張興福

(貴州航天電器股份有限公司)

1 引言

通訊電纜按電纜使用環(huán)境不同進(jìn)行分類，主要有兩種:一種是用于室內(nèi)使用的通訊電纜，通過建筑物或保護(hù)設(shè)備的保護(hù)，避免陽光直接照射和雨淋;另一種是用于室外使用的通訊電纜，沒有特殊的防護(hù)措施，通訊電纜受到陽光照射和雨淋。本文介紹適于室外使用的通訊電纜組件，重點(diǎn)闡述室外電纜組件的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，電纜組件中連接器的設(shè)計(jì)方法和電纜選擇標(biāo)準(zhǔn)，并對電纜組件制造過程中的常見問題進(jìn)行分析并提出具體的解決辦法。

2 抗腐蝕通訊電纜的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

由于通訊電纜安裝與室外并長期使用，通訊電纜需要能夠抵抗室外溫度、濕度的長期侵蝕而電性能不會受到影響，外觀質(zhì)量不能有嚴(yán)重?fù)p傷的現(xiàn)象。同時，通訊電纜還必須能夠抵抗雨淋甚至是雨水的浸泡，不出現(xiàn)電性能的降低和外觀損傷。因此，室外使用的通訊電纜必須按如下標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行測試，并滿足相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)要求。

2．1 雙85測試

按IEC61215標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，電纜組件需要滿足如下要求:

a．試驗(yàn)基本方法根據(jù)GB/T2423．3規(guī)定;

b．試驗(yàn)溫度:85℃ ±2℃;

c．相對濕度:85% ±5%;

d．試驗(yàn)時間:1000h。

電纜組件經(jīng)受時間為2h至4h恢復(fù)期后，電纜組件不得出現(xiàn)嚴(yán)重外觀質(zhì)量缺陷，絕緣電阻性能和耐電壓性能滿足電纜技術(shù)指標(biāo)要求。

2．2 鹽霧試驗(yàn)

按GB/T2423．17標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，電纜組件鹽霧試驗(yàn)需要滿足如下要求:

a．鹽溶液的濃度應(yīng)為(5±1)%;

b．試驗(yàn)溫度:35℃ ±2℃;

c．pH 值:6．5 ～7．2;

d．試驗(yàn)時間:720h。

電纜組件試驗(yàn)后，自來水沖洗，再用蒸餾水或去離子水沖洗，然后晃動或者用氣流干燥去掉水滴。進(jìn)行目視檢查，外觀質(zhì)量未出現(xiàn)鍍層脫落、銹蝕等問題。

2．3 防水等級IP67

按GB4208標(biāo)準(zhǔn)中外殼防護(hù)等級(IP代碼)中規(guī)定，電纜組件防護(hù)等級IP67需要滿足如下要求:

a．第一位數(shù)字6:對設(shè)備防護(hù)的含義為塵密(防止固體異物進(jìn)入)，對人員防護(hù)的含義(防止接近危險(xiǎn)部件)為金屬線(直徑1mm的試具不得進(jìn)入殼內(nèi));

b．第二位數(shù)字7:對設(shè)備防護(hù)的含義為短時間浸水，時間為30min;

c．水深1000mm。

電纜組件試驗(yàn)后，檢查外殼不得有進(jìn)水現(xiàn)象。

(4)電性能指標(biāo)

通訊電纜電性能指標(biāo)具體按使用要求規(guī)定，本文不作說明。

3 抗腐蝕通訊電纜的設(shè)計(jì)

通訊電纜組件需要滿足上述技術(shù)指標(biāo)要求，才能適用于室外環(huán)境長期使用而不產(chǎn)生電性能下降或損壞等質(zhì)量問題。如何才能保證通訊電纜滿足以上技術(shù)要求，需要對通訊電纜組件的部件材料進(jìn)行選擇、防水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及通過工藝手段各方面進(jìn)行保證。

3．1 連接器設(shè)計(jì)

3．1．1 連接器防水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通訊電纜通常由兩端的連接器部件通過電纜線纜連接起來構(gòu)成通訊電纜，使用時通過兩端的連接器與通訊設(shè)備上的連接器端口實(shí)現(xiàn)快速連接。連接器是通訊電纜的重要組成部件，連接器的機(jī)械性能和電性能指標(biāo)直接影響通訊電纜的使用特性。通訊電纜使用于室外，連接器必須滿足室外使用的要求，即滿足IP67防護(hù)等級要求。

圖1 鎖頭安裝

圖2 鎖頭結(jié)構(gòu)

圖3 鎖頭線纜安裝

如圖1所示，連接器的鎖頭用于連接通訊電纜與機(jī)柜設(shè)備，同時連接器的鎖頭具有防水功能，在鎖頭與通訊電纜接觸位置、鎖頭與機(jī)柜設(shè)備安裝位置通過防水結(jié)構(gòu)可以避免雨水的沖擊和滲透。如圖2所示，連接器的鎖頭的裝配圖中說明了各零件的裝配關(guān)系，其中小密封圈用于連接器鎖頭與設(shè)備安裝板間的安裝密封;小密封圈用于外殼零件與開槽管間的界面密封;橡膠密封管與開槽管相配合，在螺套旋緊的過程中，開槽管受到周向的壓縮力，使橡膠密封管壓縮，橡膠管與線纜緊密貼合，從而起到線纜尾端的密封作用。如圖3所示，說明了連接器鎖頭的裝配關(guān)系。

3．1．2 連接器抗腐蝕設(shè)計(jì)

通訊電纜在室外使用，除了具有IP67等級的防水能力之外，還必須具有耐腐蝕的能力。通常對于通訊電纜的耐腐蝕能力，主要通過加速腐蝕試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)，例如鹽霧試驗(yàn)、混合氣體試驗(yàn)等。為了保證連接器抗腐蝕能力，通常需要注意以下幾點(diǎn):

a．連接器殼體材料選擇:連接器外殼通常采用銅材作為基材加工，考慮到其他性能可以選擇不同的銅材，例如對抗拉強(qiáng)度要求較高，可以選擇錫銅加工。

b．連接器的表面處理:為了滿足抗鹽霧試驗(yàn)的要求，通常連接器外殼需要進(jìn)行電鍍處理。根據(jù)耐鹽霧時間的不同，可以采取不同的表面處理方式:

3．2 電纜防水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3．2．1 電纜選擇

為了滿足通訊電纜的使用要求，通常電纜的選擇需要考慮如下幾點(diǎn):

a．電纜滿足 VW－1阻燃要求，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)UL758/IEC60331－1;

b．電纜抗UV老化，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)UL15081－2000;

c．電纜符合RoHS和REACH標(biāo)準(zhǔn);

以上是電纜基本的性能要求，其他具體要求根據(jù)使用環(huán)境和用戶要求執(zhí)行。

3．2．2 電纜塑封

圖4 低壓注塑機(jī)

圖5 低壓注塑產(chǎn)品

圖6 低壓注塑存儲器

電纜與連接器尾端端接后，通常需要進(jìn)行加固處理，采取塑封加工工藝可以實(shí)現(xiàn)防水密封的功能。如圖4所示，此設(shè)備是低壓注塑設(shè)備，通過自制的工裝，對端接好的線纜的連接器尾端進(jìn)行塑封工藝，實(shí)現(xiàn)快速成型。如圖5、圖6所示，使用低壓注塑的工藝，可以實(shí)現(xiàn)批量電纜生產(chǎn)，但要根據(jù)使用環(huán)境，例如環(huán)境溫度等因素來正確選擇注塑材料。

3．2．3 電纜防水結(jié)構(gòu)

電纜在對于上述的防水接頭連接器可以通過連接器本身的防水機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)防水功能，但對于常規(guī)使用的連接器如何在不改變連接器自身結(jié)構(gòu)的情況下實(shí)現(xiàn)防水功能，則需要配備專用的防水機(jī)構(gòu)。

圖7 防水線夾

圖8 防水線夾對接示意

通常我們采用如下防水線夾機(jī)構(gòu)，如圖7和圖8所示。防水線夾可與連接器一同配套使用，防水線夾結(jié)構(gòu)尺寸與連接器的尺寸匹配，特別是安裝螺釘?shù)陌惭b孔尺寸完全一樣。圖7是防水線夾與連接器的安裝外形圖，連接器依靠自身的外形結(jié)構(gòu)安裝于防水線夾的內(nèi)腔，防水線夾兩側(cè)的鎖緊螺釘通過連接器兩側(cè)的安裝孔。圖8是使用此防水線夾的連接器線纜的安裝圖，防水線夾兩側(cè)的鎖緊螺釘與固定與安裝板上的安裝螺釘進(jìn)行鎖緊，實(shí)現(xiàn)線纜的對接及防水功能。

對于無法實(shí)現(xiàn)連接器結(jié)構(gòu)防水的連接器，特別是受到自身外形尺寸及結(jié)構(gòu)限制，如圖9所示，不能自身實(shí)現(xiàn)防水功能，可以采用摩梭套這種防水結(jié)構(gòu)的部件。

圖10 線纜注塑

圖11 線纜成品

4 抗腐蝕通訊電纜的制造

4．1 連接器端子端接(按IPC標(biāo)準(zhǔn)涉及剝線、壓接端子、焊接等)

a．剝線

線纜加工和裝配過程中，剝線是線纜加工的第一步。如圖所示，剝線經(jīng)常出現(xiàn)的不良主要有線纜線芯損傷(如圖12)、線芯斷絲(如圖13)、線芯散絲(如圖14)等情況。因此，在線纜剝線時，要使用專用的剝線工具，例如熱剝器等工具，如果不能采取熱剝方式，則需要調(diào)試好剝線機(jī)并對剝線后的線芯進(jìn)行外觀檢查，檢查合格才能批量剝線加工。

b．壓接端子

剝線合格的線纜，將使用圖15所示的壓接設(shè)備壓接連接器端子。壓接端子時必須按照IPC620標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行壓接、測試，如圖17所示，線芯的絕緣層必須處于端子缺口部分，絕緣層邊緣最好處于缺口中心;如圖18所示，線纜線芯與端子壓接后，線芯應(yīng)處于壓接端子的中部并被端子邊緣壓住;如圖19所示，端子尾端的壓接邊緣應(yīng)插入線纜絕緣層中，但不與線纜的線芯接觸。壓接端子后線纜外觀符合IPC620標(biāo)準(zhǔn)的要求，同時進(jìn)行端子保持力的測試，線芯的壓接保持力要滿足連接器產(chǎn)品的詳細(xì)規(guī)范的要求。

c．焊接

連接器的端子除了壓接形式，常見的還有焊接端接方式。如圖20所示，焊接的芯線和零件輪廓容易被辨別，芯線和零件的焊點(diǎn)有一羽毛狀的邊緣，形狀為一凹面?？山邮艿暮更c(diǎn)上錫的滲透性所形成的接觸角是90°或更小。具體焊接標(biāo)準(zhǔn)及要求必須滿足IPC620中4．8焊錫要求的規(guī)定。

圖12 剝線

圖13 斷絲

圖14 散絲

圖15 端子壓接機(jī)

圖16 端子

圖17 端子壓接間隙

圖18 端子線芯

圖19 壓接絕緣層圖

4．2 塑封

4．2．1 連接器塑封

線纜端接端子后，端子裝入連接器中。連接器端子依靠自身的卡爪結(jié)構(gòu)固定與連接器的塑膠基座中，通常端子在塑膠中的保持力不大于20N，對于尾端的線纜重量常常無法承受。因此，要保證線纜與連接器的可靠連接，不造成端子從連接器塑膠基座中松脫，常常采用塑封工藝對連接器端接部位進(jìn)行加工。如圖21所示，連接器端子與線纜端接后裝入連接器塑膠基座中，如圖22所示，尾端采用了塑封工藝的線纜。在此類塑封加工過程中，經(jīng)常出現(xiàn)塑封后連接器中的端子易位、塑封膠充入連接器對接端口問題，造成連接器線纜對接不良和失效。針對此類問題，可以采取一下以下措施解決:塑封模具設(shè)有連接器端子固定機(jī)構(gòu)、塑封前采取熱熔膠預(yù)先固定端子尾部、調(diào)整塑封壓力等參數(shù)。

圖21 焊接線纜

圖22 線纜注塑

4．2．2 電纜塑封

通常電纜的兩端端接有連接器，也有一些通訊電纜根據(jù)使用要求，線纜一端不端接連接器，而是采取甩線的方式加工。為了保證甩線部分線纜不被損壞，對線纜甩線部分要進(jìn)行塑封加工。塑封外形尺寸和形狀根據(jù)線纜具體的使用環(huán)境進(jìn)行確定，但有時線纜直徑和線纜塑封外形尺寸都受到到限制時，塑封加工造成外觀質(zhì)量和抗拉強(qiáng)度的不良。如圖23所示，該線纜原外形尺寸為10．2mm，塑封后外形尺寸不大于11．5mm，長度為40mm，如圖23所示。圖中右半部分塑封后出現(xiàn)導(dǎo)線外露外觀質(zhì)量問題，塑封拉力也不能滿足200N的要求。通過對塑封模具進(jìn)行修整，特別是對塑封膠口進(jìn)行調(diào)整，同時選擇合適的塑封材料及調(diào)整塑封工藝參數(shù)，解決了外觀和抗拉強(qiáng)度問題，如圖24所示，塑封線纜外觀質(zhì)量和尺寸均滿足技術(shù)要求。

5 抗腐蝕通訊電纜試驗(yàn)

5．1 雙85測試

如圖25所示，裝配完成的通訊電纜按照雙85測試要求進(jìn)行試驗(yàn)。經(jīng)過1000小時試驗(yàn)后，通訊線纜進(jìn)行基本電性能測試，包括絕緣電阻、耐電壓項(xiàng)目，均符合技術(shù)要求，外觀質(zhì)量有降低，但沒有出現(xiàn)破損等嚴(yán)重不良現(xiàn)象。如圖26所示，線纜上水晶頭試驗(yàn)前的照片，如圖27所示，1000小時試驗(yàn)后水晶頭的外觀照片，存在一些泛黃水跡，屬于外觀質(zhì)量的可接受范圍。

圖23 不合格注塑件

圖24 合格注塑件

圖25 通訊線纜

圖26 試驗(yàn)前水晶頭

圖27 試驗(yàn)后水晶頭

5．2 鹽霧試驗(yàn)

通訊電纜上連接器按照GB/T2423．17規(guī)定進(jìn)行了720小時鹽霧試驗(yàn)后，連接器外觀未出現(xiàn)鍍層脫落、腐蝕生銹等嚴(yán)重質(zhì)量問題。

5．3 防水等級IP67

圖28 防水測試設(shè)備

如圖28所示，GB4208標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定IP67防水等級:使用潛水箱，水面在外殼頂部以上至少0．15m，外殼底面在水面下至少1m。試驗(yàn)持續(xù)時間30min。如果試驗(yàn)后出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，則判定試驗(yàn)不合格。Dsub防水產(chǎn)品采用1m水深膠管進(jìn)行潛水試驗(yàn)，試驗(yàn)后防水產(chǎn)品未出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，結(jié)論合格。

6 抗腐蝕通訊電纜包裝設(shè)計(jì)

如圖29、圖30所示，需要設(shè)計(jì)專用的通訊電纜包裝盒，使用專用包裝盒可確保通訊電纜在運(yùn)輸過程中不受到損壞。合格的包裝盒需要按跌落試驗(yàn)要求進(jìn)行驗(yàn)證，確保包裝盒在運(yùn)輸過程中保護(hù)電纜。具體要求如下:

通訊電纜內(nèi)包裝使用單元包裝，外包裝使用紙箱包裝的產(chǎn)品應(yīng)進(jìn)行垂直跌落試驗(yàn)。包裝完成的整箱產(chǎn)品在垂直跌落試驗(yàn)后，外包裝紙箱不得出現(xiàn)破損，通訊線纜在內(nèi)包裝盒內(nèi)不得出現(xiàn)脫落、變形、鍍層損傷等外觀損傷。

圖29 線纜包裝盤

圖30 線纜包裝盒

跌落方式如下:

a)跌落地面為鋼板水平面，不變形，不移動;

b)跌落高度為1m;

c)跌落方式:六面、三棱、一角。

通過跌落試驗(yàn)驗(yàn)證，按圖29和圖30設(shè)計(jì)的通訊電纜內(nèi)包裝能夠保證電纜運(yùn)輸過程中不出現(xiàn)損傷等質(zhì)量問題。

7 結(jié)論

通訊電纜由于受到室外使用環(huán)境的影響，對通訊電纜設(shè)計(jì)提出了越來越高的要求，包括雙85測試、關(guān)鍵部件720小時的抗鹽霧腐蝕和IP67的防護(hù)等級要求。以上所述是我司在開發(fā)通訊連接器研制成熟經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，成功為國內(nèi)外主要通訊設(shè)備商開發(fā)通訊電纜的設(shè)計(jì)方法和制造手段的總結(jié)。對于目前常見的通訊電纜設(shè)計(jì)和制造，具有積極的指導(dǎo)作用。

［1］GB/T9535－2006《地面用晶體硅光伏組件設(shè)計(jì)鑒定與定型》國家質(zhì)監(jiān)局2005年6月．

［2］IPC/WHMA－A－620《線纜和線纜組件裝配技術(shù)要求及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》ANSI 2002年3月．