维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第５期 电线电缆 ２００７年１Ｏ月 Ｎｏ．５ ２００７ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗｉｒｅ＆Ｃａｂｌｅ ０ｃｔ．．２００７ 阻燃、聚醚型聚氨酯热塑弹性体在野外 特种用途通信电缆中的应用 王春江 （上海电缆研究所，上海２０００９３） 摘要：介绍了野外特种用途通信电缆使用的特殊要求，论述了产品结构设计和材料选用的特点，重点论述如何 选用阻燃、聚醚型聚氨酯热塑弹性体替代氯丁橡胶，作为电缆的外护套。文中较详细介绍了聚醚型聚氨酯的 特性、应用和选用，以及挤出工艺特点和注意事项。 关键词：野外特种用途通信电缆；使用特点；阻燃聚醚型聚氨酯；氯丁橡胶；材料特性和应用；挤出工艺的特点 中图分类号：ＴＭ２４８．７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—６９０１（２００７）０５—０００１—０６ Ｔｈｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｌａｍｅ Ｒｅｔａｒｄａｎｔ Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ Ｔｙｐｅ ｏｆ Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ＴＰＥ ｉｎ ｔｈｅ Ｓｐｅｃｉａｌ－Ｐｕｒｐｏｓｅ Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｃａｂｌｅｓ ｆｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ＷＡＮＧ Ｃｈｕｎ—ｊｉａｎｇ （Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃａｂｌｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００９３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉａｌ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｌａ—ｐｕｒｐｏｓｅ ｔｅｌｅｃｏｍ ｃａｂｌｅｓ ｆｏｒ ｆｉｅｌｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｉｔ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃａｂｌｅ，ｆｏＣＨＳ ｂｅｉｎｇ ｌａｉｄ ｏｎ ｈｏｗ ｔｏ ｓｅｌｅｃｔ ｔｈｅ ｌｆａｍｅ ｒｅｔａｒｄａｎｔ ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ ｔｙｐｅ ｏｆ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ＴＰＥ ｔｏ ｒｅｐｌａｃｅ ｃｈｌｏｒｏｐｒｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ ａｓ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉｌａ ｆｏｒ ｏｕｔｅｒ ｓｈｅａｔｈ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ ｔｙｐｅ ｏｆ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｔｕｒｓｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｍａｔｔｅｒｓ ｎｅｅｄｉｎｇ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｐｅｃｉｌａ—ｐｕｒｐｏｓｅ ｔｅｌｅｃｏｍ ｃａｂｌｅｓ ｆｏｒ ｆｉｅｌｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｅａｔｕｒｅｓ；ｆｌａｍｅ ｒｅｔａｒｄａｎｔ ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ ｔｙｐｅ ｏｆ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ；ｃｈｌｏｒｏｐｒｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ；ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ０ 引 言 放线，敷设和工作。其次要在各种地形下，拖、拉，以 及工作人员的踩踏、汽车和机车的压馈，因此必须具 上世纪８０年代初，上海电缆研究所承担了多项 有优良的机械物理性能，例如要求电缆具有一定的 野外特种用途通信电缆的研究。该产品系国家某重 抗拉强度、耐磨、耐压和耐冲击等。为了有利于装备 点工程的配套项目，主要用于地对空机载导弹系统 机动灵活，便于出击或转移，要求电缆外径小、重量 各大部件之间的信号传输，进行通信和控制 。因 轻、柔软，尤其要具有极好的弯曲疲劳特性，以适应 此，这种特种用途通信电缆有时也称为地面网络通 频繁、快速地收、放线。其次，要求电缆护套耐油、耐 信电缆或快速敷设的野外通信电缆。机载地空导弹 臭氧、耐腐蚀，并有一定的阻燃特性 。 。 系统的装备最大特点是机动灵活、隐蔽和安全。它 野外特种用途通信电缆，通常由单根或数根同 要潜伏于我国严寒的北方、湿热的南方以及温差剧 轴对和多芯对称线对共同组成综合通信电缆，也可 变干燥的大西北等全国各地，以保卫重大军事要塞、 以单一地由多芯对称线对绞合成缆组成多芯的对称 重要的工业基地及主要的大城市，因此使用条件和 通信电缆。由于组合方式不同或芯数不同可形成一 环境既恶劣又苛刻，气候条件多变，地貌变化异常， 个系列产品。笔者主要承担两种品种ｕ ：（１）由单 有沼泽湿地、坚硬的岩石地或沙漠，因此产品的适用 根同轴对和两对对称线对组成的综合通信电缆，型 范围广，并要求在全气候条件（温度为一５０。ｃ～ 号为：ＨＷＯ９４；（２）由９对对称线对综合成缆组成的 ７０￣Ｃ；相对湿度为９５％＋３％）下快速地进行收线和 对称通信电缆，型号为ＨＷＥ９４，本文仅以综合通信 电缆为例进行论述和分析。这些电缆的电性能要 收稿日期：２００６—１２—２５ 求，即同轴对或对称线对的电性能要求，例如工作电 作者简介：王春江（１９４０一），男，江苏吴县人，高级工程 压（或耐电压水平）；工作电容、阻抗及衰减和串音等 师． 特性，与一般的普通型同轴电缆或对称电缆的要求 作者地址：上海市军工路１０００号［２０００９３］． 基本上相同，没有什么特殊要求以及制造的难度。 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第５期 Ｎｏ．５ ２０ｏ７ 电线电缆 Ｅｌｅｃｔｉｃ Ｗｉｆｒｅ＆Ｃａｂｌｅ ２００７年１Ｏ月 Ｏｃｔ．。２Ｏ０７ 因此本文主要是针对如何保证电缆的优良机械物理 性能进行简要论述，而重点论述为何选用阻燃、聚醚 计，然后要确定产品的试验项目、试验方法及其相应 的技术指标。这里要说明一点，即用户方科技人员 聚氨酯热塑弹性体来作为特种用途通信电缆的外护 套，代替了国外同类型产品所采用的氯丁橡胶，并通 过国产品和国外产品的性能比较来进一步说明这种 选择是可行的，正确的。其次，对阻燃、聚醚型聚氨 是专门从事地面网络传输系统及其装备和器具的设 计研究，所以对特种用途通信电缆尤其是机械物理 性能要求，难以提出全面、合理、科学的试验项目及 试验方法，因此提出由电线电缆设计制造科技人员， 按国外同类产品具体性能要求，自行选择和提出试 酯热塑弹性体的选择、挤出工艺特性及注意事项进 行了较详细的介绍。 １特种用途通信电缆的结构和材料的简介 通过有关途径，获得了部分的国外同类型产品， 经分析其基本结构如下：（１）对称线的导线采用镀 锡铜绞线；绝缘为聚氯乙烯（国产研制品改为聚乙 烯）；两根绝缘线芯对绞成线对并进行镀锡铜线的编 织，编织层作为线对的屏蔽层；然后绕包聚酯薄膜 带；最后挤包尼龙１２护套。（２）同轴对的导线也采 用镀锡铜绞线；绝缘为聚乙烯．夕 导体为编织的镀锡 铜线。（３）将同轴对与两对对称线对及棉纱填充绳 进行绞合成缆并绕包聚酯带组成电缆缆芯。（４）编 织镀锌钢丝作为电缆铠装层。（５）最后挤包氯丁橡 胶并进行硫化，作为电缆的外护套。 经分析，为了使产品能达到上述优良的机械物 理性能，对称线对和同轴对的导线均采用较小的绞 合节距；对称线的对绞节距也取较小的，这些均可提 高电缆的柔软性和弯曲性能，尤其可满足极高的耐 弯曲疲劳特性。采用柔软的棉纱填充可大幅度提高 电缆的耐压、耐冲击性，可承受工作人员的踩踏和机 车或汽车的压馈。镀锌钢丝编织的铠装层可提供足 够的抗拉强度和抗压强度，以及对电缆的铠装保护。 尤其引起我们关注的是尼龙１２和氯丁橡胶的应用。 众所周知，尼龙１２硬度大，润滑性优，它可以提高电 缆中对称线对的耐冲击性，并一定程度上也提高了 电缆的耐弯曲性能，即在电缆弯曲过程中，为对称线 对之间的相对位移提供了基础和保证 。而硫化后 的氯丁橡胶是一种极优良的护套材料，它耐气候性 优异，可在一５０ｏＣ一７０￣Ｃ条件下使用，而且耐磨、耐 油，耐腐蚀、柔软，并具有很好的阻燃特性 】。国外 先进国家的武器及其装备很大部分是向世界各国和 各地区出口，由此可见，该产品是一个全气候产品， 可供任何国家和地区使用。 ２问题的提出及解决 按用户方的合同要求，本产品应参照国外同类 型产品进行研制。这样本项目研究内容可包括以下 几点：首先要解决电缆材料的选用和产品结构的设 ・２・ 验项目和试验方法，并要求共同参与，最后根据试验 结果共同协商制定具体的性能指标，因此，上述几项 工作也列入了本项目的研究内容。由此可见，本项 目首要研究内容是如何将尼龙１２和氯丁橡胶材料 应用于本产品中。 尼龙又称为聚酰胺塑料，其耐磨、耐寒、耐热、耐 油、耐溶剂等性能均很优良，而且可很薄挤包在线缆 上，作为电线电缆薄护层。国内电线电缆行业中常 用的牌号有尼龙６和尼龙１０１０等，很少使用尼龙１１ 或尼龙１２，后者仅在光纤光缆制造中作为紧套光纤 的紧套层。通常在于燥情况下，尼龙具有很好的绝 缘性能。但由于其含有极性结构以及由此产生的或 大或小的亲水性，因此在潮湿空气或水中，绝缘性能 有不同程度的恶化，这就是尼龙仅作为电线电缆护 层材料的主要原因 Ｊ。由于吸水量与尼龙碳链的长 度有关，所以尼龙１０１０的吸水量比其他尼龙小得 多，仅１％左右。但经查阅相关文献，并经我们实验 的比较，尼龙１１或尼龙１２的吸水量更小，在同样湿 度及温度条件下，其绝缘电阻可提高一个数量级，因 此在某种情况下也可作为绝缘材料 ；而且尼龙１２ 可采用普通螺杆挤出机进行挤制，不像其他的尼龙 一定要采用特殊的专用挤出机挤制，例如采用突变 螺杆挤出机。因此，我们决定采用日本生产的尼龙 １２，因为当时国内的尼龙１２尚在初期研制阶段，无 法提供定型的商业品。有关尼龙１２在野外特种用 途通信电缆的应用将另有专文的介绍，本文不再论 述。 氯丁橡胶为２．氯丁二烯聚合物，是用作电线电 缆的护套材料，其突出的特点是高阻燃、优良的耐候 性、耐臭氧和耐油，是一种优良的护套材料。但是， 氯丁橡胶需进行高温硫化，若在罐内硫化，通常蒸汽 压为０．４ ＭＰａ（１５０。Ｃ）；若在连续硫化管内硫化，通常 蒸汽压力为１．６ ＭＰａ（２００。Ｃ）。这就产生了问题，因 为特种用途通信电缆的同轴对和对称线对的绝缘采 用了聚乙烯或聚氯乙烯，在这样高的温度及蒸汽压 力下，无疑要变形并使电缆的电性能恶化，因此，必 须采用低温硫化。经调研，获知我国某著名的电缆 厂在上世纪７０年代初，曾接到一项国家重点工程配 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第５期 Ｎｏ．５ ２００７ 电线电缆 Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗｉｒｅ＆Ｃａｂｌｅ ２Ｏｏ７年ｌ０月 Ｏｃｔ．。２００７ 套项目，要生产一种用于潜艇使用电缆，其结构也类 下垂至海洋中探测水下潜艇）；用于新式拖斗卡车传 送附加信号的特种用途电缆；用于舰船或石油平台 的特种用途的电缆等等。同样，当时本所正在研究 的核电站使用的可移动电视摄像机专用电缆，其外 护套就是采用国产的聚醚型聚氨酯热塑弹性体，为 本课题提供了基础，也为本项目决定采用聚氨酯代 替氯丁橡胶提供了重要的依据。表１列出了几种典 型的特软电线电缆外护套材料及其特性的比较 。 ７０年代末，天津市塑料化工二厂是国内研制聚 似于本项目产品，为了解决氯丁橡胶的低温（例如不 大于１００。Ｃ）硫化问题，曾进行多年的研究和攻关， 但仍未获得成功，曾打算引进英国ＢＩＣＣ的氯丁橡胶 的低温硫化技术，由于种种原因而未获成功（注：直 到２００５年文献［７］才报导无锡电缆厂已成功解决了 氯丁橡胶的低温硫化问题）。由于本项目必须近期 内完成，时间短、任务重，为此，经我所有关人员研 讨，决定采用阻燃、聚醚型聚氨酯热塑弹性体，代替 氯丁橡胶的应用。 醚型聚氨酯热塑弹性体较成熟的单位。该厂研制的 ３聚氨酯热塑弹性体的特性和应用 聚醚型聚氨酯系由四氢呋喃聚醚（聚四次甲基二醇 醚）及１．４一丁二醇和ＭＤＴ（二苯甲烷二异氰酸酯）聚 聚氨酯热塑弹性体又名为氨基甲酸乙酯，是一 合而成，其邵氏硬度为８５。由于当时该产品属小批 种用于电缆护套的新型热塑弹性体材料，具有硫化 量生产的研制品，所以产品的性能不稳定，这大约与 橡胶及一般热塑材料的综合性能 。其突出的优点 材料分子量分散性较大或工艺控制不严有关－ｓ Ｊ，因 是强度高、弹性大、耐磨、耐气候、耐辐照、耐油、柔软 此每批产品的性能相差较大，所以给电缆护套的挤 （特别是低温下的柔软性）、高伸长率、高模量、易着 出带来了困难，即这批料的挤出工艺参数，并不一定 色和易加工。这些综合性能是目前任何商品橡胶和 适用于另一批料的挤制，结果造成多次生产事故，损 塑料不全具备的。 坏了挤出设备，使生产无法连续、稳定地进行。更主 上世纪７０年代末，已有文献报导，国外已大量 要的是，通常聚醚型聚氨酯不阻燃，而本项目的特种 应用聚氨酯热塑弹性体，用于电线电缆护套 。例 用途通信电缆必须具有阻燃的特性，因此必须进行 如用于核爆炸装置的超强度的特软电缆；用于可移 改性，添加大量的阻燃剂。由于本工程时间紧、任务 动的电视摄像机专用电缆；用于代替低温聚氯乙烯 重，经讨论研究决定进口美国Ｇｏｏｄｒｉｔｈ公司生产的 护套的石油和矿物勘探的特种电缆；用于声纳电缆 阻燃、聚醚型聚氨酯热塑弹性体，牌号为Ｅｓｔａｎｅ 的制造（声纳电缆可与声纳传感器一起从直升飞机 ５８３７０，其主要性能见表１。 表１几种典型的特软电线电缆护套料及性能的比较 名称 氯丁橡胶 丁苯橡胶 氯磺化聚乙烯 硅橡胶 聚氨酯 抗张强度，（１ｂ／ｉｎ２） ｌ ２０ｏ一２ ７０ｏ ８０ｏ一２ ５０ｏ ｌ ２０ｏ一２ ２０ｏ ５０ｏ～ｌ ５０ｏ ６ ０００（４３００） 拉断伸长率，％ ３０ｏ一７０ｏ ３５０—６５０ ３０ｏ ６００ ｌ０ｏ～６００ ５００（６３０） 密度／（ｇ／ｅｍ ） １．４一１．６５ １．１５～１．５５ １．３５一１．７０ １．１０～１．５５ １．１４（１．１８） 耐磨性 好 优 好 劣 最优 介电强度，（Ｖ／ｒａｉｌ） １００—５００． ４５０～６００ ４００—６００ ３００～７０ｏ ４５０～５００ 温度范围／。Ｃ 一５５—９ｏ 一５５～９ｏ 一５５～９０ —６５—２０ｏ 一６５—９ｏ 特性 耐热、耐臭氧、耐 耐油、耐臭氧、耐 耐臭氧、耐酸和耐候 强度低，受压变形 耐油、耐溶剂、耐水、耐化 油、耐候性优 候性劣 性优 大，电性能稳定 学品、耐臭氧，耐候性优 注：１．表中括号内数值为美国Ｇｏｏｄｒｉｔｈ公司生产的Ｅｓｔａｎｅ ５８３７０阻燃、聚醚型聚氨酯的性能指标，其中材料的邵氏硬度为８６。 ２．表中单位的换算：１ ｉｎ（英寸）＝０．０２５４ ｍ；１ ｌｂ（磅）：０．４５３５９２３７ ｋｇ；１ ＩＩｌｉｌ（密尔）＝２５．４×ｌ０～ｍ。 ４聚氨酯热塑弹性体的选用 的主要性能也略有差异，但基本上可分为聚酯型和 聚醚型等两大类型。由于聚酯型聚氨酯当遇到水分 要正确选择用于电线电缆的聚氨酯应注意以下 或湿度较大环境下，很容易发生水解，将大分子量的 几点： 弹性体裂解为若干的水分子，最终导致产品的老化， （１）要选择聚醚型不能选用聚酯型。 查阅了 使用寿命较短。聚醚型聚氨酯就是为了避免水解而 欧美各国及１３本的众多厂商提供聚氨酯产品商品目 研制的新型热塑弹性体，可长时期地使用。由于电 录、牌号和性能，也查阅了热塑弹性体应用手册，发 线电缆产品使用寿命长达１０年甚至于２０年，因此 现聚氨酯热塑弹性体的商品牌号及规格众多，产品 必须选用聚醚型聚氨酯。 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第５期 Ｎｏ．５ ２００７ 电线电缆 Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗｉｒｅ＆Ｃａｂｌｅ ２００７年ｌ０月 ０ｃｔ．．２００７ （２）选择硬度适中并用于挤制工艺的聚氨酯弹 性体。 欧美各国及Ｆｔ本的聚氨酯生产商往往在产 品介绍中列出硬度等一些主要的参数，也列出了相 数小时，最好烘箱有抽真空装置，去潮更彻底。 ５．２挤出机温度设置要合理 通常，聚氨酯挤出温度允许范围相对于其他塑 料例如聚乙烯要窄一些，挤塑机各区段的温度控制 见表２。 表２挤塑机各区段的温度控制 名称 温度／￣ｃ 适应的加工方式，例如注塑成型的方式或挤管成型 的方式等，作为电线电缆的制造理应选用适宜挤管 成型的材料。其次特种用途通信电缆很重要一项指 标即电缆必须柔软，要求材料的硬度不能太大；而挤 制工艺又与材料的硬度密切相关，因此，要求其硬度 不能太小，因为聚氨酯热塑弹性体的特性是介于塑 加料口 后机身 中机身 前机身 ｌ４ｏ ｌ５Ｏ ｌ６Ｏ １７５ 机脖 １７０ 机头 １７０ 注：表中数据为美国Ｇｏｏｄｒｉｔｈ公司生产的Ｅｓｔａｎｅ ５８３７０阻燃聚醚 料与橡胶之间，所以硬度越小其特性越趋向于橡胶， 这时采用挤塑机挤制时，聚氨酯融体的粘性更大，在 螺杆与机筒内产生的剪切应力更大，给挤制工艺带 来了困难，所以选择硬度适中的材料，即邵氏硬度为 ８５左右为宜。 （３）必须选择阻燃型的聚氨酯热塑弹性体。由 上述可知，本产品是用于机载地空导弹系统的特种 用途通信电缆，因此，必须选用阻燃特性优良的护套 材料，不能因电缆燃烧或引燃、蔓延，而造成整个系 统或设备的燃烧，其后果不堪设想，为什么国外军用 野外电缆的护套均采用阻燃特性优异的氯丁橡胶， 这就不难理解了。但是，普通型聚氨酯是不阻燃的， 因此必须进行改性，即要混量的阻燃剂，使其能 满足于电缆阻燃特性的要求，这就是必须选用阻燃 型的原因。 ５聚氨酯热塑弹性体的挤制工艺特点及注 意事项 通常，采用聚氨酯最大优点之一是可以采用普 通挤塑机进行挤制，而且不需要进行硫化工艺，所以 生产效率高、设备投资费用少，即不像橡胶硫化必须 增添硫化罐或硫化管及其一整套的辅助设备。但 是，正因为它的特性介于塑料的橡胶之间，所以融熔 的聚氨酯在挤出机内的螺杆与机筒之间会产生较大 的剪切应力，如果不能正确地选择挤出机加热温度 和螺杆的转速等参数，那么极有可能会造成设备的 损坏，严重时会造成螺杆的槽键断裂或螺杆的顶出。 其次，聚氨酯是含有极性结构，并由此产生或大或小 的亲水性，易于吸潮。吸潮后的聚氨酯挤出时会产 生大量气孔或气泡。因此，聚氨酯热塑弹性体在挤 出工艺中应注意如下几点。 ５．１聚氨酯的预先烘干去潮处理 通常，聚氨酯热塑弹性体均采用铝塑薄膜真空 包装，使用时可以直接倒人料斗。但是，真空包装一 旦破损或使用后多余剩下的材料，必须进行烘干去 潮处理，即将聚氨酯放人烘箱内７０ｏ左右温度下保温 型聚氨酯挤出工艺，仅供参考。 但是，挤出机温度设置应注意如下几点： （１）由于各牌号聚氨酯性能略有不同，所以设 置挤出机的工作温度也应稍有差异，例如国产聚氨 酯的挤出温度略高于Ｅｓｔａｎｅ ５８３７０牌号的聚氨酯约 １０。ｃ左右；另外，各工厂的挤出机设备及温度控制 也有差异，所以表２参数仅供参考。 （２）挤出温度的选择和确定可通过流变仪试验 来确定最佳的挤出工艺参数。但是在上世纪８Ｏ年 代初，我国还尚未引进这种设备，我们只能通过常规 的方法来确定工艺参数。这方法有效但还是较落 后，与操作工的经验有关，现介绍如下，供无流变仪 的厂家作参考：先将挤出机机头打开，将挤出机各区 段温度升至设定的温度并保温一定的时间；缓慢启 动螺杆的转速，观察胶料的出料情况，若胶料很稀呈 水状物，则说明挤出机设定温度偏高，应降低各区段 温度；若胶料呈胶粘状，相当于我们常见的麦芽糖粘 胶状，这时可以认为温度适中，然后停止螺杆转动， 并合上机头及加温。但应注意机脖和机头的温度即 使已达到设定值，还需适当时间的保温才能启动挤 出机，否则会发生重大的设备事故。因为这部分由 于结构上的原因散热容易保温难，有时即使温度控 制仪已表明达到设定的温度但实际上仍有一定的差 距，尤其在气温很低的冬天这一点更为重要。当机 头和机脖温度保温到一定时间后可缓慢启动挤出机 螺杆的转速，若正常即可进行连续的生产。 ５．３螺杆及其转速的选择 据文献［８］介绍，聚氨酯热塑弹性体的挤出最好 采用单螺杆压缩比为２．５：１或３．０：１，长径比为２４：１ 的挤塑机，以便料得到足够的剪切力和塑化均匀。 而且螺杆转速不宜过快，通常转速越慢，其挤出表面 越光滑，原因如上述，因聚氨酯的特性介于塑料和橡 胶之间，它的融体在螺杆和机筒内呈粘流态、粘度 大、弹性高，所产生的剪切力也很大，因此螺杆转速 不宜太高。 ５．４模具的选择 维普资讯 http://www.cqvip.com
２０Ｏ７年第５期 Ｎｏ．５砌 电线电缆 Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗｉｒｅ＆Ｃａｂｌｅ ２００７年ｌＯ月 ０ｃｔ．．２００７ 通常，聚氨酯护套挤制仍采用挤管式或半挤管 式的模具，经试验，模套的承线段长度长，压力大，挤 出表面质量优 。 缆进行全性能的对比试验。试验结果表明：国产品 无论是电性能还是机械物理性能与国外同类型产品 完全一致，其中一５０ｏＣ下低温动态弯曲试验还略优 于国外产品，原因是采用了低温性能更优的聚氨酯 热塑弹性体替代了氯丁橡胶。具体性能参数及比较 见表３。由于本文主题是论述聚氨酯在特种通信电 ６产品的试验项目和方法的选择及其指标 的确定 按惯例，通常由用户方提出产品的技术条件，包 括产品的使用条件，产品的结构和规格，产品的电性 能和机械物理性及其指标。但是，有时会发生这种 缆中应用，讨论其代替氯丁橡胶的可行性和正确性， 所以表３只列出机械物理性能的比较，有关电性能 的比较从略。 情况，即用户方只能根据白行设计和研究的系统及 装置的使用条件及其相关技术参数，提出部分的技 术要求及参数，例如特种用途通信电缆使用条件及 相应电性能要求，而不能详细列出机械物理性能项 目及其具体的要求，只能笼统地提出一切性能均参 照国外同类型产品，并提供少量的实物，本项目就是 如此。在这种情况下，电线电缆制造者如何系统地 提出电缆的机械物理性能的项目及要求，并根据这 些项目选择合理的试验方法，以及根据试验的结果 制定产品相应的技术指标，这是至关重要的。 上述问题，实际上就是笔者已撰写文献［９］中表 述的特种通信电缆的设计思想和方法的问题，即特 种用途通信电缆是与某种装备配套使用的产品，因 此，作为电缆设计研究者首先要与用户方交流和调 研，深入了解电缆如何与装备配套使用，其使用方 法、方式及环境有什么特殊性；其次要扩大自己的知 识领域，查阅相关图书资料和文献，做一个杂交科学 的技术人材，这样才能使产品正确、完美地为配套设 备服务。因为由于种种原因，有时用户方不能将产 品的实际使用情况“全盘托出”，而电缆设计者也不 便过多地询问，因此后者就显得更为重要。 通过文献和资料的查阅，明确了本产品实际上 就是国外文献报导的导弹系统使用的地面网络野外 通信电缆，或称为快速敷设的野战通信电缆 。 ，在 这些文献中详细介绍了一些特殊的机械物理性能要 求及其试验方法ｎ 。最后确定了机械物理性能项 目，包括电缆拉断力、弯曲、冲击、一５０ｏＣ下低温弯 曲和阻燃等试验项目。采用了美国特种用途野战通 信电缆试验标准——美用标准ＭＩＬ－Ｃ一１３７７７（机 械物理性能试验）；我国国家标准ＧＢ ２９５１．１２（低温 弯曲试验）和ＧＢ ２９５１．１９（单根电缆燃烧试验）。最 后，根据试验结果与用户商订相关的技术指标。这 是一个正确的科研方法，也是一条正确的技术路线。 ７产品的试验结果 按用户方要求，共同对国内外特种用途通信电 表３国内外同类型产品机械物理性能的比较 试样号 拉断力 弯曲 冲击 低温一５０￣Ｃ 阻燃 ／ｋｇ ，次数 ，次数 动态弯曲 １ ３４８ ＞９ ０ｏ０ ４９ 护套开裂 通过 ２ ３８０ ＞９ ０ｏ０ ５７ 护套开裂 通过 ３ ３５０ ＞９ ０ｏ０ ４０ 护套不开裂 通过 ｄ ３２０ ＞９ ０ｏ０ ５７ 护套不开裂 通过 注：１．试样１ 和２ 为国外特种用途通信电缆；３ 和４ 为国产 的特种用途通信电缆。 ２．国外特种用途通信电缆在一４０。Ｃ条件下，低温动态弯曲试 验通过，但在一５０￣Ｃ条件下护套开裂。 ８ 结束语 综上所述，可以得出如下几点： （１）聚醚型聚氨酯热塑弹性体是一个新型的热 塑弹性体，具有硫化橡胶及一般热塑材料的综合性 能，是目前任何商品橡胶和塑料不全具备的。经改 性后的阻燃型聚醚聚氨酯热塑弹性体完全可以代替 氯丁橡胶，用作特种用途通信电缆的护套材料，某些 特性，例如一５０。Ｃ下低温动态弯曲性能还略优于氯 丁橡胶。 （２）聚醚型聚氨酯可采用普通的挤塑机进行护 套的挤制并不需要硫化，这样工艺简化、生产效率 高，而且可省略因硫化而必须具备的硫化装置和设 备，减少了设备的投资费用及占地的空间。 （３）聚醚型聚氨酯的特性是介于橡胶和塑料之 间，所以挤制工艺有其一定的特性。但是，只要了解 这些特性，适当地采取一些相应的措施，是很容易挤 制于电线电缆上，用于线缆的外护套。 （４）由于本项目首先成功地采用阻燃、聚醚聚 氨酯代替氯丁橡胶，为该国家重点工程提供了良好 的示例，使原先打算采用特低温柔软聚氯乙烯代替 氯丁胶的技术方案及技术路线得到了及时修正和改 变，为该工程按时、按质地完成作出了一定的贡献。 （下转第ｌ５页） 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第５期 电线电缆 ２００７年１Ｏ月 Ｎｏ．５ ２００７ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗｉｒｅ＆Ｃａｂｌｅ Ｏｃｔ．，２００７ ０．２５ （７）孤立线对的传播速度比四线对的传播速度 ０．２０ 快（见图１４）。 ０．１５ 如 Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ ０ Ｏ ０ ０ ７ ７ ７ ７ ７ ６ ６ ６ ６ ６ ｋ ％ 曲 ｎ ４结束语 蹙０ １０ 髅 ０．０５ （１）实践发现，利用有限元法计算同轴缆时，计 算结果与实测结果相差很小。本文将有限元法用于 Ｏ Ｏ ２０ ４０ ６０ ８０ ｌ０ｏ 频率／ＭＨｚ 计算对称缆时与实测结果相差稍大一些。造成的原 因主要有：其一，对绞电缆的电场分布比较复杂，计 图１３不同频率下的衰减 算时所建的模型不够精确。如果同时考虑结构偏差 （如绝缘偏心、导体不圆等）、绝缘单线与线对轴线存 皇 在夹角、绞对时绝缘变形等因素的影响后，计算结果 会精确些。其二，对绞电缆的各参数受加工参数的 黧 波动影响较大，因此测试数据分散性也较同轴电缆 大。因此如何建构合理的对称电缆结构模型还需要 ０ ２０ ４０ ６０ ８０ ｌ ｌ 进一步研究。 频率／ＭＨｚ （２）有限元法计算对称电缆时，计算结果比经 图１４不Ｉ司频率Ｆ的传播速度 验公式计算的结果精度高。因此，有限元法是计算 涡流，涡流产生的磁场与被研究线对产生的磁场方 对绞电缆的一种行之有效的方法。 向相反，从而使穿过导体的磁通量减小，削弱了集肤 （３）经过利用计算机对计算的结果进一步处 效应引起的电阻增加程度。 理，还能直观地观察电场、电流密度等分布情况。 （２）孤立线对的电感比四线对电缆的电感大 （４）由于目前针对电缆计算的有限元分析软件 （见图９）。因为四线对电缆中被研究的线对产生的 很少，在电缆计算时存在着计算模型处理工作量大 电磁场在其它三对线上引起涡流，涡流产生的磁场 的问题，影响了有限元法在电缆行业的广泛使用。 与被研究线对产生的磁场方向相反，从而引起总的 如果能针对电缆的计算特点，专门开发一个电缆计 电感减小。 算软件将会极大地推动电缆设计水平的提高。 （３）孤立线对的电容比四线对的电容小（见图 １１）。 参考文献： （４）孤立线对的绝缘电导比四线对的绝缘电导 ［１］王春江．电线电缆手册（第２版）［Ｍ］．北京：机械工业出版社 小，这主要是因为电容较小的缘故（见图ｌ０）。 ２０ｏ１． （５）孤立线对的波阻抗比四线对的波阻抗大 ［２］徐守森．通信电缆绞缆工艺学［Ｍ］．北京：机械工业出版社 １９８７． （见图ｌ２）。 ［３］冯慈璋．电磁场［Ｍ］．北京：高等教育出版社，１９８３． （６）孤立线对的衰减比四线对的衰减小（见图 ［４］ 丁丽娟．数值计算方法［Ｍ］．北京理工大学出版，１９９７． ｌ３） ５］郑玉东．通信电缆［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９８５． （上接第５页） 社，２００１． ［６ ｊ卢荫，龚自觉，贾进芹．交联聚烯烃绝缘橡皮护套软电缆的 参考文献： 硫化工艺［Ｊ］．电线电缆，２００６，（１）：２７．２８． ［１］王春江，梁奇，李健．野战通信（综合、对称）电缆鉴定资料 ［７］王佩琪．氨基甲酸乙酯电缆外护套［Ｊ］．通信电缆，１９７７，（２）： ５６．５８． 汇编［Ｒ］．上海电缆研究所，１９８８． ［２】野战电缆的设计和试验［Ｊ］．传输线技术，１９７７，（３）：２２．２４． ［８］ 高祥萍，陈贵生，李惠琴，等．国产热塑聚醚型聚氨酯性能及加 ［３］地面支援设备电缆的现状及未来的设想［Ｊ］．传输线技术， 工工艺试验小结［Ｒ］．上海电缆研究所，１９７９． １９７１．（２）：１４．１６． ［９］ 王春江，范洪欣．特种用途电线电缆的设计和研究及其指导思 ［４］王春江，梁奇．尼龙ｌ２在野外移动用通信电缆中应用的探 想［Ｊ］．电线电缆，２００７，（１）：７－１１． 讨［Ａ］．上海市通信学会１９８６年年会［Ｃ］．上海：１９８６． ［１０］ ＭＩＬ－Ｃ．１３７７７，美国特种用途通信电缆试验方法［ｓ］． ［５］徐应麟主编．电线电缆手册第２册［Ｍ］．北京：机械工业出版
