无缝铝管外导体干线同轴电缆弯曲性能研究
摘要：作为有线电视系统的干线电缆由于结构上为铝质外导体，电缆在敷设的空间如果太小，则很难避免因超越电缆能承受的弯曲而受损伤。而为了确保电缆在敷设时不损伤，则要求提供足够的场地来布置电缆，这样的矛盾导致了布线费用较高，成本投入较大。因此，提升电缆耐弯曲性能意义是非常大的。
关键词：无缝铝管外导体干线同轴电缆；耐弯曲性能；铝管壁厚均匀；物理发泡聚乙烯绝缘
Study on the bending performance of the coaxial cable of the outer conductor of seamless aluminum tube
abstracts As the main cable cable system, the cable is structurally as an aluminum conductor, and if the cable is too small, it can be difficult to avoid the damage due to the bending of the cable. In order to ensure that the cable is not damaged when laying, it is required to provide sufficient ground to furnish the cable, which leads to the higher cost and higher cost of wiring. Therefore, it is very important to improve the bending performance of cables.
Key wordsSeamless aluminum tube outer conductor trunk coaxial cable Bending resistance he aluminum pipe wall is thick and uniform Physical foamed polyethylene insulation
一、前言
我国从20世纪90年代开始大力发展同轴电缆制造事业以来大部分电缆规格实现了国产化，其中包括了本文论述的主体----铝管外导体同轴电缆。经过多年的技术积累，我国的无缝铝管型同轴电缆已经能稳定生产，且有多家国内企业的无缝铝管外导体同轴电缆产品成功推向了海外市场。但是，随着产品参与全球化市场竞争，我们发现我国的铝管产品在国际舞台仅属于二流水平，要实现与国际知名公司同台竞技，产品的机械性能和电气性能仍需要继续改进，特别是无缝铝管同轴电缆的耐弯曲性。
二、无缝铝管外导体干线同轴电缆简介
外导体同轴电缆典型结构
无缝铝管外导体同轴电缆因其具有高频性能优良、衰减更低、阻抗更均匀、屏蔽性更好、防潮、强度高等特点，能满足宽频带、高速率的先进综合信息网要求。适用于1.5GHz以下模拟信号的单、双向传输，也适用于数字信号单、双向传输。此类产品被广泛运用于有线电视系统的干线和分支干线上。
无缝铝管外导体同轴电缆从内到外，分别由内导体，绝缘层，铝管外导体和护套四部分组成。考虑到传输及机械敷设方便性，内导体一般采用电工圆铜或铜包铝材料。绝缘一般采用物理聚乙烯绝缘。外导体为无缝管型。护套常采用耐候性黑色聚乙烯护套材料，也可根据需要采用阻燃、低烟无卤型护套材料。
三、电缆耐弯曲性为什么这么重要
电线电缆的敷设问题，是所有线缆制造企业都必须面对的问题。因为如果电缆在布线时，不能满足电缆的最低弯曲半径要求，电缆则可能损坏或造成电缆性能下降。现如今经济社会高速发展，作为城市“命脉”随着科技的进步，产品的更新换代也非常地迅速，对于电线电缆领以及工业“神经”的电线电缆的需求越来越多。从经济角度看，在有限的空间内原则上希望布置的电线电缆数量越来越多，这样就要求电缆的最小弯曲半径尽量小。而作为有线电视系统的干线电缆由于结构上为铝质或铜质外导体，电缆在敷设的空间如果太小，则很难避免因超越电缆能承受的弯曲而受损伤。而为了确保电缆在敷设时不损伤，则要求提供足够的场地来布置电缆，这样的矛盾导致了布线费用较高，成本投入较大。因此，提升电缆耐弯曲性能意义是非常大的。
四、影响无缝铝管外导体同轴电缆弯曲性能的因素
无缝铝管外导体同轴电缆从内到外，分别由内导体，绝缘层，铝管外导体和护套四部分组成。我们模拟了电缆穿管敷设时的工科，发现电缆过度弯曲后呈现的状况是电缆外观出现了褶皱，用工具将外护皮剥掉可以发现铝管表面有肉眼可见的波纹如图所示。
模拟试验 失效时的电缆外观 铝管表面状况
1、铝管与绝缘间隙的影响
铝管与绝缘不够密实，当电缆敷设时，存在间隙的地方强度会相对偏小，一经弯折即会褶皱了。
2、铝管壁厚不均匀的影响
当铝管壁厚存在不均匀时，直接的影响是绝缘与铝管、铝管与外护套的附着力大小不一致。当电缆敷设时，特别容易引起绝缘芯线、铝管外导体、护套三者之间的相互移动，使得原本的整体结构被破坏，最终电缆一经弯折即会褶皱了。
五、国产无缝铝管外导体同轴电缆弯曲性能的现状
目前，国内的铝管型外导体同轴电缆普片存在弯曲性能不良的问题。进行模拟试验时，几乎是一经弯折即会褶皱。虽然有部分厂家通过对绝缘挤出工艺和护套工艺进行了相应的技改，但仍存在方案不充分的缺陷。如有人会在外导体内层增加粘结层,这样做铝管弯曲性能是得到了改善，但是却又存在制作连接器时，绝缘料掏不干净而影响连接效果的问题。
六、提升无缝铝管外导体干线同轴电缆弯曲性能的技术方案
1、提升无缝铝管壁厚均匀性
无缝铝管外导体是利用连续挤压包覆挤压机挤制出来的。其原理是使用两根铝杆坯料，模腔位于挤压轮上部，电缆芯线沿切向供给，两根铝杆坯料进入腔体被挤压成铝管后围绕芯线形成包套或包覆产品。当挤压轮旋转时，铝杆在摩擦力和挡料块的作用下进入腔体并产生塑性变形，温度升高到450~500℃、压力达到800Mpa左右时，铝杆料从模口挤出形成空套在芯线上的铝管。
无缝铝管外导体挤制原理图
由于铝管挤制的工作环境为高温高压，模具结构和模具材质对铝管壁厚的均匀性的影响是非常巨大的。
下面为常用的铝管挤压模具及装配图
按照此图，我们发现由于模具流道设计的不合理，临近模具出口处会有一个压力突变，模具需要承受非常大的压力，且由于现有的模具一般只是采用了硬作合金钢，因此运用此结构模具使用过30分钟后即开始磨损，这样的后果是铝管壁厚每时每刻变化。
下图为经过作者改进后的模具及装配图
按照此图，我们对模具流道进行了改进，流道改进为流线型，并且在模具的端部有所增长，这样平缓的设计有利于压力稳定，且改进后的模具端部镶嵌了高强度承压钨钢，因此改进后的模具几乎不会磨损，因此就保证了铝管壁厚的均匀性。
2、增加绝缘外径，再利用拉拔模具进行紧压处理
正如上述所分析的，为了避免电缆绝缘与铝管外导体内部存在间隙，作者的技术方案是适当的增加绝缘外径（在现有常用外径的基础之上增加0.2mm左右），且为了进一步改善同轴电缆的衰减性能，将电缆的电容做下1pf/m。电缆绝缘外径的最终成型则依靠在铝管外导体制造工序中由拉拔模具实现。这样做能将铝管与绝缘之间的空隙挤压掉，使得绝缘与铝管坚固密实。
3、绝缘与铝管间，铝管与外护套间增加过渡层
魔术贴（一侧为带钩子面，一侧为磨砂面）
铝表面显微视图
为了避免绝缘芯线、铝管外导体、护套三者之间的相互移动，如图所述借鉴魔术贴的原理，本文作者考虑在绝缘与铝管间，铝管与外护套间增加过渡层。因为在显微镜下我们观察的铝表面为凹凸不平的磨砂面（如图所示）。故只需找到合适的材料充当带钩面，我们即可将绝缘芯线、铝管外导体、护套三者粘接为一个整体。本文作者选用乙烯丙烯酸共聚物（Ethylene Acrylic Acid 简称EAA）与聚乙烯的混合物作为带钩面。因为EAA具有优异的粘接性可以很好的与铝和锡等金属及其氧化物粘结。但是其粘结性太过强烈，故通过调节EAA与聚乙烯的配比来调整粘结程度。这样做即可实现将绝缘芯线、铝管外导体、护套三者粘接为一个整体的目的，又不至于粘结太牢固而影响后续施工使用。
七、提升无缝铝管外导体干线同轴电缆弯曲性能的工艺
铝管外导体干线同轴电缆由物理绝缘挤出工序，铝管挤出工序和护套挤出工序组成。此类电缆的物理绝缘挤出采用皮-泡-皮挤出工艺，其中内皮为低密度聚乙烯与EAA的混合物，可视内导体与绝缘附着力需要调整配比。发泡层一般采用N2发泡。外皮材料为内皮为低密度聚乙烯与EAA的混合物，并由此来充当绝缘芯线、铝管外导体中间的过渡层。
铝管外导体制造采用无缝铝管连续挤压包覆机完成。其工作原理为：使用两根铝杆坯料，模腔位于挤压轮上部，电缆芯线或钢丝沿切向供给，两根铝杆坯料进入腔体被挤压成铝管后围绕芯线形成包套或包覆产品。为保证铝管壁厚的均匀性，采用了新型的模具结构和钨钢材料。
护套层及护套与铝管的中间过渡层在护套生产线上完成，但需要调整传统护套生产线。图示为改进后的护套生产线，实现了中间层与护套层共挤。
上述工艺方案制造的铝管外导体同轴电缆的耐弯曲性能得到了大幅度的提高，产品的弯曲性能可与国际知名企业的产品相媲美。下表运用新技术方案制造的产品与常规产品的对照表。
工艺类型 产品型号 弯曲性（弯曲半径102mm条件下）
常规 500F 来回 1次即出现明显褶皱
新工艺 500F 来回 30次均未出现明显褶皱
八、结束语
提升电缆弯曲性能工程意义重大，对于降低敷设施工成本起到尤其重要的作用。本文研究探讨了影响铝管同轴电缆弯曲性能的因素，并从产品结构设计和工艺可行性的角度给出了提升铝管弯曲性能解决方案。
【参考文献】
1、ANSI/SCTE 15 2016Specification for Trunk, Feeder and Distribution Coaxial Cable 支干线同轴电缆规范
