CN110415869B - 一种软质电缆被覆材料及其铝合金软电缆与制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软质电缆被覆材料，由改性交联乙烯‑四氟乙烯共聚物经辐照交联而成，所述改性交联乙烯‑四氟乙烯共聚物由按重量份计的以下组成制成：补足100份的ETFE基础树脂、0.5‑0.8份复合交联敏化剂、0.3‑0.6份复合酸吸收剂和3‑5份其它助剂。本发明还公开了基于该软质电缆被覆材料制备的铝合金电缆与制备方法。该铝合金电缆可以做到在较薄的绝缘层下仍具有较高的安全可靠性，其耐折耐弯曲。

Description

一种软质电缆被覆材料及其铝合金软电缆与制备方法

技术领域

本发明涉及电线电缆的材料领域和制造领域，具体涉及一种软质电缆被覆材料及其铝合金软电缆与制备方法。

背景技术

随着航空航天工业的快速发展，传统的铜导体或铜合金导体已经不能满足轻量化、小量化以及优量化的要求。而铝合金导体材料及制造技术的发展以及线缆绝缘材料的持续提高，为优质高效的特种电线电缆的制造提供了有力的保障。

传统的铝合金线缆导体受限于铝合金的配方以及成型，导致其机械性能不高，在实际生产中不能拉丝至0.254mm，更难达到0.1mm，而传统的铜线或铜合金线可以拉丝至线径为0.03mm，甚至更小。众所周知，导体单丝直径越小，导体越柔软，其弯曲性能越优异。但是传统的6系铝合金导体，目前市面上所能连续稳定生产的拉丝线径为0.508mm，这大大限制了铝合金导体在电线电缆尤其是软电线电缆的使用。特别是6系铝合金导体的蠕变性能较差，长期使用后，会造成变形，影响连接效果，进而影响综合电气性能。

其次，目前市场上常用的挤出型航空航天线缆，其绝缘材料为XLETFE(交联聚乙烯-四氟乙烯)产品，其抗张强度为35MPa以上，较硬，同时其绝缘厚度在0.25～0.65mm。当在实际裁线和安装过程中，多次弯曲后，绝缘皮层与导体间易出现褶皱和分层，破坏了电线的整体可靠性能，对于整体电气系统来说，安全风险很大。

因此，在满足线缆性能不下降的前提下，提供一种重量更轻、厚度更薄、弯曲性能更好的可被用于航空航天的铝合金薄壁型软电线是本发明亟待解决的问题。

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软质电缆被覆材料，其具有较高的强度和较软的质地，在较薄的被覆厚度下仍然具有较高的安全性

本发明的目的之二在于提供一种铝合金软电缆，其具有轻量化、细径化及高柔软性的特点。

本发明的目的之三在于提供该铝合金软电缆的制备方法。该方法是与软质电缆被覆材料相匹配对应的，在较薄的被覆厚度下具有较高的柔软性的较高的安全性。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种软质电缆被覆材料，由改性交联乙烯-四氟乙烯共聚物经辐照交联而成，所述改性交联乙烯-四氟乙烯共聚物由按重量份计的以下组成制成：补足100份的ETFE基础树脂、0.5-0.8份复合交联敏化剂、0.3-0.6份复合酸吸收剂和3-5份其它助剂；

所述复合交联敏化剂由改性N-烯丙基马来酰亚胺和改性TAIC组成；

所述复合酸吸收剂由三氧化二锑和硼酸锌组成；所述其它助剂包括阻燃剂、抗氧剂、纳米无机填料和增塑剂。

进一步地，所述纳米无机填料包括0.05-0.1份的纳米三氧化二铝。

进一步地，所述纳米无机填料还包括0.01-0.02份的纳米二氧化钛。

进一步地，所述复合交联敏化剂由改性N-烯丙基马来酰亚胺和改性TAIC按1：2的重量比组成。

进一步地，所述抗氧剂为胺类抗氧剂，所述阻燃剂为磷氮类阻燃剂。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

一种铝合金软电缆，其包括导体和包覆于导体外的绝缘层，所述绝缘层的材料为上述的软质电缆被覆材料，所述导体由铝合金单丝绞合而成。

进一步地，所述绝缘层的厚度为0.1-0.5mm。

进一步地，还包括设置于绝缘层外的护套，所述护套的材料为所述软质电缆被覆材料。

本发明的目的之三采用如下技术方案实现：

一种制备铝合金软电缆的方法，包括以下步骤：

1)绞合：将多根铝合金单丝绞合成导体；

2)制备绝缘层：使用上述的软质电缆被覆材料，挤出0.1-0.5mm的绝缘层；

3)绝缘层固化：使用5-15MRAD的辐照剂量在氦气保护氛围、水蒸汽降温环境下辐照3-5min；

4)制备护套：使用上述的软质电缆被覆材料，挤出0.2-0.5mm的护套；

5)护套固化：使用8-22MRAD的辐照剂量在氦气保护氛围、水蒸汽降温环境下辐照5-12min，得到铝合金软电缆。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1)本发明提供的软质电缆被覆材料，其具有较好的柔软性，其硬度为常规的市售的交联乙烯-四氟乙烯共聚物制成的绝缘层的2/3左右，抗拉强度也得到提高，其对材料的粘附力得以提高，固化后质地均一，在较薄的厚度下也具有较高的安全性；

2)本发明提供的铝合金软电缆，其导体的重量可达相同型号铜导体的1/3左右，减重比例高；直流导电率与纯铝导体近乎相当，其硬度相较于传统的绝缘层低近1/3，抗拉强度、导体与绝缘材料的粘附力都得到了较好的改善；

3)本发明提供的铝合金软电缆的制备方法，制得的铝合金软电缆各层粘附力强，电缆的机械能力强。

附图标记

图1为实施例4的结构示意图。

图中，各附图标记：1、导体；2、绝缘层；3、护套。

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。本实施例中所采用到的材料均可从市场购得。以下具体实施方式中，胺类抗氧剂、磷氮类阻燃剂、苯酐类增塑剂均可选自市售的常用的助剂。其中ETFE基础树脂的示例为由69.5％的四氟乙烯、25.5％的乙烯和5％的链转移剂制备的柔软型ETFE基础树脂。

本发明提供一种软质电缆被覆材料，由改性交联乙烯-四氟乙烯共聚物经辐照交联而成，改性交联乙烯-四氟乙烯共聚物由按重量份计的以下组成制成：补足100份的ETFE基础树脂、0.5-0.8份复合交联敏化剂、0.3-0.6份复合酸吸收剂和3-5份其它助剂；

所述复合交联敏化剂由改性N-烯丙基马来酰亚胺和改性TAIC组成；

所述复合酸吸收剂由三氧化二锑和硼酸锌组成；所述增塑剂为苯酐类增塑剂；所述其它助剂包括阻燃剂、抗氧剂、纳米无机填料和增塑剂。

本发明提供的软质电缆被覆材料适合于电子束辐照固化，能有效减少辐照过程中产生的裂键对被覆膜层的影响，可耐高温，可在较薄的被覆厚度下保证安全。

本发明使用的改性N-烯丙基马来酰亚胺和改性TAIC，其分子式分别如式I和式II所示：

改性N-烯丙基马来酰亚胺和改性TAIC均可以现有技术制得如CN201510213320.X公开的方法，使用两者作为复合交联光敏剂，可在辐照产生的局部高温下仍然得到可控的交联度，保证该被覆材质制得的被覆层即使在较薄的膜层的基础上，也具有较好的韧性强度。

本发明使用三氧化二锑和硼酸锌作为吸酸剂以固定交联过程中出现裂键而产生的氢氟酸，从而进一步中强线缆的稳定性和可靠性。

以下是本发明具体的实施例，在下述实施例中所采用的原材料、设备等除特殊限定外均可以通过购买方式获得。

实施例1：

一种软质电缆被覆材料，由改性交联乙烯-四氟乙烯共聚物经辐照交联而成，该改性交联乙烯-四氟乙烯共聚物由按重量份计的以下组成制成：补足100份的ETFE基础树脂、0.5份复合交联敏化剂、0.43份复合酸吸收剂、0.1份胺类抗氧剂、0.35份磷氮类阻燃剂、0.05份纳米三氧化二铝、0.01份纳米二氧化钛、3.1份苯酐类增塑剂。其中复合交联敏化剂由改性N-烯丙基马来酰亚胺和改性TAIC按1：2的质量比混合，复合酸吸收剂为三氧化二锑和硼酸锌的双组分体系酸吸收剂。

实施例2：

一种软质电缆被覆材料，由改性交联乙烯-四氟乙烯共聚物经辐照交联而成，该改性交联乙烯-四氟乙烯共聚物由按重量份计的以下组成制成：补足100份的ETFE基础树脂、0.8份复合交联敏化剂、0.52份复合酸吸收剂、0.3份胺类抗氧剂、0.55份磷氮类阻燃剂、0.1份纳米三氧化二铝、0.02份纳米二氧化钛、3.1份苯酐类增塑剂。其中复合交联敏化剂由改性N-烯丙基马来酰亚胺和改性TAIC按1：2的质量比混合，复合酸吸收剂为三氧化二锑和硼酸锌的双组分体系酸吸收剂。

实施例3：

一种软质电缆被覆材料，由改性交联乙烯-四氟乙烯共聚物经辐照交联而成，该改性交联乙烯-四氟乙烯共聚物由按重量份计的以下组成制成：补足100份的ETFE基础树脂、0.7份复合交联敏化剂、0.50份复合酸吸收剂、0.15份胺类抗氧剂、0.45份磷氮类阻燃剂、0.50份纳米三氧化二铝、0.018份纳米二氧化钛、3.0份苯酐类增塑剂。其中复合交联敏化剂由改性N-烯丙基马来酰亚胺和改性TAIC按1：2的质量比混合，复合酸吸收剂为三氧化二锑和硼酸锌的双组分体系酸吸收剂。

实施例4：

一种铝合金软电缆，如图1所示，包括导体1、绝缘层2和护套3，导体由133根0.36mm外径的铝合金单丝绞合而成，绝缘层由实施例1的软质电缆被覆材料挤出交联固化而成，厚度为0.28mm；护套由软质电缆被覆材料挤出交联固化而成，厚度为0.35mm。

制备该铝合金软电缆的方法，包括以下步骤：

1)绞合：选取133根0.36mm外径单丝进行绞合，外径约为6AWG；

2)制备绝缘层：使用实施例1的软质电缆被覆材料，采用Φ50单螺杆挤出机，采用六段式加热，温度范围在305±5℃，挤出绝缘层，厚度为0.28mm；

3)绝缘层固化：使用12MRAD的辐照剂量在氦气保护氛围、水蒸汽降温环境下辐照5min；

4)制备护套：使用实施例1的软质电缆被覆材料，采用Φ55单螺杆挤出机，采用六段式加热，温度范围在290±5℃，挤出0.35mm的护套；

5)护套固化：使用22MRAD的辐照剂量在氦气保护氛围、水蒸汽降温环境下辐照5min，得到铝合金软电缆。

实施例5：

一种铝合金软电缆，包括导体、绝缘层和护套，导体由133根0.36mm外径的铝合金单丝绞合而成，绝缘层由实施例2的软质电缆被覆材料挤出交联固化而成，厚度为0.28mm；护套由软质电缆被覆材料挤出交联固化而成，厚度为0.35mm。

制备该铝合金软电缆的方法，包括以下步骤：

1)绞合：选取133根0.36mm外径单丝进行绞合，外径约为6AWG；

2)制备绝缘层：使用实施例2的软质电缆被覆材料，采用Φ50单螺杆挤出机，采用六段式加热，温度范围在235±5℃，挤出绝缘层，厚度为0.25mm；

3)绝缘层固化：使用8MRAD的辐照剂量在氦气保护氛围、水蒸汽降温环境下辐照3min；

4)制备护套：使用实施例2的软质电缆被覆材料，采用Φ55单螺杆挤出机，采用六段式加热，温度范围在245±5℃，挤出0.40mm的护套；

5)护套固化：使用9MRAD的辐照剂量在氦气保护氛围、水蒸汽降温环境下辐照4min，得到铝合金软电缆。

实施例6：

一种铝合金软电缆，包括导体、绝缘层和护套，导体由133根0.36mm外径的铝合金单丝绞合而成，绝缘层由实施例3的软质电缆被覆材料挤出交联固化而成，厚度为0.28mm；护套由软质电缆被覆材料挤出交联固化而成，厚度为0.35mm。

制备该铝合金软电缆的方法，包括以下步骤：

1)绞合：选取133根0.36mm外径单丝进行绞合，外径约为6AWG；

2)制备绝缘层：使用实施例3的软质电缆被覆材料，采用Φ55单螺杆挤出机，采用六段式加热，温度范围在290±5℃，挤出绝缘层，厚度为0.18mm；

3)绝缘层固化：使用14MRAD的辐照剂量在氦气保护氛围、水蒸汽降温环境下辐照5min；

4)制备护套：使用实施例3的软质电缆被覆材料，采用Φ55单螺杆挤出机，采用六段式加热，温度范围在290±5℃，挤出0.30mm的护套；

5)护套固化：使用14MRAD的辐照剂量在氦气保护氛围、水蒸汽降温环境下辐照5min，得到铝合金软电缆。

对比例1：

一种铝合金软电缆，包括导体、绝缘层和护套，导体由133根0.36mm外径的铝合金单丝绞合而成，绝缘层由市售的交联乙烯-四氟乙烯共聚物挤出交联固化而成，厚度为0.35mm；护套由软质电缆被覆材料挤出交联固化而成，厚度为0.50mm。

制备该铝合金软电缆的方法，包括以下步骤：

1)绞合：选取133根0.36mm外径单丝进行绞合，外径约为6AWG；

2)制备绝缘层：使用交联乙烯-四氟乙烯共聚物，采用Φ50单螺杆挤出机，采用六段式加热，温度范围在315±5℃，挤出绝缘层，厚度为0.35mm；

3)绝缘层固化：使用15MRAD的辐照剂量在氦气保护氛围、水蒸汽降温环境下辐照8min；

4)制备护套：使用市售的交联乙烯-四氟乙烯共聚物，采用Φ55单螺杆挤出机，采用六段式加热，温度范围在315±5℃，挤出护套层，厚度为0.50mm；

5)护套固化：使用20MRAD的辐照剂量在氦气保护氛围、水蒸汽降温环境下辐照10min，得到铝合金软电缆。

对比例2：

一种铝合金软电缆，包括导体、绝缘层和护套，导体由133根0.36mm外径的铝合金单丝绞合而成，绝缘层由市售的交联乙烯-四氟乙烯共聚物挤出交联固化而成，厚度为0.38mm；护套由软质电缆被覆材料挤出交联固化而成，厚度为0.55mm。

制备该铝合金软电缆的方法，包括以下步骤：

1)绞合：选取41根0.64mm外径单丝进行绞合，外径约为6AWG；

2)制备绝缘层：使用交联乙烯-四氟乙烯共聚物，采用Φ50单螺杆挤出机，采用六段式加热，温度范围在315±5℃，挤出绝缘层，厚度为0.38mm；

3)绝缘层固化：使用15MRAD的辐照剂量在氦气保护氛围、水蒸汽降温环境下辐照8min；

4)制备护套：使用市售的交联乙烯-四氟乙烯共聚物，采用Φ55单螺杆挤出机，采用六段式加热，温度范围在315±5℃，挤出护套层，厚度为0.55mm；

5)护套固化：使用20MRAD的辐照剂量在氦气保护氛围、水蒸汽降温环境下辐照10min，得到铝合金软电缆。

性能检测与效果评价

将实施例4-6以及对比例1和2得到的电缆不时进行重量、外径、电导率和弯曲疲劳次数检测，其结果如下表所示：

表1性能检测结果表

表注：a)弯曲疲劳是在同等弯曲半径下，弯曲180度测试，当线缆表面出现褶皱，试验截止。

通过上表，可以看出，采用本发明所公开的铝合金软电缆的重量明显低于常规市售产品或常规的交联乙烯-四氟乙烯共聚物作的绝缘层，相同规格下最多可以减重至原来的40％。与同类铝合金电线相比，其外径最多可变小原来的15％，且其抗弯曲性能优于常规市场售品，特别是本发明的优选范围内制造的软线缆综合性能则更为优异，实现了航空航天领域要求减轻产品重量和体积的效果。

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 (9)

1.一种软质电缆被覆材料，其特征在于，由改性交联乙烯-四氟乙烯共聚物经辐照交联而成，所述改性交联乙烯-四氟乙烯共聚物由按重量份计的以下组成制成：补足100份的ETFE基础树脂、0.5-0.8份复合交联敏化剂、0.3-0.6份复合酸吸收剂和3-5份其它助剂；

所述复合交联敏化剂由改性N-烯丙基马来酰亚胺和改性TAIC组成；

所述复合酸吸收剂由三氧化二锑和硼酸锌组成；所述其它助剂包括阻燃剂、抗氧剂、纳米无机填料和增塑剂；

其中，所述改性N-烯丙基马来酰亚胺的分子式为式I所示，所述改性TAIC的分子式为式II所示：

2.如权利要求1所述的软质电缆被覆材料，其特征在于，所述纳米无机填料包括0.05-0.1份的纳米三氧化二铝。

3.如权利要求1所述的软质电缆被覆材料，其特征在于，所述纳米无机填料还包括0.01-0.02份的纳米二氧化钛。

4.如权利要求1所述的软质电缆被覆材料，其特征在于，所述复合交联敏化剂由改性N-烯丙基马来酰亚胺和改性TAIC按1：2的重量比组成。

5.如权利要求1所述的软质电缆被覆材料，其特征在于，所述抗氧剂为胺类抗氧剂，所述阻燃剂为磷氮类阻燃剂。

6.一种铝合金软电缆，其特征在于，其包括导体和包覆于导体外的绝缘层，所述绝缘层的材料为权利要求1-5任一项所述的软质电缆被覆材料，所述导体由铝合金单丝绞合而成。

7.如权利要求6所述的铝合金软电缆，其特征在于，所述绝缘层的厚度为0.1-0.5mm。

8.如权利要求7所述的铝合金软电缆，其特征在于，还包括设置于绝缘层外的护套，所述护套的材料为权利要求1-5任一项所述的软质电缆被覆材料。

9.一种制备铝合金软电缆的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)绞合：将多根铝合金单丝绞合成导体；

2)制备绝缘层：使用权利要求1-5任一项所述的软质电缆被覆材料，挤出0.1-0.5mm的绝缘层；

3)绝缘层固化：使用5-15MRAD的辐照剂量在氦气保护氛围、水蒸汽降温环境下辐照3-5min；

4)制备护套：使用权利要求1-5任一项所述的软质电缆被覆材料，挤出0.2-0.5mm的护套；

5)护套固化：使用8-22MRAD的辐照剂量在氦气保护氛围、水蒸汽降温环境下辐照5-12min，得到铝合金软电缆。

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