笔记本电脑的正常常规使用的寿命通常为3~5年,电源线作为配套设备,理应具有同等常规使用的寿命。然而,电源线频繁的移动使用和拉拔收卷,易出现过度的弯折、拉伸、绕线、芯线之间摩擦,甚至会发生导体断裂、电源线没办法使用等故障。据统计,笔记本电脑电源线的损坏更换周期仅为半年左右。
为此,本工作结合未来市场发展的潜力研制出一种成本低、体积小、寿命长的笔记本电脑电源线,匹配Type-C接口,不但可以解决寿命短的问题,还改善了传统电源线不便携带的缺点,为广大购买的人带来更好的体验。
通过对电源线的特性、使用环境和状态分析,影响电源线寿命和质量的因素主要有电源线自身因素、自然环境因素、人的因素等。
1)自身因素。电源线的产品性能涉及结构设计、材料选型、工艺、质控、管理等环节,任何一个环节出现纰漏,都将导致电源线)自然环境因素。自然环境包含温度、湿度等,如长期暴晒在阳光下会导致护套层开裂,进而影响电源线)人的因素。人为使用条件不当,比如使用过程中的机械损伤、频繁收卷电源线、拉拔插头线,或使电源线长期带电、适配器接触松脱致尖端放电等,均会降低电源线)体积大。传统Type-C接口电源线由两根绝缘单线和一根充电确认信号线组成,挤出护套后,所得到的产品外径大,耗材多,进而影响电源线的质量。
依据客户对高寿命轻型笔记本电脑电源线性能的要求,其主要可靠性技术指标见表1,考虑到产品配套设备会销往不同的地区及国家,电源线《电器布线电线电缆及其试验方法》及UL 1581-2019《电线电缆和软线参考标准》的规定。
针对上述可靠性指标和产品质量标准要求,本工作以型号为AWM 20276 18AWG×1C+24AWG×1C+D OD:4.05mm电脑电源线用电缆为例,对其改进后的结构和工艺进行说明。
传统型电源线结构,由两根绝缘单线和一根充电确认信号线组成,三芯成缆后,再挤包一层聚氯乙烯(PVC)护套。同等护套厚度情况下,传统型电源线护套相对改进型外径较大,不便于携带;且耗材多,成本高,没有市场竞争优势。
为提高产品便携性和市场竞争力,本工作对传统型电源线结构进行改进,将电线接地端(GND)线芯设计成裸线,改进后电源线mm;单位长度质量由原来的27kg·km-1减小至21 kg·km-1;成本由原来的每千米1490元减小至1420元。传统型和改进型电源线 传统型和改进型电源线)导体
电源线导体主要依据其可靠性指标和产品规定要求设计。在导体结构设计和束、绞工艺设计时,须提高电缆的耐弯曲性能。导体按标准GB/T 3956—2008规定的第6种软铜导体规格设计,单丝直径为0.12mm;同时为提升寿命,在束线)绝缘符合电源线要求的绝缘料有耐热等级为105℃的PVC、聚四氟乙烯(PTFE)、交联聚烯烃、聚丙烯(PP)等。交联聚烯烃成本相对PTFE较低,但要增加电子辐照加工工艺。出于成本考虑,改进方案中信号线与电源线的绝缘料分别选用PP和耐热等级为105℃的PVC,生产时导体过预热器,绝缘同心度控制在90%以上,芯线做浸锡测试:在温度为(330±5)℃的锡炉中浸5s,绝缘层热收缩不大于1mm。
成缆节距过大时,绝缘和护套机械性能可能不达标。常规的成缆工艺,裸地线易扭绞,导致成缆外观差。改进方案中绞合采用630型悬臂式单绞机,绝缘线芯采用普通放线装置,裸地线采用返燃机放线装置,设置成缆节距为(50±5)mm,右向绞合而成。
4)护套护套对电源线内部起直接保护作用,保护电源线不受机械损伤。依据电源线的可靠性指标、产品质量标准和性价比,对多种护套材料来试验、验证和对比,优选UL认证的80℃雾面PVC,邵氏A硬度为80A,挤出内模管嘴长为0.5mm,外模设计比标称线mm,电缆线芯过滑石粉后充实押出,电缆外径控制在(4.05±0.10)mm。
耐弯折试验项目主要是验证生产工艺对电源线寿命性能的影响,考察的是电源线(绞合导体、绝缘、编织导体、护套等)传输性能不被反复弯折运动影响的能力。
结合客户要求和ANSI/EIA-364-41C-1999标准中方法,选取不同的材料、工艺和设备,分别进行制样、验证、对比分析。裸地线D尼龙丝,是影响耐弯折测试性能好坏的重要的条件,本试验优选列出五种方案,每种方案两条试验样品,分别记为1-1,1-2,2-1,…,5-2,并按照表1中耐弯折测试1的要求做测试。
方案四:缠绕机束绞。用300型缠绕机束绞,750D尼龙丝做“主线根单丝镀锡铜线缠绕在尼龙丝上,缠绕节距为(13.87±2)mm,护套押出前,缆芯半成品过滑石粉。
由表2中的测试结果可知:方案一成缆后裸地线节距再次变小,导致裸地线扭绞严重,进而影响成品外观;方案二中分股束线,能提高耐弯折性能,但束线外径增大导致成缆外径变大,影响成品外观和护套厚度;方案三中一道分线板束线,成品外观好,但耐弯折性能不合格;方案四和方案五,各项性能测试指标均能够完全满足,但方案四在缠绕机生产时需增加倒轴工序,人力成本较高;方案五中导体采用400型束丝机束线,立式带张力放线架,束线后导体光滑圆整,成缆裸地线采用返燃机放线,避免了束线扭绞问题的发生,提升了产品圆整度。