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依據(jù)客戶對高壽命輕型筆記本電腦電源線性能的要求，其主要可靠性技術(shù)指標(biāo)見表1，考慮到產(chǎn)品配套設(shè)備會(huì)銷往不同的地區(qū)及國家，電源線還須滿足UL 758-2019《電器布線電線電纜及其試驗(yàn)方法》及UL 1581-2019《電線電纜和軟線參考標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。

表1 高壽命輕型筆記本電腦電源線可靠性指標(biāo)

針對上述可靠性指標(biāo)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求，本工作以型號為AWM 20276 18AWG×1C+24AWG×1C+D OD:4.05mm電腦電源線用電纜為例，對其改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)和工藝進(jìn)行說明。

傳統(tǒng)型電源線結(jié)構(gòu)，由兩根絕緣單線和一根充電確認(rèn)信號線組成，三芯成纜后，再擠包一層聚氯乙烯（PVC）護(hù)套。同等護(hù)套厚度情況下，傳統(tǒng)型電源線護(hù)套相對改進(jìn)型外徑較大，不便于攜帶；且耗材多，成本高，沒有市場競爭優(yōu)勢。

為提高產(chǎn)品便攜性和市場競爭力，本工作對傳統(tǒng)型電源線結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，將電線接地端（GND）線芯設(shè)計(jì)成裸線，改進(jìn)后電源線的外徑由原來的4.6mm減小至4.05mm；單位長度質(zhì)量由原來的27kg·km-1減小至21 kg·km-1；成本由原來的每千米1490元減小至1420元。傳統(tǒng)型和改進(jìn)型電源線的結(jié)構(gòu)對比示意圖見圖1。

圖1 傳統(tǒng)型和改進(jìn)型電源線的結(jié)構(gòu)示意圖

1）導(dǎo)體

電源線導(dǎo)體主要依據(jù)其可靠性指標(biāo)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)。在導(dǎo)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和束、絞工藝設(shè)計(jì)時(shí)，須提高電纜的耐彎曲性能。導(dǎo)體按標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3956—2008規(guī)定的第6種軟銅導(dǎo)體規(guī)格設(shè)計(jì)，單絲直徑為0.12mm；同時(shí)為提升壽命，在束線時(shí)填充一根750D尼龍絲。

2）絕緣

符合電源線要求的絕緣料有耐熱等級為105℃的PVC、聚四氟乙烯（PTFE）、交聯(lián)聚烯烴、聚丙烯（PP）等。交聯(lián)聚烯烴成本相對PTFE較低，但要增加電子輻照加工工藝。出于成本考慮，改進(jìn)方案中信號線與電源線的絕緣料分別選用PP和耐熱等級為105℃的PVC，生產(chǎn)時(shí)導(dǎo)體過預(yù)熱器，絕緣同心度控制在90%以上，芯線做浸錫測試：在溫度為（330±5）℃的錫爐中浸5s，絕緣層熱收縮不大于1mm。

3）成纜

成纜節(jié)距過大時(shí)，絕緣和護(hù)套機(jī)械性能可能不達(dá)標(biāo)。常規(guī)的成纜工藝，裸地線易扭絞，導(dǎo)致成纜外觀差。改進(jìn)方案中絞合采用630型懸臂式單絞機(jī)，絕緣線芯采用普通放線裝置，裸地線采用返燃機(jī)放線裝置，設(shè)置成纜節(jié)距為（50±5）mm，右向絞合而成。

4）護(hù)套

護(hù)套對電源線內(nèi)部起直接保護(hù)作用，保護(hù)電源線不受機(jī)械損傷。依據(jù)電源線的可靠性指標(biāo)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和性價(jià)比，對多種護(hù)套材料進(jìn)行試驗(yàn)、驗(yàn)證和對比，優(yōu)選UL認(rèn)證的80℃霧面PVC，邵氏A硬度為80A，擠出內(nèi)模管嘴長為0.5mm，外模設(shè)計(jì)比標(biāo)稱線徑大0.25mm，電纜線芯過滑石粉后充實(shí)押出，電纜外徑控制在（4.05±0.10）mm。

耐彎折試驗(yàn)項(xiàng)目主要是驗(yàn)證生產(chǎn)工藝對電源線壽命性能的影響，考察的是電源線（絞合導(dǎo)體、絕緣、編織導(dǎo)體、護(hù)套等）傳輸性能不被反復(fù)彎折運(yùn)動(dòng)影響的能力。

試驗(yàn)設(shè)備為YH-8801A型電線彎折試驗(yàn)機(jī)。

結(jié)合客戶要求和ANSI/EIA-364-41C-1999標(biāo)準(zhǔn)中方法，選取不同的材料、工藝和設(shè)備，分別進(jìn)行制樣、驗(yàn)證、對比分析。裸地線的規(guī)格為（72/0.12）mm鍍錫銅+750D尼龍絲，是影響耐彎折測試性能好壞的關(guān)鍵因素，本試驗(yàn)優(yōu)選列出五種方案，每種方案兩條試驗(yàn)樣品，分別記為1-1，1-2，2-1，…，5-2，并按照表1中耐彎折測試1的要求進(jìn)行測試。

方案一：減小裸地線節(jié)距。用400型束絲機(jī)束線，束絞節(jié)距由（16±2）mm減小為（10±2）mm。

方案二：復(fù)絞。用18根0.12mm單絲鍍錫銅線在400型束絲機(jī)上進(jìn)行束絞，束絞節(jié)距為（11.56±2）mm，再用4股束絞線進(jìn)行復(fù)絞，復(fù)絞節(jié)距為（22±2）mm，導(dǎo)體復(fù)絞時(shí)將尼龍絲放置在導(dǎo)體中心，4根銅絲股線放置在周圍。

方案三：過一道分線盤。用400型束絲機(jī)束絞，尼龍絲和72根單絲鍍錫銅線分別穿過分線盤的分線孔。具體設(shè)置為：尼龍絲放置在分線盤的中心孔，72根單絲鍍錫銅絲依次放置在中心孔的外圍，第二層12根，第三層 15根，次外層19根，外層26根。束絞節(jié)距為（13.87±2）mm，護(hù)套押出前，纜芯半成品過滑石粉。

方案四：纏繞機(jī)束絞。用300型纏繞機(jī)束絞，750D尼龍絲做“主線”放置在中心，72根單絲鍍錫銅線纏繞在尼龍絲上，纏繞節(jié)距為（13.87±2）mm，護(hù)套押出前，纜芯半成品過滑石粉。

方案五：過三道分線盤。用400型束絲機(jī)束絞，尼龍絲和72根單絲鍍錫銅線過三道分線盤，具體設(shè)置為：尼龍絲和12根單絲鍍錫銅線分別穿過第一道分線盤的分線孔；15根單絲鍍錫銅線分別穿過第二道分線盤的第二層分線孔；19根單絲鍍錫銅線分別穿過第三道分線盤的次外層分線孔；26根單絲鍍錫銅線分別穿過第三道分線盤的外層分線孔。束絞節(jié)距為（13.87±2）mm，護(hù)套押出前，纜芯半成品過滑石粉。

五種方案的耐彎折試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 五種方案的耐彎折試驗(yàn)結(jié)果

由表2中的測試結(jié)果可知：方案一成纜后裸地線節(jié)距再次變小，導(dǎo)致裸地線扭絞嚴(yán)重，進(jìn)而影響成品外觀；方案二中分股束線，可以提升耐彎折性能，但束線外徑增大導(dǎo)致成纜外徑變大，影響成品外觀和護(hù)套厚度；方案三中一道分線板束線，成品外觀好，但耐彎折性能不合格；方案四和方案五，各項(xiàng)性能測試指標(biāo)均可以滿足，但方案四在纏繞機(jī)生產(chǎn)時(shí)需增加倒軸工序，人工成本較高；方案五中導(dǎo)體采用400型束絲機(jī)束線，立式帶張力放線架，束線后導(dǎo)體光滑圓整，成纜裸地線采用返燃機(jī)放線，避免了束線扭絞問題的發(fā)生，提升了產(chǎn)品圓整度。