CN108899113A - 聚酰亚胺绝缘电缆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电缆，具体地，公开了一种聚酰亚胺绝缘电缆及其制备方法。该方法制备的电缆绝缘层不仅具有良好的绝缘效果，而且，能保证电缆在长时间弯曲、拖动的使用工况下，绝缘层不会滑移开裂，保证绝缘性能稳定，不仅如此，该绝缘层耐高温、质软、质轻，耐水湿，非常适用于航空航天等特征电缆领域。另外，该电缆绝缘层的方法简单，不需要采用高昂的设备即可实现该电缆绝缘层的制备，非常利于方法的推广应用。

Description

聚酰亚胺绝缘电缆及其制备方法
技术领域
本发明涉及电缆，具体地，涉及聚酰亚胺绝缘电缆及其制备方法。
背景技术
电缆有电力电缆、控制电缆、补偿电缆、屏蔽电缆、高温电缆、计算机电缆、信号电缆、同轴电缆、耐火电缆、船用电缆、矿用电缆、铝合金电缆等等。它们都是由单股或多股导线和绝缘层组成，用来连接电路、电器等。随着人类的用电加剧，电缆得到了广泛的应用，电缆内部导体容易产热，材质不好的电缆容易引发火灾，为此电缆的内部结构的设计及其内部材料的运用，很大程度上决定了电缆的安全性能。由于电缆在使用过程中需要弯曲、缠绕等，要求电缆在满足电缆基本性能的基础上，还需要具有较高的柔软度。
聚酰亚胺薄膜因其具有优越的电性能及较高的机械强度，密度较小，耐高低温、耐高能电子辐射等特点，因此广泛使用于航空航天领域，然而，由纯聚酰亚胺薄膜绕包而成的电线存在很多的缺点：不阻燃，不耐水解，并且绝缘层很难与内导体剥离，在其所组成的线路系统中容易发生串弧现象等(所谓串弧性是指存在于两根或多根导线间的一种电击穿扩展现象，表现为一旦一个线路产生一个击穿，这个失效会向另外的线路扩展，导致线路严重失效，甚至快速燃烧)。
现有技术中为了弱化聚酰亚胺薄膜的缺点，开发了聚酰亚胺-聚全氟乙丙烯复合薄膜，例如，中国专利申请201310717388.2公开了一种耐电晕聚酰亚胺-聚全氟乙丙烯复合薄膜，包括：薄膜层A，为耐电晕聚酰亚胺薄膜，是所述复合薄膜的主体结构；所述薄膜层A的厚度不低于复合薄膜总厚度的1/3；薄膜层B，含有聚全氟乙丙烯树脂及填充于其间的纳米无机填料，所述薄膜层B覆盖于所述薄膜层A的至少一面，由此所述复合薄膜具有A-B两层结构或B-A-B三层结构；所述单个薄膜层B的厚度不超过复合薄膜总厚度的1/2。但是，上述聚酰亚胺-聚全氟乙丙烯复合薄膜虽然克服了聚酰亚胺薄膜存在的不阻燃，不耐水解的缺陷，但是，该聚酰亚胺-聚全氟乙丙烯复合薄膜制备工艺繁杂，成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供聚酰亚胺绝缘电缆及其制备方法，该电缆克服了常规使用聚酰亚胺薄膜不阻燃，不耐水解的缺陷，运用聚四氟乙烯微孔膜绕包形成第一绝缘层，用聚酰亚胺薄膜绕包形成第二绝缘层，然后在聚酰亚胺薄膜绝缘层喷涂聚四氟乙烯水性溶液，该方法制备的电缆绝缘层不仅具有良好的绝缘效果，而且，能保证电缆在长时间弯曲、拖动的使用工况下，绝缘层不会滑移开裂，保证绝缘性能稳定，不仅如此，该绝缘层耐高温、质软、质轻，耐水湿，阻燃，非常适用于航空航天等特征电缆领域。另外，该电缆绝缘层的方法简单，不需要采用高昂的设备即可实现该电缆绝缘层的制备，非常利于方法的推广应用。
为了实现上述目的，本发明提供了一种聚酰亚胺绝缘电缆的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)以导线为绕包基体，将聚四氟乙烯微孔膜套在绕包盘内，使导线穿过绕包盘内芯与聚四氟乙烯微孔膜形成同芯式绕包，然后，将聚四氟乙烯微孔膜螺旋状绕包在导线上，并且要求平整，均匀无漏缝，以在导线表面形成第一绝缘层；(2)将聚酰亚胺薄膜绕包于第一绝缘层的表面，且螺旋转向与聚四氟乙烯微孔膜的绕包方向相反，形成第二绝缘层；(3)在导线轴向方向对第一绝缘层和第二绝缘层共同施加60-80N的力，并保持20-30s；(4)将第一绝缘层与第二绝缘层进行烧结，再在第二绝缘层表面喷涂聚四氟乙烯水性溶液，烘干。
优选地，所述烧结过程包括：将绕包绝缘层的导线以5-6m/min的速率经过超音频磁场，优选地，磁场的分布为双螺旋型，磁场电流在60-80A，温度在320-340℃。
优选地，步骤(1)中的绕包节距为13-15mm，绕包搭盖率为50-62％。
优选地，步骤(1)中的绕包搭盖率为50-55％。
优选地，步骤(2)中的绕包节距为13-15mm，绕包搭盖率为50-62％。
优选地，步骤(2)中的绕包节距为13-15mm，绕包搭盖率为51-53％。
优选地，喷涂聚四氟乙烯水性溶液的过程包括：将聚四氟乙烯水性溶液注入喷涂机，对第二绝缘层表面均匀喷涂，然后于75-85℃烘12-15min。
优选地，喷涂机喷嘴的轴线方向与导线的轴线方向呈30-60°夹角。
优选地，聚四氟乙烯水性溶液选自美国3M公司提供的3M Dyneon PTFE TF 5035Z水性溶液、3M Dyneon PTFE TF 5050Z水性溶液、3M Dyneon PTFE TF 5060GZ水性溶液和3MDyneon PTFE TF 5033Z水性溶液中的一种或多种的混合。
本发明还提供一种根据前文所述的方法制备得到的电缆。
通过上述技术方案，本发明运用聚四氟乙烯微孔膜和聚酰亚胺薄膜双层绕包，并在绕包过程中，第一层和第二层的绕包方向相反，保证绕包过程中导线被覆盖完全，并在拖拽等使用工况中，第一层和第二层非同步滑移，减少滑移量，避免出现绝缘盲点，不仅如此，对绝缘层施加轴向力，能将绕包过程中积存的应力消除，使绝缘层更加稳定，而在绝缘层表面喷涂聚四氟乙烯水性溶液，能有效提高绝缘层在水湿情况下的绝缘效果，使绝缘更加稳定。该方法制备的电缆绝缘层不仅具有良好的绝缘效果，而且，能保证电缆在长时间弯曲、拖动的使用工况下，绝缘层不会滑移开裂，保证绝缘性能稳定，不仅如此，该绝缘层耐高温、质软、质轻、柔性高、耐水湿、阻燃，非常适用于航空航天等特征电缆领域。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种聚酰亚胺绝缘电缆的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)以导线为绕包基体，将聚四氟乙烯微孔膜套在绕包盘内，使导线穿过绕包盘内芯与聚四氟乙烯微孔膜形成同芯式绕包，然后，将聚四氟乙烯微孔膜螺旋状绕包在导线上，并且要求平整，均匀无漏缝，以在导线表面形成第一绝缘层；(2)将聚酰亚胺薄膜绕包于第一绝缘层的表面，且螺旋转向与聚四氟乙烯微孔膜的绕包方向相反，形成第二绝缘层；(3)在导线轴向方向对第一绝缘层和第二绝缘层共同施加60-80N的力，并保持20-30s；(4)将第一绝缘层与第二绝缘层进行烧结，再在第二绝缘层表面喷涂聚四氟乙烯水性溶液，烘干。
聚酰亚胺薄膜因其具有优越的电性能及较高的机械强度，密度较小，耐高低温、耐高能电子辐射等特点，因此广泛使用于航空航天领域，然而，由纯聚酰亚胺薄膜绕包而成的电线存在很多的缺点：不阻燃，不耐水解，并且绝缘层很难与内导体剥离，在其所组成的线路系统中容易发生串弧现象等(所谓串弧性是指存在于两根或多根导线间的一种电击穿扩展现象，表现为一旦一个线路产生一个击穿，这个失效会向另外的线路扩展，导致线路严重失效，甚至快速燃烧)。
而聚四氟乙烯微孔膜的综合性能且具有优良电绝缘性、高频性能、耐电压、耐高低温及耐老化，特别是还具有很低的介电常数和介质损耗角正切值，同时不受频率和温度的变化影响，有效地降低了信号传输的衰减和损耗特性，信号强度最强可以达到70G，大大提高了信号传输的速率，另外，制得的通信电缆柔软性好、防潮性能好，在-65℃-260℃温度范围长期使用。
其中，聚酰亚胺薄膜可在市面上购买，英文名(polyimide film；PI film)，包括均苯型聚酰亚胺薄膜和联苯型聚酰亚胺薄膜两类。前者为美国杜邦公司产品，商品名Kapton，由均苯四甲酸酐与二氨基二苯醚制得。后者由日本宇部兴产公司生产，商品名Upilex，由联苯四甲酸二酐与二苯醚二胺(R型)或间苯二胺(S型)制得。
通过上述技术方案，本发明运用聚四氟乙烯微孔膜和聚酰亚胺薄膜双层绕包，并在绕包过程中，第一层和第二层的绕包方向相反，保证绕包过程中导线被覆盖完全，并在拖拽等使用工况中，第一层和第二层非同步滑移，减少滑移量，避免出现绝缘盲点，不仅如此，对绝缘层施加轴向力，能将绕包过程中积存的应力消除，使绝缘层更加稳定，而在绝缘层表面喷涂聚四氟乙烯水性溶液，能有效提高绝缘层在水湿情况下的绝缘效果，使绝缘更加稳定。该方法制备的电缆绝缘层不仅具有良好的绝缘效果，而且，能保证电缆在长时间弯曲、拖动的使用工况下，绝缘层不会滑移开裂，保证绝缘性能稳定，不仅如此，该绝缘层耐高温、质软、质轻、柔性高、耐水湿、阻燃，非常适用于航空航天等特征电缆领域。
其中，所述导线可以是裸露的铜线，也可以是已经包覆诸如屏蔽层、隔水层等铜线，在本发明中不作要求。
优选地，所述烧结过程包括：将绕包绝缘层的导线以5-6m/min的速率经过超音频磁场，优选地，磁场的分布为双螺旋型，磁场电流在60-80A，温度在320-340℃。在此情况下，能将聚酰亚胺薄膜与聚四氟乙烯微孔膜烧结在一起，提高绝缘层的紧密性。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘层的绝缘效果，优选地，步骤(1)中的绕包节距为13-15mm，绕包搭盖率为50-62％。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘层的绝缘效果，优选地，步骤(1)中的绕包搭盖率为50-55％。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘层的绝缘效果，优选地，步骤(2)中的绕包节距为13-15mm，绕包搭盖率为50-62％。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘层的绝缘效果，优选地，步骤(2)中的绕包节距为13-15mm，绕包搭盖率为51-53％。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘层的绝缘效果，优选地，喷涂聚四氟乙烯水性溶液的过程包括：将聚四氟乙烯水性溶液注入喷涂机，对第二绝缘层表面均匀喷涂，然后于75-85℃烘12-15min。这样能有效克服聚酰亚胺不耐水的缺陷。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘层的绝缘效果，优选地，喷涂机喷嘴的轴线方向与导线的轴线方向呈30-60°夹角。这样能将聚四氟乙烯水性溶液有效喷入绕包接口处，提高绕包接口处的密封效果，提高电缆的绝缘性能。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘层的绝缘效果，优选地，聚四氟乙烯水性溶液选自美国3M公司提供的3M Dyneon PTFE TF 5035Z水性溶液、3M Dyneon PTFETF 5050Z水性溶液、3M Dyneon PTFE TF 5060GZ水性溶液和3M Dyneon PTFE TF 5033Z水性溶液中的一种或多种的混合。
本发明还提供一种根据前文所述的方法制备得到的电缆。
通过上述技术方案，本发明运用聚四氟乙烯微孔膜和聚酰亚胺薄膜双层绕包，并在绕包过程中，第一层和第二层的绕包方向相反，保证绕包过程中导线被覆盖完全，并在拖拽等使用工况中，第一层和第二层非同步滑移，减少滑移量，避免出现绝缘盲点，不仅如此，对绝缘层施加轴向力，能将绕包过程中积存的应力消除，使绝缘层更加稳定，而在绝缘层表面喷涂聚四氟乙烯水性溶液，能有效提高绝缘层在水湿情况下的绝缘效果，使绝缘更加稳定。该方法制备的电缆绝缘层不仅具有良好的绝缘效果，而且，能保证电缆在长时间弯曲、拖动的使用工况下，绝缘层不会滑移开裂，保证绝缘性能稳定，不仅如此，该绝缘层耐高温、质软、质轻、柔性高、耐水湿、阻燃，非常适用于航空航天等特征电缆领域。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种聚酰亚胺绝缘电缆的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)以导线为绕包基体，将聚四氟乙烯微孔膜套在绕包盘内，使导线穿过绕包盘内芯与聚四氟乙烯微孔膜形成同芯式绕包，然后，将聚四氟乙烯微孔膜螺旋状绕包在导线上，并且要求平整，均匀无漏缝，以在导线表面形成第一绝缘层；
(2)将聚酰亚胺薄膜绕包于第一绝缘层的表面，且螺旋转向与聚四氟乙烯微孔膜的绕包方向相反，形成第二绝缘层；
(3)在导线轴向方向对第一绝缘层和第二绝缘层共同施加60-80N的力，并保持20-30s；
(4)将第一绝缘层与第二绝缘层进行烧结，再在第二绝缘层表面喷涂聚四氟乙烯水性溶液，烘干。
2.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述烧结过程包括：
将绕包绝缘层的导线以5-6m/min的速率经过超音频磁场，其特征在于，磁场的分布为双螺旋型，磁场电流在60-80A，温度在320-340℃。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的绕包节距为13-15mm，绕包搭盖率为50-62％。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)中的绕包搭盖率为50-55％。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的绕包节距为13-15mm，绕包搭盖率为50-62％。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的绕包节距为13-15mm，绕包搭盖率为51-53％。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的制备方法，其特征在于，喷涂聚四氟乙烯水性溶液的过程包括：
将聚四氟乙烯水性溶液注入喷涂机，对第二绝缘层表面均匀喷涂，然后于75-85℃烘12-15min。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，喷涂机喷嘴的轴线方向与导线的轴线方向呈30-60°夹角。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，聚四氟乙烯水性溶液选自美国3M公司提供的3M Dyneon PTFE TF 5035Z水性溶液、3M Dyneon PTFE TF 5050Z水性溶液、3MDyneon PTFE TF 5060GZ水性溶液和3M Dyneon PTFE TF 5033Z水性溶液中的一种或多种的混合。
10.根据权利要求1-9任一项所述的方法制备得到的聚酰亚胺绝缘电缆。
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