航空航天用高溫導線的制作方法
【專利摘要】航空航天用高溫導線，屬于電纜【技術領域】。其特征是，由鍍鎳銅包鋁軟絞線導體線芯上薄壁擠包聚醚醚酮內絕緣層，再在聚醚醚酮內絕緣層上無縫繞包長纖維絲包層構成。本實用新型采用絲繞包層，提高了導線的抗串弧、抗切通性能及可靠性。本實用新型制得的導線重量輕，、外徑小、耐高溫、耐溶劑、阻燃性好、耐濕性佳。
【專利說明】航空航天用高溫導線
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種導線的結構，特別是一種航空航天用高溫導線，屬于電纜【技術領域】。
【背景技術】
[0002]航空航天用電線電纜是軍用線纜中等級最高、性能最優越、安全性要求最苛刻的產品之一，包括飛機、衛星、火箭和其他飛行器上用的各種電線電纜。由于這些產品長期在高空甚至外太空運行，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點。隨著飛機和飛行器運行速度的提高，位于飛機發動機區域的連接電纜其耐溫等級的要求也逐步提高，按導體鍍層的不同其耐溫等級也已提高至200°C或260°C。
[0003]現在用于飛機高溫區域(如發動機)的連接導線主要有以下兩種結構形式:
[0004]第I種為含氟聚合物“擠出型”絕緣導線。符合溫度要求的絕緣材料主要有“可熔性聚四氟乙烯(PFA)”或“輻照交聯乙烯一四氟乙烯共聚物(XETFE)”，但該類導線存在以下缺陷:①可熔性聚四氟乙烯絕緣導線的機械強度低、耐輻照性能差，特別是材料的比重大，即使選用“薄壁”型也不能滿足機載或星載線纜的“減重”需求；②雖然輻照交聯乙烯一四氟乙烯共聚物絕緣導線的材料比重較小，但單層“薄壁”型的抗串弧性能不佳，導線的可靠性較差，而雙層導線的尺寸和重量也不能滿足要求，并且由于該類導線的絕緣層必須經過輻照交聯才能實現其性能，故導線的生產周期及性價比也沒有顯著的市場競爭優勢；③含氟聚合物絕緣導線由于材料具有嚴重的靜電吸附性，其易于積累灰塵或其他雜質，從而可能造成沉降物污染飛機電氣元件，因此導線“上機”后也不能滿足清潔的要求。
[0005]第2種為復合材料“繞包型”絕緣導線。結構形式主要為“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合帶繞包層外繞包聚四氯乙烯生膠帶(需熔封)”，該類導線也存在以下缺陷:①前者由于聚酰亞胺材料具有嚴重的吸水性，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，用于機載或星載顯然不合適后者由于現階段難于實現“無縫繞包”，即使聚四氟乙烯外繞包層經過熔封，也不能保證導線通過抗串弧、抗切通等試驗，并且由于“繞包”型絕緣層本身的缺陷，小規格(一般為22AWG及以下)導線的導體必須設計為高強度合金，故其技術經濟性也不高。
[0006]為了規避上述導線可靠性差的缺陷，國內外也有結構優化方案的報道，主要為在導線外設置編織護層，雖然在一定程度上可以對絕緣層進行有效的“防護”，但由于小規格導線編織層易松散的缺點導致成品導線尺寸仍舊“超差”，由于編織覆蓋率的因素，產品的可靠性仍舊不能滿足航空航天對線纜的高要求。
實用新型內容
[0007]本實用新型的目的是針對上述現有技術的不足，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線。[0008]本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的:航空航天用高溫導線，其特征是，由鍍鎳銅包鋁軟絞線導體線芯上薄壁擠包聚醚醚酮內絕緣層，再在聚醚醚酮內絕緣層上無縫繞包長纖維絲包層構成。
[0009]所述長纖維為高強度不斷絲的長纖維絲。
[0010]所述聚醚醚酮內絕緣層厚度為0.10-0.15_。
[0011]本實用新型內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，優于國際上航空航天用導線0.15mm的“薄壁”要求，PEEK的綜合性能極優；外層采用不斷絲長纖維并“無縫”繞包，既符合航空航天導線“重量輕、外徑小”的要求，而且可以避免導線安裝時內絕緣層受到的絲毫損傷，使得成品導線“抗串弧、抗切通”等性能得以確保并清潔環保。根據導線的耐高溫及機載、星載的“減重”要求，導體采用鍍鎳銅包鋁軟絞線，在銅包鋁上設置鍍鎳層。
[0012]由于PEEK絕緣料為結晶型材料，分子鏈較長，材料的流動性較差，加之擠出溫度范圍較窄，并且需要“薄壁”擠出，因此內絕緣層的擠出是工藝實施的難點之一。本實用新型主要從以下幾方面進行了工藝驗證及改進:
[0013]①線芯預熱。由于PEEK為結晶型材料，加之擠出溫度高，為了降低常溫導體與熔融絕緣層之間的“溫差”對絕緣層機械及電氣性能的影響，必須對線芯進行預熱。常規預熱方式有傳導式和感應式:前者雖然加熱功率不受導體電阻的影響，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；后者加熱功率受導體電阻的直接影響，不能實現高速擠出，而且需要價格昂貴的專業化設備。本實用新型設計了一套組合式導體預熱裝置，適當增加了預熱生產線的長度，通過3段加熱區實現線芯的高效、穩定的預熱:第I段采用自然熱傳導方式，溫度控制較最終設定溫度低10°C左右；第2段采用吹風熱傳導方式，溫度控制較最終設定溫度低5°C左右；第3段采用加強對流熱傳導方式，溫度控制較最終設定溫度高5°C左右；并在裝置出口處對線芯的溫度進行遠紅外多點捕捉，通過反饋電路指示第3段的工作狀態。
[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，本實用新型除了必須設計、選用專門的螺桿并對整條生產線的穩定性進行控制外，同時對擠出模具進行改進，在模芯的尾部設計了襯套，其外部尺寸與模芯內部尺寸相當，既保證了內絕緣層“薄壁”擠出的穩定性，同時也在一定程度上緩解了 “冷”導體對“熱”模芯的降溫，規避了材質溫控范圍窄的不足；適當延長了模芯的內部“承徑”，這可以很好地避免內絕緣層擠出時導體對擠出模具“熱平衡”的破壞，從而切實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，采用常規的擠出方式，如擠管式、擠壓式或半擠管式均易出現出料不穩的現象，嚴重地將導致無法正常擠出，本實用新型補“擠管式”料流在模口處壓力不穩的不足、補“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)，本實用新型從以下幾方面進行了研究和驗證:
[0017]①選用高強度的“不斷絲”長纖維，具有比重小、強度高、耐高低溫、耐溶劑、阻燃及不吸潮等優點，并且該纖維絲具有加工時不斷絲的特點，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量，確保成品導線能夠通過抗串弧、抗切通等試驗，本實用新型對絲繞包設備進行了如下改進，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械損傷；
[0020]b.在繞包搖籃上設計了 I根特殊的“喂線”導桿，該導桿與搖籃的運動同步，能夠始終保證最科學的繞包角，避免了繞包角過小帶來的生產效率不高和繞包角過大不能實現“無縫”繞包的不足；
[0021 ] c.在纖維絲的放線軸和導線出線端處均設計了壓線裝置，并通過電氣感應保證其“同步起動、同步停止”，保證生產過程中不會由于停車造成絲包層質量出現波動；
[0022]d.在纖維絲的放線軸處設計了“張力”感應裝置，通過反饋電路驅使絲包張力電機工作，從而保證生產過程中張力可隨纖維絲數量的減少而瞬時變化，絲包層的緊密度最科學。
[0023]本實用新型制得的導線重量輕，由于內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，成品導線的重量滿足機載和星載的“減重”要求；本實用新型制得的導線外徑小，由于PEEK具有極高的體積電阻及介電強度(“薄壁”型導線也具有可靠的電氣特性)，并且不斷絲長纖維具有高強度和耐磨性(可采用極少束纖維進行“絲包”)，故成品導線的外徑較小；本實用新型制得的導線耐高溫，由于內外層材料均為耐高低溫材料(PEEK的熱變形溫度高達316°C、不斷絲長纖維從427°C才開始碳化)，成品導線長期使用溫度高達260°C (瞬時使用溫度不低于30(TC);本實用新型制得的導線耐溶劑，PEEK及不斷絲長纖維幾乎不溶于世界上任何酸、堿、鹽及有機溶劑，故成品導線的耐溶劑特別是航空航天用溶液性能無可比擬；本實用新型制得的導線阻燃性好，不添加任何阻燃劑的PEEK具有優異的自熄性，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，成品導線能夠通過UL標準規定的94V-0級阻燃試驗；本實用新型制得的導線耐濕性佳，由于內外層材料具有極低的吸水性，成品導線能夠通過MIL-W-22759規定的耐潮性能試驗。
[0024]本實用新型采用絲繞包層(絲包層)，提高了導線的抗串弧、抗切通性能及可靠性。采用自然熱傳導、吹風熱傳導及加強對流熱傳導3區段提高線芯預熱效率和精度的方法；采用在模芯的尾部設計襯套、延長模芯的內部“承徑”及“無嘴”模芯和無“承徑”模套的工藝設計，實現PEEK內絕緣層的擠出；采用在放線軸至繞包頭之間設置“納米”級引線眼模、在繞包搖籃上設計“喂線”導桿、在放線軸和導線出線端均設計壓線裝置及在放線軸處設計“瞬時”張力感應裝置的工藝方法，提高了導線絲包層的質量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0026]圖中:1銅包鋁、2鍍鎳層、3內絕緣層、4絲包層、5鍍鎳銅包鋁軟絞線導體。
【具體實施方式】
[0027]航空航天用高溫導線，由鍍鎳銅包鋁軟絞線導體5線芯上薄壁擠包聚醚醚酮內絕緣層3，再在聚醚醚酮內絕緣層上無縫繞包長纖維絲包層4構成。
[0028]長纖維為高強度不斷絲的長纖維絲。聚醚醚酮內絕緣層厚度為0.10-0.15mm。鍍 鎳銅包鋁軟絞線為在銅包鋁I上設置鍍鎳層2構成。
【權利要求】
1.一種航空航天用高溫導線，其特征是，由鍍鎳銅包鋁軟絞線導體線芯上薄壁擠包聚醚醚酮內絕緣層，再在聚醚醚酮內絕緣層上無縫繞包長纖維絲包層構成。
2.根據權利要求1所述的航空航天用高溫導線，其特征是，所述長纖維為高強度不斷絲的長纖維絲。
3.根據權利要求1所述的航空航天用高溫導線，其特征是，所述聚醚醚酮內絕緣層厚度為 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 優先權日:2013年8月19日
【發明者】房權生, 張金成, 王昊, 王曉琦, 楊建 , 相榮清 申請人:寶勝科技創新股份有限公司