航空航天用高溫導(dǎo)線的制作方法
【專利摘要】航空航天用高溫導(dǎo)線，屬于電纜【技術(shù)領(lǐng)域】。其特征是，由鍍鎳銅包鋁軟絞線導(dǎo)體線芯上薄壁擠包聚醚醚酮內(nèi)絕緣層，再在聚醚醚酮內(nèi)絕緣層上無縫繞包長纖維絲包層構(gòu)成。本實(shí)用新型采用絲繞包層，提高了導(dǎo)線的抗串弧、抗切通性能及可靠性。本實(shí)用新型制得的導(dǎo)線重量輕，、外徑小、耐高溫、耐溶劑、阻燃性好、耐濕性佳。
【專利說明】航空航天用高溫導(dǎo)線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)，特別是一種航空航天用高溫導(dǎo)線，屬于電纜【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]航空航天用電線電纜是軍用線纜中等級最高、性能最優(yōu)越、安全性要求最苛刻的產(chǎn)品之一，包括飛機(jī)、衛(wèi)星、火箭和其他飛行器上用的各種電線電纜。由于這些產(chǎn)品長期在高空甚至外太空運(yùn)行，故要求其具有外徑小、重量輕、耐高低溫、耐摩擦、耐油、阻燃及易于安裝等優(yōu)點(diǎn)。隨著飛機(jī)和飛行器運(yùn)行速度的提高，位于飛機(jī)發(fā)動機(jī)區(qū)域的連接電纜其耐溫等級的要求也逐步提高，按導(dǎo)體鍍層的不同其耐溫等級也已提高至200°C或260°C。
[0003]現(xiàn)在用于飛機(jī)高溫區(qū)域(如發(fā)動機(jī))的連接導(dǎo)線主要有以下兩種結(jié)構(gòu)形式:
[0004]第I種為含氟聚合物“擠出型”絕緣導(dǎo)線。符合溫度要求的絕緣材料主要有“可熔性聚四氟乙烯(PFA)”或“輻照交聯(lián)乙烯一四氟乙烯共聚物(XETFE)”，但該類導(dǎo)線存在以下缺陷:①可熔性聚四氟乙烯絕緣導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度低、耐輻照性能差，特別是材料的比重大，即使選用“薄壁”型也不能滿足機(jī)載或星載線纜的“減重”需求；②雖然輻照交聯(lián)乙烯一四氟乙烯共聚物絕緣導(dǎo)線的材料比重較小，但單層“薄壁”型的抗串弧性能不佳，導(dǎo)線的可靠性較差，而雙層導(dǎo)線的尺寸和重量也不能滿足要求，并且由于該類導(dǎo)線的絕緣層必須經(jīng)過輻照交聯(lián)才能實(shí)現(xiàn)其性能，故導(dǎo)線的生產(chǎn)周期及性價比也沒有顯著的市場競爭優(yōu)勢；③含氟聚合物絕緣導(dǎo)線由于材料具有嚴(yán)重的靜電吸附性，其易于積累灰塵或其他雜質(zhì)，從而可能造成沉降物污染飛機(jī)電氣元件，因此導(dǎo)線“上機(jī)”后也不能滿足清潔的要求。
[0005]第2種為復(fù)合材料“繞包型”絕緣導(dǎo)線。結(jié)構(gòu)形式主要為“聚酰亞胺擠出層外繞包聚四氟乙烯生膠帶(需熔封)”或“聚酰亞胺外涂覆可溶性聚四氟乙烯復(fù)合帶繞包層外繞包聚四氯乙烯生膠帶(需熔封)”，該類導(dǎo)線也存在以下缺陷:①前者由于聚酰亞胺材料具有嚴(yán)重的吸水性，加之聚四氟乙烯外繞包層的耐磨性較差(安裝時易受到損傷)且不耐輻照，用于機(jī)載或星載顯然不合適后者由于現(xiàn)階段難于實(shí)現(xiàn)“無縫繞包”，即使聚四氟乙烯外繞包層經(jīng)過熔封，也不能保證導(dǎo)線通過抗串弧、抗切通等試驗(yàn)，并且由于“繞包”型絕緣層本身的缺陷，小規(guī)格(一般為22AWG及以下)導(dǎo)線的導(dǎo)體必須設(shè)計為高強(qiáng)度合金，故其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性也不高。
[0006]為了規(guī)避上述導(dǎo)線可靠性差的缺陷，國內(nèi)外也有結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案的報道，主要為在導(dǎo)線外設(shè)置編織護(hù)層，雖然在一定程度上可以對絕緣層進(jìn)行有效的“防護(hù)”，但由于小規(guī)格導(dǎo)線編織層易松散的缺點(diǎn)導(dǎo)致成品導(dǎo)線尺寸仍舊“超差”，由于編織覆蓋率的因素，產(chǎn)品的可靠性仍舊不能滿足航空航天對線纜的高要求。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種重量輕、外徑小、耐高溫、耐溶劑、阻燃耐濕的航空航天用高溫導(dǎo)線。[0008]本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:航空航天用高溫導(dǎo)線，其特征是，由鍍鎳銅包鋁軟絞線導(dǎo)體線芯上薄壁擠包聚醚醚酮內(nèi)絕緣層，再在聚醚醚酮內(nèi)絕緣層上無縫繞包長纖維絲包層構(gòu)成。
[0009]所述長纖維為高強(qiáng)度不斷絲的長纖維絲。
[0010]所述聚醚醚酮內(nèi)絕緣層厚度為0.10-0.15_。
[0011]本實(shí)用新型內(nèi)層采用高性能聚醚醚酮(PEEK)絕緣料并“薄壁”擠出，最薄處厚度為
0.10mm，優(yōu)于國際上航空航天用導(dǎo)線0.15mm的“薄壁”要求，PEEK的綜合性能極優(yōu)；外層采用不斷絲長纖維并“無縫”繞包，既符合航空航天導(dǎo)線“重量輕、外徑小”的要求，而且可以避免導(dǎo)線安裝時內(nèi)絕緣層受到的絲毫損傷，使得成品導(dǎo)線“抗串弧、抗切通”等性能得以確保并清潔環(huán)保。根據(jù)導(dǎo)線的耐高溫及機(jī)載、星載的“減重”要求，導(dǎo)體采用鍍鎳銅包鋁軟絞線，在銅包鋁上設(shè)置鍍鎳層。
[0012]由于PEEK絕緣料為結(jié)晶型材料，分子鏈較長，材料的流動性較差，加之?dāng)D出溫度范圍較窄，并且需要“薄壁”擠出，因此內(nèi)絕緣層的擠出是工藝實(shí)施的難點(diǎn)之一。本實(shí)用新型主要從以下幾方面進(jìn)行了工藝驗(yàn)證及改進(jìn):
[0013]①線芯預(yù)熱。由于PEEK為結(jié)晶型材料，加之?dāng)D出溫度高，為了降低常溫導(dǎo)體與熔融絕緣層之間的“溫差”對絕緣層機(jī)械及電氣性能的影響，必須對線芯進(jìn)行預(yù)熱。常規(guī)預(yù)熱方式有傳導(dǎo)式和感應(yīng)式:前者雖然加熱功率不受導(dǎo)體電阻的影響，但加熱的均勻性及溫控精度不能滿足航空航天線纜的擠出要求；后者加熱功率受導(dǎo)體電阻的直接影響，不能實(shí)現(xiàn)高速擠出，而且需要價格昂貴的專業(yè)化設(shè)備。本實(shí)用新型設(shè)計了一套組合式導(dǎo)體預(yù)熱裝置，適當(dāng)增加了預(yù)熱生產(chǎn)線的長度，通過3段加熱區(qū)實(shí)現(xiàn)線芯的高效、穩(wěn)定的預(yù)熱:第I段采用自然熱傳導(dǎo)方式，溫度控制較最終設(shè)定溫度低10°C左右；第2段采用吹風(fēng)熱傳導(dǎo)方式，溫度控制較最終設(shè)定溫度低5°C左右；第3段采用加強(qiáng)對流熱傳導(dǎo)方式，溫度控制較最終設(shè)定溫度高5°C左右；并在裝置出口處對線芯的溫度進(jìn)行遠(yuǎn)紅外多點(diǎn)捕捉，通過反饋電路指示第3段的工作狀態(tài)。
[0014]②擠出模具改造。PEEK絕緣料擠出溫度范圍極窄，加之“薄壁”擠出，本實(shí)用新型除了必須設(shè)計、選用專門的螺桿并對整條生產(chǎn)線的穩(wěn)定性進(jìn)行控制外，同時對擠出模具進(jìn)行改進(jìn)，在模芯的尾部設(shè)計了襯套，其外部尺寸與模芯內(nèi)部尺寸相當(dāng)，既保證了內(nèi)絕緣層“薄壁”擠出的穩(wěn)定性，同時也在一定程度上緩解了 “冷”導(dǎo)體對“熱”模芯的降溫，規(guī)避了材質(zhì)溫控范圍窄的不足；適當(dāng)延長了模芯的內(nèi)部“承徑”，這可以很好地避免內(nèi)絕緣層擠出時導(dǎo)體對擠出模具“熱平衡”的破壞，從而切實(shí)保證了擠出層溫控的高精度。
[0015]由于PEEK分子鏈較長，材料的流動性較差，其對模具的要求很高，采用常規(guī)的擠出方式，如擠管式、擠壓式或半擠管式均易出現(xiàn)出料不穩(wěn)的現(xiàn)象，嚴(yán)重地將導(dǎo)致無法正常擠出，本實(shí)用新型補(bǔ)“擠管式”料流在?？谔帀毫Σ环€(wěn)的不足、補(bǔ)“擠壓式”料流在模套“承徑”處易受到阻力的缺陷，取消了“擠管式”的模芯嘴及“擠壓式”的模套承徑，從而保證內(nèi)絕緣層擠出時料流更順暢、塑化更完美。
[0016]針對纖維絲繞包層(絲包層)，本實(shí)用新型從以下幾方面進(jìn)行了研究和驗(yàn)證:
[0017]①選用高強(qiáng)度的“不斷絲”長纖維，具有比重小、強(qiáng)度高、耐高低溫、耐溶劑、阻燃及不吸潮等優(yōu)點(diǎn)，并且該纖維絲具有加工時不斷絲的特點(diǎn)，滿足了航空航天用絲包線的需求。
[0018]②為了改善絲包層的加工質(zhì)量，確保成品導(dǎo)線能夠通過抗串弧、抗切通等試驗(yàn)，本實(shí)用新型對絲繞包設(shè)備進(jìn)行了如下改進(jìn)，固化了最有效的繞包工藝:
[0019]a.自纖維絲的放線軸至繞包頭之間設(shè)置了多個“納米”級引線眼模，避免了纖維絲在繞包前可能受到的任何機(jī)械損傷；
[0020]b.在繞包搖籃上設(shè)計了 I根特殊的“喂線”導(dǎo)桿，該導(dǎo)桿與搖籃的運(yùn)動同步，能夠始終保證最科學(xué)的繞包角，避免了繞包角過小帶來的生產(chǎn)效率不高和繞包角過大不能實(shí)現(xiàn)“無縫”繞包的不足；
[0021 ] c.在纖維絲的放線軸和導(dǎo)線出線端處均設(shè)計了壓線裝置，并通過電氣感應(yīng)保證其“同步起動、同步停止”，保證生產(chǎn)過程中不會由于停車造成絲包層質(zhì)量出現(xiàn)波動；
[0022]d.在纖維絲的放線軸處設(shè)計了“張力”感應(yīng)裝置，通過反饋電路驅(qū)使絲包張力電機(jī)工作，從而保證生產(chǎn)過程中張力可隨纖維絲數(shù)量的減少而瞬時變化，絲包層的緊密度最科學(xué)。
[0023]本實(shí)用新型制得的導(dǎo)線重量輕，由于內(nèi)層及外層不斷絲長纖維的比重小(PEEK的比重約為1.30g/cm3,分別約為XETFE和PFA的77%和61%左右)，加之絲包層厚度薄，成品導(dǎo)線的重量滿足機(jī)載和星載的“減重”要求；本實(shí)用新型制得的導(dǎo)線外徑小，由于PEEK具有極高的體積電阻及介電強(qiáng)度(“薄壁”型導(dǎo)線也具有可靠的電氣特性)，并且不斷絲長纖維具有高強(qiáng)度和耐磨性(可采用極少束纖維進(jìn)行“絲包”)，故成品導(dǎo)線的外徑較??；本實(shí)用新型制得的導(dǎo)線耐高溫，由于內(nèi)外層材料均為耐高低溫材料(PEEK的熱變形溫度高達(dá)316°C、不斷絲長纖維從427°C才開始碳化)，成品導(dǎo)線長期使用溫度高達(dá)260°C (瞬時使用溫度不低于30(TC);本實(shí)用新型制得的導(dǎo)線耐溶劑，PEEK及不斷絲長纖維幾乎不溶于世界上任何酸、堿、鹽及有機(jī)溶劑，故成品導(dǎo)線的耐溶劑特別是航空航天用溶液性能無可比擬；本實(shí)用新型制得的導(dǎo)線阻燃性好，不添加任何阻燃劑的PEEK具有優(yōu)異的自熄性，不斷絲長纖維不僅阻燃即使在火焰的直接烘烤下也僅會碳化，成品導(dǎo)線能夠通過UL標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的94V-0級阻燃試驗(yàn)；本實(shí)用新型制得的導(dǎo)線耐濕性佳，由于內(nèi)外層材料具有極低的吸水性，成品導(dǎo)線能夠通過MIL-W-22759規(guī)定的耐潮性能試驗(yàn)。
[0024]本實(shí)用新型采用絲繞包層(絲包層)，提高了導(dǎo)線的抗串弧、抗切通性能及可靠性。采用自然熱傳導(dǎo)、吹風(fēng)熱傳導(dǎo)及加強(qiáng)對流熱傳導(dǎo)3區(qū)段提高線芯預(yù)熱效率和精度的方法；采用在模芯的尾部設(shè)計襯套、延長模芯的內(nèi)部“承徑”及“無嘴”模芯和無“承徑”模套的工藝設(shè)計，實(shí)現(xiàn)PEEK內(nèi)絕緣層的擠出；采用在放線軸至繞包頭之間設(shè)置“納米”級引線眼模、在繞包搖籃上設(shè)計“喂線”導(dǎo)桿、在放線軸和導(dǎo)線出線端均設(shè)計壓線裝置及在放線軸處設(shè)計“瞬時”張力感應(yīng)裝置的工藝方法，提高了導(dǎo)線絲包層的質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖中:1銅包鋁、2鍍鎳層、3內(nèi)絕緣層、4絲包層、5鍍鎳銅包鋁軟絞線導(dǎo)體。
【具體實(shí)施方式】
[0027]航空航天用高溫導(dǎo)線，由鍍鎳銅包鋁軟絞線導(dǎo)體5線芯上薄壁擠包聚醚醚酮內(nèi)絕緣層3，再在聚醚醚酮內(nèi)絕緣層上無縫繞包長纖維絲包層4構(gòu)成。
[0028]長纖維為高強(qiáng)度不斷絲的長纖維絲。聚醚醚酮內(nèi)絕緣層厚度為0.10-0.15mm。鍍 鎳銅包鋁軟絞線為在銅包鋁I上設(shè)置鍍鎳層2構(gòu)成。
【權(quán)利要求】
1.一種航空航天用高溫導(dǎo)線，其特征是，由鍍鎳銅包鋁軟絞線導(dǎo)體線芯上薄壁擠包聚醚醚酮內(nèi)絕緣層，再在聚醚醚酮內(nèi)絕緣層上無縫繞包長纖維絲包層構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空航天用高溫導(dǎo)線，其特征是，所述長纖維為高強(qiáng)度不斷絲的長纖維絲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空航天用高溫導(dǎo)線，其特征是，所述聚醚醚酮內(nèi)絕緣層厚度為 0.10-0.15mm。
【文檔編號】H01B7/295GK203433838SQ201320505170
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】房權(quán)生, 張金成, 王昊, 王曉琦, 楊建 , 相榮清 申請人:寶勝科技創(chuàng)新股份有限公司