聚四氟乙烯/聚酰亚胺绝缘电线电缆具有优异的电气性能,耐开裂、耐水解、耐磨、耐辐射,化学性能稳定,且具有外径小、重量轻等特点,是当今航空航天飞行器用两大高端线种之一。但是长期以来,该系列电线电缆完全依赖进口。随着我国航空航天的高速发展,国产化的研究和应用势在必行。聚四氟乙烯/聚酰亚胺绝缘电线电缆目前国内处于研制开发阶段。该产品没有相应的国家标准或行业标准,主要依据美国AS 22759 通用规范及AS 22759 /80 ~ 92 详细规范,其前身为美国MIL 标准。本文主要介绍聚四氟乙烯/聚酰亚胺绝缘电线电缆的结构形式和主要性能要求,对产品的一些特殊试验方法进行分析探讨。
1 产品使用特性及结构形式
1. 1 产品使用特性
( 1) 额定电压: 交流600 V。
( 2) 额定温度: 镀锡铜导体150℃; 镀银铜或镀银铜合金导体200℃; 镀镍铜或镀镍铜合金导体260℃。( 3) 最低使用环境温度: - 65℃。
1. 2 结构形式
聚四氟乙烯/聚酰亚胺绝缘电线通常是在绞合导体外绕包规定层数的绝缘薄膜带而制成。聚四氟乙烯/聚酰亚胺绝缘电缆是由一根或多根电线( 绝缘线芯) 构成,其外可以加屏蔽或护套,包括以下几种类型:
( 1) 无屏蔽无护套电缆,由2 根及以上的电线绞合而成;
( 2) 无屏蔽有护套电缆,由2 根及以上的电线绞合,外加护套组成;
( 3) 有屏蔽无护套电缆,由1 根电线、或2 根及以上的电线绞合,外加金属屏蔽组成;
( 4) 有屏蔽有护套电缆,由1 根电线、或2 根及以上的电线绞合,外加金属屏蔽和护套组成。
2 主要组成
2. 1 导体
导体作为传输电流的核心部分,其结构设计首先应满足性能要求,主要性能有导体直流电阻、导体机械性能及导体可焊性等。导体设计为同心层绞合,线规为26 AWG ~ 0000 AWG,导体材料包括镀锡铜导体、镀银铜导体、镀镍铜导体、镀银高强度铜合金导体及镀镍高强度铜合金导体,后两种导体主要依赖进口,国内还无法生产。导体直流电阻、导体。
2. 2 绝缘
绝缘采用有机合成高分子聚合物( 聚酰亚胺)和聚四氟乙烯复合薄膜带及聚四氟乙烯生料带双层绕包并经烧结而成。聚酰亚胺是所有有机高分子聚合物中综合性能最佳者之一,其耐热性、耐切通性、耐辐照性、耐电晕、耐电弧性优异,在辐射场中机械性能及电绝缘性能也比较稳定,但伸长率小,不耐碱。聚四氟乙烯具有极好的介电常数、低损耗因子、使用温度范围宽等特点,但耐电晕、耐辐照性差。由于用单一材料构成的绝缘层在性能上有一定的局限性,采用复合绝缘,用两种材料组合在一起,取长补短,以提高绝缘层的综合性能。绝缘线芯分为轻型和普通型两种,轻型绝缘单线的绝缘标称厚度为0. 15 ~ 0. 17 mm,普通型绝缘。
2. 3 屏蔽层
屏敝层的作用是防电磁干扰,同时对电缆起机械保护作用。屏蔽层采用镀锡、镀银或镀镍铜线编织,编织密度至少为85%,以保证电缆具有良好的屏蔽效果。
2. 4 护套
护套采用聚全氟乙丙烯/聚酰亚胺复合带及聚四氟乙烯生料带双层绕包并经烧结而成。
4 关键技术
4. 1 材料
目前我国聚四氟乙烯/聚酰亚胺绝缘电线电缆采用的关键材料,即绝缘复合薄膜( F4 /PI /F4) 和F4生料带均为进口。国内用绝缘复合薄膜主要是美国杜邦公司产品。
4. 2 设备
绕包烧结设备是制造聚四氟乙烯/聚酰亚胺绝缘电线电缆的关键设备。国外通常是将绕包与烧结组成连续生产线,飞鹤线缆分立式和卧式两种。我公司引进了代表当今国际先进水平的立式绕包烧结设备,其主要特点是整条生产线采用先进的控制系统,可确保张力稳定均匀,同时采用先进的陶瓷红外烧结技术,加热快,温控精确。另外,配备了在线检测,并可实现绕包工艺参数控制和记录等功能。与之相比,国产设备在张力调节、绕包速度、设备的稳定性等方面仍存在明显差距。
4. 3 工艺控制
产品标准对于绝缘包带搭盖率有严格的控制范围,因为适当的搭盖率能确保电线拥有所规定的绝缘厚度、电气性能和机械性能。标准中规定的搭盖率允许范围上下限只差3. 5%。这对于外径只有1 ~ 2 mm 的小规格电线来说,对材料、设备、工艺等要求是非常高的。聚四氟乙烯/聚酰亚胺绝缘电线电缆的结构看似简单,但在实际生产过程中要求极为严格,工艺控制需精益求精,尤其是绝缘绕包烧结工艺最为关键,能够左右最终的产品质量。
聚四氟乙烯/聚酰亚胺绝缘电线电缆作为一种新型的航空航天用高端线缆,其国产化有着极其重要的意义。近几年我国国防和航空工业的迅速发展,将给聚四氟乙烯/聚酰亚胺绝缘电线电缆带来良好的机遇和挑战。我公司研制的聚四氟乙烯/聚酰亚胺绝缘电线电缆依据美国AS 22759 标准进行全性能试验,产品技术指标全部符合标准要求。下一步将逐步实现该产品的规模化生产,以满足用户需求。
国内目前该产品都是依据企业自己制订的标准来研制和生产,产品要求不规范,产品质量良莠不齐,因此需要建立一个国家或行业产品标准来规范市场,以利于产品质量的提高和行业的发展。同时还需制订和完善相关的试验方法。
聚四氟乙烯/聚酰亚胺绝缘电线电缆属于高技术含量的产品,所以至今该产品的制造厂家在世界上依然为数不多。我们必须认清国内的技术水平还不能与国外同行相比,在技术、设备及生产工艺等方面还存在不足,技术积累尚需时间,全面实现国产化任重而道远。近几年来国内已有不少厂家在关注和研发这个产品,期望大家一起努力攻克相关的技术难题,不断提高技术水平,促进该产品的持续健康发展。