CN103280261B - 一种高介电常数耐高温导线及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空航天用导线领域，特别是涉及一种高介电常数耐高温导线及其制备方法。本发明提供一种高介电常数耐高温导线，其结构由内而外包括线芯、云母带绕包层、石英纤维丝包层、石英纤维编织层和防湿耐磨层；还包括耐高温绝缘漆，所述耐高温绝缘漆填充于所述石英纤维丝包层和石英纤维编织层中；所述线芯为绞合导电线芯，所述防湿耐磨层为PTFE薄膜绕包烧结层。本发明所提供的高介电常数耐高温导线，其工作温度高，能承受2000℃的火焰冲击3s内，导线绝缘层不开裂，电气性能没有降低，并具有高的介电常数，电容超过300PF。

Description

一种高介电常数耐高温导线及其制备方法

技术领域

本发明涉及航空航天用导线领域，特别是涉及一种高介电常数耐高温导线及其制备方法。

背景技术

航空航天的发展虽然与军事应用密切相关，但更为重要的是人类在这个领域所取得的巨大进展，对国民经济的众多部门和社会生活的许多方面都产生了重大影响，改变了世界的面貌。航空的发展大大改变了交通运输的结构，飞机为人们提供了一种快速、方便、经济、安全、舒适的运输手段，国际航班已经代替了远洋客轮，成为人们洲际往来的主要工具，密切了世界各国的交往；国内航班在一些国家更多地代替了铁路客运，加快了边远地区的开发。大型喷气式客机和通信卫星被认为是信息社会的两个重要支柱。在工业方面，飞机还广泛用于空中摄影、大地测绘、地质勘探和资源调查；在农业方面，飞机用于播种施肥、除草灭虫、森林防火以及环境保护。这一切对传统生产方式的变革产生了深远的影响。由此可见，航空技术和航天技术不仅给国民经济各部门带来直接经济效益，而且通过新技术、新产品、新材料、新工艺以及新的管理方法向国民经济各部门推广和转移，带来了十分可观的间接经济效益。

目前，航空航天用导线绝缘层一般采用聚酰亚胺薄膜绕包烧结而成。这种导线优点在于比重小、耐辐照、电气性能优异。但也存在着一些不足之处，如不能承受长时间的500℃以上高温环境；经过瞬时超高温极端环境时容易出现绝缘层破裂、击穿电压急剧下降现象；导线不耐潮、不耐水解等。

发明内容

为了克服聚酰亚胺绕包烧结导线长时间500℃高温环境下工作易开裂，瞬时极端环境下导线绝缘层破损，不耐潮，易水解等这些问题，本发明的目的在于提供一种高介电常数耐高温导线。

本发明第一方面提供一种高介电常数耐高温导线，其结构由内而外包括线芯（1）、云母带绕包层（2）、石英纤维丝包层（3）、石英纤维编织层（4）和防湿耐磨层（6）；还包括耐高温绝缘漆（5），所述耐高温绝缘漆（5）填充于所述石英纤维丝包层（3）和石英纤维编织层（4）中；所述线芯（1）为绞合导电线芯，所述防湿耐磨层（6）为PTFE薄膜绕包烧结层。

所述云母带绕包层包覆在绞合导电线芯上，所述云母带绕包层、石英纤维丝包层和石英纤维编织层组成耐高温绝缘层，同时在石英纤维丝包层和石英纤维编织层中填充耐高温绝缘漆，形成挂漆层，表现形式为石英纤维丝包层浸渍耐高温绝缘漆和石英纤维编织层浸渍耐高温绝缘漆。

优选的，所述绞合导电线芯为镀镍铜绞线、镍硅铜绞线和镍铬铜绞线之中的一种或几种的组合。

更优选的，所述镀镍铜绞线的镍层的体积百分含量为9-15%。

更优选的，所述镍硅铜绞线的规格为19×0.20mm。

更优选的，所述镍铬铜绞线的规格为19×0.20mm。

优选的，所述云母带绕包层（2）由玻璃纤维布衬底粘结云母片构成，云母片和玻璃纤维布带之间设有改性有机硅高温漆粘结层。

优选的，所述石英纤维丝包层（3）和石英纤维编织层（4）是由石英纤维构成；石英纤维丝包层（3）所用石英纤维为160-250支，石英纤维编织层（4）所用石英纤维为100-160支。

优选的，所述耐高温绝缘漆（5）为耐高温改性有机硅树脂漆。

优选的，所述耐高温改性有机硅树脂漆为改性有机硅树脂漆、固化剂、溶剂、金属氧化物颜料和/或体质颜料的混合。

优选的，所述耐高温改性有机硅树脂漆按重量份计，包括如下组分：

改性有机硅树脂漆35～50份；

固化剂5～10份；

金属氧化物颜料7～10份；

体质颜料20～30份；

溶剂适量。

所述改性有机硅高温漆粘结层采用所述耐高温改性有机硅树脂漆。

更优选的，所述的改性有机硅树脂漆为环氧改性的有机硅树脂漆（环氧树脂含量在改性的有机硅树脂漆中的质量百分比含量为30%～40%），具体为采用有机硅预聚体（由一甲基三乙氧基硅烷，二苯基二乙氧基硅烷和一苯基三乙氧基硅烷按缩聚而成）、环氧树脂、芳香胺固化剂共聚合成。

更优选的，所述固化剂选自间苯二胺（MPDA）和二氨基二苯砜（DDS）复合配制的芳香胺固化剂。

更优选的，所述溶剂为二甲苯和正丁醇的混合溶剂。

进一步优选的，所述二甲苯：正丁醇=3:1（质量比）。

优选的，所述金属氧化物颜料选自锌白粉，钛白粉，三氧化二铝粉和氧化镁中的一种或多种的混合。

优选的，所述体质颜料选自低熔点（400℃-450℃）的玻璃粉和陶瓷粉与云母粉，石棉粉，滑石粉，高岭土，二氧化硅粉，膨润土中的一种或多种混合。

采取以上原材料制备而成的环氧改性有机硅树脂漆具有较高的耐高温性能和良好的粘结性能，进而使得线的涂覆质量好，由于采用了低熔点的玻璃粉作为体质填料中的一部分，可以使得在生料带的烧结过程中（550℃），改性有机硅树脂在400℃～500℃左右受热大量分解，低熔点的玻璃粉在此温度下熔融，从而代替改性有机硅树脂起到粘结的作用，使得耐高温改性有机硅树脂漆始终具有很好的粘结性能。

优选的，所述防湿耐磨层为未烧结的PTFE薄膜绕包烧结层。

更优选的，所述防湿耐磨层中，PTFE带与导线的绕包角度为30～40度，搭盖率为55%～70%，烧结温度为500～600℃。

本发明第二方面提供一种高介电常数耐高温导线的制备方法，包括如下步骤：

（1）将多股单丝线芯进行同向绞合制成导电线芯；

（2）在绞合导电线芯外进行耐高温绝缘层制备，包括云母带绕包、石英纤维丝包和石英纤维编织；并结合石英纤维丝包和石英纤维编织，同时进行挂漆，所述挂漆通过对石英纤维丝包层浸渍耐高温改性有机硅树脂漆和石英纤维编织层浸渍耐高温改性有机硅树脂漆完成；

（3）导线通过烤箱进行烘烤，挥发有机溶剂，促进耐高温改性有机硅树脂漆固化。优选的，烤箱温度为300℃左右。

（4）用PTFE生料带绕包，形成防湿耐磨层。

本发明第三方面提供所述高介电常数耐高温导线在航空航天用导线领域的应用。

如上所述，本发明所提供的高介电常数耐高温导线，具有以下有益效果：

（1）该导线1000℃工作5min，800℃工作20min，500℃工作1000h以上，导线绝缘层不开裂，电气性能没有明显降低。

（2）该导线可承受2000℃的火焰冲击3s内，导线绝缘层不开裂，电气性能没有降低。

（3）该导线绝缘层采用无机材料，如云母、石英纤维等，有高的介电常数，电容超过300PF。

（4）储存安装方便。由于防湿耐磨层为聚四氟乙烯薄膜绕包烧结层，材料具有优异的耐潮湿和化学溶剂浸渍特性，而且聚四氟乙烯经过烧结后，生料带之间能互相粘连，形成密封整体，可以使得导线的耐潮湿、耐化学溶剂性能优异。此外，聚四氟乙烯生料带烧结后，可以防止绝缘层吸潮和机械损伤，大大提高导线的储存安装性能。

附图说明

图1显示为本发明的结构示意图。

元件标号说明

1线芯

2云母带绕包层

3石英纤维丝包层

4石英纤维编织层

5耐高温绝缘漆

6防湿耐磨层

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例1

1）将多股单丝线芯进行同向绞合制成导电线芯。所用单丝线芯为镀镍圆铜线，镍层的体积百分含量为12%，所述绞合导电线芯的规格为127×0.300（mm）；

2）在绞合导电线芯外进行耐高温绝缘层制备，步骤包括云母带绕包，石英纤维丝包和石英纤维编织。

所用云母带是云母纸和玻璃丝布由耐高温改性有机硅树脂漆粘合而成，所用云母带为0.075×8mm，覆盖率67%。

采用高速丝包机进行石英纤维丝包。石英纤维丝包参数为：4股，每股支数为210支，搭盖率为5%;

采用高速编织机进行石英纤维编织。石英纤维编织参数为：4股，每股支数为130支，编织密度98%±0.5%；

3）挂漆：值得注意的是，该工艺必须结合石英纤维丝包和石英纤维编织进行，通过对石英纤维丝包层浸渍耐高温改性有机硅树脂漆和石英纤维编织层浸渍耐高温改性有机硅树脂漆完成。

耐高温改性有机硅树脂漆的配方如下：

改性有机硅树脂漆50份；

固化剂7份；

金属氧化物颜料7份；

体质颜料25份；

溶剂5份。

所述的改性有机硅树脂漆为环氧改性的有机硅树脂漆（环氧树脂含量在改性的有机硅树脂漆中的质量百分比含量为35%），具体为采用有机硅预聚体（由一甲基三乙氧基硅烷，二苯基二乙氧基硅烷和一苯基三乙氧基硅烷按1:2:2（质量比）缩聚而成）、双酚A型环氧树脂E-44、芳香胺固化剂（间苯二胺（MPDA）和二氨基二苯砜（DDS）复合配制MPDA：DDS=2:1质量比）共聚合成。

固化剂为间苯二胺（MPDA）和二氨基二苯砜（DDS）复合配制（MPDA：DDS=2:1质量比）的芳香胺固化剂。

所述金属氧化物颜料为钛白粉。

所述体质颜料为玻璃粉和滑石粉的混合，质量比为1:1。

所述溶剂为二甲苯和正丁醇的混合溶剂，二甲苯：正丁醇=3:1（质量比）。

4）烘烤：导线通过300℃烤箱进行，挥发有机溶剂，促进耐高温改性有机硅树脂漆固化。

5）用PTFE生料带绕包，生料带8×0.05mm，绕包角度35度，搭盖率为55%，经过550℃烤箱烧结，形成防湿耐磨层。

所得耐高温导线的性能如表1所示：

表1

实施例2

1）将多股单丝线芯进行同向绞合制成导电线芯。所用单丝线芯为镀镍圆铜线，镍层的体积百分含量为9%，所述绞合导电线芯的规格为127×0.300（mm）；

2）在绞合导电线芯外进行耐高温绝缘层制备，步骤包括云母带绕包，石英纤维丝包和石英纤维编织。

所用云母带是云母纸和玻璃丝布由耐高温改性有机硅树脂漆粘合而成，所用云母带为0.075×8mm，覆盖率67%。

采用高速丝包机进行石英纤维丝包。石英纤维丝包参数为：4股，每股支数为250支，搭盖率为5%;

采用高速编织机进行石英纤维编织。石英纤维编织参数为：4股，每股支数为160支，编织密度98%±0.5%；

3）挂漆：值得注意的是，该工艺必须结合石英纤维丝包和石英纤维编织进行，通过对石英纤维丝包层浸渍耐高温改性有机硅树脂漆和石英纤维编织层浸渍耐高温改性有机硅树脂漆完成。

耐高温改性有机硅树脂漆的配方如下：

改性有机硅树脂漆35份；

固化剂5份；

金属氧化物颜料7份；

体质颜料20份；

溶剂4份。

所述的改性有机硅树脂漆为环氧改性的有机硅树脂漆（环氧树脂含量在改性的有机硅树脂漆中的质量百分比含量为40%），具体为采用有机硅预聚体（由一甲基三乙氧基硅烷，二苯基二乙氧基硅烷和一苯基三乙氧基硅烷按1:2:2（质量比）缩聚而成）、双酚A型环氧树脂E-44、芳香胺固化剂（间苯二胺（MPDA）和二氨基二苯砜（DDS）复合配制MPDA：DDS=2:1质量比）共聚合成。

固化剂为间苯二胺（MPDA）和二氨基二苯砜（DDS）复合配制（MPDA：DDS=2:1质量比）的芳香胺固化剂。

所述金属氧化物颜料为钛白粉。

所述体质颜料为玻璃粉和滑石粉的混合，质量比为1:1。

所述溶剂为二甲苯和正丁醇的混合溶剂，二甲苯：正丁醇=3:1（质量比）。

4）烘烤：导线通过300℃烤箱进行，挥发有机溶剂，促进耐高温改性有机硅树脂漆固化。

5）用PTFE生料带绕包，生料带8×0.05mm，绕包角度30度，搭盖率为55%，经过500℃烤箱烧结，形成防湿耐磨层。

所得耐高温导线的性能与实施例所得的耐高温导线的性能相似。

实施例3

1）将多股单丝线芯进行同向绞合制成导电线芯。所用单丝线芯为镀镍圆铜线，镍层的体积百分含量为15%，所述绞合导电线芯的规格为127×0.300（mm）；

2）在绞合导电线芯外进行耐高温绝缘层制备，步骤包括云母带绕包，石英纤维丝包和石英纤维编织。

所用云母带是云母纸和玻璃丝布由耐高温改性有机硅树脂漆粘合而成，所用云母带为0.075×8mm，覆盖率67%。

采用高速丝包机进行石英纤维丝包。石英纤维丝包参数为：4股，每股支数为160支，搭盖率为5%;

采用高速编织机进行石英纤维编织。石英纤维编织参数为：4股，每股支数为100支，编织密度98%±0.5%；

3）挂漆：值得注意的是，该工艺必须结合石英纤维丝包和石英纤维编织进行，通过对石英纤维丝包层浸渍耐高温改性有机硅树脂漆和石英纤维编织层浸渍耐高温改性有机硅树脂漆完成。

耐高温改性有机硅树脂漆的配方如下：

改性有机硅树脂漆50份；

固化剂10份；

金属氧化物颜料10份；

体质颜料30份；

溶剂6份。

所述的改性有机硅树脂漆为环氧改性的有机硅树脂漆（环氧树脂含量在改性的有机硅树脂漆中的质量百分比含量为30%），具体为采用有机硅预聚体（由一甲基三乙氧基硅烷，二苯基二乙氧基硅烷和一苯基三乙氧基硅烷按1:2:2（质量比）缩聚而成）、双酚A型环氧树脂E-44、芳香胺固化剂（间苯二胺（MPDA）和二氨基二苯砜（DDS）复合配制MPDA：DDS=2:1质量比）共聚合成。

固化剂为间苯二胺（MPDA）和二氨基二苯砜（DDS）复合配制（MPDA：DDS=2:1质量比）的芳香胺固化剂。

所述金属氧化物颜料为钛白粉。

所述体质颜料为玻璃粉和滑石粉的混合，质量比为1:1。

所述溶剂为二甲苯和正丁醇的混合溶剂，二甲苯：正丁醇=3:1（质量比）。

4）烘烤：导线通过300℃烤箱进行，挥发有机溶剂，促进耐高温改性有机硅树脂漆固化。

5）用PTFE生料带绕包，生料带8×0.05mm，绕包角度40度，搭盖率为70%，经过600℃烤箱烧结，形成防湿耐磨层。

所得耐高温导线的性能与实施例所得的耐高温导线的性能相似。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种高介电常数耐高温导线，其特征在于，其结构由内而外包括线芯(1)、云母带绕包层(2)、石英纤维丝包层(3)、石英纤维编织层(4)和防湿耐磨层(6)；还包括耐高温绝缘漆(5)，所述耐高温绝缘漆(5)填充于所述石英纤维丝包层(3)和石英纤维编织层(4)中；所述线芯(1)为绞合导电线芯，所述防湿耐磨层(6)为PTFE薄膜绕包烧结层；

所述高介电常数耐高温导线的制备方法，包括如下步骤：

(1)将多股单丝线芯进行同向绞合制成导电线芯；

(2)在绞合导电线芯外进行耐高温绝缘层制备，包括云母带绕包、石英纤维丝包和石英纤维编织；并结合石英纤维丝包和石英纤维编织，同时进行挂漆，所述挂漆通过对石英纤维丝包层浸渍耐高温改性有机硅树脂漆和石英纤维编织层浸渍耐高温改性有机硅树脂漆完成；

(3)导线通过烤箱进行烘烤，挥发有机溶剂，促进耐高温改性有机硅树脂漆固化；

(4)用PTFE生料带绕包，形成防湿耐磨层，所述防湿耐磨层为未烧结的PTFE薄膜绕包烧结，PTFE生料带与导线的绕包角度为30～40度，搭盖率为55％～70％，烧结温度为500～600℃。

2.权利要求1所述的一种高介电常数耐高温导线，其特征在于，所述绞合导电线芯为镀镍铜绞线、镍硅铜绞线和镍铬铜绞线之中的一种或几种的组合。

3.权利要求1所述的一种高介电常数耐高温导线，其特征在于，所述云母带绕包层(2)由玻璃纤维布衬底粘结云母片构成，云母片和玻璃纤维布之间设有改性有机硅高温漆粘结层。

4.权利要求1所述的一种高介电常数耐高温导线，其特征在于，所述石英纤维丝包层(3)和石英纤维编织层(4)是由石英纤维构成；石英纤维丝包层(3)所用石英纤维为160-250支，石英纤维编织层(4)所用石英纤维为100-160支。

5.权利要求1所述的一种高介电常数耐高温导线，其特征在于，所述耐高温绝缘漆(5)为耐高温改性有机硅树脂漆，所述耐高温改性有机硅树脂漆按重量份计，包括如下组分：

6.如权利要求1-5任一权利要求所述的一种高介电常数耐高温导线的制备方法，包括如下步骤：

(1)将多股单丝线芯进行同向绞合制成导电线芯；

(2)在绞合导电线芯外进行耐高温绝缘层制备，包括云母带绕包、石英纤维丝包和石英纤维编织；并结合石英纤维丝包和石英纤维编织，同时进行挂漆，所述挂漆通过对石英纤维丝包层浸渍耐高温改性有机硅树脂漆和石英纤维编织层浸渍耐高温改性有机硅树脂漆完成；

(3)导线通过烤箱进行烘烤，挥发有机溶剂，促进耐高温改性有机硅树脂漆固化；

(4)用PTFE生料带绕包，形成防湿耐磨层。

7.如权利要求1-5任一权利要求所述的高介电常数耐高温导线在航空航天用导线领域的应用。