CN205451803U - 多芯聚酰亚胺绝缘复合膜石墨涂覆护层通信电缆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了多芯聚酰亚胺绝缘复合膜石墨涂覆护层通信电缆，包括导体（1）、导体绝缘层（2）、护层（3）、屏蔽层（5）和外护套（6），导体外包导体绝缘层再外包护层作为一线芯，两线芯对绞后作为一个线对（4），多个线对绞合成缆后外包屏蔽层后再外包外护套；导体为单根或多根退火镀锡铜导体，导体绝缘层为导体外涂覆球形二氧化硅-聚酰亚胺绝缘漆复合膜，护层为导电石墨粉涂覆层，屏蔽层为退火镀锡铜丝编织，外护套为柔性玻璃纤维编织。导体直径在0.018mm至2.1mm；外护套编织密度不小于95%。本实用新型的通信线缆是一款耐电压等级高、抗震动、耐曲挠和耐温-200～+300℃的弱电信号传输电缆，用于航空航天动力系统的弱电信号控制和高频数据信号传输。

Description

多芯聚酰亚胺绝缘复合膜石墨涂覆护层通信电缆

技术领域

本实用新型涉及一种弱电信号传输电线电缆，尤其涉及多芯聚酰亚胺绝缘复合膜导电石墨粉涂覆护层通信电缆，该线缆适用于航空航天发动机、核电发电机组、船舶动力机组以及航天器动力系统的弱电信号控制和高频数据信号传输。

背景技术

在航天器发射和运行过程中，必然要经受大气层摩擦产生的高温和火箭发动机燃料产生的高温。目前能够在高温250℃以下、低温零下50℃以上应用的柔性电线电缆有很多，但是在超过这个温度范围的环境下工作，电缆会很快老化并失效。

目前能够在高温250℃应用的柔性电线电缆主要采用硅橡胶绝缘。图1所示为现有技术的多芯硅橡胶绝缘通信电缆结构示意图，多芯硅橡胶绝缘通信电缆，包括：导体和导体外包绝缘层作为一线芯，两线芯对绞后作为一个线对13，多个线对之间填充有填充物14，多个线对绞合成缆后外包屏蔽层，屏蔽层外再包护套层；其中：导体为绞合退火铜导体11，绝缘层为交联硅橡胶绝缘层12，线对13外无包覆物，填充物14如交联硅橡胶挤制填充，屏蔽层为金属箔绕包屏蔽、编织屏蔽或铠装屏蔽15，护套层为交联硅橡胶护套层16。硅橡胶绝缘电线电缆的生产工艺复杂，需要专业的交联设备才能完成产品生产。硅橡胶绝缘电线电缆生产成本高也是制约其推广的重要原因。

现有不少矿物质绝缘线缆可以应用于250℃以上的高温环境中。但是现有的矿物质绝缘线缆需要有金属套管或者陶瓷套管，如图2所示，该矿物质绝缘线缆是在铜导体21与外面的陶瓷（或金属）套管23之间装有矿物质绝缘粉末22，矿物质绝缘粉末22比如陶瓷粉末。这种套管硬度极高但不易弯曲，安装受到严格限制。因为生产、安装、运输等因素对套管长度的限制，所以矿物质绝缘电缆长度都不长。还有，矿物质绝缘线缆采用陶瓷粉末作为绝缘材料，陶瓷粉末过于松散，一旦套管松动破损，就会泄漏造成电线电缆功能失效。然而，在一些恶劣环境下，如航天器发射和运行过程中要承受剧烈的震动，现有的矿物质绝缘线缆应用受到限制。

聚酰亚胺绝缘材料在电机、变压器领域作为漆包线圈绝缘材料在中国已应用多年。近年来随着高分子复合材料技术在我国的快速崛起，聚酰亚胺绝缘材料已经逐步克服加工性能差、断裂伸长率低的缺点，成为航空航天等高新技术领域新材料的宠儿。中国专利200710098401.5公开了一种球形二氧化硅/聚酰亚胺复合薄膜及其制备方法与应用，并具体公开了球形二氧化硅/聚酰亚胺复合薄膜制备方法，其中采用的球形二氧化硅的微粒的粒径范围为0.02-20微米，0.02-0.1微米是一种纳米级二氧化硅材料。该发明专利利用原位聚合技术，将球型二氧化硅微粒与聚酰亚胺复合制备具有耐电晕性能的球型二氧化硅/聚酰亚胺复合薄膜。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种多芯聚酰亚胺绝缘复合膜石墨涂覆护层通信电缆，该通信线缆是一款耐电压等级高、抗震动、耐曲挠和耐温-200～+300℃的弱电信号传输电缆，用于航空航天动力系统的弱电信号控制和高频数据信号传输。

为了实现上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种多芯聚酰亚胺绝缘复合膜石墨涂覆护层通信电缆，包括导体、导体绝缘层、屏蔽层和外护套，所述通信电缆还包括护层，所述导体外包导体绝缘层后再外包护层作为一线芯，两线芯对绞后作为一个线对，多个线对绞合成缆后外包屏蔽层，屏蔽层外再包外护套；所述导体为退火镀锡铜导体，导体绝缘层为导体外涂覆有球形二氧化硅-聚酰亚胺绝缘漆复合膜，护层为导电石墨粉涂覆层，屏蔽层为退火镀锡铜丝编织屏蔽，外护套为柔性玻璃纤维编织外护套。

所述导体为单根或多根绞合退火镀锡铜导体；所述导体直径在0.018mm至2.1mm。

所述柔性玻璃纤维编织外护套的编织密度不小于95%；所述多芯通信电缆的成缆外径每增大5mm，柔性玻璃纤维编织外护套的编织厚度就增加0.5mm。

本实用新型多芯聚酰亚胺绝缘复合膜石墨涂覆护层通信电缆采用球形二氧化硅杂化聚酰亚胺复合材料在电线电缆金属导体表面形成一个具有较高抗拉强度和断裂伸长率的绝缘层。聚酰亚胺复合膜抗拉强度为大于40MPa，弹性模量大于1.0GPa。用聚酰亚胺复合膜生产的电线具有更高的耐电压性能，相对于硅橡胶绝缘电线电缆，采用更薄厚度的绝缘层就可以达到甚至超过硅橡胶电缆的耐电压等级。

本实用新型的通信线缆采用导电石墨粉涂覆护层结构，改善了聚酰亚胺耐碱性能差的性能。

本实用新型的通信线缆采用线对绞合工艺，利用高频信号线对能量补偿机制，有效地提高了高频信号传输的稳定性，解决了高温下高频信号在高电阻导体内传输时信号能量减弱的问题。本实用新型的通信线缆的屏蔽层采用退火镀锡铜丝编织屏蔽，退火镀锡铜丝具有较好的柔韧性和耐氧化能力，在通信线缆中起到稳定产品结构、屏蔽电磁信号干扰的作用。

本实用新型多芯聚酰亚胺绝缘复合膜石墨涂覆护层通信电缆比同样具有柔性的硅橡胶绝缘电线电缆具有更高的耐高温能力。聚酰亚胺复合膜电线电缆正常工作温度为-200～300℃，高于硅橡胶的正常工作温度为-60～250℃的工作温度范围。

本实用新型的通信线缆是一款耐电压等级高、抗震动、耐曲挠和耐温-200～+300℃的弱电信号配送电缆，为各种仪器仪表、生活电器和动力系统提供弱电控制信号传输，尤其能用于航空航天动力系统的弱电信号控制和高频数据信号传输。

附图说明

图1为现有的多芯硅橡胶绝缘通信电缆结构示意图；

图2为现有的矿物质绝缘电线结构示意图；

图3为本实用新型多芯聚酰亚胺绝缘复合膜石墨涂覆护层通信电缆结构示意图。

图中：1导体，2导体绝缘层，3护层，4线对，5屏蔽层，6外护套；11绞合退火铜导体，12交联硅橡胶绝缘层，13线对，14填充物，15金属箔绕包屏蔽、编织屏蔽或铠装屏蔽，16交联硅橡胶护套层；21铜导体，22矿物质绝缘粉末，23陶瓷（或金属）套管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

参见图3，一种多芯聚酰亚胺绝缘复合膜石墨涂覆护层通信电缆，包括导体1、导体绝缘层2、护层3、屏蔽层5和外护套6，所述导体1外包导体绝缘层2后再外包护层3作为一线芯，两线芯对绞后作为一个线对4，多个线对4绞合成缆后外包屏蔽层5，屏蔽层5外再包外护套6。所述导体1为退火镀锡铜导体，导体绝缘层2为导体外涂覆有球形二氧化硅-聚酰亚胺绝缘漆复合膜，护层3为导电石墨粉涂覆层，线对4外无包覆物，线对4数量一般为偶数，屏蔽层5为退火镀锡铜丝编织屏蔽，外护套6为柔性玻璃纤维编织外护套。该通信电缆用于弱电信号控制和高频数据信号传输。

所述导体1采用单根或多根绞合退火镀锡铜导体，导体1直径在0.018mm至2.1mm，导体1表面具有良好的圆整度和光滑度。

所述导体绝缘层2采用球形二氧化硅-聚酰亚胺绝缘漆复合膜，可以在直径为0.018mm至2.1mm的单根或多根绞合的铜导体表面涂覆制成。随着导体1直径增大，其复合膜涂覆厚度可以随之增大。相同截面积的导体复合膜涂覆厚度越厚，其耐电压等级也随之增大。

导体绝缘层2采用成熟的聚酰亚胺绝缘漆涂覆工艺，将制备合格的导体浸涂于球形二氧化硅-聚酰亚胺复合绝缘漆中，经过高温固化工艺得到热固性的球形二氧化硅-聚酰亚胺绝缘复合膜。所述制备合格的导体包括单根导体、多根导体或多根导体绞合后构成一体的导体。

球形二氧化硅-聚酰亚胺绝缘复合膜具有良好的介电性能。没有采用球形二氧化硅杂化的普通聚酰亚胺绝缘漆具有很好的介电性能，其介电常数为3.4，虽然比聚乙烯材料的介电常数2.3偏大，但是明显优于传统聚氯乙烯绝缘材料的4至6的介电常数。而球形二氧化硅-聚酰亚胺绝缘复合膜的介电常数一般小于3.0，明显优于普通聚酰亚胺材料和传统电线电缆绝缘材料——聚氯乙烯绝缘料的介电常数。普通聚酰亚胺材料的断裂伸长率一般不低于25%但不超过50%。而通过球形二氧化硅杂化的聚酰亚胺复合膜断裂伸长率最低不小于60%。球形二氧化硅-聚酰亚胺绝缘复合膜中的纳米级二氧化硅含量达到20%时，其断裂伸长率不小于80%，能够满足电线电缆正常工作要求。

此外，聚酰亚胺具有很高的耐辐照性能，其薄膜在5×10⁹rad电子辐照后强度保持率为90%。

聚酰亚胺是自熄性聚合物，发烟率低，具有较好的阻燃性能。在发生火灾时，采用聚酰亚胺绝缘复合膜的本实用新型的电线不延燃，不会产生高密度烟雾影响人员逃生。

球形二氧化硅-聚酰亚胺绝缘复合膜环保无毒，已被用于餐具和医用器具。

所述护层3为导电石墨粉涂覆层，导电石墨粉涂覆层是利用石墨质地软、颗粒细腻的特性，与球形二氧化硅-聚酰亚胺绝缘复合膜粘弹性极高的特性相结合，导电石墨粉涂覆层能均匀牢固地涂覆于球形二氧化硅-聚酰亚胺绝缘复合膜表面而不脱落。导电石墨粉涂覆层能够起到良好的隔离碱性物质侵蚀球形二氧化硅-聚酰亚胺绝缘复合膜的作用，对延长电缆在碱性环境中的使用寿命有很好的帮助。

在线缆的高频信号传输中，由于导电石墨粉具有良好的导电性能，对外界干扰信号还起到一定的电磁屏蔽作用。

所述对绞线对4采用线对绞合工艺。采用绞合线对的结构实现高频信号的传输。线对信号补偿机制是利用电磁信号最容易被最近的金属电极获得的原理，让线对中传输相同信号的能量在线对中传输而不是扩散到指定导体外造成能量损失。本实用新型的通信电缆能实现高频信号在高温下高电阻信道中稳定传输的目的，从而解决了高温下高频信号在高电阻导体内传输时信号能量减弱的问题。

所述屏蔽层5为退火镀锡铜丝编织屏蔽。退火镀锡铜丝编织是传统的电磁信号屏蔽方法。铜丝编织屏蔽构件可以避免内部信号向外部扩散造成信号减弱，还可以隔离外界电磁信号对传输信号的干扰。同时，铜丝编织结构具有较好的柔韧性和结构稳定性，在通信电缆中还起到稳定产品结构的作用。镀锡铜丝可以避免铜丝编织屏蔽层氧化，延长通信电缆使用寿命。

所述外护套6为柔性玻璃纤维编织外护套。柔性玻璃纤维编织外护套是保证线缆结构稳定的关键构件，采用质地柔软的玻璃纤维编织丝作为材料，在电缆的成缆外层编织一层密度不小于95%的外护套。为了保证不同规格的电缆具有稳定的产品结构，规定电缆产品的成缆外径每增大5mm，柔性玻璃纤维编织外护套的编织厚度就增加0.5mm。调整柔性玻璃纤维编织外护套的厚度主要通过如下两种方法进行：1、选择不同根数的柔性玻璃纤维丝编织一层不同厚度的外护套；2、选择相同根数的柔性玻璃纤维丝编织相同厚度的外护套，通过增加或减少编织层数实现外护套需要的厚度。本实用新型的电缆产品通过多层编织的方法生产外护套。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围，因此，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多芯聚酰亚胺绝缘复合膜石墨涂覆护层通信电缆，包括导体（1）、导体绝缘层（2）、屏蔽层（5）和外护套（6），其特征是：所述通信电缆还包括护层（3），所述导体（1）外包导体绝缘层（2）后再外包护层（3）作为一线芯，两线芯对绞后作为一个线对（4），多个线对（4）绞合成缆后外包屏蔽层（5），屏蔽层（5）外再包外护套（6）；所述导体（1）为退火镀锡铜导体，导体绝缘层（2）为导体外涂覆有球形二氧化硅-聚酰亚胺绝缘漆复合膜，护层（3）为导电石墨粉涂覆层，屏蔽层（5）为退火镀锡铜丝编织屏蔽，外护套（6）为柔性玻璃纤维编织外护套。

2.根据权利要求1所述的多芯聚酰亚胺绝缘复合膜石墨涂覆护层通信电缆，其特征是：所述导体（1）为单根或多根绞合退火镀锡铜导体。

3.根据权利要求2所述的多芯聚酰亚胺绝缘复合膜石墨涂覆护层通信电缆，其特征是：所述导体（1）直径在0.018mm至2.1mm。

4.根据权利要求1所述的多芯聚酰亚胺绝缘复合膜石墨涂覆护层通信电缆，其特征是：所述柔性玻璃纤维编织外护套的编织密度不小于95%。

5.根据权利要求4所述的多芯聚酰亚胺绝缘复合膜石墨涂覆护层通信电缆，其特征是：所述多芯通信电缆的成缆外径每增大5mm，柔性玻璃纤维编织外护套的编织厚度就增加0.5mm。