王 浩，李炳全

(安徽國電電纜集團有限公司，安徽 蕪湖 238371)

1 引言

隨著我國航空、航天、電子行業(yè)的發(fā)展，對承擔(dān)信息和能量傳輸用的電線電纜產(chǎn)品的性能提出了更高的要求。為推動航空航天電線電纜國產(chǎn)化，替代進口，打破國外瑞侃55號導(dǎo)線對我國市場的壟斷及技術(shù)封鎖，某公司開展了交聯(lián)X-ETFE高性能傳輸電線電纜的自主研制，用于機載系統(tǒng)電源和信息的傳遞。本產(chǎn)品具有優(yōu)越的機械性能、電絕緣性能、抗輻射性能、抗冷熱沖擊性能和外徑小、重量輕、使用溫度范圍寬等特點，適用于航空航天等領(lǐng)域、飛行器等飛行環(huán)境，特別適用于環(huán)境條件苛刻的海洋環(huán)境。與成熟產(chǎn)品相比，具備優(yōu)異的電氣性能和物理機械性能同時，更有防霉菌、防鹽霧、耐濕熱、耐海洋環(huán)境等特點，并且外徑更小，重量更輕。

2 主要性能指標

依據(jù)GJB773A-2000《航空航天用含氟聚合物絕緣電線電纜通用規(guī)范》標準規(guī)定，所研制的交聯(lián)X-ETFE高性能傳輸電線電纜主要性能要求如表1所示。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料選擇

為了使產(chǎn)品達到重量輕，外徑小，機械強度高，耐高溫，對海洋環(huán)境具有很好適應(yīng)性的特點。電纜在設(shè)計上采用了緊壓式導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，絕緣選用密度小、強度高、耐電子輻射的交聯(lián)乙烯—四氟乙烯共聚物，采用薄壁擠出結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以綜合發(fā)揮材料的優(yōu)點，實現(xiàn)材料優(yōu)勢性能上的最大展現(xiàn)，不僅使導(dǎo)線的外徑更小，重量更輕，而且還提高了導(dǎo)線的電性能、機械性能、耐溫水平、耐酸堿、耐老化、耐彎曲等能力。提高產(chǎn)品的性能和可靠性，能夠做到在惡劣條件下，產(chǎn)品具備優(yōu)異的電性能和機械物理性能。

導(dǎo)體的選擇：導(dǎo)體作為傳輸電流的最重要部分，其結(jié)構(gòu)設(shè)計必須兼顧電性能和物理機械性能要求，核心指標為導(dǎo)體直流電阻、斷裂伸長率、最大拉斷力及可焊性等。鍍層的作用是為防止銅導(dǎo)體被氧化。鍍銀銅導(dǎo)體的優(yōu)點是改善銅線的高溫抗氧化性和增加可焊接性能。相對于銅導(dǎo)體，銀的導(dǎo)電率高、電阻小、傳輸更快。使線纜額定工作溫度能夠滿足200℃環(huán)境使用要求，鍍銀銅合金導(dǎo)體的選擇增強了電纜的整體抗拉性能。

表1 交聯(lián)F40高性能傳輸電線電纜主要性能要求Tab.1 Main performance requirements of cross-linked F40 high performance transmission wire and cable

絕緣和護套材料的選擇：絕緣及護套材料采用輻照交聯(lián)X-ETFE。輻照交聯(lián)X-ETFE是氟塑料的一種，和其他氟塑料一樣，在電氣性能和機械物理性能方面比其他任何高分子聚合物塑料材料都要優(yōu)越得多。在氟塑料材料中，X-ETFE材料可以做到超薄壁擠出，綜合性能最為優(yōu)越。

屏蔽材料的選擇：對外界電磁輻射或?qū)ν饨鐧C械破壞力有防護要求的使用場所，采用鍍銀銅編織屏蔽層。

交聯(lián)X-ETFE高性能傳輸電線電纜結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 交聯(lián)X-ETFE高性能傳輸電線電纜的結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of cross linked X-ETFE high performance transmission wire and cable

4 關(guān)鍵生產(chǎn)工藝

從產(chǎn)品的性能要求角度分析，該系列產(chǎn)品在使用環(huán)境、電性能、機械物理性能、外徑、重量等方面有很高的要求。從產(chǎn)品設(shè)計制造角度分析，交聯(lián)乙烯—四氟乙烯共聚物薄壁絕緣擠出及輻照交聯(lián)是本產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)，也是本產(chǎn)品的技術(shù)難點。

輻照交聯(lián)F40絕緣電線電纜的絕緣和護套均采用交聯(lián)乙烯-四氟乙烯共聚物材料，該材料是在純乙烯-四氟乙烯(ETFE)中，按特殊配方添加交聯(lián)劑、穩(wěn)定劑、均化劑等，經(jīng)高溫擠出切粒而成。該材料對擠出條件有嚴格的要求，特別是擠出機的螺桿螺筒材質(zhì)、螺桿形狀、機頭熔體流道、擠出機加熱區(qū)域劃分、每區(qū)溫度和螺桿轉(zhuǎn)速等參數(shù)，將直接影響擠出后材料的表觀和抗張強度及斷裂伸長率、交聯(lián)度驗證、耐溫性能等。

4.1 擠出溫度及擠出速度的確定

交聯(lián)乙烯-四氟乙烯共聚物材料自身就是一種加工要求很苛刻的材料，它的擠出時間和擠出溫度有嚴格要求，如果材料在擠出機里停留時間過長，擠出產(chǎn)品表面就會粗糙有波紋，甚至出現(xiàn)黑色雜質(zhì)；時間過短，擠出產(chǎn)品顏色會不均勻，表面不光滑，有細微顆粒甚至出現(xiàn)裂紋，造成絕緣火花及耐壓擊穿。

4.2 模具選配

模芯與模套的尺寸配比直接影響絕緣的機械性能，模具配比過大會造成外徑竹節(jié)狀，模具配比過小，導(dǎo)體容易松動，影響電氣性能。模具配比主要包括拉伸平衡系數(shù)和拉伸比兩個參數(shù)，將拉伸比控制在20%～30%，平衡系數(shù)控制在1.05～1.10，擠出外徑穩(wěn)定，表面光滑，交聯(lián)度合格率比較高。

在交聯(lián)乙烯-四氟乙烯共聚物絕緣制造中，交聯(lián)乙烯—四氟乙烯共聚物電纜料是最核心的，ETFE分子鏈中含有乙烯結(jié)構(gòu)，在電子束的輻照下，具備交聯(lián)的趨勢。但其交聯(lián)度遠遠不夠，達不到交聯(lián)改性的目的。所以必須在ETFE樹脂中通過一定的方法加入促使交聯(lián)的敏化劑，在一定輻照劑量下取得較為滿意的交聯(lián)效果。輻照劑量過高會造成絕緣材料老化過度，其機械物理性能下降，劑量過低則會造成交聯(lián)程度不足，影響絕緣材料的耐溫性、抗開裂性。

輻照是利用高能電子束流對導(dǎo)線絕緣層及護套進行照射，打開材料分子鏈節(jié)，實現(xiàn)接枝，改變成空間三維立體結(jié)構(gòu)，如圖2所示，從而極大提高了材料的機械物理性能，其耐溫耐磨、抗開裂、耐老化、使用壽命等性能有了極大的提高。

結(jié)構(gòu)形態(tài)變換：

圖2 輻照交聯(lián)后分子結(jié)構(gòu)變化Fig.2 Changes of molecular structure after irradiation crosslinking

5 性能測試

檢驗項目及結(jié)果見表2，各項性能均優(yōu)于國外同類產(chǎn)品。

表2 交聯(lián)X-ETFE高性能傳輸電線的測試結(jié)果Tab.2 Test results of cross linked X-ETFE high performance transmission line