CN109935418A - 一种航空航天用超轻数据总线电缆结构及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种航空航天用超轻数据总线电缆结构，包括两根绞向向右的对绞绝缘线芯；绕包在对绞绝缘线芯外层的复合带层，所述复合带层为绕包层数为一层绕包向左的聚酰亚胺/铝复合带层，其金属铝面朝外；复合带层外设置编织屏蔽层，所述编织屏蔽层为镀银铜铝合金线编织屏蔽层；编织屏蔽层外设置护套层，所述护套为交联乙烯‑四氟乙烯共聚物层。本发明具有抗氧化、耐高低温、损耗小，采用镀银铜导体，传输衰减小，信号损耗小，数据传输快，导体抗氧化能力增强，能应用于低温‑65℃、高温+200℃的极限环境的优点。
Description
技术领域
本发明涉及数据总线、航空航天技术领域，尤其涉及一种航空航天用超轻数据总线电缆结构及制备方法。
背景技术
目前，普通的数据总线电缆存在如下情况：其一，采用聚全氟乙丙烯作为绝缘，聚全氟乙丙烯密度大（为2.17g/cm3），导致产品重量较重，降低了飞行器的承载能力；其二，采用交联乙烯-四氟乙烯共聚物作为绝缘，虽然交联乙烯-四氟乙烯共聚物密度稍小（为1.76g/cm3），但是其介电常数偏大（为2.5~2.7），增大了产品的衰减，降低了产品的数据传输性能；其三，采用聚全氟乙丙烯方式进行绝缘的产品没有抗辐射的特性；其四，普通产品的屏蔽层为比重较大（为8.89g/cm3）的镀锡铜线或镀银铜线编织屏蔽，导致产品重量较重，降低了飞行器的承载能力。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术之不足而提供一种航空航天用超轻数据总线电缆结构及制备方法，本发明的电缆抗氧化、耐高低温、损耗小。
为实现上述目的，本发明提供一种航空航天用超轻数据总线电缆结构，包括：
两根绞向向右的对绞绝缘线芯；
绕包在对绞绝缘线芯外层的复合带层，所述复合带层为绕包层数为一层绕包向左的聚酰亚胺/铝复合带层，其金属铝面朝外；
复合带层外设置编织屏蔽层，所述编织屏蔽层为镀银铜铝合金线编织屏蔽层；
编织屏蔽层外设置护套层，所述护套为交联乙烯-四氟乙烯共聚物层。
优选的，所述绝缘线芯包括有导体线芯、导体线芯绝缘层和绕包层，所述导体线芯采用正规绞合结构，所述导体线芯中心采用1根单丝直径为0.12mm的镀银圆铜线，次外层采用6根单丝直径为0.12mm的镀银圆铜线右向螺旋缠绕在中心外，最外层采用12根单丝直径为0.12mm的镀银圆铜线左向螺旋缠绕在次外层外；微孔聚四氟乙烯带绕包在导体线芯外构成的导体线芯绝缘层，绕包方向向右；绕包层为绕包一层的聚酰胺亚胺带，其绕包方向向左。
优选的，所述微孔聚四氟乙烯带的绕包标称厚度为0.12mm至0.18mm。
优选的，所述微孔聚四氟乙烯带的绕包重叠率围63%至66%。
优选的，所述微孔聚四氟乙烯带的密度为0.7g/cm3。
优选的，所述聚酰亚胺/铝复合带层的厚度为0.03mm至0.05mm。
优选的，所述镀银铜铝合金线编织屏蔽层的镀银铜铝合金线的直径为0.1mm，其编织密度不小于93%。
优选的，所述交联乙烯-四氟乙烯共聚物层的最小厚度为0.2mm。
优选的，成品电缆最大外径不超过3.1mm。
本发明还提供一种制备方法，用于制备上述任一项所述的航空航天用超轻数据总线电缆结构，包括如下步骤：
S101，首先制备出绝缘线芯，所述绝缘线芯的制备包括有导体线芯的制备步骤、导体线芯绝缘层的加工步骤；
导体线芯的制备步骤具体为中心采用1根单丝直径为0.12mm的镀银圆铜线，次外层采用6根单丝直径为0.12mm的镀银圆铜线右向螺旋缠绕在中心外，最外层采用12根单丝直径为0.12mm的镀银圆铜线左向螺旋缠绕在次外层外，如此制成导体线芯；
导体线芯绝缘层的加工步骤具体为，采用绕包的方式在导体线芯重叠绕包，重叠率为63%到66%，绕包方向为向右；
绕包聚酰亚胺带；在导体线芯绝缘层外绕包一层聚酰亚胺带，聚酰亚胺带的厚度为0.03mm至0.05mm，聚酰亚胺带的绕包方向为左向，如此制成导体线芯绝缘层；
S102，对绞；将由步骤S101获得的两根绝缘线芯进行退扭对绞，绞向为向右；
S103，绕包聚酰亚胺/铝复合带；在由步骤S102获得的对绞线芯外绕包聚酰亚胺/铝复合带，聚酰亚胺/铝复合带的厚度为0.03mm至0.05mm，绕包层数为一层，绕包方向为左向，绕包时金属铝面朝外；
S104，编织屏蔽的步骤；在聚酰亚胺/铝复合带外采用镀银铜线编织屏蔽层，编织密度不小于93%，镀银铜线的直径为0.1mm；
S105，制备护套的步骤；在镀银铜线编织屏蔽层外挤包抗辐射的交联乙烯-四氟乙烯共聚物形成护套，护套最小厚度为0.2mm，成品电缆最大外径不超过3.1mm。
本发明的有益效果是：本发明采用导体+绝缘+包带+双绞后复合包带+编织+护套的结构，区别于现有电缆结构：导体+绝缘+双绞后编织+护套，从而使本发明的电缆结构比现在类似产品重量轻了60%~70%，且具有以下效果：
1、抗氧化、耐高低温、损耗小：采用镀银铜导体，传输衰减小，信号损耗小，数据传输快，导体抗氧化能力增强，能应用于低温-65℃、高温+200℃的极限环境。
2、重量轻、衰减小、阻抗匹配：绝缘采用介电常数非常低（为1.4）、耐高低温、密度非常小（为0.7g/cm3）的微孔聚四氟乙烯带，绕包标称厚度为0.12~0.18mm，减小了绝缘线芯的体积，使绝缘层的重量降低了60%~70%，大大减轻了电缆的重量，传输衰减非常小，既能够与设备的阻抗进行匹配（标称特性阻抗=77Ω），又大大提高了数据传输的完整性及传输距离。
3、抗辐射：在每一根绝缘线芯外绕包聚酰亚胺带，使电缆的绝缘线芯具有了抗外太空辐射的能力，即使绝缘线芯裸露在外太空也能正常工作，是真正意义上的航空航天电缆。
4、抗辐射、抗干扰、重量轻：在对绞绝缘线芯外绕包聚酰亚胺/铝复合带，绕包时金属铝面朝外，在聚酰亚胺/铝复合带层外采用比重较轻（为3.63 g/cm3）镀银铜铝合金线编织屏蔽，既保证外部的电磁干扰信号被隔离在电缆外，同时又使屏蔽层的重量降低了60%，又使电缆的缆芯具有更加可靠的抗辐射能力。
5、抗辐射、耐磨、外径小：护套采用比重稍小（为1.76g/cm3）的交联乙烯-四氟乙烯共聚物挤包在编织层上，使电缆的护套既具有抗辐射性，又具有优异的耐磨性能，同时使电缆的外径减小，增大了飞行器的承载空间。
本发明的工艺流程为：导体线芯绞合---绕包绝缘层---绕包聚酰亚胺带---绝缘线芯对绞---绕包复合带层---编织屏蔽层---挤包护套层。
1、导体绞合：采用1+6+12排列的正反绞形式的正规绞合，保证导体的外径最小，结构最稳定，传输衰减小，信号损耗小，数据传输快，阻抗匹配。
2、绕包绝缘层：通过研发的无缝绕包工艺（以高精度绕包机和挤出机为设备保障；绕包重叠率控制在63%~66%；模具机头流道设计及产品结构优化设计使体积小、重量轻；最薄厚度0.08mm~0.12mm；同心度90%以上）使薄膜的重叠率控制在63%~66%，保证了绝缘结构最稳定，传输衰减小，信号损耗小，数据传输快，阻抗匹配，使体积和重量下降了60%~70%。
3、绕包聚酰亚胺带：使绝缘线芯具有了抗外太空辐射的能力，即使绝缘线芯裸露在外太空也能正常工作，是真正意义上的航空航天电缆。
4、绕包复合带+编织屏蔽：在对绞绝缘线芯外绕包聚酰亚胺/铝复合带，绕包时金属铝面朝外，在聚酰亚胺/铝复合带层外采用比重较轻（为3.63 g/cm3）镀银铜铝合金线编织屏蔽，既保证外部的电磁干扰信号被隔离在电缆外，同时又使屏蔽层的重量降低了60%，又使电缆的缆芯具有更加可靠的抗辐射能力。
5、挤包护套：通过研发的薄壁挤出工艺和同心度控制技术，使交联乙烯-四氟乙烯共聚物护套的最小厚度为0.20mm，同心度达到90%及以上，使电缆的护套既具有抗辐射性，又具有优异的耐磨性能，同时使电缆的外径减小，增大了飞行器的承载空间。”
附图说明
图1是本发明一实施例的整体结构示意图。
附图标记：
导体线芯10；
导体线芯绝缘层20；
绕包层30；
复合带层40；
编织屏蔽层50；
护套层60；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
参照图1，本发明提供一种航空航天用超轻数据总线电缆结构，包括：两根绞向向右的对绞绝缘线芯；绕包在对绞绝缘线芯外层的复合带层40，所述复合带层40为绕包层30数为一层绕包向左的聚酰亚胺/铝复合带层40，其金属铝面朝外；复合带层40外设置编织屏蔽层50，所述编织屏蔽层50为镀银铜铝合金线编织屏蔽层50；编织屏蔽层50外设置护套层60，所述护套为交联乙烯-四氟乙烯共聚物层。
较佳的，所述绝缘线芯包括有导体线芯10、导体线芯绝缘层20和绕包层30，所述导体线芯10采用正规绞合结构，所述导体线芯10中心采用1根单丝直径为0.12mm的镀银圆铜线，次外层采用6根单丝直径为0.12mm的镀银圆铜线右向螺旋缠绕在中心外，最外层采用12根单丝直径为0.12mm的镀银圆铜线左向螺旋缠绕在次外层外；微孔聚四氟乙烯带绕包在导体线芯10外构成的导体线芯绝缘层20，绕包方向向右；绕包层30为绕包一层的聚酰胺亚胺带，其绕包方向向左。
较佳的，所述微孔聚四氟乙烯带的绕包标称厚度为0.12mm至0.18mm。
较佳的，所述微孔聚四氟乙烯带的绕包重叠率围63%至66%。
较佳的，所述微孔聚四氟乙烯带的密度为0.7g/cm3。
较佳的，所述聚酰亚胺/铝复合带层40的厚度为0.03mm至0.05mm。
较佳的，所述镀银铜铝合金线编织屏蔽层50的镀银铜铝合金线的直径为0.1mm，其编织密度不小于93%。
较佳的，所述交联乙烯-四氟乙烯共聚物层的最小厚度为0.2mm。
较佳的，成品电缆最大外径不超过3.1mm。
本发明还提供一种制备方法，用于制备上述任一项所述的航空航天用超轻数据总线电缆结构，包括如下步骤：
S101，首先制备出绝缘线芯，所述绝缘线芯的制备包括有导体线芯10的制备步骤、导体线芯绝缘层20的加工步骤；
导体线芯10的制备步骤具体为中心采用1根单丝直径为0.12mm的镀银圆铜线，次外层采用6根单丝直径为0.12mm的镀银圆铜线右向螺旋缠绕在中心外，最外层采用12根单丝直径为0.12mm的镀银圆铜线左向螺旋缠绕在次外层外，如此制成导体线芯10；
导体线芯绝缘层20的加工步骤具体为，采用绕包的方式在导体线芯10重叠绕包，重叠率为63%到66%，绕包方向为向右；
绕包聚酰亚胺带；在导体线芯绝缘层20外绕包一层聚酰亚胺带，聚酰亚胺带的厚度为0.03mm至0.05mm，聚酰亚胺带的绕包方向为左向，如此制成导体线芯绝缘层20；
S102，对绞；将由步骤S101获得的两根绝缘线芯进行退扭对绞，绞向为向右；
S103，绕包聚酰亚胺/铝复合带；在由步骤S102获得的对绞线芯外绕包聚酰亚胺/铝复合带，聚酰亚胺/铝复合带的厚度为0.03mm至0.05mm，绕包层30数为一层，绕包方向为左向，绕包时金属铝面朝外；
S104，编织屏蔽的步骤；在聚酰亚胺/铝复合带外采用镀银铜线编织屏蔽层50，编织密度不小于93%，镀银铜线的直径为0.1mm；
S105，制备护套的步骤；在镀银铜线编织屏蔽层50外挤包抗辐射的交联乙烯-四氟乙烯共聚物形成护套，护套最小厚度为0.2mm，成品电缆最大外径不超过3.1mm。
本发明的电缆，可以用于航空航天领域，如使用在外太空飞船、人造卫星、月球车、火星车等装置上，这些设备的信号传导或者网络信号传导，也经常需要用到线缆，而本发明的线缆可以较好的满足需求。
本发明的有益效果是：
1、抗氧化、耐高低温、损耗小：采用镀银铜导体，传输衰减小，信号损耗小，数据传输快，导体抗氧化能力增强，能应用于低温-65℃、高温+200℃的极限环境。
2、重量轻、衰减小、阻抗匹配：绝缘采用介电常数非常低（为1.4）、耐高低温、密度非常小（为0.7g/cm3）的微孔聚四氟乙烯带，绕包标称厚度为0.12~0.18mm，减小了绝缘线芯的体积，使绝缘层的重量降低了60%~70%，大大减轻了电缆的重量，传输衰减非常小，既能够与设备的阻抗进行匹配（标称特性阻抗=77Ω），又大大提高了数据传输的完整性及传输距离。
3、抗辐射：在每一根绝缘线芯外绕包聚酰亚胺带，使电缆的绝缘线芯具有了抗外太空辐射的能力，即使绝缘线芯裸露在外太空也能正常工作，是真正意义上的航空航天电缆。
4、抗辐射、抗干扰、重量轻：在对绞绝缘线芯外绕包聚酰亚胺/铝复合带，绕包时金属铝面朝外，在聚酰亚胺/铝复合带层外采用比重较轻（为3.63 g/cm3）镀银铜铝合金线编织屏蔽，既保证外部的电磁干扰信号被隔离在电缆外，同时又使屏蔽层的重量降低了60%，又使电缆的缆芯具有更加可靠的抗辐射能力。
5、抗辐射、耐磨、外径小：护套采用比重稍小（为1.76g/cm3）的交联乙烯-四氟乙烯共聚物挤包在编织层上，使电缆的护套既具有抗辐射性，又具有优异的耐磨性能，同时使电缆的外径减小，增大了飞行器的承载空间。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种航空航天用超轻数据总线电缆结构，其特征在于，包括：
两根绞向向右的对绞绝缘线芯；
绕包在对绞绝缘线芯外层的复合带层，所述复合带层为绕包层数为一层绕包向左的聚酰亚胺/铝复合带层，其金属铝面朝外；
复合带层外设置编织屏蔽层，所述编织屏蔽层为镀银铜铝合金线编织屏蔽层；
编织屏蔽层外设置护套层，所述护套为交联乙烯-四氟乙烯共聚物层。
2.根据权利要求1所述的一种航空航天用超轻数据总线电缆结构，其特征在于，所述绝缘线芯包括有导体线芯、导体线芯绝缘层和绕包层，所述导体线芯采用正规绞合结构，所述导体线芯中心采用1根单丝直径为0.12mm的镀银圆铜线，次外层采用6根单丝直径为0.12mm的镀银圆铜线右向螺旋缠绕在中心外，最外层采用12根单丝直径为0.12mm的镀银圆铜线左向螺旋缠绕在次外层外；微孔聚四氟乙烯带绕包在导体线芯外构成的导体线芯绝缘层，绕包方向向右；绕包层为绕包一层的聚酰胺亚胺带，其绕包方向向左。
3.根据权利要求2所述的一种航空航天用超轻数据总线电缆结构，其特征在于，所述微孔聚四氟乙烯带的绕包标称厚度为0.12mm至0.18mm。
4.根据权利要求2所述的一种航空航天用超轻数据总线电缆结构，其特征在于，所述微孔聚四氟乙烯带的绕包重叠率围63%至66%。
5.根据权利要求1所述的一种航空航天用超轻数据总线电缆结构，其特征在于，所述微孔聚四氟乙烯带的密度为0.7g/cm3。
6.根据权利要求1所述的一种航空航天用超轻数据总线电缆结构，其特征在于，所述聚酰亚胺/铝复合带层的厚度为0.03mm至0.05mm。
7.根据权利要求1所述的一种航空航天用超轻数据总线电缆结构，其特征在于，所述镀银铜铝合金线编织屏蔽层的镀银铜铝合金线的直径为0.1mm，其编织密度不小于93%。
8.根据权利要求1所述的一种航空航天用超轻数据总线电缆结构，其特征在于，所述交联乙烯-四氟乙烯共聚物层的最小厚度为0.2mm。
9.根据权利要求1所述的一种航空航天用超轻数据总线电缆结构，其特征在于，成品电缆最大外径不超过3.1mm。
10.一种制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1至8任一项所述的航空航天用超轻数据总线电缆结构，包括如下步骤：
S101，首先制备出绝缘线芯，所述绝缘线芯的制备包括有导体线芯的制备步骤、导体线芯绝缘层的加工步骤；
导体线芯的制备步骤具体为中心采用1根单丝直径为0.12mm的镀银圆铜线，次外层采用6根单丝直径为0.12mm的镀银圆铜线右向螺旋缠绕在中心外，最外层采用12根单丝直径为0.12mm的镀银圆铜线左向螺旋缠绕在次外层外，如此制成导体线芯；
导体线芯绝缘层的加工步骤具体为，采用绕包的方式在导体线芯重叠绕包，重叠率为63%到66%，绕包方向为向右；
绕包聚酰亚胺带；在导体线芯绝缘层外绕包一层聚酰亚胺带，聚酰亚胺带的厚度为0.03mm至0.05mm，聚酰亚胺带的绕包方向为左向，如此制成导体线芯绝缘层；
S102，对绞；将由步骤S101获得的两根绝缘线芯进行退扭对绞，绞向为向右；
S103，绕包聚酰亚胺/铝复合带；在由步骤S102获得的对绞线芯外绕包聚酰亚胺/铝复合带，聚酰亚胺/铝复合带的厚度为0.03mm至0.05mm，绕包层数为一层，绕包方向为左向，绕包时金属铝面朝外；
S104，编织屏蔽的步骤；在聚酰亚胺/铝复合带外采用镀银铜线编织屏蔽层，编织密度不小于93%，镀银铜线的直径为0.1mm；
S105，制备护套的步骤；在镀银铜线编织屏蔽层外挤包抗辐射的交联乙烯-四氟乙烯共聚物形成护套，护套最小厚度为0.2mm，成品电缆最大外径不超过3.1mm。
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