一种高强度轻量化系留柔性综合电缆的制作方法

本实用新型涉及电缆技术领域，尤其涉及一种高强度轻量化系留柔性综合电缆。

背景技术：

系留气球(或飞艇)作为一种理想的空中平台，用于气象预报、飞行器监测、广播通讯、地形测绘、城市警务、应急通讯业务、灾(如地震)后通讯、勘测应急系统、低空预警，特别是作为边防、海防的空中监测平台以及对反恐的监测等。它具有留空时问长，信号覆盖面积大，能源消耗低，便于拆收，机动性强等特点。通过将各种摄影、摄像设备，电(光)侦察设备以及电(光)干扰设备等安装在吊舱中，可对电磁波辐射范围内的地物和地貌、人员和设施等自动完成摄影、摄像、信息侦察和干扰，以及远距离通信等任务；亦可用于大气和环境监测、缉私、应急通讯系统等民用领域。

缆绳是为气球定点系留提供约束力，还可以为气球球载设备传输电能，以及提供数据传输的导体线路。传统系留电缆采用钢丝铠装的铜导体电缆，由于自重和刚性均较大，使系留气球的有效载荷低，且直接影响到了系留气球在空中的机动性能及收放便捷性，同时由于其刚性导致耐扭转性能差，已不能满足新时期传媒飞舰或气球对系留电缆的要求。

技术实现要素：

为了克服现有的系留气球所采用的缆绳本身自重过重以及柔韧性较差的技术缺陷，本实用新型旨在提供一种既能够保证高强度，又能够实现轻量化和柔韧性的具有抗拉、导电和传光功能的综合电缆。

为了解决上述问题，本实用新型按以下技术方案予以实现的：

本实用新型所述一种高强度轻量化系留柔性综合电缆，包括：成缆内芯、内芯包紧层、泄雷层和外护套；内芯包紧层绕包扎紧于成缆内芯的外周，泄雷层缠绕在内芯包紧层的外周，外护套包覆在泄雷层的外周。

成缆内芯，其包括导电线芯至少两根、地线组、光缆和填充在三者的间隙内的承拉内护层；导电线芯包括高导电率的碳纤维导电体和包覆在碳纤维导体外的绝缘护层；光缆包括纤芯束、内护套和包紧外护层，纤芯束外依次包覆着内护套和包紧外护层；所述地线组包括多根地线芯，其分别敷设于导电线芯和光缆之间的各个间隙，且在所述电缆两头，各地线芯的同一端端头连接在一起以形成地线组；

内芯包紧层，其绕包扎紧于成缆内芯的外周；

泄雷层，所述泄雷层包括缠绕在内芯包紧层外周的铜导体编织网；

和外护套，其包覆在泄雷层的外周。

作为优选的，地线芯导体采用2～4K碳纤维导体，所采用的碳纤维导体的导电率为0.4～0.55us/cm，强度3500～5000Mpa，密度为1.5～2.5g/cm³。用碳纤维导体替代传统地线的铜导体或铝导体，重量轻化效果极佳，既能保证其导电性能，碳纤维导体的抗拉强度和柔韧性方面比传统金属导体更具优势，从而提高所述电缆整体的强度与柔韧性。

作为优选的，地线芯绝缘层采用ETFE绝缘层，其通过熔融挤出方式包覆在碳纤维导体的外周，所述地线芯绝缘层的厚度为0.1～0.2mm。传统的系留电缆采用聚四氟乙烯-六氟丙烯(FEP)绝缘层，其厚度一般为0.25mm，与其相比，本实用新型所述的电缆中的地线芯采用ETFE绝缘层，其厚度更小，重量更轻，其密度为1.7g/cm³，而FEP的密度为2.2g/cm³，从而基于其他结构和因素不变得前提下，采用ETFE绝缘层的地线芯比传统采用FEP绝缘层的地线更轻且外径更小，使得本实用新型所述的电缆成缆时整体重量减轻且外径变小。而且本产品采用ETFE作为地线芯的绝缘层，具有良好的耐高低温、耐化学性能、耐辐射、阻燃性能和电绝缘性能，工作可处于-80℃～150℃的温度范围长期工作。

作为优选的，所述承拉内护层采用高强度的凯夫拉材料填充于导电线芯、地线组和光缆退扭绞合在一起后线与线之间的间隙。与传统铠装的电缆相比，重量轻化与柔韧性都得到很好的提升，同时还提高了电缆的圆整度和耐曲折性能。

作为优选的，所述光缆中的内护套采用聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)松套管，所述光缆的包紧外护层为聚乙烯护层，其裹紧于内护套的外周。光缆中的光纤是综合性电缆中最薄弱的一个单元结构，其无法直接承受外部较大的纵向拉力，如果不采取完善的保护措施，将无法保证综合电缆中的光信号传导，一旦光缆完全或断裂，该综合性电缆就失去光传导功能。

作为优选的，所述铜导体编织网采用截面直径为0.1～0.2mm的超细镀银铜导体并以梅花交叉的方式编织而成。与传统电缆通过粗铜丝铠装形成的泄雷抗拉层相比，本实用新型所述的泄雷层结构具有柔软性好，圆整度好，弯曲性能极佳的优点。

作为优选的，所述导电线芯的碳纤维导电体采用10～15K碳纤维导体，所采用的碳纤维导体的导电率为0.4～0.55us/cm的，强度为3500～5000Mpa的，密度为1.5～2.5g/cm³。用碳纤维导体替代传统地线的铜导体或铝导体，重量轻化效果极佳，既能保证其导电性能，碳纤维导体的抗拉强度和柔韧性方面比传统金属导体更具优势，从而提高所述电缆整体的强度与柔韧性，更方便于系留电缆的收放卷取作业。

作为优选的，所述导电线芯的绝缘护层采用ETFE绝缘层，其通过熔融挤出方式包覆在碳纤维导电体的外周，所述导电线芯的绝缘护层厚度为0.1～0.2mm。传统的系留电缆采用聚四氟乙烯-六氟丙烯(FEP)绝缘层，其厚度一般为0.25mm，与其相比，本实用新型所述的电缆中的导电线芯采用ETFE绝缘层，其厚度更小，重量更轻，其密度为1.7g/cm³，而FEP的密度为2.2g/cm³，从而基于其他结构和因素不变得前提下，采用ETFE绝缘层的导电线芯比传统采用FEP绝缘层的导电线芯更轻且外径更小，使得本实用新型所述的电缆成缆时整体重量减轻且外径变小。而且本产品采用ETFE作为导电线芯的绝缘护层，具有良好的耐高低温、耐化学性能、耐辐射、阻燃性能和电绝缘性能，工作可处于-80℃～150℃的温度范围长期工作。

作为优选的，所述内芯包紧层采用聚四氟乙烯(PTFE)绝缘材料，其厚度为0.03～0.05mm。PTFE绝缘材料，不仅有优越的弯曲性能和电绝缘性能，而且它的介电常数从50Hz到1010Hz超高频的大范围内几乎不变；其次，其介电常数比其他类似的现有电缆的都要低，仅为2.1左右，而且介质损耗因子超低；而且PTFE绝缘材料的摩擦系数仅为0.08，因此其自身具备极好的自润滑性能。

作为优选的，所述外护套采用ETFE绝缘层，其通过熔融挤出方式包覆在泄雷层的外周，所述外护套的厚度为0.4～1.0mm。传统的系留电缆采用聚四氟乙烯-六氟丙烯(FEP)绝缘层作为外护套，其厚度一般为1.2mm以上，与其相比，本实用新型所述的电缆中的外护套，其厚度更小，重量更轻，其密度为1.7g/cm³，而FEP的密度为2.2g/cm³，从而基于其他结构和因素不变得前提下，采用ETFE绝缘层的外护套比传统采用FEP绝缘层的外护套更轻且外径更小，使得本实用新型所述的电缆成缆时整体重量减轻且外径变小。而且本产品采用ETFE绝缘材料制成外护套，具有良好的耐高低温、耐化学性能、耐辐射、阻燃性能和电绝缘性能，工作可处于-80℃～150℃的温度范围长期工作。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、通过把地线拆分成多条更细的地线芯(同一端的每条地线芯的端头相连在一起以形成地线组)并敷设于导电线芯和光缆之间的各个间隙内，从而把传统的综合电缆中的地线在电缆内部所占据的空间有效地利用空余的间隙分散式替换掉，从而保证了综合电缆具有地线结构之外，形成分流泄压对综合电缆也能够起到更好的保护，还能够缩小了电缆的整体外径，从而减少电缆线芯外部的用材；

2、导体线芯和地线芯导体均利用高强度高导电率的碳纤维导体代替传统电缆的铜或铝导体，碳纤维导体提高了电缆的抗拉强度和柔韧性，同时降低了电缆的本身重量。

3、光缆中的纤芯束通过套设内护套以及包覆裹紧着包紧外护层，对光纤起到双层保护作用，提高了光纤的抗拉强度以增加使用寿命，从而保证综合电缆的光信号传导。

4、缠绕在成缆内芯包紧层之外的泄雷层结合地线组形成双层接地泄雷保障结构，提高了系留装置的安全使用指数。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1是本实用新型所述电缆的一种实施例结构；

图2是本实用新型所述电缆的另一种实施例结构。

图中：

100成缆内芯；

110导电线芯；111碳纤维导电体；112绝缘护层；

120地线组；121地线芯；地线芯导体1211；地线芯绝缘层1212；

130光缆；131纤芯束；132内护套；133包紧外护层；

140承拉内护层；

200内芯包紧层；

300泄雷层；

400外护套。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1～图2所示，本实用新型所述的一种高强度轻量化系留柔性综合电缆包括：成缆内芯100、内芯包紧层200、泄雷层300和外护套400；内芯包紧层200绕包扎紧于成缆内芯100的外周，泄雷层300缠绕在内芯包紧层200的外周，外护套400包覆在泄雷层300的外周。

具体的，成缆内芯100包括导电线芯110至少两根、地线组120、光缆130和填充在三者的间隙内的承拉内护层140；将导电线芯110、地线组120和光缆130通过退扭成缆的方式绞合在一起，而承拉内护层140则填充塞满在线与线之间所形成的间隙内。

导电线芯110的数量根据电缆的具体使用情况而订做，例如实际使用时其过电负荷较低，所需要承受的拉力较小或仅需两线接线则可采用两根导电线芯110的结构，故根据过电负荷和负载的提升可将导电线芯110的数量增至三根、四根、五根甚至更多。

每根导电线芯110包括高导电率高强度的碳纤维导电体111和包覆在碳纤维导体外的绝缘护层112；碳纤维导电体111可采用10～15K碳纤维导体，所采用的碳纤维导体的导电率为0.4～0.55us/cm的，强度为3500～5000Mpa的，密度为1.5～2.5g/cm³，在实验证明中，作为优选实施方案，采用12K、12.5K或14K碳纤维导体，所采用的碳纤维导体的导电率为0.42us/cm、0.45us/cm、0.48us/cm或0.50us/cm的，强度为4100Mpa、4500Mpa或4800Mpa的，密度为1.8g/cm³、2.0g/cm³或2.3g/cm³，其电阻为35Ω/m左右的，与0.5㎡的传统电缆中的铜导体(例如无氧铜密度为8.9/cm3强度为245-315Mpa)的电阻约相等，但碳纤维导体电缆的重量仅为铜导体的1/4，强度却有铜导体的16倍以上。同时柔韧性远远好于铜缆，更方便于系留电缆的收放卷取作业；而导电线芯110的绝缘护层112可采用ETFE绝缘层，其厚度可控制在0.1～0.2mm，在实验证明中，作为优选实施方案，ETFE绝缘层是将ETFE绝缘材料通过熔融挤出方式包覆在碳纤维导电体111的外周，其厚度可选择0.13mm、0.15mm或0.18mm。

光缆130包括纤芯束131、内护套132和包紧外护层133，纤芯束131外依次包覆着内护套132和包紧外护层133；纤芯束131可采用四根单模光纤，将其挤压套进内护套132的管腔内，同时内护套132的外周经包紧外护层133绕包挤压以将纤芯束131裹紧形成稳定的光缆130；作为优选实施方案，光缆130中的内护套132采用聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)松套管，光缆130的包紧外护层133为经进一步密封处理而裹紧于内护套132外周的聚乙烯护层。

地线组120包括多根地线芯121，其分别敷设于导电线芯110和光缆130之间的各个间隙，且在本实用新型所述的电缆两头，各地线芯121的同一端端头连接在一起以形成地线组120，即将传统电缆中的地线一拆分为多的形式，以多条更细的地线组120合形成地线组120。具体的，地线组120分为多根地线芯121，拆分成多条地线芯121的数量可根据订做电缆中的导电线芯110和光缆130两者的数量而定，以及可根据测量导电线芯110之间和光缆130之间所形成的间隙大小而具体拆分地线芯121的条数跟粗细，地线芯121的横截面直径比导电线芯110的横截面直径以及光缆130的横截面直径都要小。根据实验研究，作为优选的实施方案，例如本实用新型所述的电缆中包括两根导电线芯110和一根光缆130时，地线芯121的数量可分为两根、三根，甚至更多；如包括三根导电线芯110和一根光缆130时，地线芯121的数量可分为三根、四根、五根，甚至更多，而所分开的地线芯121须能够符合国家或国际对地线的生产和使用标准，分成多条的地线芯121敷设于间隙中尽可能地设计成其不会增大所述电缆的截面直径，有效地保证原有的电缆性质之外还缩小了电缆的粗细，从而减少成缆内芯100意外的防护层结构的用料，降低了电缆的整体重量。

其次，地线芯导体1211采用2～4K碳纤维导体，所采用的碳纤维导体的导电率为0.4～0.55us/cm，强度3500～5000Mpa，密度为1.5～2.5g/cm³，作为优选实施方案，地线芯导体1211采用3K碳纤维导体，所采用的碳纤维导体的导电率为0.45us/cm、0.48us/cm或0.50us/cm，强度4100Mpa、4500Mpa或4800Mpa的，密度为1.8g/cm³、2.0g/cm³或2.3g/cm³。地线芯绝缘层1212采用ETFE绝缘材料，通过熔融挤出方式形成包覆在碳纤维导体(即地线芯导体)外周的ETFE绝缘层，地线芯绝缘层1212的厚度为0.1～0.2mm，作为优选实施方案，可选择厚度为0.12mm、0.13mm、0.15mm或0.18mm的ETFE绝缘层。

承拉内护层140采用凯夫拉材料，具体的，在几根导线线芯、地线组120和光缆130作为多个线芯单元所围成的中间间隙填充5～15根1500～1800dtex的高强度凯夫拉，每两个线芯单元间形成的间隙分别填充1～4根1500～1800dt ex的高强度凯夫拉；作为优选实施例，在3根导电线芯110、1根光缆130和4根地线芯121形成的地线组120的结构实施例中，填充9、10或12根的1670dtex的高强度凯夫拉，每两个线芯单元间形成的间隙分别填充2至3根的1670dtex的高强度凯夫拉；在3根导电线芯110、1根光缆130和4根地线芯121形成的地线组120结合填充的17根左右的1670dt ex高强度凯夫拉绞合构成的成缆线芯，具有重量轻，电缆圆整结构稳定柔软性好，反复弯曲收放作业线芯不易错位。

内芯包紧层200，其绕包扎紧于成缆内芯100的外周；内芯包紧层200采用聚四氟乙烯绝缘材料，其厚度可选择0.03～0.05mm，作为优选实施方式，可选用厚度为0.035mm、0.04mm或0.045mm的聚四氟乙烯定向带或半定向带。通过将其绕包拉紧于成缆内芯100的外周，如对电缆的密封绝缘性能要求高，可采用无缝绕包技术再经烧结融封。

泄雷层300包括缠绕在内芯包紧层200外周的铜导体编织网；具体的，铜导体编织网采用截面直径为0.1～0.2mm的超细镀银铜导体并以梅花交叉的方式编织而成，作为优选实施方案，采用截面直径为0.12mm、0.15mm或0.18mm的超细镀银铜导体。

外护套400包覆在泄雷层300的外周，外护套400采用ETFE绝缘材料，通过熔融挤出方式形成包覆在泄雷层300外周的ETFE绝缘层，外护套400的厚度为0.4～1.0mm，作为优选实施方案，可选择0.5mm、0.6mm或0.8mm。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，故凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本实用新型技术方案的范围内。