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揚州金華銅業(yè)有限公司
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眾所周知,含氟塑料和聚酰亞胺是非常優(yōu)良的電線電纜絕緣材料,到目前為止,在航空航天線纜中占有十分重要的地位,然而隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展,它們的不足之處也越發(fā)明顯。最有代表性的典型的氟塑料,包括PTFE、PFA、FEP,除機械強度不足、比重大之外,最薄弱一點是耐輻照性能差,所有塑料在高能輻照下都會產(chǎn)生斷鏈。至于在何種劑量下斷鏈、斷鏈程度怎樣等等,各種塑料的表現(xiàn)各不相同,PTFE在輻照條件下,劑量在達幾個Mrad便迅速分解了。氟塑料品種中,ETFE、PVDF機械強度大、比重小、耐輻照,但使用溫度低。曾經(jīng)在航空導線中廣泛應(yīng)用的PI,由于不耐Arc tracking、不耐原子氧、不耐潮、不耐水解、低溫彎曲性能差而不能用于航天。在研究開發(fā)氟塑料新品種的同時,對各種已有氟塑料進行物性、化性的改性,或改進線纜絕緣結(jié)構(gòu),例如采用PTFE與PI薄膜的復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu),讓它們性能互補是近年來航空航天線纜發(fā)展的總趨勢。在航空航天線纜中,以Raychem spec55為代表的輻照交聯(lián)ETFE絕緣線及帶有交聯(lián)ETFE外層絕緣的氟塑料聚酰亞胺復(fù)合安裝線是兩個典型的例子。
新型輻照交聯(lián)ETFE絕緣安裝線
ETFE是乙烯、四氟乙烯的共聚物,真正獲得廣泛應(yīng)用的是含少量第三單體的乙烯—四氟乙烯共聚物。ETFE具有比重小、強度大、耐輻照的特點,但使用溫度為150℃,早期改性后可達180℃,而Raychem公司開發(fā)的交聯(lián)ETFE使用溫度可達200℃,滿足了宇航衛(wèi)星用線的要求。Spec55線通過MIL-W-22759規(guī)定的各項性能指標要求及Raychem公司規(guī)定的其它要求,已被NASA用在很多衛(wèi)星上,將由66顆低軌道衛(wèi)星組成的能直接提供到個人的全球通訊 系統(tǒng)(銥星計劃)也采用這類線。Spec55線比原來輻照交聯(lián)ETFE絕緣線有明顯降低。
絕緣材料
可交聯(lián)ETFE是用乙烯—四氟乙烯含第三單體一起的共聚物,加入適量的合適的交聯(lián)劑以及適量的聚酯帶顏料、潤滑劑、抗氧劑、阻燃劑、纖維或礦物纖維、染料、增塑劑等混成一體,為了方便電線表面做標識,可加入少量的光敏化劑。Tefzel HT200,Tefzel HT2171,Neoflon EP541是典型的牌號。
擠出
交聯(lián)ETFE 絕緣電線可以是單層絕緣的,但更多的是雙層絕緣的。雙層絕緣可以用雙層擠出機一次擠成,也可分兩層擠得。也有內(nèi)層用PVDF 的雙層絕緣。擠出溫度分布大體為200℃、240℃、275℃、290℃,在合理配模下,可擠得絕緣厚度為0.13mm 的絕緣層。
交聯(lián)
可采用#≈ 射線在適當劑量率下進行輻照交聯(lián),或可以采用所謂“表皮輻照”技術(shù)(skin irradiation),控制加速粒子的電壓及劑量,以獲得滿意的結(jié)果。
新型復(fù)合安裝線
為了讓電線有更高的可靠性,為了合理發(fā)揮不同絕緣材料的優(yōu)點,實現(xiàn)絕緣材料性能上互補,采用了雙層或多層絕緣的所謂“復(fù)合安裝線”。“復(fù)合安裝線”本身已不是一個新命題,例如早就出現(xiàn)的聚氯乙烯`~尼龍絕緣線,聚氯乙烯~聚偏氟乙烯絕緣線,PTFE 和PI的復(fù)合安裝線等等,這類安裝線,尤其像復(fù)合安裝線在航空航天安裝線也曾有過廣泛的應(yīng)用。但絕緣層與層之間是可以分開的(可剝離的)。所謂新型復(fù)合安裝線是電線電纜中不同絕緣層是不可分的(不可剝離的,或剝離力特別大的)。
在PI絕緣外繞包有PTFE絕緣的安裝線結(jié)構(gòu)廣泛使用過,但它的缺點也是很明顯的。首先,只具有低的,最多算是中等的防潮性不能用激光標設(shè),更嚴重的還在于不耐磨,一旦受到刮擦,PTFE很容易被刮掉,也暴露出PI,其耐潮性能差,易水解,降低了其絕緣性。此外,PTFE不耐氟照,用于航天顯然不適合。新的安裝線采用涂復(fù)熱熔封物質(zhì),外層采用交聯(lián)ETFE,這樣就克服了以上缺點。
新型復(fù)合安裝線主要有兩種結(jié)構(gòu)形式:第一種,內(nèi)層為涂有熱熔封物質(zhì)的PI,外層是交聯(lián)ETFE;第二種 內(nèi)層是含氟塑料,中間層是涂有熱熔封物質(zhì)的PI,外層是交聯(lián)ETFE。
單面或雙面涂了熱熔封物質(zhì)(PTFE,PFA,F(xiàn)EP或PI粘結(jié)劑)的PI薄膜搭蓋繞包以后在240℃~350℃進行熱熔封,再擠上ETFE并使它交聯(lián),便完成了新型安裝線。
這種安裝線能在230℃下使用,比Spec55提高了30℃,且耐潮、耐水解、耐磨、耐輻照,也具有阻燃性,且克服了單純PI絕緣不耐串弧、不耐氧原子的性能,絕緣層之間粘結(jié)力強、不能剝離。內(nèi)層絕緣材料為Kapton
XP或OAsis TWT561,外層用Tefzel 2171生產(chǎn)的電線,按ASTM進行剝離試驗(T-Peel test)測得的粘結(jié)力(剝離力)達到了100~250g/in-width,高的可達1000 g/in-width,甚至1500 g/in-width。正因為這一切性能使該產(chǎn)品適用于航空航天。