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氟塑料在航天辐照交联电线电缆中的应用
发布时间:2022-03-27 19:00 访问次数:
  众所周知,含氟塑料和聚酰亚胺是非常优良的电线电缆绝缘材料,到目前为止,在航空航天线缆中占有十分重要的地位,然而随着航空航天技术的发展,它们的不足之处也越发明显。最有代表性的典型的氟塑料,包括PTFE、PFA、FEP,除机械强度不足、比重大之外,最薄弱一点是耐辐照性能差,所有塑料在高能辐照下都会产生断链。至于在何种剂量下断链、断链程度怎样等等,各种塑料的表现各不相同,PTFE在辐照条件下,剂量在达几个Mrad便迅速分解了。氟塑料品种中,ETFE、PVDF机械强度大、比重小、耐辐照,但使用温度低。曾经在航空导线中广泛应用的PI,由于不耐串弧、不耐氧原子、不耐潮、不耐水解、低温弯曲性能差而不能用于航天。在研究开发氟塑料新品种的同时,对各种已有氟塑料进行物性、化性的改性,或改进线缆绝缘结构,例如采用PTFE与PI薄膜的复合绝缘结构,让它们性能互补是近年来航空航天线缆发展的总趋势。在航空航天线缆中,以Raychem spec55为代表的辐照交联ETFE绝缘线及带有交联ETFE外层绝缘的氟塑料聚酰亚胺复合安装线是两个典型的例子。 
 
绝缘材料 
 
  可交联ETFE是用乙烯—四氟乙烯含第三单体一起的共聚物,加入适量的合适的交联剂以及适量的颜料、润滑剂、抗氧剂、阻燃剂、纤维或矿物纤维、染料、增塑剂等混成一体,为了方便电线表面做标识,可加入少量的光敏化剂。Tefzel HT200,Tefzel HT2171,Neoflon EP541是典型的牌号。 
 
挤出 
 
  交联ETFE 绝缘电线可以是单层绝缘的,但更多的是双层绝缘的。双层绝缘可以用双层挤出机一次挤成,也可分两层挤得。也有内层用PVDF 的双层绝缘。挤出温度分布大体为200℃、240℃、275℃、290℃,在合理配模下,可挤得绝缘厚度为0.13mm 的绝缘层。 
 
交联 
 
  可采用射线在适当剂量率下进行辐照交联,或可以采用所谓“表皮辐照”技术(skin irradiation),控制加速粒子的电压及剂量,以获得满意的结果。
 
新型复合安装线 
 
  为了让电线有更高的可靠性,为了合理发挥不同绝缘材料的优点,实现绝缘材料性能上互补,采用了双层或多层绝缘的所谓“复合安装线”。“复合安装线”本身已不是一个新命题,例如早就出现的聚氯乙烯`~尼龙绝缘线,聚氯乙烯~聚偏氟乙烯绝缘线,PTFE 和PI的复合安装线等等,这类安装线,尤其像复合安装线在航空航天安装线也曾有过广泛的应用。但绝缘层与层之间是可以分开的(可剥离的)。所谓新型复合安装线是电线电缆中不同绝缘层是不可分的(不可剥离的,或剥离力特别大的)。 
 
  在PI绝缘外绕包有PTFE绝缘的安装线结构广泛使用过,但它的缺点也是很明显的。首先,只具有低的,最多算是中等的防潮性不能用激光标设,更严重的还在于不耐磨,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,降低了其绝缘性。此外,PTFE不耐辐照,用于航天显然不适合。新的安装线采用涂覆热熔密封物质,外层采用交联ETFE,这样就克服了以上缺点。 
 
  这种安装线能在230℃下使用,比Spec55提高了30℃,且耐潮、耐水解、耐磨、耐辐照,也具有阻燃性,且克服了单纯PI绝缘不耐串弧、不耐氧原子的性能,绝缘层之间粘结力强、不能剥离。内层绝缘材料为Kapton XP或OAsis TWT561,外层用Tefzel 2171生产的电线,按ASTM进行剥离试验(T-Peel test)测得的粘结力(剥离力)达到了100~250g/in-width,高的可达1000 g/in-width,甚至1500 g/in-width。正因为这一切性能使该产品适用于航空航天。
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