阅读说明：本技术 一种深海潜航设备用纵向水密复合缆及其制备工艺 (Longitudinal watertight composite cable for deep sea underwater vehicle and preparation process thereof ) 是由 袁保平 鲁海燕 洪永飞 黄年华 于 2020-05-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及深海潜航用电缆领域,具体涉及一种深海潜航设备用纵向水密复合缆及其制备工艺,该电缆包括电力控制单元、网络传输单元,在电力控制单元和网络传输单元的外侧依次设置有第二阻水绕包层、内护套、铠装、外护套。本发明复合缆满足纵向水密功能要求,耐纵向水压6.75Mpa,实现了纵向水密、网络信号传输、电力控制信号传输等功能的综合化,利用结构的复合化设计,以解决其相互间的电磁兼容问题。(The invention relates to the field of cables for deep sea underwater navigation, in particular to a longitudinal watertight composite cable for deep sea underwater navigation equipment and a preparation process thereof. The composite cable meets the requirements of longitudinal watertight function, resists longitudinal water pressure of 6.75Mpa, realizes the integration of longitudinal watertight, network signal transmission, electric power control signal transmission and other functions, and solves the problem of mutual electromagnetic compatibility by utilizing the composite design of the structure.)

一种深海潜航设备用纵向水密复合缆及其制备工艺

技术领域

本发明涉及深海潜航用电缆领域技术领域，特别涉及一种深海潜航设备用纵向水密复合缆及其制备工艺。

背景技术

纵向水密电缆的纵向水密性能是指在极端情况下，在水下的电缆其纵向端面受损或断裂后，沿该端面的纵向水压仅能在一定距离内传播，使水压不会沿电缆透过而危及人员安全或造成设备损坏；具有纵向水密功能的复合缆是水下装备、设施的神经和血管，纵向水密电缆因其结构的特殊性，研制难度大，一直是特种电线电缆领域科技含量的代名词，而深海潜航设备供电控制及高速网络传输用纵向水密复合缆更堪称是纵向水密电缆皇冠上的明珠，但深海潜航用的电缆及光缆复合缆的研发一直存在难度，既要满足纵向水密的要求，又要解决相互间的电磁兼容问题等要求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明开发了一种深海潜航设备用纵向水密复合缆及其制备工艺。满足纵向水密功能要求，耐纵向水压6.75Mpa，实现了纵向水密、网络信号传输、电力控制信号传输等功能的综合化，利用结构的复合化设计，以解决其相互间的电磁兼容问题。

本发明具体方案如下：

一种深海潜航设备用纵向水密复合缆，包括：

电力控制单元，所述电力控制单元包括若干复合绝缘线芯，所述复合绝缘线芯包括注胶导体，注胶导体外设置有复合绝缘层，复合绝缘线芯绞合后外层设置有第一阻水绕包层，所述复合绝缘层包括聚乙烯内绝缘层和聚烯烃外绝缘层，内绝缘层和外绝缘层的厚度比为 1:1～2；注胶导体所用胶为速干氯丁胶；速干氯丁胶为混配型，由氯丁橡胶、增粘树脂、快挥发溶剂、防老剂、促进剂、交联剂等组成，表干速度快，在300℃预热管内可2s烘干，表干后与金属导体粘合性好，对金属无腐蚀性，更适合生产水密导体使用；

网络传输单元，所述网络传输单元包括若干网络传输线芯，网络传输线芯包括网络传输导体，网络传输导体外设置有绝缘层，网络传输线芯绞合后外层设置有屏蔽层；

电力控制单元和网络传输单元绞合，绞合后依次设置阻水绕包层、内护套、铠装、外护套。

优选的，网络传输单元的屏蔽层包括从内到外设置的铝箔绕包层和编织屏蔽层，铝箔绕包层的绕包搭盖率为40～50％，编织屏蔽层的编织密度不低于88％。铝箔绕包屏蔽和编织屏蔽组成复合屏蔽层，极大的提高了屏蔽效果。

优选的，所述铠装为复合阻水铠装，复合阻水铠装包括编织铠装以及设置在编织铠装两侧的阻水绕包带层。如此设置的铠装避免了传统的在编织铠装两侧涂胶来阻水，从使得两侧的阻水层厚度均匀统一，另一方面更加方便拆装。

优选的，所述电力控制单元所含复合绝缘线芯为4～19组，所述网络传输单元为2～10组。根据不同复合缆的需求，选择不同数量。

优选的，所述电力控制单元中所含复合绝缘线芯为多组，多组复合绝缘线芯边注胶单组分室温硫化硅胶边绞合成缆，形成电力控制单元。此处注胶的作用一方面使得绞合所成缆结构更加稳定，另一方面所注胶也可以起到阻水的作用。室温硫化硅胶为白色乳液状，无毒无腐蚀，主要成分为硅胶、填充剂、交联剂、抗氧剂等，室温硫化硅胶在自然环境中与空气接触后发生交联固化，粘附在绝缘表面，与外层聚烯烃材质紧密粘合，起到密封空隙的效果。

优选的，所述网络传输单元为多组，多组网络传输单元分散围绕电力控制单元绞合，绞合同时注胶单组分室温硫化硅胶。如此排列方式使得复合缆的电力传输性能和网络传输性能更佳。此处注胶的作用一方面使得绞合所成缆结构更加稳定，另一方面所注胶也可以起到阻水的作用。

优选的，复合绝缘线芯、内护套和外护套均经辐照交联，辐照后复合绝缘线芯的热延伸值应≤30％。

优选的，还包括填充芯，所述填充芯与复合绝缘线芯绞合；和/或与带有绝缘层的网络传输导体绞合；和/或与电力控制单元和网络传输单元绞合。即，填充芯是根据复合缆的需要，与不同的单元进行绞合，以达到复合缆所需特定形状或其他目的。

前述所述的一种深海潜航设备用纵向水密复合缆的制备工艺，包括：

1)制备电力控制单元：

A注胶导体由多股含镀层铜芯绞合，后在绞合模具中灌注速干氯丁胶填充空隙形成；

B注胶导体外双层共挤挤包聚乙烯内绝缘层和聚烯烃外绝缘层组成的复合绝缘层，聚乙烯内绝缘层和聚烯烃外绝缘层的厚度比列为1:1～2，注胶导体和复合绝缘层组成复合绝缘线芯，复合绝缘线芯经辐照交联，辐照后复合绝缘的热延伸值应≤30％；辐照使得复合绝缘线芯的热延伸等性能更好，增强了最终的复合缆的性能。

C若干复合绝缘线芯绞合成缆，成缆时在成型模具前加注单组分室温硫化硅胶，并绕包第一阻水绕包层；

2)制备网络传输单元：

a网络传输导体外层挤包绝缘层形成网络传输线芯；

b若干组步骤a所得网络传输线芯绞合成缆；

c在步骤b所得缆外设置屏蔽层；

3)若干网络传输单元与若干电力控制单元成缆，成缆时边注胶单组分室温硫化硅胶边绞合，后绕包阻水带形成第二阻水绕包层，第二阻水绕包层的绕包搭盖率为40％～50％。

4)在步骤3)所得成缆外层挤包内护套，内护套挤出后经电子加速器辐照交联；辐照使得内护套的热延伸等性能更好，增强了最终的复合缆的性能。

5)在内护套外设置铠装；

6)在铠装外挤包外护套，外护套经过电子加速器辐照交联。辐照使得外护套的热延伸等性能更好，增强了最终的复合缆的性能。

优选的，步骤2)中屏蔽层的设置步骤包括：继步骤b，在成型模具中加注单组分室温硫化硅胶并绕包单面聚酯铝箔形成铝箔绕包层，铝面向外，铝箔绕包搭盖率40％至50％，然后编织一层含镀层铜丝屏蔽形成编织屏蔽层，编织密度≥88％。单面聚酯铝箔为批量化生产时更容易实现的工艺。

有益效果

(1)本发明复合缆集合了网络传输功能和弱电控制传输功能；

(2)本发明复合缆满足纵向水密功能要求，耐纵向水压6.75Mpa,适合洋环境应用，为潜艇、水下潜航器、探测器、水下设施等提供电力传输和控制信号传输,具备数字网络信号传输功能；

(3)实现了纵向水密、网络信号传输、电力控制信号传输等功能的综合化，利用结构的复合化设计，以解决其相互间的电磁兼容问题。

(4)双层共挤复合绝缘，聚乙烯在内层防水、防潮，与阻水导体更紧密包覆，聚烯烃在外层，利用其是非极性材料性能与阻水胶粘合更加紧密，达到抗高水压目的。双层方案提高了绝缘的强度和安全性。

(5)注胶后采用铝箔和镀锡编织复合屏蔽，改善因注胶造成的网络综合介电性能变化，使网络信号仍然能够达到无注胶状态的网络传输性能；双层复合屏蔽增加了网络单元的机械性能，使其在深海中保持结构稳定，传输性能稳定。

(6)区别于传统铠装的涂胶阻水模式，本发明采用复合形式，及镀锡编织铠装内外均绕包阻水带，三层共同起到阻水、铠装、加强、防护作用，保证深海应用的阻水性、深海的抗压性，铠装不涂胶，加工灵活可控，更适合批量工业化实施，内、外绕包的阻水带强度远大于涂胶模式，对深海下的电缆起到和好的防护效果。

(7)成缆时加注室温硫化硅胶，其为白色乳液状，无毒无腐蚀，主要成分为硅胶、填充剂、交联剂、抗氧剂等，室温硫化硅胶在自然环境中与空气接触后发生交联固化，粘附在绝缘表面，与外层聚烯烃材质紧密粘合，起到密封空隙的效果。

综上所述，本发明的复合缆的电力传输性能和网络传输性能更好，适合深海潜航使用。

附图说明

图1本发明复合缆结构示意图

图2本发明复合绝缘线芯结构示意图

图3本发明电力控制单元结构示意图

图4本发明网络传输单元结构示意图

1-电力控制单元；1.1-注胶导体；1.2-复合绝缘层；1.3-填充芯；1.4-第一阻水绕包层；2- 网络传输单元；2.1-导体；2.2-绝缘层；2.3-铝箔绕包层；2.4-编织屏蔽层；3-第二阻水绕包层； 4-内护套；5-铠装；6-外护套；7-复合绝缘线芯；8-网络传输线芯。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

下面结合附图对本发明进行详细说明，以方便本领域技术人员理解本发明。

如图1所示为本发明的一种深海潜航设备用纵向水密复合缆，其包括内部集中排布的若干电力控制单元1，围绕电力控制单元1分散排布的网络传输单元2，在外层依次设置的第二阻水绕包层3、内护套4、铠装5、外护套6。

本实施例中铠装5为复合阻水铠装，复合阻水铠装为在镀锡铜丝编织铠装的内外均绕包阻水带层，形成阻水绕包带+镀锡铜丝编织铠装+阻水绕包带的夹心结构，本发明采用复合形式，镀锡编织铠装内外均绕包阻水带，三层共同起到阻水、铠装、加强、防护作用，保证深海应用的阻水性、深海的抗压性。铠装采用阻水绕包带，加工灵活可控，更适合批量工业化实施，内、外绕包的阻水带强度更高，对深海下的电缆起到更好的防护效果。当然，复合阻水铠装中间层的镀锡铜丝编织铠装还可以是带有其他镀层的铜丝编织铠装。

如图3所示为电力控制单元1的结构示意图，从图中可看出所述电力控制单元1包括两个填充芯1.3、两组注胶导体1.1，每组注胶导体1.1的外层均设置有复合绝缘层1.2以形成复合绝缘线芯7(图2)，还包括第一阻水绕包层1.4，第一阻水绕包层1.4绕包两个填充芯1.3 和两组复合绝缘线芯7。

所述复合绝缘层1.2包括聚乙烯内绝缘层和聚烯烃外绝缘层，内绝缘层和外绝缘层的厚度比为1:1～2；聚乙烯在内层防水、防潮，与阻水导体更紧密包覆，聚烯烃在外层，利用其是非极性材料性能与阻水胶粘合更加紧密，达到抗高水压目的。

如图4所示为网络传输单元2的结构示意图，从图中可看出所述网络传输单元2包括填充芯1.3、导体2.1，导体2.1外层设有绝缘层2.2，导体2.1和绝缘层2.2共同组成网络传输线芯8，在填充芯1.3和网络传输线芯8的外层设置有屏蔽层；屏蔽层的设置方式是在填充芯 1.3和网络传输线芯8绞合注胶后再设置屏蔽层，屏蔽层包括铝箔绕包层2.3和编织屏蔽层2.4，铝箔绕包层2.3的搭盖率为40～50％，铝箔绕包层2.3的厚度是0.06mm，编织屏蔽层2.4的编织密度不低于88％。采用铝箔绕包和镀锡铜丝编织复合屏蔽，改善因注胶造成的网络综合介电性能变化(屏蔽后组成的网络单元内部综合介电常数在2.6至3.0之间,这样的介电常数范围可以网络信号的衰减控制在标准范围内)，使网络信号仍然能够达到无注胶状态时的网络传输性能；双层复合屏蔽增加了网络单元的机械性能，使其在深海中保持结构稳定，传输性能稳定。

本发明实施例的复合缆的制备过程包括：

1)制备电力控制单元1：

A注胶导体1.1由多股含镀层铜芯绞合，后在绞合模具中灌注速干氯丁胶填充空隙形成；

B注胶导体1.1外双层共挤挤包聚乙烯内绝缘层和聚烯烃外绝缘层组成的复合绝缘层 1.2，注胶导体1.1和复合绝缘层1.2组成复合绝缘线芯7，复合绝缘线芯7经辐照交联，辐照后复合绝缘层的热延伸值≤30％；

C若干复合绝缘线芯7与若干填充芯1.3绞合，形成电力控制单元1，多个电力控制单元1复绞成缆，成缆时在成型模具前加注单组分室温硫化硅胶，并绕包第一阻水绕包层1.4；

2)制备网络传输单元2：

a导体2.1外层挤包绝缘层2.2形成网络传输线芯8；

b若干网络传输线芯8和若干填充芯1.3绞合；

c在步骤b所得光缆外设置屏蔽层，形成网络传输单元2；本实施例中的屏蔽层为铝箔绕包2.3和编织屏蔽2.4组成的复合屏蔽，具体是在步骤b后，在成型模具前加注单组分室温硫化硅胶并绕包单面聚酯铝箔d，铝面向外，铝箔绕包搭盖率40％至50％，然后采用编织机编织一层镀锡铜丝屏蔽e，编织密度≥88％，铝箔与镀锡铜丝编织共同形成复合屏蔽层。

3)若干网络传输单元2均匀排布在步骤1所得的电力控制单元1绞合缆的外周，复绞成缆，在成型模具前灌注入单组分室温硫化硅胶并绕包阻水带形成第二阻水绕包层3，阻水绕包带的绕包搭盖率为40％～50％。

4)在步骤3所得成缆外层挤包内护套4，内护套4挤出后经电子加速器辐照交联；

5)在内护套4外设置铠装5，本实施例中的铠装5为复合铠装，复合阻水铠装为在编织铠装的内外均绕包阻水带层。因此制备时是在内护套外绕包阻水带，在绕包的阻水带上采用编织机编织镀锡铜丝铠装，编织密度≥80％，在铠装外绕包阻水带，内外层阻水带及中间的编织铠装层共同形成达到阻水效果的铠装5。

6)在铠装5外挤包外护套6，外护套6经过电子加速器辐照交联。

本发明实施例所制备复合缆的实验验证效果如下：

1、纵向水密实验

实验证明该复合缆能够达到1.5米长度电缆6.75Mpa水压不漏水。纵向水密试验方法：试样长度1.5米，试样一端浸入密封水压试验装置的水中，另一端通过填料函，填料函中试样护套与密封剂接触的长度为140mm±10mm，然后加压至水压6.75MPa，保持2h，应在电缆端头无水滴出。

2、机械强度

本发明电缆，铠装层内外各增加一层阻水带，阻水带的搭盖率为(40-50)％，该处所用阻水带的抗拉强度≥10MPa。增加的两层绕包进一步保护电缆缆芯，加大电缆的机械强度，同时，增加电缆的整体柔软度。

3、网络传输实验

实验证明该复合缆可实现水下高频网络信号传输，千兆以太网100米距离稳定传输，万兆以太网50米距离稳定传输。使用矢量网络分析仪分别测试100米电缆在4～250MHz频率范围内的特性阻抗、衰减、等电平远端串音、等电平近端串音等指标，均满足《YD/T1019-2013 数字通信用聚烯烃绝缘水平对绞电缆》标准传输要求。测试50米电缆在4～500MHz频率范围内的特性阻抗、衰减、等电平远端串音、等电平近端串音等指标，均满足《YD/T1019-2013数字通信用聚烯烃绝缘水平对绞电缆》标准要求。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。