耐環境抗腐蝕通訊電纜的設計與制造

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境不同進行分類，主要有兩種:一種是用于室內使用的通訊電纜，通過建筑物或保護設備的保護，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，重點闡述室外電纜組件的執行標準，電纜組件中連接器的設計方法和電纜選擇標準，并對電纜組件制造過程中的常見問題進行分析并提出具體的解決辦法。

2 抗腐蝕通訊電纜的技術標準

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，外觀質量不能有嚴重損傷的現象。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準規定的試驗方法進行測試，并滿足相關的技術指標要求。

2．1 雙85測試

按IEC61215標準中規定，電纜組件需要滿足如下要求:

a．試驗基本方法根據GB/T2423．3規定;

b．試驗溫度:85℃ ±2℃;

c．相對濕度:85% ±5%;

d．試驗時間:1000h。

電纜組件經受時間為2h至4h恢復期后，電纜組件不得出現嚴重外觀質量缺陷，絕緣電阻性能和耐電壓性能滿足電纜技術指標要求。

2．2 鹽霧試驗

按GB/T2423．17標準中規定，電纜組件鹽霧試驗需要滿足如下要求:

a．鹽溶液的濃度應為(5±1)%;

b．試驗溫度:35℃ ±2℃;

c．pH 值:6．5 ～7．2;

d．試驗時間:720h。

電纜組件試驗后，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。進行目視檢查，外觀質量未出現鍍層脫落、銹蝕等問題。

2．3 防水等級IP67

按GB4208標準中外殼防護等級(IP代碼)中規定，電纜組件防護等級IP67需要滿足如下要求:

a．第一位數字6:對設備防護的含義為塵密(防止固體異物進入)，對人員防護的含義(防止接近危險部件)為金屬線(直徑1mm的試具不得進入殼內);

b．第二位數字7:對設備防護的含義為短時間浸水，時間為30min;

c．水深1000mm。

電纜組件試驗后，檢查外殼不得有進水現象。

(4)電性能指標

通訊電纜電性能指標具體按使用要求規定，本文不作說明。

3 抗腐蝕通訊電纜的設計

通訊電纜組件需要滿足上述技術指標要求，才能適用于室外環境長期使用而不產生電性能下降或損壞等質量問題。如何才能保證通訊電纜滿足以上技術要求，需要對通訊電纜組件的部件材料進行選擇、防水結構設計以及通過工藝手段各方面進行保證。

3．1 連接器設計

3．1．1 連接器防水結構設計

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成通訊電纜，使用時通過兩端的連接器與通訊設備上的連接器端口實現快速連接。連接器是通訊電纜的重要組成部件，連接器的機械性能和電性能指標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防護等級要求。

圖1 鎖頭安裝

圖2 鎖頭結構

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柜設備，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、鎖頭與機柜設備安裝位置通過防水結構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系，其中小密封圈用于連接器鎖頭與設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系。

3．1．2 連接器抗腐蝕設計

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進行檢驗，例如鹽霧試驗、混合氣體試驗等。為了保證連接器抗腐蝕能力，通常需要注意以下幾點:

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的要求，通常連接器外殼需要進行電鍍處理。根據耐鹽霧時間的不同，可以采取不同的表面處理方式:

3．2 電纜防水結構設計

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:

a．電纜滿足 VW－1阻燃要求，執行標準UL758/IEC60331－1;

b．電纜抗UV老化，執行標準UL15081－2000;

c．電纜符合RoHS和REACH標準;

以上是電纜基本的性能要求，其他具體要求根據使用環境和用戶要求執行。

3．2．2 電纜塑封

圖4 低壓注塑機

圖5 低壓注塑產品

圖6 低壓注塑存儲器

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

3．2．3 電纜防水結構

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構實現防水功能，但對于常規使用的連接器如何在不改變連接器自身結構的情況下實現防水功能，則需要配備專用的防水機構。

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構，如圖7和圖8所示。防水線夾可與連接器一同配套使用，防水線夾結構尺寸與連接器的尺寸匹配，特別是安裝螺釘的安裝孔尺寸完全一樣。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構安裝于防水線夾的內腔，防水線夾兩側的鎖緊螺釘通過連接器兩側的安裝孔。圖8是使用此防水線夾的連接器線纜的安裝圖，防水線夾兩側的鎖緊螺釘與固定與安裝板上的安裝螺釘進行鎖緊，實現線纜的對接及防水功能。

對于無法實現連接器結構防水的連接器，特別是受到自身外形尺寸及結構限制，如圖9所示，不能自身實現防水功能，可以采用摩梭套這種防水結構的部件。

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標準涉及剝線、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，剝線經常出現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，則需要調試好剝線機并對剝線后的線芯進行外觀檢查，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所示的壓接設備壓接連接器端子。壓接端子時必須按照IPC620標準規定進行壓接、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標準的要求，同時進行端子保持力的測試，線芯的壓接保持力要滿足連接器產品的詳細規范的要求。

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，芯線和零件的焊點有一羽毛狀的邊緣，形狀為一凹面。可接受的焊點上錫的滲透性所形成的接觸角是90°或更小。具體焊接標準及要求必須滿足IPC620中4．8焊錫要求的規定。

圖12 剝線

圖13 斷絲

圖14 散絲

圖15 端子壓接機

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構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，經常出現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:塑封模具設有連接器端子固定機構、塑封前采取熱熔膠預先固定端子尾部、調整塑封壓力等參數。

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行塑封加工。塑封外形尺寸和形狀根據線纜具體的使用環境進行確定，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量和抗拉強度的不良。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導線外露外觀質量問題，塑封拉力也不能滿足200N的要求。通過對塑封模具進行修整，特別是對塑封膠口進行調整，同時選擇合適的塑封材料及調整塑封工藝參數，解決了外觀和抗拉強度問題，如圖24所示，塑封線纜外觀質量和尺寸均滿足技術要求。

5 抗腐蝕通訊電纜試驗

5．1 雙85測試

如圖25所示，裝配完成的通訊電纜按照雙85測試要求進行試驗。經過1000小時試驗后，通訊線纜進行基本電性能測試，包括絕緣電阻、耐電壓項目，均符合技術要求，外觀質量有降低，但沒有出現破損等嚴重不良現象。如圖26所示，線纜上水晶頭試驗前的照片，如圖27所示，1000小時試驗后水晶頭的外觀照片，存在一些泛黃水跡，屬于外觀質量的可接受范圍。

圖23 不合格注塑件

圖24 合格注塑件

圖25 通訊線纜

圖26 試驗前水晶頭

圖27 試驗后水晶頭

5．2 鹽霧試驗

通訊電纜上連接器按照GB/T2423．17規定進行了720小時鹽霧試驗后，連接器外觀未出現鍍層脫落、腐蝕生銹等嚴重質量問題。

5．3 防水等級IP67

圖28 防水測試設備

如圖28所示，GB4208標準中規定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。試驗持續時間30min。如果試驗后出現滲水現象，則判定試驗不合格。Dsub防水產品采用1m水深膠管進行潛水試驗，試驗后防水產品未出現滲水現象，結論合格。

6 抗腐蝕通訊電纜包裝設計

如圖29、圖30所示，需要設計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輸過程中不受到損壞。合格的包裝盒需要按跌落試驗要求進行驗證，確保包裝盒在運輸過程中保護電纜。具體要求如下:

通訊電纜內包裝使用單元包裝，外包裝使用紙箱包裝的產品應進行垂直跌落試驗。包裝完成的整箱產品在垂直跌落試驗后，外包裝紙箱不得出現破損，通訊線纜在內包裝盒內不得出現脫落、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。

通過跌落試驗驗證，按圖29和圖30設計的通訊電纜內包裝能夠保證電纜運輸過程中不出現損傷等質量問題。

7 結論

通訊電纜由于受到室外使用環境的影響，對通訊電纜設計提出了越來越高的要求，包括雙85測試、關鍵部件720小時的抗鹽霧腐蝕和IP67的防護等級要求。以上所述是我司在開發通訊連接器研制成熟經驗的基礎上，成功為國內外主要通訊設備商開發通訊電纜的設計方法和制造手段的總結。對于目前常見的通訊電纜設計和制造，具有積極的指導作用。

［1］GB/T9535－2006《地面用晶體硅光伏組件設計鑒定與定型》國家質監局2005年6月．

［2］IPC/WHMA－A－620《線纜和線纜組件裝配技術要求及驗收標準》ANSI 2002年3月．