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淺談聚四氟乙烯/聚酰亞胺絕緣電線電纜
聚四氟乙烯/聚酰亞胺絕緣電線電纜具有優異的電氣性能,耐開裂、耐水解、耐磨、耐輻射,化學性能穩定,且具有外徑小、重量輕等特點,是當今航空航天飛行器用兩大高端線種之一。但是長期以來,該系列電線電纜完全依賴進口。隨著我國航空航天的高速發展,國產化的研究和應用勢在必行。聚四氟乙烯/聚酰亞胺絕緣電線電纜目前國內處于研制開發階段。該產品沒有相應的國家標準或行業標準,主要依據美國AS 22759 通用規范及AS 22759 /80 ~ 92 詳細規范,其前身為美國MIL 標準。本文主要介紹聚四氟乙烯/聚酰亞胺絕緣電線電纜的結構形式和主要性能要求,對產品的一些特殊試驗方法進行分析探討。
1 產品使用特性及結構形式
1. 1 產品使用特性
( 1) 額定電壓: 交流600 V。
( 2) 額定溫度: 鍍錫銅導體150℃; 鍍銀銅或鍍銀銅合金導體200℃; 鍍鎳銅或鍍鎳銅合金導體260℃。( 3) 最低使用環境溫度: - 65℃。
1. 2 結構形式
聚四氟乙烯/聚酰亞胺絕緣電線通常是在絞合導體外繞包規定層數的絕緣薄膜帶而制成。聚四氟乙烯/聚酰亞胺絕緣電纜是由一根或多根電線( 絕緣線芯) 構成,其外可以加屏蔽或護套,包括以下幾種類型:
( 1) 無屏蔽無護套電纜,由2 根及以上的電線絞合而成;
( 2) 無屏蔽有護套電纜,由2 根及以上的電線絞合,外加護套組成;
( 3) 有屏蔽無護套電纜,由1 根電線、或2 根及以上的電線絞合,外加金屬屏蔽組成;
( 4) 有屏蔽有護套電纜,由1 根電線、或2 根及以上的電線絞合,外加金屬屏蔽和護套組成。
2 主要組成
2. 1 導體
導體作為傳輸電流的核心部分,其結構設計首先應滿足性能要求,主要性能有導體直流電阻、導體機械性能及導體可焊性等。導體設計為同心層絞合,線規為26 AWG ~ 0000 AWG,導體材料包括鍍錫銅導體、鍍銀銅導體、鍍鎳銅導體、鍍銀高強度銅合金導體及鍍鎳高強度銅合金導體,后兩種導體主要依賴進口,國內還無法生產。導體直流電阻、導體。
2. 2 絕緣
絕緣采用有機合成高分子聚合物( 聚酰亞胺)和聚四氟乙烯復合薄膜帶及聚四氟乙烯生料帶雙層繞包并經燒結而成。聚酰亞胺是所有有機高分子聚合物中綜合性能最佳者之一,其耐熱性、耐切通性、耐輻照性、耐電暈、耐電弧性優異,在輻射場中機械性能及電絕緣性能也比較穩定,但伸長率小,不耐堿。聚四氟乙烯具有極好的介電常數、低損耗因子、使用溫度范圍寬等特點,但耐電暈、耐輻照性差。由于用單一材料構成的絕緣層在性能上有一定的局限性,采用復合絕緣,用兩種材料組合在一起,取長補短,以提高絕緣層的綜合性能。絕緣線芯分為輕型和普通型兩種,輕型絕緣單線的絕緣標稱厚度為0. 15 ~ 0. 17 mm,普通型絕緣。
2. 3 屏蔽層
屏敝層的作用是防電磁干擾,同時對電纜起機械保護作用。屏蔽層采用鍍錫、鍍銀或鍍鎳銅線編織,編織密度至少為85%,以保證電纜具有良好的屏蔽效果。
2. 4 護套
護套采用聚全氟乙丙烯/聚酰亞胺復合帶及聚四氟乙烯生料帶雙層繞包并經燒結而成。
4 關鍵技術
4. 1 材料
目前我國聚四氟乙烯/聚酰亞胺絕緣電線電纜采用的關鍵材料,即絕緣復合薄膜( F4 /PI /F4) 和F4生料帶均為進口。國內用絕緣復合薄膜主要是美國杜邦公司產品。
4. 2 設備
繞包燒結設備是制造聚四氟乙烯/聚酰亞胺絕緣電線電纜的關鍵設備。國外通常是將繞包與燒結組成連續生產線,飛鶴線纜分立式和臥式兩種。我公司引進了代表當今國際先進水平的立式繞包燒結設備,其主要特點是整條生產線采用先進的控制系統,可確保張力穩定均勻,同時采用先進的陶瓷紅外燒結技術,加熱快,溫控精確。另外,配備了在線檢測,并可實現繞包工藝參數控制和記錄等功能。與之相比,國產設備在張力調節、繞包速度、設備的穩定性等方面仍存在明顯差距。
4. 3 工藝控制
產品標準對于絕緣包帶搭蓋率有嚴格的控制范圍,因為適當的搭蓋率能確保電線擁有所規定的絕緣厚度、電氣性能和機械性能。標準中規定的搭蓋率允許范圍上下限只差3. 5%。這對于外徑只有1 ~ 2 mm 的小規格電線來說,對材料、設備、工藝等要求是非常高的。聚四氟乙烯/聚酰亞胺絕緣電線電纜的結構看似簡單,但在實際生產過程中要求極為嚴格,工藝控制需精益求精,尤其是絕緣繞包燒結工藝最為關鍵,能夠左右最終的產品質量。
聚四氟乙烯/聚酰亞胺絕緣電線電纜作為一種新型的航空航天用高端線纜,其國產化有著極其重要的意義。近幾年我國國防和航空工業的迅速發展,將給聚四氟乙烯/聚酰亞胺絕緣電線電纜帶來良好的機遇和挑戰。我公司研制的聚四氟乙烯/聚酰亞胺絕緣電線電纜依據美國AS 22759 標準進行全性能試驗,產品技術指標全部符合標準要求。下一步將逐步實現該產品的規?;a,以滿足用戶需求。
國內目前該產品都是依據企業自己制訂的標準來研制和生產,產品要求不規范,產品質量良莠不齊,因此需要建立一個國家或行業產品標準來規范市場,以利于產品質量的提高和行業的發展。同時還需制訂和完善相關的試驗方法。
聚四氟乙烯/聚酰亞胺絕緣電線電纜屬于高技術含量的產品,所以至今該產品的制造廠家在世界上依然為數不多。我們必須認清國內的技術水平還不能與國外同行相比,在技術、設備及生產工藝等方面還存在不足,技術積累尚需時間,全面實現國產化任重而道遠。近幾年來國內已有不少廠家在關注和研發這個產品,期望大家一起努力攻克相關的技術難題,不斷提高技術水平,促進該產品的持續健康發展。
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