔽控制電纜是此項工程的關鍵配套產品。為克服武器系統原有的弱點，對原有部件和材料做改進，提高其實戰性能，為此對輕型防寒屏蔽控制電纜提出了耐寒、減重、抗電磁脈沖等要求。此三項性能結合在一起，在短期內研制出該產品對提高武器系統作戰能力是十分必要。

2 項目的關鍵技術及主要研制內容

該電纜各項性能改進后將直接影響到武器控制系統是否靈敏，戰術性能是否優良，為此使用部門提出了以下幾點的技術要求：

(1)使用環境溫度：-50——+65℃。

(2)抗電磁干擾：200 MHz及以下時衰減≥60dB。

(3)重量：導體截面為0．35 mm2，32芯電纜≤225 kg／km；導體截面為0．30 mm2，32芯電纜≤200kg／km 。

(4)小彎曲半徑：≥5倍電纜直徑。

(5)電纜定長：170 m。

根據上述技術要求，經我們慎重研究、反復推敲，對輕型防寒屏蔽控制電纜進行了如下設計：電纜型號和規格為KYVRP-GS 32×0．35 mm2；32×0．30 mm2。其中，K為控制電纜；Y為交聯聚乙烯絕緣；V為聚氨酯護套；R為軟電纜；P為屏蔽型；G為高等級符號；S為屏蔽衰減(編者注：我國電線電纜標準通常將Y表示聚乙烯；V表示聚氯乙烯；而用YJ表示交聯聚乙烯，其中J為交聯；用A表示聚氨酯(TPU)，A為“氨”的讀音)。

電纜結構中導電線芯為7／0．23 mm(0．30mm2)或7／0．26 mm(0．35mm2)絞合線芯；絕緣采用交聯聚乙烯(XLPE)，與導線一起組成絕緣線芯；32芯絕緣線芯按5+11+16成纜方式絞合成纜芯；在纜芯外分別先后繞包鋁塑復合帶、高導磁率鈷基合金帶，且在這兩者繞包之前分別縱向安置兩根裸銅線和裸合金線，以保證電氣的導通；后擠包聚氨酯外護套。電纜的主要結構尺寸及部分參數見表1。

新產品的出現勢必伴隨新技術、新材料的應用，輕型耐寒控制電纜也是同樣。由于新型電纜與原電纜相比要求減重，但使用的功能以及電纜的機械物理性能卻不能降低，而且在耐寒性以及抗電磁干擾等方面還需要增強，圍繞著這一主題，我們通過研究、分析認為，必須大限度地減少電纜的多余功能并廣泛采用新材料、新技術，以達到電纜功能強、重量輕且耐寒的目的。去除多余功能是電纜結構設計的主導思想，根據協議要求，在滿足電氣、機械、物理性能的前提下，通過結構設計與材料的選用，使電纜具有原有的功能，但體積小，重量輕。

2.1 絕緣線芯的結構設計和材料的選用

首先在滿足導體電阻率的前提下，選擇小直徑導體，因此提高導體的導電率就成為導體減重的關鍵，而提高導體本身固有的導電率是十分困難的或者說是難以實現的，因此，須正確地選擇導體的軋制、拉拔退火、韌煉等工藝，使導體始終保持原有的高導電率，從而提高導體的有效利用率來滿足減小導體重量的要求。為此，導電線芯采用高導電率的電工無氧銅，并正確和合理地選擇加工工藝和精心地加工，大限度地降低導體的電阻率及重量，然后絞合為7／0．23 mm或．7／0．26 mm的絞合線芯。

為了減小電纜的重量及其外徑，經設計計算，絕緣線芯的絕緣厚度選擇為0．20 mm的薄層結構，絕緣線重量≤0．47 kg／km。但是，根據產品的技術要求，電纜的耐電壓水平為800 V、2 min；絕緣電阻為200 MΩ·km，因此，宜選擇密度低、熱阻小、電氣和機械物理性能優，可擠制成薄層絕緣的交聯聚乙烯(XLPE)。因為XLPE經交聯后，它不僅保持聚乙烯原有的優良電氣性能，而且可較大地提高其機械物理性能，為選擇薄層絕緣提供了基礎。

2.2 提高電纜的屏蔽性能

屏蔽性能的好壞是關系到電纜以及與其連接的整個武器系統是否能滿足使用要求的關鍵之一。增強屏蔽性能效果的方法通常是依靠加大屏蔽厚度或用多種材料組成多層屏蔽來實現，傳統的屏蔽一般采用金屬絲編織而成，這種屏蔽型式在200 MHz的干擾源下是無法滿足系統對電纜的要求的。眾所周知，電纜內、外的電磁耦合是通過電磁波在屏蔽體內的擴散而進行的，所以決定屏蔽體屏蔽效能的參數是屏蔽體材料的電導或磁導、厚度及層數。本產品用增加屏蔽層數和加大厚度顯然是不可取的，但采用高電導率和高磁導率的復合屏蔽結構是提高電纜屏蔽性能的、事半功倍的正確途徑，為此我們選擇了高電導率的鋁塑復合屏蔽帶(電屏蔽)和高磁導率的鈷基合金帶(磁屏蔽)的組合屏蔽結構。

于是我們同兄弟單位共同研制開發了具有極低的矯頑磁力、導磁系數可達50000以上高導磁鈷基帶。盡管其具有優良的導磁性能，是一種很好的屏蔽材料，但是由于其非晶結構的特性，使其不具備一般金屬材料的塑性，不利于加工。為解決其加工性就必須提高塑性并使其厚度盡可能薄，以達到功能指標的要求。我們對其進行了塑性復合，解決了在加工過程中功能損失的問題，終使屏蔽層達到減重效果又不損失功能，并使其在200 MHz以下的頻帶內達到60 dB以上的屏蔽效果。

2.3 提高電纜的耐寒性

電纜綜合性能的實現及功能的發揮很大程度上取決于電纜護套，考慮到電纜耐寒、減重，武器系統在作戰條件下有可能觸及到油污、輻射環境，使用時出現拖拽、摩擦等現象。我們選擇了改性聚氨酯材料作為電纜護套，這種材料通過改性后低溫脆化溫度可達-65℃，且具有耐磨、耐輻射、耐油、耐臭氧性。通過加大軟段分子量和交聯度，增加柔韌性，使電纜變得更柔軟。聚氨酯護套的選擇不僅使電纜的耐寒性能提高，更重要的是這種材料的密度較小，僅為1～1．05 g／cm ，并在保證護套機械物理特性條件下，減小護套的厚度，以使電纜重量減輕。