CN104575720B - 一种航天用电缆的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型航天用电缆，从内向外依次包括内导体、绝缘层、屏蔽层和外皮，所述绝缘层为第一绕包层+挤出层+第二绕包层的三层复合结构，所述挤出层包括如下重量百分比的成分：50～60%聚醚醚酮、25～30%玻璃纤维、4～6%相容剂、4～11%成核剂；所述第一和第二绕包层由聚酰亚胺与玻璃纤维混合构成。本发明提供的电缆具有良好的耐辐照性能、耐高低温性能、抗静电放电性能和较高的机械强度。
Description
技术领域
本发明涉及同轴电缆技术领域，尤其涉及一种航天用电缆的制作方法。
背景技术
航天用电缆应当能够适应航天苛刻环境工作，具有优异的耐辐照性能、抗静电放电性能、机械性能和耐高低温性能。依现行技术制造的产品，是以GJB 773A-2000《航空航天用含氟聚合物绝缘电线电缆通用规范》为依据，同时参照了美国军标MIL-W-22759《MILITARY SPECIFICATION SHEET》标准制造生产的。然而该产品缺乏在特殊环境下使用应具有的相关性能，如耐辐照、耐高低温、抗静电放电性能和高机械强度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种新型航天用电缆，满足航天工作环境的需求，具有良好的耐辐照性能、耐高低温性能、抗静电放电性能和较高的机械强度。
为解决上述技术问题，本发明涉及一种新型航天用电缆，从内向外依次包括内导体、绝缘层、屏蔽层和外皮，所述绝缘层为第一绕包层+挤出层+第二绕包层的三层复合结构，所述挤出层包括如下重量百分比的成分：50～60%聚醚醚酮、25～30%玻璃纤维、4～6%相容剂、4～11%成核剂；所述第一和第二绕包层由聚酰亚胺与玻璃纤维混合构成。
聚酰亚胺与玻璃纤维的混合结构，既保证了作为半导体材料的防静电特性，又能保证足够的机械强度。
优选的，所述内导体为铜合金导体，其为11根直径0.25mm镀银铜合金丝绞合成束。铜合金相对于铜拥有更高的强度和韧性。
优选的，所述玻璃纤维为高强玻璃纤维，单纤维抗拉强度为2800MPa。高强玻璃纤维，其特点是高强度、高模量，比无碱玻纤抗拉强度高25%左右，弹性模量86000MPa。
优选的，所述相容剂为马来酸酐接枝相容剂。马来酸酐接枝相容剂通过引入强极性反应性基团，使材料具有高的极性和反应性，是一种高分子界面偶联剂、相容剂、分散促进剂，能够提高产品的拉伸、冲击强度，实现高填充，减少树脂用量，改善加工流变性，提高表面光洁度。
优选的，所述成核剂为滑石粉、云母粉、炭黑粉中的一种，所述成核剂的平均粒径约为2.8～3.3μm。
本发明同时提供一种制造上述新型航天电缆的方法，包括如下步骤：
（1）采用11根0.25mm 镀银铜合金丝绞合，经过压缩模具，获得1.25±0.05mm的绞合导体；
（2）采用同心式绕包机绕包0.032mm 厚度第一绕包层，搭盖率为71% ～ 75%；
（3）将聚醚醚酮、玻璃纤维和相容剂添加至双螺杆挤出机中充分搅拌并熔融，料筒温度控制在250～270℃；然后向料筒中添加成核剂，充分搅拌并塑化，料筒内的压力控制在15～20Mpa，塑化时间为4～11min；
（4）将步骤（3）所得混合原料通过挤出机挤出包覆在第一绕包层外围，包覆之前，对第一绕包层进行预热，预热温度为72～80℃，原料挤出时，挤出机模口的温度控制在192～200℃，模口采用压力式结构，挤出机的螺杆转速约为110r/min，长径比为 20：1；挤出层厚度为0.33～0.45mm；
（5）采用同心式绕包机绕包0.032mm 厚度第二绕包层，搭盖率为71% ～ 75%，此时已制得三层复合结构的绝缘层；
（6）采用空气-水分段间接处理方式对绝缘层进行冷却处理，空气中的冷却时间为3～4min，水中的冷却时间为4～5min；
（7）采用直径0.12mm镀镍圆铜线编织屏蔽，屏蔽密度为90%～96%，然后包覆外皮形成成品，成品外径为2.55～3.55mm；外皮由聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺或聚醚醚酮中的任意一种制成。
优选的，对成品进行热固烧结处理，首先进行干燥处理，温度控制在 120℃～130℃， 时间控制在25～30min；然后进行烧结处理，烧结炉温度划分为两个阶段：第一阶段的温度从0℃ 提升至150℃， 升温速度控制在5℃/min，烧结时间约为23～26分钟；第二阶段的温度从150℃提升至 320℃，升温速度控制在5℃/min，烧结时间约为32～36min；最后将烧结成品在烧结炉中缓冷至室温。
本发明的有益效果为：通过对航天电缆的结构、成分以及工艺的改进，有效提高了电缆的耐辐照性能、耐高低温性能、抗静电放电性能和机械强度。通过设置由聚酰亚胺与玻璃纤维混合构成的绕包层，电缆具有良好的防静电放电性能；通过设置三层复合结构的绝缘层，可在 -150～+300℃范围内长期使用，并获得耐辐照～rad 的能力；内导体的抗张强度为300-340Mpa，允许最大牵引强度为80-100Mpa；绝缘层老化前的抗张强度为80-100Mpa，允许最大牵引强度为20-28Mpa；屏蔽层的抗张强度为40-70Mpa，允许最大牵引强度为12-20Mpa。
附图说明
图1为本发明射频同轴电缆的切面图；
图2为图1中绝缘层的剖视图。
附图标记说明
1-内导体，2-绝缘层，3-屏蔽层，4-外皮，21-第一绕包层，22-挤出层，23-第二绕包层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
参见图1、2，本发明涉及一种新型航天用电缆，从内向外依次包括内导体1、绝缘层2、屏蔽层3和外皮4。内导体1为铜合金导体，其为11根直径0.25mm镀银铜合金丝绞合成束。铜合金相对于铜拥有更高的强度和韧性。
绝缘层2为第一绕包层21+挤出层22+第二绕包层23的三层复合结构，挤出层22包括如下重量百分比的成分：50～60%聚醚醚酮、25～30%玻璃纤维、4～6%相容剂、4～11%成核剂。玻璃纤维为高强玻璃纤维，单纤维抗拉强度为2800MPa。高强玻璃纤维，其特点是高强度、高模量，比无碱玻纤抗拉强度高25%左右，弹性模量86000MPa。相容剂为马来酸酐接枝相容剂。马来酸酐接枝相容剂通过引入强极性反应性基团，使材料具有高的极性和反应性，是一种高分子界面偶联剂、相容剂、分散促进剂，能够提高产品的拉伸、冲击强度，实现高填充，减少树脂用量，改善加工流变性，提高表面光洁度。成核剂为滑石粉、云母粉、炭黑粉中的一种，所述成核剂的平均粒径约为2.8～3.3μm。
第一和第二绕包层由聚酰亚胺与玻璃纤维混合构成。聚酰亚胺与玻璃纤维的混合结构，既保证了作为半导体材料的防静电特性，又能保证足够的机械强度。
本发明同时提供一种制造上述电缆的方法，包括如下步骤：
（1）采用11根0.25mm 镀银铜合金丝绞合，经过压缩模具，获得1.25±0.05mm的绞合导体；
（2）采用同心式绕包机绕包0.032mm 厚度第一绕包层，搭盖率为71% ～ 75%；
（3）将聚醚醚酮、玻璃纤维和相容剂添加至双螺杆挤出机中充分搅拌并熔融，料筒温度控制在250～270℃；然后向料筒中添加成核剂，充分搅拌并塑化，料筒内的压力控制在15～20Mpa，塑化时间为4～11min；
（4）将步骤（3）所得混合原料通过挤出机挤出包覆在第一绕包层外围，包覆之前，对第一绕包层进行预热，预热温度为72～80℃，原料挤出时，挤出机模口的温度控制在192～200℃，模口采用压力式结构，挤出机的螺杆转速约为110r/min，长径比为 20：1；挤出层厚度为0.33～0.45mm；
（5）采用同心式绕包机绕包0.032mm 厚度第二绕包层，搭盖率为71% ～ 75%，此时已制得三层复合结构的绝缘层；
（6）采用空气-水分段间接处理方式对绝缘层进行冷却处理，空气中的冷却时间为3～4min，水中的冷却时间为4～5min；
（7）采用直径0.12mm镀镍圆铜线编织屏蔽，屏蔽密度为90%～96%，然后包覆外皮形成成品，成品外径为2.55～3.55mm；外皮由聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺或聚醚醚酮中的任意一种制成。
作为本发明的一种优选方案，对成品进行热固烧结处理，首先进行干燥处理，温度控制在 120℃～130℃， 时间控制在25～30min；然后进行烧结处理，烧结炉温度划分为两个阶段：第一阶段的温度从0℃ 提升至150℃， 升温速度控制在5℃/min，烧结时间约为23～26分钟；第二阶段的温度从150℃提升至 320℃，升温速度控制在5℃/min，烧结时间约为32～36min；最后将烧结成品在烧结炉中缓冷至室温。
不同的组分配比和获得的电缆绝缘层的机械强度如下表所示：
通过对射频同轴电缆的结构、成分以及工艺的改进，有效提高了电缆的机械强度，尤其是绝缘层的抗张强度和牵引强度，本发明的同轴电缆内导体的抗张强度为300～340Mpa，允许最大牵引强度为80～100Mpa；绝缘层老化前的抗张强度为80～100Mpa，允许最大牵引强度为20～28Mpa；屏蔽层的抗张强度为40～70Mpa，允许最大牵引强度为12～20Mpa。
以上是本发明的较佳实施方式，但本发明的保护范围不限于此。任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，未经创造性劳动想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应以权利要求所限定的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种航天用电缆的制作方法，其特征在于，航天用电缆从内向外依次包括内导体、绝缘层、屏蔽层和外皮，所述绝缘层为第一绕包层+挤出层+第二绕包层的三层复合结构，所述挤出层包括如下重量百分比的成分： 60%聚醚醚酮、25～30%玻璃纤维、4～6%相容剂、4～11%成核剂；所述第一和第二绕包层由聚酰亚胺与玻璃纤维混合构成，航天用电缆的制备方法包括如下步骤：
（1）采用11根直径0.25mm 镀银铜合金丝绞合，经过压缩模具，获得外径1.25±0.05mm的绞合导体；
（2）采用同心式绕包机绕包0.032mm 厚度的第一绕包层，搭盖率为71%～75%；
（3）将聚醚醚酮、玻璃纤维和相容剂添加至双螺杆挤出机中充分搅拌并熔融，料筒温度控制在250～270℃；然后向料筒中添加成核剂，充分搅拌并塑化，料筒内的压力控制在15～20Mpa，塑化时间为4～11min；
（4）将步骤（3）所得混合原料通过挤出机挤出包覆在第一绕包层外围，包覆之前，对第一绕包层进行预热，预热温度为72～80℃，原料挤出时，挤出机模口的温度控制在192～200℃，模口采用压力式结构，挤出机的螺杆转速为110r/min，长径比为 20：1；挤出层厚度为0.33～0.45mm；
（5）采用同心式绕包机绕包0.032mm 厚度的第二绕包层，搭盖率为71%～75%，此时已制得三层复合结构的绝缘层；
（6）采用空气-水分段间接处理方式对绝缘层进行冷却处理，空气中的冷却时间为3～4min，水中的冷却时间为4～5min；
（7）采用直径0.12mm镀镍圆铜线编织屏蔽，屏蔽密度为90%～96%，然后包覆外皮形成成品，成品外径为2.55～3.55mm；外皮由聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺或聚醚醚酮中的任意一种制成。
2.如权利要求1所述的航天用电缆的制作方法，其特征在于：所述玻璃纤维为高强玻璃纤维，单纤维抗拉强度为2800MPa。
3.如权利要求1所述的航天用电缆的制作方法，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝相容剂。
4.如权利要求1所述的航天用电缆的制作方法，其特征在于：所述成核剂为滑石粉、云母粉、炭黑粉中的一种，所述成核剂的平均粒径为2.8～3.3μm。
5.如权利要求1所述的航天用电缆的制作方法，其特征在于，对成品进行热固烧结处理，首先进行干燥处理，温度控制在 120℃～130℃， 时间控制在25～30min；然后进行烧结处理，烧结炉温度划分为两个阶段：第一阶段的温度从0℃ 提升至150℃， 升温速度控制在5℃/min；第二阶段的温度从150℃提升至 320℃，升温速度控制在5℃/min，烧结时间为32～36min；最后将烧结成品在烧结炉中缓冷至室温。
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