为恶劣条件设计线束

要为恶劣条件和苛刻环境设计线束，就必须深入了解其中涉及的具体挑战。极端温度、湿度、化学品、机械应力和电磁干扰只是需要考虑的几个因素。在设计过程中尽早解决这些因素对于确保线束的可靠性、安全性和耐用性至关重要。

恶劣环境与解决方案

我们先来看看线束可能暴露的温度。

1.高温

暴露在高温下的线束可能会出现一些影响其功能和安全的问题。绝缘材料可能会降解、变脆、开裂甚至熔化。这会导致短路或电气故障。导线可能会因高温而膨胀，从而可能导致连接松动并引发间歇性问题。

高温会加速化学反应，导致材料降解和腐蚀。在严重的情况下，过高的热量会导致易燃部件着火，造成火灾风险。为了解决这些问题，在线束设计中使用耐热材料并结合有效的热管理非常重要。

解决方案

• 材料：耐热材料包括聚酰亚胺 (PI)、聚四氟乙烯 (PTFE) 或可承受高温的交联聚合物（航空航天领域最高可达 400°C）。
• 热量管理：采用散热策略，如使用耐热导管、远离热源或安装隔热箱。

2.低温

这里的主要问题是绝缘材料可能出现脆性，使其在机械应力作用下更容易开裂或断裂。这会导致电线外露，增加短路或电气故障的风险。低温也会导致材料收缩，可能使连接松动，造成性能不可靠或间歇性故障。

有些材料可能会失去弹性，导致在移动或振动过程中增加应变，进一步加剧损坏风险。为了降低这些风险，使用专门设计用于在寒冷环境中保持柔韧性和耐用性的材料非常重要。

解决方案

• 材料：合适的材料包括在寒冷环境中保持柔性的硅树脂或含氟聚合物。确保所有材料（包括连接器和绝缘体）的额定温度都能达到预期的最低温度。

3.潮湿和水接触

在海洋或工业环境中，由于暴露在高湿度、雨水甚至直接浸入水中的环境中，防水线束至关重要。湿气会渗入线束，导致短路、金属部件腐蚀和潜在的电气故障。盐水，尤其是海洋环境中的盐水，会大大加速腐蚀，造成更大的威胁。

解决方案

• 材料：使用聚氨酯 (PUR) 或氯丁橡胶等材料制作外护套，以防止水侵入。
• 设计对于防水线束，必须交叉缠绕分支，确保线束完全覆盖。在使用防水橡胶圈或通孔橡胶套管时，应首先对线束进行部分封装。然后，应使用双层包裹技术将橡胶圈或套管牢固地包裹在线束上。
• 连接器：选择密封或包覆成型的连接器，以防止湿气进入关键区域。对于高湿度或浸没环境，应选择 IP67 或更高等级的连接器。
• 导体：镀锡铜或其他耐腐蚀合金可帮助防止水和盐暴露造成的破坏性影响。如果重量是个问题，可以考虑铝。铝比铜轻，用于航空航天领域，但需要特殊的端接以防止电化学腐蚀。

4.化学接触

在工业环境中，线束经常接触化学品、油类和溶剂，这些物质会使绝缘材料降解。这种降解会导致脆性、裂缝或膨胀，从而损害线束的完整性，增加发生电气问题的风险。

解决方案

• 材料：使用以耐化学腐蚀性著称的绝缘材料，如聚四氟乙烯 (PTFE)、四氟乙烯 (ETFE) 或氟化乙烯丙烯 (FEP)。考虑使用额外的保护涂层来增强对刺激性化学品的耐受性。

5.机械应力和磨损

工业、汽车或航空航天环境中的线束会受到振动、移动和磨损等机械应力的影响。这些力会磨损绝缘层，导致导线裸露、短路甚至完全失效。

解决方案

• 耐磨护套：选择交联聚乙烯 (XLPE) 或热塑性弹性体 (TPE) 等耐机械磨损性能高的材料。
• 应力消除：采用扣眼、夹子和扎线带等部件来减少导线的应力，尤其是在连接点和经常移动的地方。
• 保护性导管或软管：这将保护线束免受物理损坏，并减少振动的影响。

6.EMI 和 RFI

在重型机械附近或航空航天应用等电磁干扰严重的环境中，线束可能会接收到不必要的信号或干扰其他电子系统。这会导致数据损坏、通信错误或设备故障。

解决方案

使用带有编织屏蔽层或箔屏蔽层的屏蔽电缆，以防止电磁干扰和射频干扰。屏蔽的正确接地对有效降低噪音至关重要。

• 双绞线布线：信号线采用双绞线布线，以消除电磁噪音。
• 接地：确保所有线束部件正确接地，以防止静电积聚，因为静电积聚会加剧 EMI 问题。

针对恶劣条件设计线束的其他策略

在设计用于恶劣环境的线束时，必须优先考虑耐用性和可靠性。极端条件需要特定的设计策略，以确保系统的性能和使用寿命。以下是针对挑战性环境优化线束的几种关键方法。我们已经讨论过其中一些，但仍有必要重复。

冗余

在可靠性至关重要的高风险应用中，将冗余纳入线束设计至关重要。通过实施并行布线，利用多条单独布线的导线来保护关键系统。在航空航天等行业，安全性和系统完整性是重中之重，因此，即使一根导线出现故障，也能确保系统持续运行。

尽量减少故障点

要提高线束的可靠性，必须减少潜在故障点的数量。您可以通过限制使用连接器和连接点来实现这一目标，因为连接器和连接点是常见的故障源。在必须使用连接器时，选择那些在恶劣环境中表现出色的连接器，可以进一步降低风险，提高线束的整体坚固性。

测试和验证

严格的测试和验证是确保线束能够承受恶劣工作条件的关键。环境应力筛选 (ESS) 技术（如热循环、湿度暴露、盐雾和振动测试）对于验证线束的耐用性至关重要。高电位（hipot）测试和连续性检查等电气测试对于确认绝缘层和导体的完整性十分必要。

最终想法

考虑到上述所有因素，您显然需要花更多时间设计适用于恶劣条件的线束，尤其是在涉及环境保护的情况下。有关如何在线束制造过程中采用加固技术的更多信息，请参阅我们的文章《为恶劣环境设计加固线束》。利用同类最佳、基于云的 Arcadia 软件，您还可以简化设计和制造流程。要了解如何提高效率和生产力，我们很乐意为您提供免费演示。如果您有任何疑问，我们将竭诚为您服务。