交联X-ETFE高性能传输电线电缆的研制

王 浩，李炳全

(安徽国电电缆集团有限公司，安徽 芜湖 238371)

1 引言

随着我国航空、航天、电子行业的发展，对承担信息和能量传输用的电线电缆产品的性能提出了更高的要求。为推动航空航天电线电缆国产化，替代进口，打破国外瑞侃55号导线对我国市场的垄断及技术封锁，某公司开展了交联X-ETFE高性能传输电线电缆的自主研制，用于机载系统电源和信息的传递。本产品具有优越的机械性能、电绝缘性能、抗辐射性能、抗冷热冲击性能和外径小、重量轻、使用温度范围宽等特点，适用于航空航天等领域、飞行器等飞行环境，特别适用于环境条件苛刻的海洋环境。与成熟产品相比，具备优异的电气性能和物理机械性能同时，更有防霉菌、防盐雾、耐湿热、耐海洋环境等特点，并且外径更小，重量更轻。

2 主要性能指标

依据GJB773A-2000《航空航天用含氟聚合物绝缘电线电缆通用规范》标准规定，所研制的交联X-ETFE高性能传输电线电缆主要性能要求如表1所示。

3 结构设计和材料选择

为了使产品达到重量轻，外径小，机械强度高，耐高温，对海洋环境具有很好适应性的特点。电缆在设计上采用了紧压式导体结构，绝缘选用密度小、强度高、耐电子辐射的交联乙烯—四氟乙烯共聚物，采用薄壁挤出结构，这种结构可以综合发挥材料的优点，实现材料优势性能上的最大展现，不仅使导线的外径更小，重量更轻，而且还提高了导线的电性能、机械性能、耐温水平、耐酸碱、耐老化、耐弯曲等能力。提高产品的性能和可靠性，能够做到在恶劣条件下，产品具备优异的电性能和机械物理性能。

导体的选择：导体作为传输电流的最重要部分，其结构设计必须兼顾电性能和物理机械性能要求，核心指标为导体直流电阻、断裂伸长率、最大拉断力及可焊性等。镀层的作用是为防止铜导体被氧化。镀银铜导体的优点是改善铜线的高温抗氧化性和增加可焊接性能。相对于铜导体，银的导电率高、电阻小、传输更快。使线缆额定工作温度能够满足200℃环境使用要求，镀银铜合金导体的选择增强了电缆的整体抗拉性能。

表1 交联F40高性能传输电线电缆主要性能要求Tab.1 Main performance requirements of cross-linked F40 high performance transmission wire and cable

绝缘和护套材料的选择：绝缘及护套材料采用辐照交联X-ETFE。辐照交联X-ETFE是氟塑料的一种，和其他氟塑料一样，在电气性能和机械物理性能方面比其他任何高分子聚合物塑料材料都要优越得多。在氟塑料材料中，X-ETFE材料可以做到超薄壁挤出，综合性能最为优越。

屏蔽材料的选择：对外界电磁辐射或对外界机械破坏力有防护要求的使用场所，采用镀银铜编织屏蔽层。

交联X-ETFE高性能传输电线电缆结构如图1所示。

图1 交联X-ETFE高性能传输电线电缆的结构Fig.1 Structure of cross linked X-ETFE high performance transmission wire and cable

4 关键生产工艺

从产品的性能要求角度分析，该系列产品在使用环境、电性能、机械物理性能、外径、重量等方面有很高的要求。从产品设计制造角度分析，交联乙烯—四氟乙烯共聚物薄壁绝缘挤出及辐照交联是本产品的关键技术，也是本产品的技术难点。

辐照交联F40绝缘电线电缆的绝缘和护套均采用交联乙烯-四氟乙烯共聚物材料，该材料是在纯乙烯-四氟乙烯(ETFE)中，按特殊配方添加交联剂、稳定剂、均化剂等，经高温挤出切粒而成。该材料对挤出条件有严格的要求，特别是挤出机的螺杆螺筒材质、螺杆形状、机头熔体流道、挤出机加热区域划分、每区温度和螺杆转速等参数，将直接影响挤出后材料的表观和抗张强度及断裂伸长率、交联度验证、耐温性能等。

4.1 挤出温度及挤出速度的确定

交联乙烯-四氟乙烯共聚物材料自身就是一种加工要求很苛刻的材料，它的挤出时间和挤出温度有严格要求，如果材料在挤出机里停留时间过长，挤出产品表面就会粗糙有波纹，甚至出现黑色杂质；时间过短，挤出产品颜色会不均匀，表面不光滑，有细微颗粒甚至出现裂纹，造成绝缘火花及耐压击穿。

4.2 模具选配

模芯与模套的尺寸配比直接影响绝缘的机械性能，模具配比过大会造成外径竹节状，模具配比过小，导体容易松动，影响电气性能。模具配比主要包括拉伸平衡系数和拉伸比两个参数，将拉伸比控制在20%～30%，平衡系数控制在1.05～1.10，挤出外径稳定，表面光滑，交联度合格率比较高。

在交联乙烯-四氟乙烯共聚物绝缘制造中，交联乙烯—四氟乙烯共聚物电缆料是最核心的，ETFE分子链中含有乙烯结构，在电子束的辐照下，具备交联的趋势。但其交联度远远不够，达不到交联改性的目的。所以必须在ETFE树脂中通过一定的方法加入促使交联的敏化剂，在一定辐照剂量下取得较为满意的交联效果。辐照剂量过高会造成绝缘材料老化过度，其机械物理性能下降，剂量过低则会造成交联程度不足，影响绝缘材料的耐温性、抗开裂性。

辐照是利用高能电子束流对导线绝缘层及护套进行照射，打开材料分子链节，实现接枝，改变成空间三维立体结构，如图2所示，从而极大提高了材料的机械物理性能，其耐温耐磨、抗开裂、耐老化、使用寿命等性能有了极大的提高。

结构形态变换：

图2 辐照交联后分子结构变化Fig.2 Changes of molecular structure after irradiation crosslinking

5 性能测试

检验项目及结果见表2，各项性能均优于国外同类产品。

表2 交联X-ETFE高性能传输电线的测试结果Tab.2 Test results of cross linked X-ETFE high performance transmission line