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一种铝合金光滑导线及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝合金光滑导线的制备方法，该方法通过在绞合而成的中心导体外依次绕包PTFE切削带、PI/PTFE复合薄膜和PTFE生料带后进高烧结结晶，再在烧结后的线缆外涂覆一层薄的PTFE树脂并进行红外烧结，最终得到铝合金光滑导线，该导线相对于普通市售的同中心导体直径的导线，可减重30％以上，同时，整体的直径相对减小；线缆对高温、高水气、切割力和刮擦磨损等均具有较好的耐受性，可以在极端的使用环境下仍具有较高的持久性；同时，该电缆的电弧试验，失效的根数较少，具有优良的电学性能。

Description

一种铝合金光滑导线及其制备方法
技术领域
本发明涉及电线电缆的材料领域和制造领域，具体涉及一种铝合金光滑导线及其制备方法。
背景技术
大规格(AWG8及以上)电线，主要用作飞机或飞行器械主电源系统动力馈线，对保障飞机供电系统正常工作起着重要的作用。
目前市面上常见的航空航天导线是瑞侃公司的55号线材，其耐温等级从 150-200℃，另外一种是绕包型线缆，耐温等级为150-260℃。后者因为采用绕包工艺，可以实现绝缘厚度更薄，因此后者比前者轻一些。但是二者的绝缘材料比较单一，且工艺难度较大，目前都被其他国家所垄断，不利于产品的普及和推广。而且二者均采用铜作为导体基础材料，即使通过工艺改进，其减重效果依然有限。
铝材料作为线缆的导体因其密度仅为铜的1/3，在航空航天大规格线缆领域正在被逐渐推广，但是在满足电性能传输的前提下，由于载流量等问题，导致线缆的综合减重效果仅能达到30％，这与减重60％还有很大的一段差距。
另外由于目前市面上的航空航天用导线的固有绝缘材料和线缆制备工艺的原因，为保证线缆的防水防潮以及耐受电弧影响，必然导致绝缘厚度增加，从而限制了线缆的轻型化和小型化。
因此一种可以有效耐受电弧性能、耐温等级又高、减重效果更为优异的高性能航空航天导线是目前亟待解决的问题。对提升航空航天的技术性能具有重要意义。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种铝合金光滑导线，其具有轻型化、小量化和提高产品的耐电弧特性。
本发明的目的之二在于提供该铝合金光滑导体的制备方法。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种铝合金光滑导线的制备方法，包括以下步骤：
1)绞合中心导体：将铝合金单丝绞合成中心导体；
2)绕包切削带：以0.3-12N的张力、15-35％的搭接范围在中心导体上围绕包PTFE切削带；
3)绕包复合薄膜：以0.8-22N的张力、45-70％的搭接范围在步骤2)得到的线缆上绕包PI/PTFE复合薄膜；
4)绕包生料带：以0.5-15N的张力、10-35％的搭接范围在步骤3)得到的线缆上绕包PTFE生料带；
5)烧结：以320-345℃，线速度范围在0.5-5m/min，对步骤4)得到的线缆进行烧结结晶；本步骤中，烧结设备优选为采用卧式盐浴多头烧结设备；
6)制备护层:以0.01-0.07mm的涂覆厚度、以1-10m/min的线速度、525-620℃的红外烧结温度涂覆PTFE树脂并烧结形成PTFE护层，得到铝合金光滑导线。
进一步地，步骤1)中，铝合金单丝为镀镍铝合金单丝，其线径范围为 0.10-0.51mm。
进一步地，步骤1)中，以主动退扭方式放线。
进一步地，步骤2)中，切削带宽度为4-13mm，厚度为0.012-0.025mm。较优选地，切削带的厚度为0.012-0.020mm，对应地以4-6N的张力以20-25％的搭接范围进行拉伸绕包；
进一步地，步骤3)中，复合薄膜宽度为5-25mm，厚度为0.03-0.254mm。较优选地，PI/PTFE复合薄膜的厚度为0.03-0.05mm，对应地以12-16N的张力以52％的搭接范围进行拉伸绕包；
进一步地，步骤4)中，生料带的密度为1.6g/cm3，其宽度为4-25mm，厚度为0.025-0.254mm。较优选地，PTFE生料带的厚度为0.025-0.040mm，对应地以5-8N的张力以10-15％的搭接范围进行拉伸绕包；
进一步地，烧结过程中，以325-335℃，线速度范围在2-3m/min进行烧结；
进一步地，制备护层时，以0.03-0.05mm的涂覆厚度、以3-4m/min的线速度、560-585℃的红外烧结温度涂覆PTFE树脂并烧结形成PTFE护层，得到铝合金光滑导线。
进一步地，步骤6)中，PTFE树脂的分子粒径为280-320nm。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种由上述的方法制备的铝合金光滑导线。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
1)本发明提供的制备方法，通过在中心导体上绕包以PTFE为主为的切削带、复合薄膜和生料带，再通过烧结的过程，以烧结切削带、复合薄膜和生料带并进行结晶，以形成三层的复合绝缘层，层间紧密连接，与中心导体构成一个整体，层内以及与中心导体之间得到有效排出，从而导体具有较高的电气性能和耐老化性能；
2)本发明提供的制备方法，采用紧密缠绕结合涂覆PTFE进行红外烧结的方式，得到碳化的绝缘层和护层，减重达30％以上，外径也相较于同规格的中心导体所制备的线缆的外径小；
3)本发明提供的铝合金光滑导线，对高温、高水气、切割力和刮擦磨损等均具有较好的耐受性，可以在极端的使用环境下仍具有较高的持久睡；同时，该电缆的电弧试验，失效的根数较少，具有优良的电学性能。
附图说明
图1为实施例2的结构示意图。
图中，各附图标记：1、中心导体；2、切削带；3、复合薄膜；4、生料带； 5、护层。
具体实施方式
下面，结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
以下具体实施方式中，所使用的镀镍铝合金导体的电导率为58％IACS，所使用的复合薄膜材料为高性能PI/PTFE带，其分子量为8万级别，没有进行封端处理的PI薄膜与PTFE的复合薄膜，可选用采购自圣戈班的高性能PI/PTFE 带；生料带使用的材料为低密度PTFE生料带，可选用采购自日本宇部生产的密度为1.6g/cm3的生料带；所使用的护层树脂的分子粒径为280-320nm，可选用东岳高分子有限公司生产的高性能分散PTFE。
本发明提供一种铝合金光滑导线的制备方法，包括以下步骤：
1)绞合中心导体：将铝合金单丝绞合成中心导体；
2)绕包切削带：以0.3-12N的张力、15-35％的搭接范围在中心导体上围绕包PTFE切削带；
该步骤是用于在中心导体外形成一层薄的绝缘内层；
3)绕包复合薄膜：以0.8-22N的张力、45-70％的搭接范围在步骤2)得到的线缆上绕包PI/PTFE复合薄膜；
该步骤是用于形成绝缘核心层；
4)绕包生料带：以0.5-15N的张力、10-35％的搭接范围在步骤3)得到的线缆上绕包PTFE生料带；
该步骤是用于在绝缘层和护层之间形成一层薄的绝缘外层；
5)烧结：以320-345℃，线速度范围在0.5-5m/min，对步骤4)得到的线缆进行烧结结晶；
6)制备护层:以0.01-0.07mm的涂覆厚度、以1-10m/min的线速度、 525-620℃的红外烧结温度涂覆PTFE树脂并烧结形成PTFE护层，得到铝合金光滑导线。
以下具体实施例以市面上常用的6AWG直径的导体和000AWG的直径的导体为例，而需要说的是，根据中心导体的线径对绕包材料的厚度、宽度和绕包张力进行调整，本申请提供的制备方法适用于制作基于8AWG到0000AWG 直径的导体的导线。
实施例1：
一种铝合金光滑导线的制备方法，包括以下步骤：
1)绞合中心导体：以主动退扭的方式放线，使用笼绞设备将70根0.508mm 外径镀镍铝合金单丝绞合成中心导体；中心导体线径为6AWG；
2)绕包切削带：以4N的张力、20％的搭接范围在中心导体上围绕包0.012mm 厚的PTFE切削带；
3)绕包复合薄膜：以12N的张力、52％的搭接范围在步骤2)得到的线缆上绕包0.03mm厚的PI/PTFE复合薄膜；
4)绕包生料带：以5N的张力、10％的搭接范围在步骤3)得到的线缆上绕包0.025mm厚的PTFE生料带；
5)烧结：以325℃，线速度范围在3m/min，对步骤4)得到的线缆进行烧结结晶；
6)制备护层:以0.03mm的涂覆厚度、以4m/min的线速度、560℃的红外烧结温度涂覆PTFE树脂并烧结形成PTFE护层，得到铝合金光滑导线。
实施例2：
一种铝合金光滑导线的制备方法，包括以下步骤：
1)绞合中心导体：以主动退扭的方式放线，使用悬臂单绞设备将427根 0.508mm外径镀镍铝合金单丝绞合成中心导体；中心导体线径为000AWG；
2)绕包切削带：以6N的张力、25％的搭接范围在中心导体上围绕包0.02mm 厚的PTFE切削带；
3)绕包复合薄膜：以16N的张力、52％的搭接范围在步骤2)得到的线缆上绕包0.05mm厚的PI/PTFE复合薄膜；
4)绕包生料带：以8N的张力、15％的搭接范围在步骤3)得到的线缆上绕包0.04mm厚的PTFE生料带；
5)烧结：以335℃，线速度范围在2m/min，对步骤4)得到的线缆进行烧结结晶；
6)制备护层:以0.05mm的涂覆厚度、以3m/min的线速度、585℃的红外烧结温度涂覆PTFE树脂并烧结形成PTFE护层，得到铝合金光滑导线。
实施例2得到的铝合金光滑导线的结构示意图如图1所示，自内至外依次包括中心导体1、切削带2、复合薄膜3、生料带4和护层5。
性能检测与效果评价
以导体为6AWG的镀镍铜导体进口55号线材，作为对照品1；以导体为 6AWG的镀镍铜导体的进口绕包线材，作为对照品2；以导体为000AWG的镀镍铜导体进口55号线材，作为对照品3；以导体为000AWG的镀镍铜导体的进口绕包线材，作为对照品4，联同实施例1-2得到的产品进行以下测试。
1.表观检测
对导线的外径和重量进行性能表观检测，结果如下表所示：
表1表观检测
由表1可知，相对于相同规格的对照品1和对照品2，实施例1的光滑导线的重量仅为对照品的1/3-2/5，外径大幅度减少；相对于相同规格的对照品1和对照品2，实施例2的重量可减轻至30-40％左右，直径也较对照品的小。
2.耐温老化性能
取实施例1-2以及对照品的导线在290℃下老化500h，结果如下表所示：
表2耐温老化测试
项目 实施例1 对照品1 对照品2
耐温老化测试 通过 未通过 未通过
项目 实施例2 对照品3 对照品4
耐温老化测试 通过 未通过 未通过
由表2可知，对照品1-4均未通过耐温老化测试。而实施例1-2由于经过煅烧结晶和红外煅烧，对高温具有非常高的耐受性，均通过耐温老化测试。
3.耐电弧性能
取实施例1-2以及对照品的导线按AS4373 509标准进行耐电弧性能试验，结果如下表所示：
表3耐电弧性能
项目 实施例1 对照品1 对照品2
耐电弧性能 102 78 95
项目 实施例2 对照品3 对照品4
耐电弧性能 103 81 96
实施例1-2得到的导线的耐电弧性能均优于对照品的耐电弧性能。
4.持久性试验
按AS4373 602标准进行强制水解性能、按AS4373 703标准进行动态切通试验、按AS4373 701进行刮擦磨损性能试验，结果如下表所示：
表4持久性试验
项目 实施例1 对照品1 对照品2
强制水解性能 8000h 7000h 5000h
动态切通 85N 47N 60N
刮擦磨损性能 5800次 800次 2565次
项目 实施例2 对照品3 对照品4
强制水解性能 8000h 7200h 5000h
动态切通 93.2N 50N 70N
刮擦磨损性能 6043次 892次 2602次
由表4可知，实施例1-2的产品，其强制水解性能可高达8000h，而对照品的均不超过7000h；动态切通高于85N，而对照品在70N以下；可耐5800次以上刮擦磨损，而对照品的刮擦磨损次数低于实施例1-2的一半以上。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种铝合金光滑导线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)绞合中心导体：将铝合金单丝绞合成中心导体；
2)绕包切削带：以0.3-12N的张力、15-35％的搭接范围在中心导体上围绕包PTFE切削带；
3)绕包复合薄膜：以0.8-22N的张力、45-70％的搭接范围在步骤2)得到的线缆上绕包PI/PTFE复合薄膜；
4)绕包生料带：以0.5-15N的张力、10-35％的搭接范围在步骤3)得到的线缆上绕包PTFE生料带；
5)烧结：以320-345℃，线速度范围在0.5-5m/min，对步骤4)得到的线缆进行烧结结晶；
6)制备护层：以0.01-0.07mm的涂覆厚度、以1-10m/min的线速度、525-620℃的红外烧结温度涂覆PTFE树脂并烧结形成PTFE护层，得到铝合金光滑导线。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述铝合金单丝为镀镍铝合金单丝，其线径范围为0.10-0.51mm。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，以主动退扭方式放线。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述切削带宽度为4-13mm，厚度为0.012-0.025mm。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述复合薄膜宽度为5-25mm，厚度为0.03-0.254mm。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述生料带的密度为1.6g/cm3，其宽度为4-25mm，厚度为0.025-0.254mm。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤6)中，PTFE树脂的分子粒径为280-320nm。
8.一种由权利要求1-7任一项所述的制备方法得到的铝合金光滑导线。
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