高海拔设备（装备）内部用氟塑线缆的浅谈摘要：高海拔设备（装备）作为一个使用在低氧、低压、高辐射、温差大的特定局域环境，设备（装备）的内部线缆承载着信号传输与交互控制、电能传输的基本作用，并且要抗电磁干扰、抗老化、抗高过载、高绝缘、低损耗、长寿命、可靠性高等多项工作性质任务。

从应用功能特性分析，主要分为设备控制线缆、通信数据线缆、动力缆、光电混合特种线缆四大类。

关键词：高海拔、氟塑，控制线缆、通信数据线缆，动力缆，光电混合特种线缆在全域通信时代，信息覆盖逐步往高海拔、高空、甚至近地轨道发展，这就要求相应的设备（装备）必须具备在高海拔环境中长期使用工作的能力。

线缆作为设备（装备）内部必备的组成部分，是支撑设备（装备）能否正常收发信号与动力输入与输出的血脉，不可或缺。

不同的结构和材质的线缆承载不同的功能使用特性，同时又由于信息与电力的传输是相辅相成同步发展的，因而线缆的制造及结构特性需要综合考虑。

高海拔设备（装备）的广泛布局使用也推动了整个高海拔设备（装备）内部用线缆制造行业技术的不断更替出新。

线缆作为各种高海拔设备内部用的“经脉”也进行着不断的更新换代，以适应多变的功能和环境。

以航空航天设备（装备）为例，使用环境多为密闭的局域环境，外部环境则更恶掠；又由于这些些线缆多要求耐高能射线辐射、耐高低温、过载能力强、整体线径偏小、重量轻、绝缘性能好、信号衰减小、抗老化、抗霉菌、使用寿命长等特点，目前能很好满足以上又可大批量使用的材料首选的都是含氟塑料，为加深使用者对此系列线缆的了解，下面针对这些线缆的分类和特性，做有针对性的分析解说，以便于使用者进行选择。

一、控制线缆普通设备（装备）内设备控制线主要分布在内部的信号控制端到执行端的过程，以及一级执行端到其子级执行端。

该类线缆的结构较简单，但用量很大。

由于设备（装备）往往要求便于携带和外部体积空间有限，这就对所用设备控制线提出了体积小、重量轻、耐高低温、耐振动、耐冲击等各种苛刻条件。

特定场合时的设备工作温度等级要求在：-65℃以上及+250℃以下。

一般普通设备控制线的正常温度裕度很窄，高温一般在125℃及以下等级，低温在-30℃及以上，很难用于设备（装备）特殊工作环境。

而氟塑材料制成的设备控制线经过试验和实际使用，完美的解决了高海拔条件下的设备（装备）的指标需求，该类电缆一般采用导体+氟塑绝缘+屏蔽结构+氟塑外护套的结构形式，也有少部分多芯成缆、屏蔽和护套的结构。

导体主要为绞合结构，分为：镀锡铜导体、镀银铜（合金）导体、镀镍铜（合金）导体和铝合金导体等。

绝缘分为挤包和覆膜绕包两种形式，见图1-1及图1-2。

该类电缆部分典型产品的材料选择及产品特点，详见下表。

表1 氟塑设备控制线的典型类别如图1-3，为设备控制线缆的一般典型结构，该类产品的各项性能指标满足GJB 773B-2015《航空航天用含氟聚合物绝缘电线电缆通用规范》，该标准基本涵盖了相应的应用材料和结构参数。

相关典型导体和屏蔽材料及其耐受温度在GJB 773B-2015表1有表述，如下:该类线缆结构相对来说比较简单，但是性能要求很高，在要求线缆结构小、重量轻的同时，还要保证线缆有较宽的安全使用裕度。

因此，从导体、绝缘材料的选择开始，经拉丝、镀层、束丝、绞合、挤塑、绕包、烧结、成缆、编织及辐照等多个加工生产环节，每个环节都有严格要求和关键控制点才能生产出全性能合格的产品。

图1-1 双层挤塑薄壁绝缘电线图1-2双层复合绕包绝缘电线图1-3设备控制电线缆的一般结构图二、通信数据线缆通信传输信号用的电缆主要分为数据信号和高频同轴缆两大类。

设备（装备用）通信数据线缆主要为数据总线和以太网数据线，而用于高海拔的设备系统中的各个电子设备的信息的汇总上报和命令传输，便于主控设备对各个部分信息的掌控。

相比较而言数据总线中又以CAN总线的功效更为突出，CAN即控制器局域网络，属于工业现场总线的范畴。

与一般的通信总线相比，CAN 总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。

由于其良好的性能及独特的设计，CAN总线越来越受到人们的重视。

由于CAN总线本身的特点，其应用范围已不再局限于汽车行业，而向自动控制、航空航天、医疗器械及传感器等领域发展。

而高频同轴缆又以氟塑料作为绝缘介质，其良好的性能，多用于设备线束连接器通信连接，大大提高了设备的可靠性。

作为产品的分类区别，基本都按所满足的标准作为区分：常规的总线型通信线有如下几种结构：主要结构如：图2-1、图2-2、图2-3、图2-4；实物如：图2-5、图2-6。

总线型通信数据线缆特性阻抗120±12Ω，绝缘很多采用皮-泡-皮结构或实芯氟塑绝缘结构；图2-1图2-2图2-3图2-4皮-泡-皮结构绝缘的特性：如图2-5、图2-6；图2-5图2-6TJ/CL 313《动车组电线电缆暂行技术条件》目前仍是通信电缆设计开发重要的参考标准依据；指向明确动车组用。

通信电缆在TJ/CL 313 中属于第三类型电缆，包括的WTB、 MVB、CAT5类型电缆，但缺少CAN、CAT7及同轴电缆等通信电缆的规定。

TJ/CL 313中对通信电缆中WTB、MVB类型数据总线电缆的传输性能参数规定主要来源于IEC 61375；对CAT5以太网电缆传输性能参数的规定来源于IEC 11801(TIA/EIA 568);且进行了较大裁剪。

图2-7图2-8有耐高、低温、耐油及酸碱腐蚀，使用寿命长的特点。

电缆数据传输性能良好，可用于百兆至千兆以太网数据通讯系统。

参考标准： TJ/CL 313 动车组电线电缆技术条件 TB/T 1484.3 机车车辆电缆第3部分：通信电缆 TIA/EIA 568.B.2 商务大楼电信布线标准第2 部分：平衡式双绞布线元件 EN 50288 用于模拟和数字通信及控制用多元件金属电缆 IEC 61156 数字通信用多芯及双芯/四芯电缆 EN 45545 列车防火要求。

技术特性：1）工作温度：-40℃～+125℃；2）耐压测试（芯对芯）：DC 1kV，1min ；AC 0.7kV 1min；3）耐压测试（芯对屏蔽）：DC 1kV，1min ；AC 0.7kV 1min；4）线间工作电容：≤5.6pF/100m；5）特性阻抗：（1～100）MHz (100±10)Ω；6）绝缘电阻：≥5000MΩ·km；7）线对对屏蔽电容不平衡△Cs：≤1.6pF/m；8）工作电压为300V；9）静态最小弯曲半径为电缆直径的6倍；动态最小弯曲半径为电缆直径的10倍；10）护套层机械特性满足TJ/CL 313-2014 表C.2技术要求。

11）防火特性满足EN45545标准R15、R16的HL3等级要求。

在设备（装备）内部，线缆之间的相互电磁干扰是不可避免的，因此，通信线缆都需要对传输线芯进行屏蔽，防止信号的外泄和其他信号的串干扰。

通信数据线缆多采用两芯对绞或多对成缆的方式，在降低内部串扰的同时，还能保证传输速率和带宽。

线缆结构以绞合为主，屏蔽分为单对分屏蔽和总缆芯屏蔽，用以提高信号传输的保密性和抗干扰能力（代表结构见图2-1）。

下表简单介绍两种数据信号电缆的特性。

表2-1 数据信号电缆产品特性与数据信号电缆相比，高频同轴缆的外导体具有一定的屏蔽性，为进一步提高保密性也可外加屏蔽层（代表结构见图2-2）。

高频同轴缆主要应用于对外的信息交流，使用的最高频率可达26GHZ，甚至40GHZ。

要保证同轴缆在如此高频率下正常的传输信号，对于材料的选取非常重要。

高频同轴缆的内、外导体一般选用镀银铜导体，减小在高频情况下导体引起的损耗，并且尽量控制内外导体结构的稳定；绝缘材料的介电常数ε和介质损耗角正切值tanδ会对射频同轴缆的衰减产生一定影响，因此对于绝缘材料的选择，既要考虑其介电常数越小越好，又要兼顾介质损耗角正切值遵循取小优先的原则。

下表为几种高温绝缘材料的高频性能对照。

表2-2几种高温绝缘材料的高频性能从表2-2不难看出，一般高频同轴缆都选择FEP或PTFE作为绝缘材料，为了进一步降低介电常数，还可采用发泡挤出或者微孔发泡PTFE带的绕包绝缘形式。

高频同轴缆的外层屏蔽一般为编织或金属箔包覆，为保护内部结构，提高屏蔽效果，可再附加一层外屏蔽层；外层护套一般选用FEP、EFFE或PTFE等材料，以对整根线缆进行整体防护（代表结构见图2-2）。

图2-1 数据信号电缆图2-2 高频同轴缆随着飞机的信息集成化的提高，传统带宽为100MHZ的数据信号缆将不能适应信号传输高速率、高带宽、高保密性的需求，而光纤光缆作为主流通信介质已在地面的应用中得到了验证，高速率、高带宽、防电磁干扰，再加上其体积小、重量轻等优点，势必成为飞机的主流通信介质。

然而，地面使用的光纤光缆的温度范围在-55℃~+75℃之间，如果在此温度范围以外的环境中使用，光纤的信号传输会受到严重影响。

国外已有部分特殊飞机采用了光纤光缆作为数据总线，目前相关产品的温度等级在125℃~150℃之间，以后可能会有进一步推广。

代表结构见下图。

图2-3 高温光缆三、电力电缆电力电缆分为直流和交流两种，主要用于设备（装备）的供电系统，保证供电安全。

直流额定电压为28.5v，交流额定电压为115/200v，现阶段使用的电缆的额定电压为0.6/1Kv。

目前主要采用有镀层的铜或铝合金材料作为导体，在保证电缆能量传输的同时，尽量降低电缆的重量。

绝缘材料一般选用多层绕包聚酰亚胺薄膜，外边采用FEP或PTFE作为保护层，部分产品还有金属或玻璃纤维编织+涂层对电缆进行保护（代表结构见图3-1）。

图3-1 电力电缆四、光电复合线缆由于应用环境和功能的特殊性而需要特殊加工制作，从而出现了一些特种线缆，这类线缆在飞机上的用量不大，但是却在飞机的线缆网络里面起到非常重要的作用。

如：高温耐火电缆，其主要应用在发动机舱及飞行器的关键电路中，该类电缆运行在极其恶劣的环境下，并可能与火焰直接接触。

飞机正常运行时，发动机舱周围的基础温度为260℃左右，并且温度不断攀升，产品的需求温度等级达到350℃，甚至450℃及以上。

高温防火电缆结构及材料选取如下所示。

表4 高温防火电缆结构、材料及产品特点高温防火电缆的代表结构如下所示。

除去高温耐火电缆以外，特种电缆还包括低噪音电缆、延时电缆以及螺旋电缆等等。

高海拔设备内部用氟塑线缆的分析研究作为线缆中的高端产品之一，是一个企业的技术能力和一个国家基础工业能力的体现。

未来的高海拔设备内部用氟塑线缆的分析研究将会向薄壁轻质、机械与电气性能俱佳以及宽泛的使用环境等方面发展，这将会对我们的材料加工和生产制造工艺提出更高的要求，推动线缆行业的发展。

作者简介：王本闯（1987- ），汉族，男，籍贯：河南省泌阳县，现任江苏永鼎盛达电缆有限公司技术总监附录A：根据GJB773B-2015的标准要求，含氟的聚合物材料的主要性能如下表：。