黃淑貞， 張兆文

(廣州凱恒特種電線電纜有限公司，廣東廣州510520)

0 引言

交聯(lián)乙烯-四氟乙烯(XETFE)絕緣電線電纜具有耐溫等級高、機(jī)械性能好、耐老化、耐化學(xué)溶劑等優(yōu)異性能，以及體積小、重量輕等特點(diǎn)，主要應(yīng)用于可靠性要求高、安裝空間小、重量要求輕的各種特殊場所，尤其在航空航天上的應(yīng)用日益廣泛。但長期以來國內(nèi)市場全部依賴進(jìn)口，價(jià)格昂貴。隨著技術(shù)進(jìn)步和國產(chǎn)化的進(jìn)展，近幾年來國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的XETFE絕緣電線電纜已逐漸進(jìn)入航空領(lǐng)域。但是目前一些設(shè)計(jì)人員及用戶對國內(nèi)生產(chǎn)的電纜產(chǎn)品質(zhì)量及可靠性仍心存疑慮。

實(shí)際上，國產(chǎn)XETFE絕緣電線電纜在2004年已開始在飛機(jī)上小批量使用，隨著國產(chǎn)化的需要和國內(nèi)技術(shù)的不斷提高及完善，該產(chǎn)品國內(nèi)使用量逐漸增加。本文主要介紹了XETFE絕緣電線電纜產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、主要性能及國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀，并對有關(guān)技術(shù)和制造過程中的若干問題進(jìn)行分析與探討，包括產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、材料、擠出設(shè)備及制造工藝等。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及主要性能

1.1 絕緣單線

XETFE絕緣電線電纜有輕型和普通型兩種，因此絕緣單線的絕緣層相應(yīng)有單層絕緣和雙層絕緣兩種結(jié)構(gòu)。輕型絕緣單線的絕緣標(biāo)稱厚度為0.13 mm，普通型絕緣單線的絕緣標(biāo)稱厚度為0.20 mm。絕緣單線直徑與重量有嚴(yán)格的要求。

1.2 電纜

電纜包括單芯、多芯、單層絕緣、雙層絕緣、帶或不帶屏蔽，有或無護(hù)套等，通常由1～4根絕緣單線組成，絕緣及護(hù)套均采用交聯(lián)乙烯-四氟乙烯共聚物材料擠出并經(jīng)輻照交聯(lián)而成，屏蔽層采用鍍錫銅線或鍍銀銅線、鍍鎳銅線編織，其編織密度至少為85%。

1.3 輻照交聯(lián)

XETFE絕緣電線電纜的絕緣及護(hù)套均需通過輻照交聯(lián)才能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，因此輻照技術(shù)是影響最終產(chǎn)品性能的關(guān)鍵因素。

輻照交聯(lián)后的產(chǎn)品主要在下列性能上有顯著提高:

(1)產(chǎn)品耐溫等級從150°C提高到200°C;

(2)可以經(jīng)受300°C、7 h的交聯(lián)程度驗(yàn)證試驗(yàn);

(3)耐老化性能提高;

(4)提高了絕緣和護(hù)套的抗張強(qiáng)度。

1.4 產(chǎn)品主要性能

產(chǎn)品主要性能如表1所示。

2 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀分析

不管是國外還是國內(nèi)，XETFE絕緣電線電纜均是參照采用美國軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-W-22759。該標(biāo)準(zhǔn)由通用規(guī)范與詳細(xì)規(guī)范構(gòu)成，其中通用規(guī)范MIL-W-22759《銅或銅合金芯含氟聚合物絕緣電線》主要規(guī)定了含氟聚合物絕緣電線的技術(shù)要求、檢驗(yàn)要求和試驗(yàn)方法，適用于含氟聚合物(包括PTFE、FEP、ETFE、PVDF等)絕緣電線;詳細(xì)規(guī)范MIL-W-22759/32～MIL-W-22759/46則具體規(guī)定了鍍錫銅導(dǎo)體、鍍銀銅導(dǎo)體、鍍鎳銅導(dǎo)體、鍍銀高強(qiáng)度銅合金導(dǎo)體及鍍鎳高強(qiáng)度銅合金導(dǎo)體XETFE絕緣輕型電線和普通型電線的結(jié)構(gòu)要求、性能要求、試驗(yàn)項(xiàng)目及試驗(yàn)條件。

我國于2000年4月發(fā)布的GJB 773系列標(biāo)準(zhǔn)，其中GJB 773A《航空航天用含氟聚合物絕緣電線電纜通用規(guī)范》基本上是參照MIL-W-22759制訂的，而詳細(xì)規(guī)范 GJB 773A/20、GJB 773A/21、GJB 773A/22、GJB 773A/23則分別規(guī)定了鍍錫銅芯和鍍銀銅芯XETFE絕緣輕型電線電纜、鍍錫銅芯和鍍銀銅芯XETFE絕緣普通型電線電纜具體的技術(shù)要求及試驗(yàn)要求。從標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)型式上該系列標(biāo)準(zhǔn)與MIL-W-22759基本上保持一致，但存在著以下一些不足與差異:

(1)鍍鎳導(dǎo)體、鍍銀高強(qiáng)度銅合金導(dǎo)體及鍍鎳高強(qiáng)度銅合金導(dǎo)體未包括在內(nèi);

(2)導(dǎo)線規(guī)格表述方式不同，導(dǎo)致導(dǎo)體截面難以吻合:MIL-W-22759采用英制單位，導(dǎo)線規(guī)格用美國線規(guī)(AWG)表示，GJB 773A采用的是國內(nèi)線纜行業(yè)慣用的公制單位;

(3)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與MIL標(biāo)準(zhǔn)不一致。

XETFE絕緣電線電纜用戶主要是飛機(jī)制造廠，由于此前這些航空用戶一直采用的是符合美國標(biāo)準(zhǔn)的線纜，因此作為替代進(jìn)口的產(chǎn)品也必須沿用美國標(biāo)準(zhǔn)，從而導(dǎo)致GJB 773A未能被用戶使用。目前作為國內(nèi)生產(chǎn)廠來說，為了滿足國內(nèi)市場的需求，各企業(yè)參照采用MIL-W-22759制訂了自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。由此產(chǎn)生的問題，一是各生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)水平、產(chǎn)品質(zhì)量水平的差異使得產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)差異較大;二是由于沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，造成用戶驗(yàn)收試驗(yàn)時(shí)的混亂與困惑，這樣又導(dǎo)致一些用戶自己制訂產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。我們期待能有一個(gè)適用的行業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范市場。

表1 產(chǎn)品主要性能

3 技術(shù)水平現(xiàn)狀分析

3.1 導(dǎo)體材料

導(dǎo)體材料包括鍍錫銅導(dǎo)體、鍍銀銅導(dǎo)體、鍍鎳銅導(dǎo)體及鍍銀高強(qiáng)度銅合金導(dǎo)體、鍍鎳高強(qiáng)度銅合金導(dǎo)體，其主要性能參見表2、表3。其中前3種導(dǎo)體國內(nèi)已能滿足要求，但高強(qiáng)度銅合金導(dǎo)體目前仍依賴進(jìn)口。

表2 導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及導(dǎo)體直流電阻

表3 導(dǎo)體機(jī)械性能

3.2 絕緣及護(hù)套材料

絕緣及護(hù)套均采用XETFE共聚物材料，其主要性能如表4所示。目前只能依賴于進(jìn)口。

表4 XETFE材料主要性能

3.3 擠出裝備

目前國內(nèi)生產(chǎn)廠家多是采用23所設(shè)計(jì)制造的專用高溫?cái)D出設(shè)備，基本可以滿足要求。對于雙層絕緣，通常只能采用二次擠出。國外采用的是先進(jìn)的串列式高溫?cái)D出生產(chǎn)線制造，可一次擠出雙層絕緣，并實(shí)現(xiàn)在線檢測與控制的精確制造。

3.4 輻照技術(shù)

ETFE材料采用輻照交聯(lián)改性技術(shù)，可提高電線絕緣的耐溫等級、機(jī)械強(qiáng)度及耐老化、耐輻射等性能，使產(chǎn)品滿足航空航天電線的高機(jī)械強(qiáng)度、耐高溫、耐輻射、耐各種航空航天用油的極端復(fù)雜的惡劣環(huán)境下使用要求;其各項(xiàng)技術(shù)性能可達(dá)到美國軍用標(biāo)準(zhǔn)的要求。

輻照技術(shù)包括輻照裝備與輻照工藝。我公司從俄羅斯引進(jìn)的電子加速器，具有當(dāng)今國際先進(jìn)水平，再配置以特殊設(shè)計(jì)的束下裝置、收放線裝置、張力裝置等，組成了國內(nèi)先進(jìn)的輻照交聯(lián)生產(chǎn)線，為該產(chǎn)品的生產(chǎn)創(chuàng)造了必要的條件。輻照工藝包括輻照劑量、電子束能量、束流、輻照速度及后處理等，其中影響最大的為輻照劑量。

同其他材料不同的是，ETFE材料對輻照劑量非常敏感，隨著輻照劑量的增加，材料的交聯(lián)度提高而斷裂伸長率急劇下降，輻照劑量過大，可能導(dǎo)致絕緣或護(hù)套的斷裂伸長率達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，而輻照劑量過小，則交聯(lián)程度驗(yàn)證試驗(yàn)不合格，因此如何解決這一對矛盾是輻照技術(shù)水平高低的一個(gè)體現(xiàn)。產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的交聯(lián)程度驗(yàn)證試驗(yàn)用于檢驗(yàn)成品電線是否已很好交聯(lián)，其試驗(yàn)條件十分苛刻:在試驗(yàn)時(shí)取一定長度的絕緣線芯試樣，兩端導(dǎo)體分別掛上規(guī)定重量的砝碼，試樣中部懸掛在規(guī)定直徑的試棒上，放入預(yù)先加熱到300℃的熱烘箱中7 h。取出試樣1 h后將試樣卷繞在試棒上，正反向各卷繞兩次，絕緣表面應(yīng)無開裂。之后試樣應(yīng)通過浸水電壓試驗(yàn)(2.5 kV/5 min)。

迄今為止，在國內(nèi)生產(chǎn)廠家中，絕大多數(shù)廠家無輻照設(shè)備，只能外包，這不利于產(chǎn)品質(zhì)量的控制和穩(wěn)定。

3.5 擠出工藝

擠出工藝是一個(gè)較復(fù)雜的技術(shù)問題，它與生產(chǎn)設(shè)備、模具、生產(chǎn)工藝以及原材料等都有密切關(guān)系。選擇和確定最佳工藝參數(shù)，對于確保產(chǎn)品性能和生產(chǎn)效率是十分重要的。

由于XETFE材料是用純ETFE樹脂加上其它成分，完全改變了ETFE的熔融和流動(dòng)，在擠出機(jī)筒中XETFE很容易發(fā)生交聯(lián)和降解。因此要控制好擠出溫度和擠出速度等工藝參數(shù)，需要通過大量的工藝試驗(yàn)來進(jìn)行研究。其次，對于擠出模具通常采用擠管式模具，在設(shè)計(jì)模具尺寸時(shí)應(yīng)考慮兩個(gè)重要參數(shù)——拉伸比(DDR)與拉伸平衡比(DRB)的合理選擇。通常DDR值控制在15～25范圍，DRB值控制在1.04～1.07范圍內(nèi)。

絕緣線芯的同心度也是一個(gè)重要的控制指標(biāo)，好的擠出裝備和工藝應(yīng)能將同心度控制在90%以上。

4 進(jìn)步與差距

(1)XETFE絕緣電線電纜屬于特種線纜，長期以來國內(nèi)市場被國外廠家壟斷。近幾年來，在國家大力提倡國產(chǎn)化的大環(huán)境下，國內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品技術(shù)水平有了很大發(fā)展和提高，經(jīng)過多年的積累和發(fā)展，該電纜的制造技術(shù)已逐漸成熟，產(chǎn)品已能達(dá)到國外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，可以滿足國內(nèi)用戶的使用要求。

(2)國內(nèi)以23所為首的設(shè)備制造廠，通過對進(jìn)口設(shè)備的消化吸收以及多年來的不斷改進(jìn)和完善，近幾年來在擠出裝備上有著長足的進(jìn)步，憑著自身的性價(jià)比，已在線纜廠得到推廣使用。但是國內(nèi)設(shè)備的穩(wěn)定性及制造精度仍有待于改進(jìn)。

(3)電線電纜專用材料是線纜行業(yè)賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。至今XETFE材料全部依賴進(jìn)口，國產(chǎn)化尚未解決，嚴(yán)重制約該產(chǎn)品在我國的未來發(fā)展和國產(chǎn)化進(jìn)程。

(4)輻照技術(shù)對該產(chǎn)品的性能和質(zhì)量的影響至關(guān)重要，還需要潛心進(jìn)行系統(tǒng)研究。

(5)國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，雖然工藝方法基本一樣，技術(shù)水平卻有很大差別。聲稱能生產(chǎn)該產(chǎn)品的廠家不少，但大多數(shù)僅處于樣品試制或小批量生產(chǎn)階段，目前形成規(guī)模生產(chǎn)的只有為數(shù)不多的幾家企業(yè)。XETFE絕緣電線電纜是一種綜合性能優(yōu)良的高技術(shù)高品質(zhì)導(dǎo)線，生產(chǎn)廠家應(yīng)放眼長遠(yuǎn)，努力創(chuàng)建屬于自己的技術(shù)和品牌，不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量和制造水平，以利于該產(chǎn)品乃至整個(gè)特種高溫線纜的產(chǎn)業(yè)健康和可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)束語

國內(nèi)生產(chǎn)的XETFE絕緣電線電纜已能滿足使用要求。隨著航空業(yè)建設(shè)的發(fā)展及國產(chǎn)化的進(jìn)展，國內(nèi)電纜的市場在不斷擴(kuò)大，但要全面實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化尚待時(shí)日。

筆者致力于XETFE絕緣電線電纜的研究開發(fā)及市場推廣已有六年多，深感國產(chǎn)化道路的艱辛。不僅在于該產(chǎn)品的制造水平與國外同類產(chǎn)品還存在著差距，還在于用戶對該產(chǎn)品國產(chǎn)化應(yīng)用的一些成見。因此，實(shí)現(xiàn)XETFF絕緣電線電纜的國產(chǎn)化，不但需要電纜生產(chǎn)企業(yè)的參與和投入，更需要廣大電纜用戶對國內(nèi)產(chǎn)品的關(guān)心和支持。