交聯X-ETFE高性能傳輸電線電纜的研制

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、電子行業的發展，對承擔信息和能量傳輸用的電線電纜產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化，替代進口，打破國外瑞侃55號導線對我國市場的壟斷及技術封鎖，某公司開展了交聯X-ETFE高性能傳輸電線電纜的自主研制，用于機載系統電源和信息的傳遞。本產品具有優越的機械性能、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域、飛行器等飛行環境，特別適用于環境條件苛刻的海洋環境。與成熟產品相比，具備優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、耐海洋環境等特點，并且外徑更小，重量更輕。

2 主要性能指標

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

3 結構設計和材料選擇

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

導體的選擇：導體作為傳輸電流的最重要部分，其結構設計必須兼顧電性能和物理機械性能要求，核心指標為導體直流電阻、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體被氧化。鍍銀銅導體的優點是改善銅線的高溫抗氧化性和增加可焊接性能。相對于銅導體，銀的導電率高、電阻小、傳輸更快。使線纜額定工作溫度能夠滿足200℃環境使用要求，鍍銀銅合金導體的選擇增強了電纜的整體抗拉性能。

表1 交聯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X-ETFE。輻照交聯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，綜合性能最為優越。

屏蔽材料的選擇：對外界電磁輻射或對外界機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X-ETFE高性能傳輸電線電纜結構如圖1所示。

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

4 關鍵生產工藝

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

輻照交聯F40絕緣電線電纜的絕緣和護套均采用交聯乙烯-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劑、穩定劑、均化劑等，經高溫擠出切粒而成。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、螺桿形狀、機頭熔體流道、擠出機加熱區域劃分、每區溫度和螺桿轉速等參數，將直接影響擠出后材料的表觀和抗張強度及斷裂伸長率、交聯度驗證、耐溫性能等。

4.1 擠出溫度及擠出速度的確定

交聯乙烯-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，擠出產品表面就會粗糙有波紋，甚至出現黑色雜質；時間過短，擠出產品顏色會不均勻，表面不光滑，有細微顆粒甚至出現裂紋，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狀，模具配比過小，導體容易松動，影響電氣性能。模具配比主要包括拉伸平衡系數和拉伸比兩個參數，將拉伸比控制在20%～30%，平衡系數控制在1.05～1.10，擠出外徑穩定，表面光滑，交聯度合格率比較高。

在交聯乙烯-四氟乙烯共聚物絕緣制造中，交聯乙烯—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構，在電子束的輻照下，具備交聯的趨勢。但其交聯度遠遠不夠，達不到交聯改性的目的。所以必須在ETFE樹脂中通過一定的方法加入促使交聯的敏化劑，在一定輻照劑量下取得較為滿意的交聯效果。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線絕緣層及護套進行照射，打開材料分子鏈節，實現接枝，改變成空間三維立體結構，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。

結構形態變換：

圖2 輻照交聯后分子結構變化Fig.2 Changes of molecular structure after irradiation crosslinking

5 性能測試

檢驗項目及結果見表2，各項性能均優于國外同類產品。

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