CN105632597A - 高柔性耐扭曲机器人电缆 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高柔性耐扭曲机器人电缆，包括：六个复合绞导体和芳纶加强件，六个复合绞导体绞合于芳纶加强件外表面，外护套层与纸带绕包层之间设置有金属屏蔽层；所述外护套层由以下重量份的组分组成：乙烯-四氟乙烯共聚物、茂金属聚乙烯、聚丙烯、乙烯辛烯共聚物、马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物、氢氧化铝、聚磷酸铵、有机蒙脱土、纳米碳化锆、聚四氟乙烯微粉、硅烷偶联剂、硅酮粉、PE蜡、硫代二丙酸双月桂酯DLTP、双硫醚、季戊四醇三露烯酸酯。本发明数据电缆摩擦系数小、柔软抗拉伸、无摩擦静电产生、频繁移动后仍然能保证结构和电气性能稳定。

Description

高柔性耐扭曲机器人电缆

技术领域

本发明涉及一种电缆，尤其涉及一种高柔性耐扭曲机器人电缆。

背景技术

工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。国外专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲经济委员会(UNECE)和国际机器人联合会的统计，世界机器人市场前景看好，从20世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入20世纪90年代，机器人产品发展速度加快，年增长率平均在10％左右。2004年增长率达到创记录的20％。其中，亚洲机器人增长幅度最为突出，高达43％。

我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。

目前，国内工业高柔性耐扭曲机器人电缆、机械装备电缆在超柔软性、高强度上较差，存在性能空白，高端电缆依然大量进口。现有技术中，其结构一般是将一组挤包绝缘体的导电体绞合后形成缆芯，再挤包外护套，该种结构无法为连续频繁扭转和弯曲的使用场合提供长期稳定运行的保障，更不适用于需要快速加速运动和需要较快平行移动速率以及长距离移动场合，因为以上应用要求电缆具有更高的柔软性、曲绕性能和抗拉强度。

随着工业机器人发展，不仅要求其线缆满足相应柔软性、曲绕性能和抗拉强度性能，而且其线缆安全、环保、节能、耐高温、耐磨、无卤阻燃，而且要求向轻量化方向发展，成为主要发展趋势。

发明内容

本发明提供一种高柔性耐扭曲机器人电缆，此高柔性耐扭曲机器人电缆摩擦系数小、柔软抗拉伸、无摩擦静电产生、频繁移动后仍然能保证结构稳定的屏蔽型数据电缆，产品经过10万次的弯曲，电气性能变化率小于5%。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高柔性耐扭曲机器人电缆，包括：六个复合绞导体和芳纶加强件，此复合绞导体外表面包覆有ETFE绝缘层，所述六个复合绞导体绞合于芳纶加强件外表面，一纸带绕包层绕包于六个复合绞导体外表面，一外护套层包覆于所述纸带绕包层外表面，所述外护套层与纸带绕包层之间设置有金属屏蔽层；

所述复合绞导体包括位于中心的中心铜导线和6根绞合于中心铜导线外表面的外铜导线；

所述外护套层由以下重量份的组分组成：

乙烯-四氟乙烯共聚物30~40份，

茂金属聚乙烯20~30份，

聚丙烯10~15份，

乙烯辛烯共聚物20~40份，

马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物5~20份，

氢氧化铝50~80份，

聚磷酸铵10~20份，

有机蒙脱土2~4份，

纳米碳化锆5~8份，

聚四氟乙烯微粉2~4份，

硅烷偶联剂KH5601~1.5份，

硅酮粉4~6份，

PE蜡1~1.6份，

硫代二丙酸双月桂酯DLTP0.8~1.5份，

双硫醚2~4份，

季戊四醇三露烯酸酯1.5~4份；

所述纳米碳化锆为的粒径分布为30~100nm；

所述茂金属聚乙烯的熔体指数为0.08~2g/10min，乙烯辛烯共聚物的熔体指数为1~5g/10min。

上述技术方案中进一步的改进技术方案如下：

1.上述方案中，所述马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物的接枝率为0.6%~1.2%。

2.上述方案中，所述硅酮粉为硅油和二氧化硅组成的混合物。

3.上述方案中，所述金属屏蔽层由若干根镀锡铜丝松编形成。

4.上述方案中，所述中心铜导线、外铜导线均由若干根铜丝绞合而成。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.本发明高柔性耐扭曲机器人电缆，其采用特定线缆结合并结合特定配方的护套料，使得适合高频率弯曲和扭转，具有高柔性、强拉力、耐弯曲和扭转使用的特性，其可以广泛应用在持续弯曲自由移动且有拉力的拖链或机械手连接和装配场合中，其耐弯曲及扭转性能超过6000万次而不发生电缆变形、导体断裂现象，确保电缆整体具有优良的机械物理性能。

2.本发明高柔性耐扭曲机器人电缆，其在由乙烯-四氟乙烯共聚物30~40份、茂金属聚乙烯20~30份和聚丙烯10~15份组成的特定的基础树脂内添加纳米碳化锆5~8份和聚四氟乙烯微粉2~4份为填料，限制可移动位错的滑移或攀移，因而使得材料较强的抗磨损能力，同时使得产品的拉断力提高50%，抗弯曲次数提升300~500%，10000次弯曲衰减变化值小于3%。

3.本发明高柔性耐扭曲机器人电缆，采用特定组分和含量的乙烯-四氟乙烯共聚物30~40份、有机蒙脱土2~4份、茂金属聚乙烯20~30份和聚丙烯10~15份，有利于改善氢氧化铝、聚磷酸铵、有机蒙脱土、纳米碳化锆等填料在基础树脂体系中的分散性，既能形成良好的封闭炭层，又能有效吸收聚磷酸铵生成的磷化氢，同时抑制磷化氢的产生，改善了阻燃性能，也使材料具有优异的机械性能；同时，其纳米碳化锆在燃烧过程的高温下，也可在表面进一步形成致密氧化层，进一步加强了材料的结壳性，和无机阻燃体系构成了协同阻燃的效果，致使材料具有较好的阻燃性能，不仅可以通过IEC标准的单根垂直燃烧试验，还可通过C类成束燃烧试验。

附图说明

附图1为本发明高柔性耐扭曲机器人电缆结构示意图；

附图2为本发明高柔性耐扭曲机器人电缆中复合绞导体结构示意图。

以上附图中：1、复合绞导体；2、芳纶加强件；3、ETFE绝缘层；4、纸带绕包层；5、外护套层；6、金属屏蔽层；7、中心铜导线；8、外铜导线；9、铜丝。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例：一种高柔性耐扭曲机器人电缆，包括：六个复合绞导体1和芳纶加强件2，此复合绞导体1外表面包覆有ETFE绝缘层3，所述六个复合绞导体1绞合于芳纶加强件2外表面，一纸带绕包层4绕包于六个复合绞导体1外表面，一外护套层5包覆于所述纸带绕包层4外表面，所述外护套层5与纸带绕包层4之间设置有金属屏蔽层6；

所述复合绞导体1包括位于中心的中心铜导线7和6根绞合于中心铜导线外表面的外铜导线8；

所述外护套层5由以下重量份的组分组成，如表1所示：

表1

所述纳米碳化锆为的粒径分布为30~100nm；

所述茂金属聚乙烯的熔体指数为0.08~2g/10min，乙烯辛烯共聚物的熔体指数为1~5g/10min；

所述马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物的接枝率为0.6%~1.2%。

上述金属屏蔽层由若干根镀锡铜丝松编形成。

上述中心铜导线7、外铜导线8均由若干根铜丝9绞合而成。

一种用于上述高柔性耐扭曲机器人电缆中护套层的制备方法，包括以下步骤：

第一步：将按配方重量计量的乙烯-四氟乙烯共聚物30~40份、茂金属聚乙烯20~30份、聚丙烯10~15份、乙烯辛烯共聚物20~40份、马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物5~20份，在高速混合机中高速混合30秒钟，经双螺杆造粒机混合塑化造粒。加工温度为：输送段120～130℃，熔融段140～155℃，混炼段160～170℃，排气段155～165℃，均化段155～165℃，机头160～170℃；

第二步：在上述材料加入按配方重量计量的氢氧化铝50~80份、聚磷酸铵10~20份、有机蒙脱土2~4份、纳米碳化锆5~8份、聚四氟乙烯微粉2~4份、硅烷偶联剂KH560为1~1.5份、硅酮粉4~6份、PE蜡1~1.6份、硫代二丙酸双月桂酯DLTP0.8~1.5份、双（3，5-三级丁基-4-羟基苯基）硫醚2~4份和季戊四醇三露烯酸酯1.5~4份，在高速混合机中混合30秒钟，再在双阶机中捏合塑化造粒。双阶机包括双螺杆和单螺杆，其中双螺杆的加工温度为：输送段100～115℃，熔融段120～135℃，混炼段140～150℃，排气段145～155℃，均化段145～155℃，机头150～160℃；单螺杆加工温度为：第一区120～135℃，第二区120～135℃，第三区120～135℃，机头130～145℃，切粒风冷后包装；

第三步：将第二步所得材料在电线电缆挤线机生产线上，在一区150～160℃，二区160～180℃，三区175～195℃，四区175～195℃，机头170～190℃的温度下挤出，包覆在导体线芯上，再进行辐照加工，辐照后热延伸15%～30%。

实施例1~4所制得的高柔性耐扭曲机器人电缆中外护套层的性能测试数据如表2所示：

表2

将实施例1~4所得的高柔性耐扭曲机器人电缆中外护套层料用作导体截面为0.75mm²、壁厚为0.18mm的电线测试性能结果如下表3所示：

表3

表中刮磨试验的条件如下，在加载7N条件下，4个相互垂直方向刮擦，要求≥150次。

从表中性能可以看出，采用本发明高柔性耐扭曲机器人电缆中外护套层，其适合高频率弯曲和扭转，具有高柔性、强拉力、耐弯曲和扭转使用的特性，其可以广泛应用在持续弯曲自由移动且有拉力的拖链或机械手连接和装配场合中，其耐弯曲及扭转性能超过6000万次而不发生电缆变形、导体断裂现象，确保电缆整体具有优良的机械物理性能，且还可以有效防止外部低频电磁干扰；其次，其限制可移动位错的滑移或攀移，因而使得材料较强的抗磨损能力，同时使得产品的拉断力提高50%，抗弯曲次数提升300~500%，10000次弯曲衰减变化值小于3%。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高柔性耐扭曲机器人电缆，其特征在于：包括：六个复合绞导体（1）和芳纶加强件（2），此复合绞导体（1）外表面包覆有ETFE绝缘层（3），所述六个复合绞导体（1）绞合于芳纶加强件（2）外表面，一纸带绕包层（4）绕包于六个复合绞导体（1）外表面，一外护套层（5）包覆于所述纸带绕包层（4）外表面，所述外护套层（5）与纸带绕包层（4）之间设置有金属屏蔽层（6）；

所述复合绞导体（1）包括位于中心的中心铜导线（7）和6根绞合于中心铜导线（）外表面的外铜导线（8）；

所述外护套层（5）由以下重量份的组分组成：

乙烯-四氟乙烯共聚物30~40份，

茂金属聚乙烯20~30份，

聚丙烯10~15份，

乙烯辛烯共聚物20~40份，

马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物5~20份，

氢氧化铝50~80份，

聚磷酸铵10~20份，

有机蒙脱土2~4份，

纳米碳化锆5~8份，

聚四氟乙烯微粉2~4份，

硅烷偶联剂KH5601~1.5份，

硅酮粉4~6份，

PE蜡1~1.6份，

硫代二丙酸双月桂酯DLTP0.8~1.5份，

双（3，5-三级丁基-4-羟基苯基）硫醚2~4份，

季戊四醇三露烯酸酯1.5~4份；

所述纳米碳化锆为的粒径分布为30~100nm；

所述茂金属聚乙烯的熔体指数为0.08~2g/10min，乙烯辛烯共聚物的熔体指数为1~5g/10min。

2.根据权利要求1所述的高柔性耐扭曲机器人电缆，其特征在于：所述马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物的接枝率为0.6%~1.2%。

3.根据权利要求1所述的高柔性耐扭曲机器人电缆，其特征在于：所述硅酮粉为硅油和二氧化硅组成的混合物。

4.根据权利要求1所述的高柔性耐扭曲机器人电缆，其特征在于：所述金属屏蔽层由若干根镀锡铜丝松编形成。

5.根据权利要求1所述的高柔性耐扭曲机器人电缆，其特征在于：所述中心铜导线（7）、外铜导线（8）均由若干根铜丝（9）绞合而成。