CN110391045A - 一种带自行修复绝缘击穿功能的服务机器人本体线缆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带自行修复绝缘击穿功能的服务机器人本体线缆，包括：线缆包覆体，位于线缆包覆体内的中被绝缘体，位于中被绝缘体内的自修复胶体及4根绝缘芯线；所述线中被绝缘体内形成有修复管道，所述修复管道包括第一管道，以及与第一管道连通的4根第二管道，所述自修复胶体位于第一管道内，所述绝缘芯线位于第二管道内；所述绝缘芯线包括电线导体，以及包覆于电线导体外的TPEE绝缘层；所述第一管道内的自修复胶体融化时，流入第二管道内并对绝缘芯线的TPEE绝缘层及第二管道管壁进行双向修复。本发明能够自行双向修复内部绝缘层及外部护套层裂纹，以达到安全输送电磁能信号和长期安全使用的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种自修复线缆，尤其涉及一种带自行修复绝缘击穿功能的服务机器人本体线缆。
背景技术
随着高新线缆制造技术的不断创新和复合特种高分子材料品质精益发展，当前国外已经提出了一种可自我修复功能的弹性导线，这种弹性导线由液态金属线芯和聚合物护套组成，金属线芯具有优良的导电性能，具有一定的延展性和自我修复功能，具有在极端环境中应用的巨大潜力。首先，在具有自我修复功能的聚合物中制造一个“微流体管道”的细小管道，而后再向微流体管道中注入液态金属，用其充当导电材料，而这种导线护套是可拉伸的聚合物材料，其芯线为液态金属材料，当进行拉伸时不影响导电性能；其次，当导线出现划伤类小型损伤时，液态金属会迅速发生氧化，形成一层类似皮肤物质，防止液态金属从护套中渗出；当线材受损严重或被完全切断时，只要将断头重新相连，液态金属就能自动重连，接通电路。同时，聚合物护套会发挥自我修复功能，形成新的分子键，逐渐修复损伤部位。这种弹性导线大幅提高了电子设备的耐久性，在柔性电子设备、复杂电路制造等领域具有潜在的应用价值。
而在国内存在一种带有自动修复功能的铁路机车车辆电缆，其中心导体截面积在2.5平方毫米多股无氧铜绞合而成，芯线绝缘由耐火阻燃材料组成，由6芯芯线加上1根超强抗拉管充填遇空气自固化粘糊状胶体及其润滑剂修复材料管状物中心绞合，外包云母带屏蔽，云母带屏蔽外有玻璃纤维丝+铜线双层编织组成，外护套材料采用硅橡胶护套。当电缆外被破损时，粘糊状的管道密封胶随着撞击物从破损口流出，遇到空气自动固化堵住破损位置进行自动修复，保证了电缆使用寿命。
经上述自修复功能的国际弹性导线和国内机车电缆分析得出，国际上弹性导线仅只能进行单向线芯修复，而国内电缆只能进行外护套修复，不能进行中心芯线绝缘层破损修复，按照其现有线材结构无法从中心导体或绝缘体上进行自我修复，在结构设计上存在很大缺陷。其次其材料选择上无法耐受特定环境，电缆的使用寿命较短。
有鉴于此，有必要对目前的自修复线缆结构进行进一步的改进。
发明内容
为解决上述至少一技术问题，本发明的主要目的是提供一种带自行修复绝缘击穿功能的服务机器人本体线缆。
为实现上述目的，本发明采用的一个技术方案为：提供一种带自行修复绝缘击穿功能的服务机器人本体线缆，包括：线缆包覆体，位于线缆包覆体内的中被绝缘体，位于中被绝缘体内的自修复胶体，以及4根绝缘芯线；所述中被绝缘体内形成有修复管道，所述修复管道包括第一管道，以及与第一管道连通的4根第二管道，所述自修复胶体位于第一管道内，所述绝缘芯线位于第二管道内；
所述绝缘芯线包括电线导体，以及包覆于电线导体外的TPEE绝缘层；
所述第一管道内的自修复胶体融化时，流入第二管道内并对绝缘芯线的TPEE绝缘层及第二管道管壁进行双向修复。
其中，所述修复管道还包括分支管道，所述分支管道的两端分别与第一管道及第二管道相通。
其中，4根所述第二管道以第一管道为中心呈环状分布。
其中，所述电线导体由多根镀锡无氧铜线导体绞合而成。
其中，所述TPEE绝缘层的截面呈三角形状，且TPEE绝缘层的夹角处呈倒圆角设置。
其中，所述线缆包覆体包括依次设置的PTFE绕包带、无纺布带及PUR护套层，所述无纺布带位于PTFE绕包带与PUR护套层之间，且PTFE绕包带靠近绝缘芯线设置。
其中，所述线缆包覆体的内径为7.5-8.5mm，线缆包覆体的外径为9.7-10.1mm。
其中，所述PTFE绕包带的厚度为0.02-0.03mm。
其中，所述无纺布带的厚度为0.045-0.055mm。
其中，还包括填充体，所述填充体位于PTFE绕包带与中被绝缘体之间。
本发明的技术方案主要包括线缆包覆体，位于线缆包覆体内的中被绝缘体，位于中被绝缘体内的自修复胶体，以及4根绝缘芯线，其中，该线缆包覆体内形成有修复管道，且修复管道包括第一管道，以及与第一管道连通的4根第二管道，所述自修复胶体位于第一管道内，所述绝缘芯线位于第二管道内；所述第一管道内的自修复胶体融化时，流入第二管道内并对绝缘芯线的TPEE绝缘层及第二管道管壁进行双向自行修复，以达到安全输送电磁能信号和长期安全使用的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明一实施例带自行修复绝缘击穿功能的服务机器人本体线缆的截面示意图；
图2为本发明一实施例绝缘芯线的截面示意图；
图3为本发明一实施例修复管道的截面示意图；
图4为本发明一实施例绝缘芯线与修复管道装配的截面示意图。
本发明目的实现、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
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参照图1-4，图1为本发明一实施例带自行修复绝缘击穿功能的服务机器人本体线缆的截面示意图；图2为本发明一实施例绝缘芯线的截面示意图；图3为本发明一实施例修复管道的截面示意图；图4为本发明一实施例绝缘芯线与修复管道装配的截面示意图。在本发明实施例中，该带自行修复绝缘击穿功能的服务机器人本体线缆，包括：线缆包覆体10，位于线缆包覆体10内的中被绝缘体20，位于中被绝缘体20内的自修复胶体，以及4根绝缘芯线40；所述中被绝缘体20内形成有修复管道30，所述修复管道30包括第一管道31，以及与第一管道31连通的4根第二管道32，所述自修复胶体位于第一管道31内，所述绝缘芯线40位于第二管道32内；
所述绝缘芯线40包括电线导体42，以及包覆于电线导体42外的TPEE绝缘层41；
所述第一管道31内的自修复胶体融化时，流入第二管道32内并对绝缘芯线40的TPEE绝缘层41及第二管道32管壁进行双向修复。
上述的自修复胶体具体为PEG、异氰酸脂和DABBF合成支化结构的聚合物凝胶。自修复胶体储存于第一管道31中，以备后续自愈合过程中随时使用。当TPEE绝缘层41在受到机械应力或其他形式损伤后，无需任何外界条件在电缆机械运动或常温20±5℃下，保持在24小时后其伤口即可愈合，这种聚合物凝胶型自修复材料修复率高达98％。与此同时，在第二管道32的管壁产生裂纹后，该自修复胶体还可以对第二管道32管壁的裂纹，以实现对服务机器人本体线缆的内外双向修复。另外，上述的自修复胶体本体电缆在机械运动和常温20±5℃的条件下就会处于融化状态或流动状态。
本方案的应用在工业机器人/服务机器人和其他特种机器人手臂、转动轴上进行电源和电磁能信号传输。主要应用线缆包括柔性动力线缆、柔性控制线缆、UL/VDE本体电源线缆及柔性拖链工作场所方面。
上述的PEG材料选用型号：PEG-600聚乙二醇，本材料无色透明，熔点在20±2℃，粘度可达到1.9～2.1，羟值为178～196，平均分子量达到了570～630，无毒无刺激，具有良好的水溶性，可与多种有机物组份；PEG具有优良的润滑性、保湿性、分散性、粘接性和抗静电性及柔软性。异氰酸酯含有不饱和键，具有高活性，易与带活性基团的有机物或无机物发生反应，生成聚氨脂弹性体；在适当条件下可发生自聚反应形成二聚体或高分子量聚合物。DABBF材料(中文名：二芳基苯并呋喃酮)，是一种作为交联剂用的有机物质，在一定条件下可以分解成2个自由基，可以充分和TPEE及HDPE弹性体材料结合和交联。
上述的线缆包覆体10包括PTFE绕包带13、无纺布带12及PUR护套层11，具体的结构请参照下述的实施例。
上述的修复管道30中的第二管道32的数量有4根，第一管道31分别与4根第二管道32相通，第一管道31存储有自修复胶体，第二管道32设置有绝缘芯线40。中被绝缘体20的材质为透明抗拉伸的HDPE。HDPE中被绝缘押出时，采用φ70mm无卤绝缘押出机完成。押出作业前在烘料箱中必须进行1～2小时，60±10℃连续烘烤。押出温度在180～235℃之间，保持第1段冷却水槽在2～2.5M，第2段水槽至少保持二层，总长度在20米或以上，保持线材充分冷却。
本发明主要包括线缆包覆体10，位于线缆包覆体10内的中被绝缘体20，位于中被绝缘体20内的自修复胶体，以及4根绝缘芯线40，其中，该线缆包覆体10内形成有修复管道30，且修复管道30包括第一管道31，以及与第一管道31连通的第二管道32，所述自修复胶体位于第一管道31内，所述绝缘芯线40位于第二管道32内述第一管道31内的自修复胶体融化时，流入第二管道32内并对绝缘芯线40的TPEE绝缘层41及第二管道32管壁进行双向自行修复，以达到提高电缆的安全输送电磁能信号和长期安全使用的效果。
在所述具体的实施例中，所述修复管道30还包括分支管道33，所述分支管道33的两端分别与第一管道31及第二管道32相通。进一步的，4根所述第二管道32以第一管道31为中心呈环状分布。
本实施例中，4根第二管道32与第一管道31之间分别通过分支管道33连通，如此，在第一管道31内的自修复胶体处于融化或流动状态时，能够流入第二管道32内，分别对第二管道32内的绝缘芯线40的TPEE绝缘层41进行修复及第二管道32的管壁出现的裂纹进行修复。本方案中，4个第二管道32呈均匀设置。每一第二管道32内设置有4根绝缘芯线40。4根绝缘芯线40和藕芯中心自修复材料定位，采用特制押出藕芯模具，充分将不流动凝胶体、黑、棕、灰、黄/绿4芯绝缘芯线40准确安放在修复管道30内，具体的，第一管道31中自修复材料及其润滑剂混合物通过注条工艺直接成型的不流动凝胶体，即自修复胶体；其他4根绝缘芯线40安放在第二管道32中，并且有一定空间，方便绝缘芯线40长期工作或使用一定时间后绝缘开裂时在润滑剂混合物直接流入空间灌满并进行自动受损部位修复。
在所述具体的实施例中，所述电线导体42由多根镀锡无氧铜线导体绞合而成。本实施例中，电线导体42采用19AWG(7/14//0.10mm)4C*镀锡无氧铜线导体。可以理解的，电线导体42还可以采用其他材质。生产时，多根镀锡无氧铜线导体采用φ600mm高速绞铜机作业，先绞14/0.1mm镀锡无氧铜导体,S绞＝9mm,再中心绞合1+6放线方式，节距25±3mm，必须绞合紧凑无跳股。
进一步的，所述TPEE绝缘层41的截面呈三角形状，且TPEE绝缘层41的夹角处呈倒圆角43设置。上述的倒圆角43的半径R＝0.5mm三角形芯线类似线径ID＝2.4±0.05mm,颜色分别是黑、棕、灰、黄/绿。可以理解的，TPEE绝缘层41的截面还可以为圆形。
上述的绝缘芯线40绝缘押出时，采用φ50mm低烟无卤绝缘押出机作业。押出作业前在烘料箱中必须进行4±1小时，105±5℃连续烘烤。押出温度在185～200℃之间，保持第1段冷却水槽在2～2.5M，第2段水槽至少保持二层或三层，总长度在30米或以上，保持线材充分冷却。芯线押出后分别作数量和接头清晰标示，以方便后续整体押出成卷长度配对。上述的绝缘芯线40，具有超好的加工性能和超长的使用寿命，强度高，柔韧性好和动态力学性能更好。具有极高的拉伸强度和优异的耐疲劳性能和耐热性能和具有优异的抗蠕变和耐低温性能，极佳的耐油性能和耐老化性能，以及良好的机械性能。
在所述具体的实施例中，所述线缆包覆体10包括依次设置的PTFE绕包带13、无纺布带12及PUR护套层11，所述无纺布带12位于PTFE绕包带13与PUR护套层11之间。
具体的，上述的PTFE绕包带13为PTFE高温绕包带，其选用耐高温防水带规格宽度32mm/厚度0.025mm。上述的无纺布带12为防护和确保成缆圆型的高柔韧性无纺布带12，宽度35mm/厚度0.05mm。上述的PUR护套层11为耐磨耐弯折黑色充实型半雾面PUR护套。进一步的，所述线缆包覆体10的内径为7.5-8.5mm，优选为8mm，线缆包覆体10的外径为9.7-10.1mm，优选为9.8mm。进一步的，所述PTFE绕包带13的厚度为0.02-0.03mm，优选为0.025mm。进一步的，所述无纺布带12的厚度为0.045-0.055mm，优选为0.05mm。上述的PTFE绕包带13或替换为棉纸带或硅橡胶包带；PUR护套可更换成TPU护套。
上述的PTFE绕包带13生产时，重叠率需达130～135％以上。具有柔软、无毒、阻燃、化学稳定性好、绝缘能力强、耐温性能优异的特点。可在-150～260℃范围内长期使用。其纵向拉伸强度≥10Mpa,横向拉伸强度≥1Mpa；纵向断裂伸长率≥100％，横向断裂伸长率≥350％，密度为1.69g/cm3,直流介电强度≥30KV/mm。
上述的无纺布带12生产时，采用φ800mm包纸机或单绞机拖包作业，并保持重叠率达到130～135％以上。具有强力好，透气防水防潮，环保，柔韧，无毒无味，不助燃，抗菌，抗化学溶剂，色彩丰富的特点；剥离加工性好，方便安装和布线作业。
上述的PUR护套在押出前，必须将PUR材料充分干燥，在80～100℃条件下烘烤3小时，同时烘烤前将料斗充分除湿，采用高强风枪吹尽灰尘并用干次棉布擦干净，不留任何杂质。采用φ90mm加压模具和高压容积式机头并附带有聚合物凝胶型自修复材料注条辅助押出机头，按PUR100:聚合物凝胶1.0比例共同混合押出，确保熔体压力和平稳高速挤出。具体的，螺杆采用等距不等深双头螺纹螺杆。螺杆长径比L/D＝28～30,押出温度范围175～235℃。其次，测量线径和控制线材冷却采用自动精确真空定径技术，真空与水系统分离控制，通过多级水路平衡控制系统与真空系统统一协调，确保生产过程中真空稳定，冷却水液面平稳，水流量稳定；其次采用双向高速扫描激光测径系统，实现在线监测产品直径值，椭圆度值，测试区间位置值，与牵引机形成闭环控制系统，在线自动调节产品尺寸波动。牵引机驱动采用上下直连伺服电机驱动，提供精确稳定的牵引动作，收线机采用变频电机和特殊张力控制器。
在所述具体的实施例中，还包括填充体50，所述填充体50位于PTFE绕包带13与中被绝缘体20之间。该填充体50具体为HDPE绝缘材料。
通过上述的结构设计，本发明至少能够解决：1、服务类机器人/工业机器人电缆因长期频繁弯折工作/绝缘老化出现表面开裂后或电缆因押出偏心出现的电压击穿现象进行自行修复内部绝缘和外部护套裂纹的双向作用，以达到长期、安全用电的效果；2、服务类机器人/工业机器人电缆绝缘芯线超出常规电缆可经受双倍电压作用，以达到电缆超长使用寿命的目的；3、服务类机器人/工业机器人电缆超柔超长时间连续往复运动下频繁弯曲大行程强度下的拖链工作质量；4、服务机器人/工业机器人电缆具有储存修复胶体的活动空间和全面快速修复功能；5、服务类机器人/工业机器人电缆耐磨/耐撕/耐寒/耐酸碱/耐油/高张强度/防水防潮等多种环境应用和电缆生存能力。
对于上述的本体电缆的结构，绝缘材料TPEE和中被HDPE都属于热塑性塑胶材料，当TPEE绝缘层41和中被绝缘层经受机器人长期工作会出现一定程度的裂纹。通过机器人自身的工作机械运动和聚合物凝胶型自修复材料自行对芯线TPEE和HDPE绝缘材料进行自行常温修复。具体愈合流程如下：在本体电缆三角形芯线长期负荷工作产生裂纹受损时，本体电缆持续自身运动和常温工作条件下，中心自愈体材料在本体电缆达到超强运动极限时产生流出并充填藕心圆形芯线区域，本体电缆芯线绝缘表面裂纹被自愈胶体最快24小时内即可修复，本体电缆绝缘体裂纹修复完成后线缆正常工作。当聚合物凝胶型自修复材料，即自修复胶体，从HDPE中心第一管道31中分向流出时，自然充填满HDPE圆形空间中的三角形芯线及其周边，且充分进行裂纹空隙物质补给；其次，在本体线缆机械运动过程中弯折，扭转，曲挠，摇摆，因为三角形和圆形有充分活动空间，间接起到了绝缘层及其导体防护作用，从源头上给本体电缆一个整体互补空间。此外，本方案使用了TPEE材料和HDPE材料及PUR材料，均无物性冲突且互相融合；其次包带材料PTFE和柔性无纺布均耐高温，防潮防水，非常柔软，物性和机械运动互相呼应，确保本体电缆功能良好，结构稳定。
综上，本发明的本体电缆至少具有如下优点：其一，低温柔顺性好。在-60℃的低温下仍具有良好的弯曲性能；不受臭氧侵蚀的影响；耐辐射,在105～106Gy的辐射剂量下仍具有满意的使用性能；抗霉菌性能好,耐油、脂以及酸、碱等化学品特性。长期工作温度一般不能超过100℃,否则容易发生黏连。其二，优异的产品特性：耐磨性能优异，较天然橡胶(橡套电缆)耐磨五倍以上；撕裂性能：撕裂强度较常用的橡塑胶比较非常优异；拉伸性能：电缆拉伸强度高达38MPa，普通PVC电缆的拉伸强度只有12MPa。聚氨酯电缆护套及绝缘的优异抗拉性能对线芯起到良好保护作用，使其持久耐用。耐水解性能：耐水性能良好，1～2年内不会发生明显水解；屈折性能：在不同环境下都可以保持极佳的耐屈折特性，为反复弯曲环境使用中最佳选择之一。耐油与耐药品性能：耐油性佳，在燃料油(如煤油、汽油)和机械油(如液压油、机油、润滑油等)中几乎不受侵蚀。抗高温与抗氧化性能：耐油性能优异，韧性好，耐磨，耐寒(耐低温)，耐水，耐老化，耐酸碱，耐气候，使用寿命长，抗紫外线以及能量释放等许多优异的功能，适用于油污，低温环境极其恶劣场合。其三，超强的外护套受损时自修复裂纹能力。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种带自行修复绝缘击穿功能的服务机器人本体线缆，其特征在于，所述带自行修复绝缘击穿功能的服务机器人本体线缆包括：线缆包覆体，位于线缆包覆体内的中被绝缘体，位于中被绝缘体内的自修复胶体，以及4根绝缘芯线；所述中被绝缘体内形成有修复管道，所述修复管道包括第一管道，以及与第一管道连通的4根第二管道，所述自修复胶体位于第一管道内，所述绝缘芯线位于第二管道内；
所述绝缘芯线包括电线导体，以及包覆于电线导体外的TPEE绝缘层；
所述第一管道内的自修复胶体融化时，流入第二管道内并对绝缘芯线的TPEE绝缘层及第二管道管壁进行双向修复。
2.如权利要求1所述的带自行修复绝缘击穿功能的服务机器人本体线缆，其特征在于，所述修复管道还包括分支管道，所述分支管道的两端分别与第一管道及第二管道相通。
3.如权利要求2所述的带自行修复绝缘击穿功能的服务机器人本体线缆，其特征在于，4根所述第二管道以第一管道为中心呈环状分布。
4.如权利要求1所述的带自行修复绝缘击穿功能的服务机器人本体线缆，其特征在于，所述电线导体由多根镀锡无氧铜线导体绞合而成。
5.如权利要求4所述的带自行修复绝缘击穿功能的服务机器人本体线缆，其特征在于，所述TPEE绝缘层的截面呈三角形状，且TPEE绝缘层的夹角处呈倒圆角设置。
6.如权利要求1所述的带自行修复绝缘击穿功能的服务机器人本体线缆，其特征在于，所述线缆包覆体包括依次设置的PTFE绕包带、无纺布带及PUR护套层，所述无纺布带位于PTFE绕包带与PUR护套层之间，且PTFE绕包带靠近绝缘芯线设置。
7.如权利要6所述的带自行修复绝缘击穿功能的服务机器人本体线缆，其特征在于，所述线缆包覆体的内径为7.5-8.5mm，线缆包覆体的外径为9.7-10.1mm。
8.如权利要求7所述的带自行修复绝缘击穿功能的服务机器人本体线缆，其特征在于，所述PTFE绕包带的厚度为0.02-0.03mm。
9.如权利要求8所述的带自行修复绝缘击穿功能的服务机器人本体线缆，其特征在于，所述无纺布带的厚度为0.045-0.055mm。
10.如权利要求9所述的带自行修复绝缘击穿功能的服务机器人本体线缆，其特征在于，还包括填充体，所述填充体位于PTFE绕包带与中被绝缘体之间。
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