銅纜制造工藝是保證高性能傳輸基礎(chǔ)

2019-11-03 10:09:05

字體：大中小

供稿：網(wǎng)友

　　對線纜制造工藝的深入了解會(huì)有助于您甄別性能優(yōu)異的布線系統(tǒng)，保護(hù)您的投資利益。

　　今天，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對其傳輸介質(zhì)的要求比以往任何時(shí)候都高。20年前用于承載窄帶電話業(yè)務(wù)的雙絞線技術(shù)，現(xiàn)在被用來支持高達(dá)250Mhz帶寬的數(shù)字信息。然而，從外觀上感覺6類雙絞銅纜和最早的雙絞銅纜沒有很大區(qū)別。那么，是什么樣的技術(shù)革新使銅纜線可提供如此高的帶寬和杰出的電氣性能呢？

　　關(guān)鍵在于原材料、生產(chǎn)工藝和線纜構(gòu)造的不斷改進(jìn)，讓今天的線纜獲得這樣高的性能。

　　要生產(chǎn)出性能優(yōu)異的非屏蔽雙絞線纜（UTP），必須嚴(yán)格控制每道主要制造工藝，包括事先仔細(xì)篩選銅導(dǎo)線和熱塑材料，主導(dǎo)線的絕緣，兩根主導(dǎo)線相互扭絞成一根雙絞線，將數(shù)根雙絞線合成線纜，套上線纜外皮，最后包裝成品。為確保成品線纜的性能符合相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)要求，每一個(gè)制造階段，都必須經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，每一個(gè)工藝過程都必須經(jīng)過嚴(yán)格控制。

　　線纜的制作包括12個(gè)步驟，從裸露的銅導(dǎo)線開始，到雙絞線被卷在卷軸上為止。

　　主導(dǎo)線設(shè)計(jì)

　　主導(dǎo)線用來制作雙絞線，是由22到24AWG銅導(dǎo)線在外面裹一層絕緣材料而成。盡管它的結(jié)構(gòu)看起來很簡單，但是主導(dǎo)線的每一個(gè)特性都需要細(xì)心控制，以確保電氣和機(jī)械性能符合要求。主要特性包括銅導(dǎo)線的橫截面，銅導(dǎo)線外表面的輪廓和光滑度，以及在絕緣材料內(nèi)部導(dǎo)線的同心度。

　　一個(gè)雙絞線對包括兩根22到24AWG的銅導(dǎo)線，每一根外面都包裹一層絕緣材料。絕緣材料里的導(dǎo)線的同心度是決定導(dǎo)線性能的關(guān)鍵。

　　插入損耗（衰減）、阻抗和回波損耗等測量參數(shù)都直接和主導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)有關(guān)。

　　插入損耗表示信號(hào)通過一段距離傳輸后的損耗。因此，更粗的銅導(dǎo)線直徑，銅導(dǎo)線的正確退火，以及單位長度的絞線扭絞數(shù)減小，都是降低信號(hào)損耗的方法。

　　影響阻抗和回波損耗性能的有銅導(dǎo)線的直徑和形狀這樣的物理外形，絕緣材料的性質(zhì)，分散因子和主絕緣材料的厚度。表面缺陷，銅導(dǎo)線表面粗糙，橫截面呈橢圓形，或?qū)Ь€直徑有變化，都會(huì)導(dǎo)致線纜阻抗不一致，形成信號(hào)反射。主絕緣線纜的銅導(dǎo)體中心位置和圓截面，或橢圓度，也影響回波損耗。在壓制主絕緣層之前，必須格外小心不要讓裸露的銅導(dǎo)線受到損壞，保持導(dǎo)線表面的清潔，不能粘有異物。

　　典型的主導(dǎo)線制作過程是雙輪絕緣壓制流程，將導(dǎo)線繞通過兩個(gè)輪子傳動(dòng)，通過擠壓模具，進(jìn)行將絕緣材料裹壓在導(dǎo)線表面。這樣作的好處有，出線速度更快，全部過程自動(dòng)化，與手工相比，對導(dǎo)線造成的損壞幾乎沒有。

　　拉絲工藝

　　雙輪絕緣壓制流程的第一步是通過一組孔徑遞減的14-17道鉆石模具，把直徑較大的硬銅線（典型的12或13AWG），拉細(xì)到最后22到24AWG銅線。用一個(gè)滑輪從每個(gè)模具中拉出銅線，因?yàn)殂~線被拉長，所以截面直徑變小，因而隨后的滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)的速度也相應(yīng)加快。因?yàn)樵诶€的同時(shí)，產(chǎn)生大量的熱，所以拉線設(shè)備必須不斷進(jìn)行冷卻、潤滑，以延長模具使用壽命，減少滑動(dòng)，使銅線表面光滑。完成的銅導(dǎo)線從模具中由一個(gè)絞盤拉出，然后進(jìn)行退火。

　　6類線纜的制造工藝包括通過一個(gè)配置盤和模具把多個(gè)雙絞線對和一個(gè)星型分隔器拉出來。

　　由于銅導(dǎo)線在拉線過程會(huì)逐漸變硬，拉出來的導(dǎo)線會(huì)變脆易折，因此退火工藝非常重要，直接影響導(dǎo)線的傳輸性能，特別是可以降低插入損耗。退火設(shè)備將裸導(dǎo)線迅速加熱到高溫，導(dǎo)線被置入一個(gè)充滿蒸汽的容器內(nèi)，促使其適當(dāng)軟化，以獲得所需的延展性。退火讓導(dǎo)線更實(shí)用，提高了傳輸性能，特別是降低了插入損耗。

　　在退火工藝之后是主絕緣壓制流程。絕緣材料的選擇要取決于c（UL）著火等級(jí)（plenum型CMP/FT6或豎直型CMR/FT4），傳輸性能的等級(jí)。除了低的靜電容量和漏電損耗，以及很好的絕緣性能和耐電壓能力以外，絕緣材料還要靈活、耐磨。通過在絕緣材料里加入滅火物質(zhì)（氯）、不易燃材料（氟）以及耐火材料（粘土），可以使線纜具有不同程度的阻燃性能。

　　為不同類的線纜選擇主導(dǎo)線的絕緣材料，需要考慮許多因素。特別是壓制線的速度和電氣性能，它們在很大程度上將影響UTP線纜最后的價(jià)格和性能。比如，LSPVC和FEP都屬于plenum型著火級(jí)別。盡管LSPVC主絕緣在350°F，相當(dāng)?shù)偷臏囟认聣褐疲榫€速度達(dá)到7000英尺/分鐘，但美中不足的是，LSPVC組件的電氣性能沒有能達(dá)到5e類和6類的傳輸要求。

　　FEP組件的電氣性能雖然達(dá)到數(shù)據(jù)等級(jí)，然而，由于需要特制的高溫壓制設(shè)備和具有獨(dú)特的熔化流動(dòng)特性的炭氟絕緣材料，F(xiàn)EP極難制造。而且，F(xiàn)EP的絕緣壓制時(shí)的抽線速度只有區(qū)區(qū)2000英尺/分鐘。由于豎直型級(jí)別的主絕緣部分的材料特性，它們可以在低溫下以7000英尺/分鐘的抽線速度壓制出所有類的線纜。較慢的抽線速度和更好的原材料是plenum型級(jí)別線纜的成本比豎直型級(jí)別線纜高出很多的主要原因。

　　絕緣工藝

　　絕緣壓制工藝包括熔化、均勻處理，并通過一個(gè)壓制頭壓成（排出氣泡）小的彩色的熱塑小球。在這個(gè)過程中，絕緣材料壓制到一個(gè)預(yù)熱了的銅裸線上。

　　銅線在絕緣壓制之前需要預(yù)熱，是為了讓絕緣材料很好地覆蓋到銅裸線上，同時(shí)也是為了保證絕緣材料具有很好的物理性能（抗張強(qiáng)度和延展性）。有趣的是，雙輪絕緣壓制工藝過程中，抽線速度保持不變。而象一些工藝制作上的變化，諸如絕緣層厚度和表面的處理，靠調(diào)節(jié)從壓制頭拉出的材料的數(shù)量、塑料熔化的溫度和壓制的壓力來實(shí)現(xiàn)。

　　隨著絕緣壓制抽線速度的增加，逐級(jí)冷卻時(shí)間就變得越來越重要了，冷卻操作必須調(diào)節(jié)得更精確。對導(dǎo)線進(jìn)行逐級(jí)冷卻確保了絕緣層很好地覆蓋在導(dǎo)線表面，也為主導(dǎo)線進(jìn)行無接觸測試和處理作準(zhǔn)備。主導(dǎo)線的冷卻技術(shù)包括循環(huán)水槽和噴霧室。

　　使用噴水霧冷卻的兩個(gè)絞盤把主導(dǎo)線從冷卻水槽里拉出來。絞盤的結(jié)構(gòu)很關(guān)鍵，這是因?yàn)樗钦麄€(gè)雙輪絕緣壓制流程的速度控制裝置。水冷卻絞盤和把導(dǎo)線從模具中拉出來的絞盤做同步轉(zhuǎn)動(dòng)，以確保整個(gè)制造過程中的對線牽力的平滑調(diào)節(jié)。絞盤之間和每個(gè)絞盤內(nèi)部的閉環(huán)反饋確保流程速度的同步。反饋控制確保在整個(gè)流程沒有一處出現(xiàn)遲滯，遲滯會(huì)產(chǎn)生“抖動(dòng)”，甚至導(dǎo)致主絕緣層表面的磨損。

　　電子監(jiān)控設(shè)備

　　先進(jìn)的非接觸式電子設(shè)備，時(shí)刻監(jiān)控著主導(dǎo)線在絕緣壓制生產(chǎn)線上各個(gè)階段的電氣和機(jī)械性能。比如，在生產(chǎn)線的幾個(gè)關(guān)鍵地方，監(jiān)控裝置測量出下列信息：導(dǎo)線直徑，導(dǎo)線溫度，導(dǎo)線在退火和絞盤之間的線牽力，和絞盤和卷線輪之間的線牽力。除了直徑，光學(xué)直徑計(jì)量計(jì)也監(jiān)控松動(dòng)，“瓶頸”（直徑突然發(fā)生變化），和在絕緣層里或表面的其它物理缺陷。其它一些計(jì)量計(jì)監(jiān)控同心度，橢圓度，和電容。一個(gè)內(nèi)部運(yùn)算模塊進(jìn)行快速傅利葉變換（FFT），計(jì)算受測的絕緣層直徑和電容，可以嵌入到導(dǎo)線里，監(jiān)控導(dǎo)線阻抗性能。

　　絕緣測試用來檢查絕緣體的完整性，它讓絕緣化的導(dǎo)線，穿過一個(gè)帶電的球鏈簾。球鏈簾帶有高電壓，一般是2500V DC，絕緣層里的裂紋會(huì)暴露出來，裸露出來的銅導(dǎo)線也因會(huì)造成漏電而被檢查出來。

　　流程控制器記錄了被嵌入式監(jiān)控設(shè)備查出來的每一個(gè)缺陷的精確位置，這便于在下一個(gè)制造工序之前，進(jìn)行識(shí)別、排除和分析。

　　主導(dǎo)線完成絕緣處理后，要經(jīng)過一個(gè)加速器，這是為了在產(chǎn)品纏到卷線輪上時(shí)，保持一致的線牽力，一個(gè)卷軸纏的線可達(dá)15000英尺。在整個(gè)制造流程，加速器在保持不變的線牽力方面起到重要作用。包括在更換線軸時(shí)，加速器使線牽力能夠保持不變，從而可以不中斷生產(chǎn)。

　　雙絞線對的實(shí)現(xiàn)

　　通訊用線纜使用雙絞線結(jié)構(gòu)，既支持強(qiáng)大而靈活的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，又獲得優(yōu)異的傳輸性能和電磁兼容能力（低的輻射泄漏和高的信號(hào)抗干擾性）。雙絞線纜在抗噪聲干擾（串?dāng)_）方面很成功，這是因?yàn)椋鼈兊碾p絞結(jié)構(gòu)支持不同的信號(hào)傳輸制式。這就是說，一根雙絞線的兩條導(dǎo)線（尖導(dǎo)線和環(huán)繞導(dǎo)線）上傳輸?shù)男盘?hào)電壓幅值相等，相位相反。

　　雙絞線結(jié)構(gòu)使外界（相鄰雙絞線對或線纜環(huán)境）在一根線對的兩條導(dǎo)線上產(chǎn)生的一對噪聲，電壓幅值相等而且相位也相同。基于接受兩根導(dǎo)線的差分信號(hào)的接收設(shè)備，把線對上的噪聲看做兩個(gè)相近的電壓值，這樣，它們在信號(hào)重構(gòu)過程中很容易被去掉。通過設(shè)計(jì)，4線對線纜的每個(gè)線對可以有不同的雙絞數(shù)，以確保抑制外界和鄰近線對帶來的串?dāng)_。

　　在制造過程中，保持一致的線牽力和雙絞線的層數(shù)是至關(guān)重要。6類線纜的雙絞層更密，而且比5e類和3類線纜控制得更嚴(yán)格。因此，要制造更高性能的UTP線纜，必須有精度更高、技術(shù)更先進(jìn)的設(shè)備以及更慢的工藝速度。

　　制造數(shù)據(jù)級(jí)別的雙絞線，需要使用預(yù)先纏繞設(shè)備來為進(jìn)行纏繞工序準(zhǔn)備導(dǎo)線。預(yù)纏繞機(jī)器裝有旋轉(zhuǎn)著的弓，這是為了在纏繞之前，增加導(dǎo)線的扭轉(zhuǎn)力，扭轉(zhuǎn)力使兩根主導(dǎo)線在纏繞期間自動(dòng)相互纏繞。這種機(jī)械增強(qiáng)更好的調(diào)節(jié)了雙絞線對的導(dǎo)線中心距，降低了返回?fù)p耗和阻抗。

　　纏繞設(shè)備作用在每根主導(dǎo)線上的扭力必須一樣大，這樣才能保證線對的扭絞平衡。數(shù)據(jù)級(jí)別主導(dǎo)線使用群絞技術(shù)，兩個(gè)弓繞著一個(gè)卷軸旋轉(zhuǎn)，4根導(dǎo)線通過分線板進(jìn)入弓的軸心。當(dāng)導(dǎo)線穿過弓時(shí)，它們還通過兩個(gè)反向滑輪。每個(gè)滑輪把一對導(dǎo)線扭成線對，這樣，這個(gè)機(jī)器就叫做“群絞設(shè)備”。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是增加了產(chǎn)量和扭絞層數(shù)的準(zhǔn)確性。

　　用于5e類線纜制造的雙扭絞纏繞器能同時(shí)扭絞4根線對，每一對的扭絞層數(shù)都可不同。扭絞完的線對從輸出卷軸，通過以一定速度（由相應(yīng)的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)組件控制速度，這個(gè)速度決定了4線對中每一個(gè)線對的扭絞層數(shù)）轉(zhuǎn)動(dòng)的扭絞弓，被一個(gè)主驅(qū)動(dòng)絞盤拉出來。在4個(gè)線對繞在旋轉(zhuǎn)的卷軸時(shí)，4個(gè)線對合成線纜。這個(gè)過程的線速一般是3類線纜300英尺/分鐘，5e類線纜芯100英尺/分鐘。

　　6類扭絞技術(shù)要求使用當(dāng)今最精確的線動(dòng)力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。例如，連續(xù)監(jiān)控并保持線速穩(wěn)定的伺服馬達(dá)控制器和AC矢量驅(qū)動(dòng)器。由于高精度雙群絞設(shè)備在雙輪傳動(dòng)中使導(dǎo)線絞成線對，所以雙絞線的層數(shù)可以任意設(shè)定。改進(jìn)的弓設(shè)計(jì)減小了由于線對上的側(cè)力或拉力造成的性能下降。

　　4線對在最后的套線纜外皮之前合成線纜。在這道工序里，扭絞線對或扭絞線對和填充材料（象星型分隔器），通過一個(gè)分線板和模具，合成線纜。成纜工序增加了線纜的靈活性和強(qiáng)度，也有助于防止在套上線纜外皮后線對松動(dòng)并分開。

　　套裝線纜外皮和包裝

　　給線纜芯套上外皮主要是為了保護(hù)線纜不會(huì)在使用中損壞，扭絞的線對不會(huì)變形。在套外皮期間，可以先在線纜芯上系上拉索。

　　線纜外皮正在被套在絕緣導(dǎo)線外面，外皮保護(hù)線纜不會(huì)在使用時(shí)受到損壞，也避免了雙絞導(dǎo)線擰絞圈數(shù)的變化。

　　目前，國內(nèi)各類布線線纜主要還是以PVC外護(hù)套為主，而PVC會(huì)發(fā)生絕緣老化，發(fā)脆，已及燃燒時(shí)會(huì)散發(fā)出HCI等有害氣體和煙霧，已引起人們的重視。因此，隨著人們環(huán)保安全意識(shí)的不斷增強(qiáng)，在國內(nèi)外的重大工程中環(huán)保型線纜即“低煙無鹵無毒”阻燃線纜的運(yùn)用已越來越普遍。

　　在護(hù)套生產(chǎn)時(shí)，噴墨打印機(jī)在外皮上印上圖標(biāo)符號(hào)。這些標(biāo)記一般包括相反的連續(xù)長度，制造日期和可追溯的識(shí)別標(biāo)簽。在重新纏線時(shí)，線纜的長度，從主卷軸上的10萬英尺縮短到最后包裝的1000英尺。

　　包裝可有的選擇包括，木制的卷軸，以及“無軸”盒（通常都指Reelex牌產(chǎn)品）。無軸包裝需要與其它包裝不同的設(shè)備把加工的線纜盤成一個(gè)線纜自支承的8字型，放入一個(gè)裝有出線嘴的紙盒里，使用時(shí)，隨意從出線嘴里抽出線纜。

　　世界領(lǐng)先的線纜制造基地

　　德特威勒線纜系統(tǒng)（上海）有限公司成立于2001年9月，座落于上海浦東康橋工業(yè)區(qū)內(nèi)，廠區(qū)面積近6000平方米。總投資額為2500萬美元，先后從法國、德國和瑞士等國家進(jìn)口了處于世界領(lǐng)先的雙絞線生產(chǎn)流水線，結(jié)合專利的生產(chǎn)技術(shù)和嚴(yán)格的生產(chǎn)線質(zhì)量管理模式，不僅保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)使自己的生產(chǎn)能力得到了大幅度的提高，成為世界一流的結(jié)構(gòu)化布線廠家。

　　德特威勒線纜系統(tǒng)（上海）有限公司的生產(chǎn)過程均獲得ISO9001-2000質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證。所生產(chǎn)的產(chǎn)品均以通UL、3P等國際著名認(rèn)證機(jī)構(gòu)的認(rèn)證，也通過了國家權(quán)威機(jī)構(gòu)——信息產(chǎn)業(yè)部數(shù)據(jù)通信產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的產(chǎn)品檢測。同時(shí)德特威勒線纜系統(tǒng)（上海）有限公司是所有綜合布線廠商中第一家取得了國防通信入網(wǎng)證的企業(yè)。