CN115359952B - 一种智能机器人机械臂用耐高温耐弯折线缆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电缆技术领域，具体为一种智能机器人机械臂用耐高温耐弯折线缆，包括若干个缆芯，所述缆芯包括导体和包覆在所述导体外表面的内护套层，若干个所述缆芯被包带层所包覆，所述包带层内还设有抗折芯，所述抗折芯为碳纤维/钢束复合而成，所述包带层外包覆有屏蔽层，所述屏蔽层外包覆有外护套层，本发明制备的智能机器人机械臂用耐高温耐弯折线缆，通过合理设计结构和材料选择，顺利通过二轮曲挠测试、90°弯曲测试及垂直扭转测试三项机械寿命试验验证，证实产品各项性能达到预期设定的技术指标要求，能够满足市场使用需求。

Description

一种智能机器人机械臂用耐高温耐弯折线缆

技术领域

本发明涉及电缆技术领域，具体为一种智能机器人机械臂用耐高温耐弯折线缆。

背景技术

智能机器人诞生于20世纪，被广泛应用于抗震救灾、生产加工、科学研究和国防工业中，对人们的生产生活起到了巨大的影响，成为了必不可少的生产力，加快了人类的进步和社会的发展，促进了国家先进生产力的提高，智能机器人越来越成为机器人制造的主流，采用无线传播系统，超声波传感测距，无线技术传播系统，能够使机器人更加先进。

机械臂是智能机器人的重要组成部件，智能机器人主要的作业方式是通过接受到的指令，进行相应的生产操作流程，其中，电缆对其工作起着重要的作用，主要是对电信号进行传输，电信号传输的准确性决定了工作的质量。

但由于机械臂在连接使用过程中，电缆一直在同轴面中需重复完成循环弯折的动作，目前的机械臂线缆在重复弯折后容易出现断芯、护套破损、扭曲变形等情况，难以满足使用需求。

发明内容

发明目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种智能机器人机械臂用耐高温耐弯折线缆。

所采用的技术方案如下：

一种智能机器人机械臂用耐高温耐弯折线缆，包括若干个缆芯，所述缆芯包括导体和包覆在所述导体外表面的内护套层，若干个所述缆芯被包带层所包覆，所述包带层内还设有抗折芯，所述抗折芯为碳纤维/钢束复合而成，所述包带层外包覆有屏蔽层，所述屏蔽层外包覆有外护套层。

进一步地，所述抗折芯以钢束为芯材，所述芯材的外表面包覆有碳纤维编织层。

进一步地，所述内护套层由聚乙烯材料制成。

进一步地，所述内护套层由HDPE与LLDPE共混制成，所述HDPE与LLDPE的质量比为6-10：1。

进一步地，所述包带为无纺布带、PP带、PVC带、聚酯带、PE带、云母带、玻纤带中的任意一种或多种复合。

进一步地，所述屏蔽层为铜网或铝箔。

进一步地，以重量份数计，所述外护套层包括以下组成成分：

HDPE 80-100份、LLDPE 10-20份、聚烯烃热塑性弹性体5-10份、芳香族-脂肪族共聚酯5-10份、烷基季铵盐插层埃洛石纳米管20-30份、炭黑20-30份、己二酸二辛酯0.5-1份、癸二酸二辛酯1-2份、硬脂酸1-2份、氢氧化铝20-30份、氢氧化镁20-30份、乙烯基三甲氧基硅烷1-2份。

进一步地，所述芳香族-脂肪族共聚酯的制备方法如下：

氮气保护下，将联苯二甲酸、辛二酸和丙三醇混合均匀，再加入醋酸锑，升温至180-200℃，蒸馏除水，待无水蒸出后，升温至230-250℃，反应2-2.5h，加入亚磷酸三苯酯，升温至260-270℃，开始抽真空，在70-100Pa压力下反应2-4h，反应结束后，物料冷却后切粒。

进一步地，所述烷基季铵盐插层埃洛石纳米管的制备方法如下：

将埃洛石纳米管经过盐酸、氯化钠溶液浸渍处理，再加入到烷基季铵盐溶液中，升温至60-80℃搅拌10-15h后滤出，烘干即可。

进一步地，所述烷基季铵盐为十烷基三甲基溴化铵、十一烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十三烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十五烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵中的任意一种。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种智能机器人机械臂用耐高温耐弯折线缆，在结构中加入包覆有碳纤维编织层的钢束作为抗折芯，既可以提高线缆的抗折耐弯性能，而且能够有效束缚住缆芯防止缆芯游离，保护绞线结构，外护套层的力学性能优异，具有高柔性和高支撑性，而且耐高温性能和阻燃性能良好，聚烯烃热塑性弹性体密度小、弯曲强度大、抗冲击性能高、易加工、可重复使用等特点，良好的流动性可改善固体填料的分散效果，芳香族-脂肪族共聚酯具有高耐热性，而且分子链中含有长脂肪链和芳香基，兼具柔性和刚性，加入后可以改善外护套层的耐高温性能和抗折性能，埃洛石纳米管既具有一定的增强增韧效果，而且经过烷基季铵盐插层改性后，可以提升外护套层的阻燃耐火性能，本发明制备的智能机器人机械臂用耐高温耐弯折线缆，通过合理设计结构和材料选择，顺利通过二轮曲挠测试、90°弯曲测试及垂直扭转测试三项机械寿命试验验证，证实产品各项性能达到预期设定的技术指标要求，能够满足市场使用需求。

附图说明

图1为本发明实施例中智能机器人机械臂用耐高温耐弯折线缆的结构示意图；

图中标号分别代表：

1-外护套层、2-屏蔽层、3-包带层、4-抗折芯、5-导体、6-内护套层。

具体实施方式

实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1：

参考图1，一种智能机器人机械臂用耐高温耐弯折线缆，包括若干个缆芯，缆芯包括导体（5）和包覆在导体（5）外表面的内护套层（6），若干个缆芯被包带层（3）所包覆，包带层（3）内还设有抗折芯（4），抗折芯（4）设于若干个缆芯的中心及相邻缆芯之间，抗折芯（4）以φ1mm钢束为芯材，芯材的外表面包覆有碳纤维编织层，包带层（3）外包覆有屏蔽层（2），屏蔽层（2）外包覆有外护套层（1）；

其中，内护套层（6）由质量比为6：1的HDPE（高密度聚乙烯）与LLDPE（线性低密度聚乙烯）共混制成；

包带为云母带；

屏蔽层为铜网；

以重量份数计，外护套层（1）包括以下组成成分：

HDPE 100份、LLDPE 15份、聚烯烃热塑性弹性体10份（韩国LG POE LC170）、芳香族-脂肪族共聚酯10份、烷基季铵盐插层埃洛石纳米管25份、炭黑20份、己二酸二辛酯0.5份、癸二酸二辛酯1份、硬脂酸2份、氢氧化铝25份、氢氧化镁25份、乙烯基三甲氧基硅烷2份；

芳香族-脂肪族共聚酯的制备方法如下：

氮气保护下，将363.3g 4,4'-联苯二甲酸、261.3g辛二酸和184.2g丙三醇加入带分水器和冷凝管的反应釜中，搅拌混合均匀后，再加入2.98g醋酸锑，升温至200℃，蒸馏除水，待无水蒸出后，升温至240℃，反应2h，加入0.31g亚磷酸三苯酯，升温至265℃，开始抽真空，在80Pa压力下反应4h，反应结束后，物料冷却后切粒。

烷基季铵盐插层埃洛石纳米管的制备方法如下：

将100g埃洛石纳米管加入10%盐酸中搅拌浸渍处理40min后滤出并水洗至中性，再加入1mol/L的氯化钠溶液中搅拌浸渍处理4h，滤出并水洗至中性后烘干，将20g十六烷基三甲基溴化铵加入300mL水中配成溶液，将埃洛石纳米管加入，升温至80℃搅拌10h后滤出，真空80℃烘干即可。

外护套层（1）制备时将先将炭黑、氢氧化铝、氢氧化镁、硬脂酸、乙烯基三甲氧基硅烷、烷基季铵盐插层埃洛石纳米管投入到混合机中混合均匀，得到预混物，再将预混物与HDPE、LLDPE、聚烯烃热塑性弹性体、芳香族-脂肪族共聚酯、己二酸二辛酯、癸二酸二辛酯在混合机中混合均匀，最后通过双螺杆挤出机挤出、造粒即可。

实施例2：

与实施例1基本相同，区别在于，外护套层（1）包括以下组成成分：

HDPE 100份、LLDPE 20份、聚烯烃热塑性弹性体10份（韩国LG POE LC170）、芳香族-脂肪族共聚酯10份、烷基季铵盐插层埃洛石纳米管30份、炭黑30份、己二酸二辛酯1份、癸二酸二辛酯2份、硬脂酸2份、氢氧化铝30份、氢氧化镁30份、乙烯基三甲氧基硅烷2份。

实施例3：

与实施例1基本相同，区别在于，外护套层（1）包括以下组成成分：

HDPE 80份、LLDPE 10份、聚烯烃热塑性弹性体5份（韩国LG POE LC170）、芳香族-脂肪族共聚酯5份、烷基季铵盐插层埃洛石纳米管20份、炭黑20份、己二酸二辛酯0.5份、癸二酸二辛酯1份、硬脂酸1份、氢氧化铝20份、氢氧化镁20份、乙烯基三甲氧基硅烷1份。

实施例4：

与实施例1基本相同，区别在于，外护套层（1）包括以下组成成分：

HDPE 100份、LLDPE 10份、聚烯烃热塑性弹性体10份（韩国LG POE LC170）、芳香族-脂肪族共聚酯5份、烷基季铵盐插层埃洛石纳米管30份、炭黑20份、己二酸二辛酯1份、癸二酸二辛酯1份、硬脂酸2份、氢氧化铝20份、氢氧化镁30份、乙烯基三甲氧基硅烷1份。

实施例5：

与实施例1基本相同，区别在于，外护套层（1）包括以下组成成分：

HDPE 80份、LLDPE 20份、聚烯烃热塑性弹性体5份（韩国LG POE LC170）、芳香族-脂肪族共聚酯10份、烷基季铵盐插层埃洛石纳米管20份、炭黑30份、己二酸二辛酯0.5份、癸二酸二辛酯2份、硬脂酸1份、氢氧化铝30份、氢氧化镁20份、乙烯基三甲氧基硅烷2份。

对比例1：

与实施例1基本相同，区别在于，外护套层（1）组成成分中不包括聚烯烃热塑性弹性体。

对比例2：

与实施例1基本相同，区别在于，外护套层（1）组成成分中不包括芳香族-脂肪族共聚酯。

对比例3：

与实施例1基本相同，区别在于，外护套层（1）组成成分中不包括烷基季铵盐插层埃洛石纳米管。

对比例4：

与实施例1基本相同，区别在于，将外护套层（1）组成成分中的烷基季铵盐插层埃洛石纳米管用埃洛石纳米管代替。

性能测试：

①将本发明实施例1-5及对比例1-4中的线缆作为试样，进行性能测试，试样数量为10根。

二轮曲挠测试：按照GB/T 5023.2-2008中第3.1条的规定进行试验。

结果判定：二轮屈挠试验机械寿命500万次，单个试样次数达到规定的寿命次数，且未发生导通报警情况，即判定合格，出现导通报警、护套开裂的现象，则判定不合格，计算合格率。

90°弯曲测试：取1.5m长的试样，将试样两端脱皮50mm，同时将试样两端的绝缘线芯脱皮15mm，并将绝缘线芯串联，最后空闲一个或两个线头无需接通，整根电缆的绝缘线芯形成一个通路，将试样的顶端固定，两轮上夹端留有20cm的长度，弯曲半径为6倍电缆直径，并在试样底端悬挂0.5N/mm²的重锤，试样线芯导通，试样应垂直于导体轴线平面作180°往复弯曲运动，当弯曲到极端位置时，应与导体轴线的两边各呈90°，弯曲频率为40次/min。

试验结果判定：90°弯曲试验机械寿命500万次，单个试样次数达到规定的寿命次数，且未发生导通报警情况，即判定合格，出现导通报警、护套开裂的现象，则判定不合格，计算合格率。

垂直扭转测试：取1.5m长的试样，将电缆两端脱皮50mm，同时将试样两端的绝缘线芯脱皮15mm，并将每两根绝缘线芯串联，最后空闲一个或两个线头无需接通，整根电缆的绝缘线芯形成一个通路，将试样的顶端和底端固定在设备上，试样线芯与设备导通，样品上夹端和下夹端距离应为（1000±50）mm，试验时应注意避免上下夹端之间的线受力，只需拉直，无须绷紧，试样应沿着垂直于导体轴线的平面作±180°往复扭转运动，当扭转到极端位置时，应与导体轴线的两边各呈180°，扭转频率为30次/min。

试验结果判定：垂直扭转试验机械寿命1000万次，单个试样次数达到规定的寿命次数，且未发生导通报警情况，即判定合格，出现导通报警、护套开裂的现象，则判定不合格，计算合格率。

测试合格率结果如下表1所示：

表1：

由上表1可知，本发明制备的智能机器人机械臂用耐高温耐弯折线缆，通过合理设计结构和材料选择，顺利通过二轮曲挠测试、90°弯曲测试及垂直扭转测试三项机械寿命试验验证，证实产品各项性能达到预期设定的技术指标要求，能够满足市场使用需求。

②分别将本发明实施例1-5及对比例1-4中的外护套层（1）作为试样，进行性能测试；

试样的拉伸强度和断裂伸长率根据GB/T 1040.3-2006的测定方法进行测定；

试样的极限氧指数测试采用氧指数测定仪，测试参照GB/T2406.2-2009的测定方法进行测定。

试样的耐高温性能用拉伸强度和断裂伸长率保持率来表征，将试样分别放入120℃烘箱中120h，取出后测试拉伸强度和断裂伸长率，与测试前拉伸强度和断裂伸长率数值的比值即为保持率。

测试结果如下表2所示：

表2：

由上表2可知，本发明所采用的外护套层（1）材料力学性能优异，而且耐高温性能和阻燃性能良好。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种智能机器人机械臂用耐高温耐弯折线缆，其特征在于，包括若干个缆芯，所述缆芯包括导体和包覆在所述导体外表面的内护套层，若干个所述缆芯被包带层所包覆，所述包带层内还设有抗折芯，所述抗折芯为碳纤维/钢束复合而成，所述包带层外包覆有屏蔽层，所述屏蔽层外包覆有外护套层；

以重量份数计，所述外护套层包括以下组成成分：

HDPE 80-100份、LLDPE 10-20份、聚烯烃热塑性弹性体5-10份、芳香族-脂肪族共聚酯5-10份、烷基季铵盐插层埃洛石纳米管20-30份、炭黑20-30份、己二酸二辛酯0.5-1份、癸二酸二辛酯1-2份、硬脂酸1-2份、氢氧化铝20-30份、氢氧化镁20-30份、乙烯基三甲氧基硅烷1-2份；

所述芳香族-脂肪族共聚酯的制备方法如下：

氮气保护下，将联苯二甲酸、辛二酸和丙三醇混合均匀，再加入醋酸锑，升温至180-200℃，蒸馏除水，待无水蒸出后，升温至230-250℃，反应2-2.5h，加入亚磷酸三苯酯，升温至260-270℃，开始抽真空，在70-100Pa压力下反应2-4h，反应结束后，物料冷却后切粒。

2.如权利要求1所述的智能机器人机械臂用耐高温耐弯折线缆，其特征在于，所述抗折芯以钢束为芯材，所述芯材的外表面包覆有碳纤维编织层。

3.如权利要求1所述的智能机器人机械臂用耐高温耐弯折线缆，其特征在于，所述内护套层由聚乙烯材料制成。

4.如权利要求1所述的智能机器人机械臂用耐高温耐弯折线缆，其特征在于，所述内护套层由HDPE与LLDPE共混制成，所述HDPE与LLDPE的质量比为6-10：1。

5.如权利要求1所述的智能机器人机械臂用耐高温耐弯折线缆，其特征在于，所述包带为无纺布带、PP带、PVC带、聚酯带、PE带、云母带、玻纤带中的任意一种或多种复合。

6.如权利要求1所述的智能机器人机械臂用耐高温耐弯折线缆，其特征在于，所述屏蔽层为铜网或铝箔。

7.如权利要求1所述的智能机器人机械臂用耐高温耐弯折线缆，其特征在于，所述烷基季铵盐插层埃洛石纳米管的制备方法如下：

将埃洛石纳米管经过盐酸、氯化钠溶液浸渍处理，再加入到烷基季铵盐溶液中，升温至60-80℃搅拌10-15h后滤出，烘干即可。

8.如权利要求7所述的智能机器人机械臂用耐高温耐弯折线缆，其特征在于，所述烷基季铵盐为十烷基三甲基溴化铵、十一烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十三烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十五烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵中的任意一种。