一种制造航空用高强度低重量光电复合缆的方法与流程

本申请是名称为：一种航空用高强度低重量光电复合缆的制造方法、申请日为：2016年10月25日、申请号为：201610940456.5的发明专利申请的分案申请。

本发明属于航空材料及光电复合缆技术领域，尤其是涉及一种航空用高强度低重量光电复合缆及其制造方法。

背景技术：

光纤具有重量轻、信号传输能力强、保密性强、不受电磁干扰等优点。而对于航空技术领域来说，飞机、飞行器、火箭、卫星、空间站等来说，低重量、高强度、耐高温是其较重要的要求，现有技术中的光电复合缆大都用于地面通信技术，其都不兼具上述功能，为此，航空技术领域亟待出现符合要求的光电复合缆。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的是揭示一种航空用高强度低重量光电复合缆及其制造方法，它们是采用以下技术方案来实现的。

本发明的实施实例1中，一种航空用高强度低重量光电复合缆，由位于中央的光导纤维、位于光导纤维之外的内导体、位于内导体之外的内绝缘层、位于内绝缘层之外的外导体、位于外导体之外的外缘缘层、位于外缘缘层5之外的抗拉伸护套层构成；其特征在于：

所述光导纤维的直径为0.45～0.65mm，光导纤维的最外层为聚四氟乙烯层，在弯曲半径为1～2000mm范围内光导纤维的最大附加衰减为0.05db/km；

所述内导体由多根直径为0.01～0.1mm的铜合金丝绞合而成，内导体的直径为1.75～1.95mm，内导体20℃时最大直流电阻为2.2ω/100m，内导体紧贴光导纤维；

所述内绝缘层的材料是150℃耐高温芳香烃，内绝缘层的直径为2.5～2.7mm，内绝缘层挤塑包覆在内导体外；

所述外导体由多根直径为0.01～0.1mm的铜合金丝绞合而成，外导体20℃时最大直流电阻为1.8ω/100m，外导体紧贴内绝缘层；

所述外绝缘层的材料是150℃耐高温芳香烃，外绝缘层挤塑包覆在外导体外；

所述抗拉伸护套层由紧密绕包在外绝缘层之外的芳纶纱、挤塑包覆在芳纶纱外的弹性体材料构成，抗拉伸护套层的直径为3.9～4.1mm；

所述航空用高强度低重量光电复合缆中：在1khz频率测试时内外导体之间的电容值为10～100nf/100m；内外导体之间的最小绝缘电阻为10⁹ω/100m；内外导体之间的最小直流耐压为5000v；所述航空用高强度低重量光电复合缆的载流量标称值为15a、单位重量为2.0～2.2kg/100m、最小抗拉力为50on。

本发明的实施实例2中，一种航空用高强度低重量光电复合缆，由位于中央的光导纤维、位于光导纤维之外的内导体、位于内导体之外的内绝缘层、位于内绝缘层之外的外导体、位于外导体之外的外缘缘层、位于外缘缘层之外的抗拉伸护套层构成；其特征在于：

所述光导纤维的直径为0.45～0.65mm，光导纤维的最外层为聚四氟乙烯层，在弯曲半径为1～2000mm范围内光导纤维的最大附加衰减为0.05db/km；

所述内导体由铜合金杆拉制成空心结构而形成，内导体的直径为1.75～1.95mm，内导体20℃时最大直流电阻为2.2ω/100m，内导体内部具有内导体腔21，光导纤维位于内导体腔中，内导体腔的直径是光导纤维直径的1.2～1.4倍；

所述内绝缘层的材料是150℃耐高温芳香烃，内绝缘层的直径为2.5～2.7mm，内绝缘层挤塑包覆在内导体外；

所述外导体由多根直径为0.01～0.1mm的铜合金丝绞合而成，外导体20℃时最大直流电阻为1.8ω/100m，外导体紧贴内绝缘层，内导体的横截面积小于外导体的横截面积；

所述外绝缘层的材料是150℃耐高温芳香烃，外绝缘层挤塑包覆在外导体外；

所述抗拉伸护套层由紧密绕包在外绝缘层之外的芳纶纱、挤塑包覆在芳纶纱外的弹性体材料构成，抗拉伸护套层的直径为3.9～4.1mm；

所述航空用高强度低重量光电复合缆中：在1khz频率测试时内外导体之间的电容值为10～100nf/100m；内外导体之间的最小绝缘电阻为10⁹ω/100m；内外导体之间的最小直流耐压为5000v；所述航空用高强度低重量光电复合缆的载流量标称值为15a、单位重量为2.0～2.2kg/100m、最小抗拉力为50on。

上述所述的一种航空用高强度低重量光电复合缆，其特征在于：所述光导纤维由裸光纤、位于裸光纤之外的第一紧包层、位于第一紧包层之外的第二紧包层构成，所述第一紧包层的材料为聚氯乙烯或尼龙，所述第二紧包层的材料为聚四氟乙烯。

上述所述的一种航空用高强度低重量光电复合缆，其特征在于：所述光导纤维由裸光纤、位于裸光纤之外的第一紧包层构成；所述第一紧包层的材料为聚四氟乙烯。

上述所述的一种航空用高强度低重量光电复合缆，其特征在于：所述弹性体材料的为tpu类弹性体或tpe类弹性体。

一种制造航空用高强度低重量光电复合缆的方法，其特征在于它是通过以下步骤制造得到的：

第一步：取直径为0.45～0.65mm、最外层为聚四氟乙烯层、在弯曲半径为1～2000mm范围内光导纤维的最大附加衰减为0.05db/km的光导纤维，进行放纤；

第二步：取多根直径为0.01～0.1mm的铜合金丝围绕第一步中放出的光导纤维紧贴光导纤维进行绞合，形成直径为1.75～1.95mm、20℃时最大直流电阻为2.2ω/100m的内导体,牵引并通过第一挤塑机头；

第三步：将150℃耐高温芳香烃从第一挤塑机头挤出并包覆在第二步形成的内导体外形成内绝缘层，并使内绝缘层的直径为2.5～2.7mm，并不断牵引使其冷却，形成直径为2.55～2.65mm充分结晶的内绝缘层；

第四步：取多根直径为0.01～0.1mm的铜合金丝围绕并紧贴第三步形成的充分结晶的内绝缘层进行绞合，形成20℃时最大直流电阻为1.8ω/100m的外导体；

第五步：将150℃耐高温芳香烃从第一挤塑机头挤出并包覆在第四步形成的外导体外形成外绝缘层；

第六步：形成抗拉伸护套层：取多根芳纶纱紧密绕包在第五步形成的外绝缘层外形成缆芯，并牵引缆芯，取tpu类弹性体或tpe类弹性体挤塑包覆在缆芯外形成护套层，然后以2～4个大气压的压力、采用压缩空气、18～28℃的温度、30～50米/分钟的速度、对护套层进行冷却及牵引，盘绕在轴直径大于300mm的收线盘上，完成了航空用高强度低重量光电复合缆的制造；护套层的直径为3.9～4.1mm；所述航空用高强度低重量光电复合缆中：在1khz频率测试时内外导体之间的电容值为10～100nf/100m；内外导体之间的最小绝缘电阻为10⁹ω/100m；内外导体之间的最小直流耐压为5000v；所述航空用高强度低重量光电复合缆的载流量标称值为15a、单位重量为2.0～2.2kg/100m、最小抗拉力为50on。

一种制造航空用高强度低重量光电复合缆的方法，其特征在于它是通过以下步骤制造得到的：

第一步：取直径为0.45～0.65mm、最外层为聚四氟乙烯层、在弯曲半径为1～2000mm范围内光导纤维的最大附加衰减为0.05db/km的光导纤维，进行放纤；

第二步：取铜合金杆拉制成空心结构形成内导体,内导体内部具有内导体腔，内导体的直径为1.75～1.95mm，内导体20℃时最大直流电阻为2.2ω/100m；将第一步中放出的光导纤维穿入内导体腔中，牵引并通过第一挤塑机头；内导体腔的直径是光导纤维直径的1.2～1.4倍；

第三步：将150℃耐高温芳香烃从第一挤塑机头挤出并包覆在第二步形成的内导体外形成内绝缘层，并使内绝缘层的直径为2.5～2.7mm，并不断牵引使其冷却，形成直径为2.55～2.65mm充分结晶的内绝缘层；

第四步：取多根直径为0.01～0.1mm的铜合金丝围绕并紧贴第三步形成的充分结晶的内绝缘层进行绞合，形成20℃时最大直流电阻为1.8ω/100m的外导体；内导体的横截面积小于外导体的横截面积；

第五步：将150℃耐高温芳香烃从第一挤塑机头挤出并包覆在第四步形成的外导体外形成外绝缘层；

第六步：形成抗拉伸护套层：取多根芳纶纱紧密绕包在第五步形成的外绝缘层外形成缆芯，并牵引缆芯，取tpu类弹性体或tpe类弹性体挤塑包覆在缆芯外形成护套层，然后以2～4个大气压的压力、采用压缩空气、18～28℃的温度、30～50米/分钟的速度、对护套层进行冷却及牵引，盘绕在轴直径大于300mm的收线盘上，完成了航空用高强度低重量光电复合缆的制造；护套层的直径为3.9～4.1mm；所述航空用高强度低重量光电复合缆中：在1khz频率测试时内外导体之间的电容值为10～100nf/100m；内外导体之间的最小绝缘电阻为10⁹ω/100m；内外导体之间的最小直流耐压为5000v；所述航空用高强度低重量光电复合缆的载流量标称值为15a、单位重量为2.0～2.2kg/100m、最小抗拉力为50on。

本发明具有以下主要有益技术效果：重量轻、外径小、抗拉力大、耐高温性能好、抗扭能力强。

附图说明

图1为本发明实施实例1解剖开一段后的立体结构示意图。

图2为本发明实施实例2解剖开一段后的立体结构示意图。

图3为图2放大的横截面结构示意图。

图4为本发明实施实例3中采用的光导纤维的横截面结构示意图。

具体实施方式

为了使公众能更好地理解和实施本发明，现结合说明书附图对本发明进行详细的说明，附图标记对应的名称如下：1—光导纤维、2—内导体、3—内绝缘层、4—外导体、5—外缘缘层、6—抗拉伸护套层、11—裸光纤、12—第一紧包层、13—第二紧包层、21—内导体腔。

实施实例1

请见图1，一种航空用高强度低重量光电复合缆，由位于中央的光导纤维1、位于光导纤维1之外的内导体2、位于内导体2之外的内绝缘层3、位于内绝缘层3之外的外导体4、位于外导体4之外的外缘缘层5、位于外缘缘层5之外的抗拉伸护套层6构成；其特征在于：

所述光导纤维的直径为0.45～0.65mm，光导纤维的最外层为聚四氟乙烯层，在弯曲半径为1～2000mm范围内光导纤维的最大附加衰减为0.05db/km；

所述内导体由多根直径为0.01～0.1mm的铜合金丝绞合而成，内导体的直径为1.75～1.95mm，内导体20℃时最大直流电阻为2.2ω/100m，内导体紧贴光导纤维；

所述内绝缘层的材料是150℃耐高温芳香烃，内绝缘层的直径为2.5～2.7mm，内绝缘层挤塑包覆在内导体外；

所述外导体由多根直径为0.01～0.1mm的铜合金丝绞合而成，外导体20℃时最大直流电阻为1.8ω/100m，外导体紧贴内绝缘层；

所述外绝缘层的材料是150℃耐高温芳香烃，外绝缘层挤塑包覆在外导体外；

所述抗拉伸护套层由紧密绕包在外绝缘层之外的芳纶纱、挤塑包覆在芳纶纱外的弹性体材料构成，抗拉伸护套层的直径为3.9～4.1mm；

所述航空用高强度低重量光电复合缆中：在1khz频率测试时内外导体之间的电容值为10～100nf/100m；内外导体之间的最小绝缘电阻为10⁹ω/100m；内外导体之间的最小直流耐压为5000v；所述航空用高强度低重量光电复合缆的载流量标称值为15a、单位重量为2.0～2.2kg/100m、最小抗拉力为50on。

上述所述的一种航空用高强度低重量光电复合缆，其特征在于它是采用以下方法制造得到的：

第一步：取直径为0.45～0.65mm、最外层为聚四氟乙烯层、在弯曲半径为1～2000mm范围内光导纤维的最大附加衰减为0.05db/km的光导纤维，进行放纤；

第二步：取多根直径为0.01～0.1mm的铜合金丝围绕第一步中放出的光导纤维紧贴光导纤维进行绞合，形成直径为1.75～1.95mm、20℃时最大直流电阻为2.2ω/100m的内导体,牵引并通过第一挤塑机头；

第三步：将150℃耐高温芳香烃从第一挤塑机头挤出并包覆在第二步形成的内导体外形成内绝缘层，并使内绝缘层的直径为2.5～2.7mm，并不断牵引使其冷却，形成直径为2.55～2.65mm充分结晶的内绝缘层；

第四步：取多根直径为0.01～0.1mm的铜合金丝围绕并紧贴第三步形成的充分结晶的内绝缘层进行绞合，形成20℃时最大直流电阻为1.8ω/100m的外导体；

第五步：将150℃耐高温芳香烃从第一挤塑机头挤出并包覆在第四步形成的外导体外形成外绝缘层；

第六步：形成抗拉伸护套层：取多根芳纶纱紧密绕包在第五步形成的外绝缘层外形成缆芯，并牵引缆芯，取tpu类弹性体或tpe类弹性体挤塑包覆在缆芯外形成护套层，然后以2～4个大气压的压力、采用压缩空气、18～28℃的温度、30～50米/分钟的速度、对护套层进行冷却及牵引，盘绕在轴直径大于300mm的收线盘上，完成了航空用高强度低重量光电复合缆的制造；护套层的直径为3.9～4.1mm；所述航空用高强度低重量光电复合缆中：在1khz频率测试时内外导体之间的电容值为10～100nf/100m；内外导体之间的最小绝缘电阻为10⁹ω/100m；内外导体之间的最小直流耐压为5000v；所述航空用高强度低重量光电复合缆的载流量标称值为15a、单位重量为2.0～2.2kg/100m、最小抗拉力为50on。

实施实例2

请见图2和图3，一种航空用高强度低重量光电复合缆，由位于中央的光导纤维1、位于光导纤维1之外的内导体2、位于内导体2之外的内绝缘层3、位于内绝缘层3之外的外导体4、位于外导体4之外的外缘缘层5、位于外缘缘层5之外的抗拉伸护套层6构成；其特征在于：

所述光导纤维的直径为0.45～0.65mm，光导纤维的最外层为聚四氟乙烯层，在弯曲半径为1～2000mm范围内光导纤维的最大附加衰减为0.05db/km；

所述内导体由铜合金杆拉制成空心结构而形成，内导体的直径为1.75～1.95mm，内导体20℃时最大直流电阻为2.2ω/100m，内导体内部具有内导体腔21，光导纤维位于内导体腔中，内导体腔的直径是光导纤维直径的1.2～1.4倍；

所述内绝缘层的材料是150℃耐高温芳香烃，内绝缘层的直径为2.5～2.7mm，内绝缘层挤塑包覆在内导体外；

所述外导体由多根直径为0.01～0.1mm的铜合金丝绞合而成，外导体20℃时最大直流电阻为1.8ω/100m，外导体紧贴内绝缘层；

所述外绝缘层的材料是150℃耐高温芳香烃，外绝缘层挤塑包覆在外导体外；

所述抗拉伸护套层由紧密绕包在外绝缘层之外的芳纶纱、挤塑包覆在芳纶纱外的弹性体材料构成，抗拉伸护套层的直径为3.9～4.1mm；

所述航空用高强度低重量光电复合缆中：在1khz频率测试时内外导体之间的电容值为10～100nf/100m；内外导体之间的最小绝缘电阻为10⁹ω/100m；内外导体之间的最小直流耐压为5000v；所述航空用高强度低重量光电复合缆的载流量标称值为15a、单位重量为2.0～2.2kg/100m、最小抗拉力为50on。

上述所述的一种航空用高强度低重量光电复合缆，其特征在于所述内导体的横截面积小于外导体的横截面积，由于具有内导体腔，因此，内导体具有更优的散热性能，在传输同样的电力负荷时，内导体的横截面可以比外导体的横截面积小，这样不仅节约了成本，而且实现了外径的更加细巧，更适合于飞行器中狭小的空间；另外，由于内导体腔的存在，使得光导纤维能在内导体腔中运动，能使光导纤维更能承受高温环境，本发明中的光电复合缆比实施实例1中的光电复合缆具有更高的电过载能力及更低的高温附加衰减。

上述所述的一种航空用高强度低重量光电复合缆，其特征在于它是采用以下方法制造得到的：

第一步：取直径为0.45～0.65mm、最外层为聚四氟乙烯层、在弯曲半径为1～2000mm范围内光导纤维的最大附加衰减为0.05db/km的光导纤维，进行放纤；

第二步：取铜合金杆拉制成空心结构形成内导体,内导体内部具有内导体腔，内导体的直径为1.75～1.95mm，内导体20℃时最大直流电阻为2.2ω/100m；将第一步中放出的光导纤维穿入内导体腔中，牵引并通过第一挤塑机头；内导体腔的直径是光导纤维直径的1.2～1.4倍；

第三步：将150℃耐高温芳香烃从第一挤塑机头挤出并包覆在第二步形成的内导体外形成内绝缘层，并使内绝缘层的直径为2.5～2.7mm，并不断牵引使其冷却，形成直径为2.55～2.65mm充分结晶的内绝缘层；

第四步：取多根直径为0.01～0.1mm的铜合金丝围绕并紧贴第三步形成的充分结晶的内绝缘层进行绞合，形成20℃时最大直流电阻为1.8ω/100m的外导体；内导体的横截面积小于外导体的横截面积；

第五步：将150℃耐高温芳香烃从第一挤塑机头挤出并包覆在第四步形成的外导体外形成外绝缘层；

第六步：形成抗拉伸护套层：取多根芳纶纱紧密绕包在第五步形成的外绝缘层外形成缆芯，并牵引缆芯，取tpu类弹性体或tpe类弹性体挤塑包覆在缆芯外形成护套层，然后以2～4个大气压的压力、采用压缩空气、18～28℃的温度、30～50米/分钟的速度、对护套层进行冷却及牵引，盘绕在轴直径大于300mm的收线盘上，完成了航空用高强度低重量光电复合缆的制造；护套层的直径为3.9～4.1mm；所述航空用高强度低重量光电复合缆中：在1khz频率测试时内外导体之间的电容值为10～100nf/100m；内外导体之间的最小绝缘电阻为10⁹ω/100m；内外导体之间的最小直流耐压为5000v；所述航空用高强度低重量光电复合缆的载流量标称值为15a、单位重量为2.0～2.2kg/100m、最小抗拉力为50on。

实施实例3

请见图3，并参考图1和图2，一种航空用高强度低重量光电复合缆，基本同实施实例1或实施实例2，不同之处在于：所述光导纤维1由裸光纤11、位于裸光纤之外的第一紧包层12、位于第一紧包层之外的第二紧包层13构成，所述第一紧包层的材料为聚氯乙烯或尼龙，所述第二紧包层的材料为聚四氟乙烯。

进一步地，上述所述的一种航空用高强度低重量光电复合缆，所述光导纤维还可由裸光纤11、位于裸光纤之外的第一紧包层12构成；所述第一紧包层的材料为聚四氟乙烯。

上述任一实施实例所述的一种航空用高强度低重量光电复合缆，其特征在于所述弹性体材料的为tpu类弹性体或tpe类弹性体。

实施实例1或实施实例2中所述的一种制造航空用高强度低重量光电复合缆的方法，第一步中，还可以取：直径为0.45～0.65mm、在弯曲半径为1～2000mm范围内光导纤维的最大附加衰减为0.05db/km、由裸光纤、位于裸光纤之外的第一紧包层、位于第一紧包层之外的第二紧包层构成的光导纤维，所述第一紧包层的材料为聚氯乙烯或尼龙，所述第二紧包层的材料为聚四氟乙烯；或者取直径为0.45～0.65mm、在弯曲半径为1～2000mm范围内光导纤维的最大附加衰减为0.05db/km、由裸光纤、位于裸光纤之外的第一紧包层构成的光导纤维，所述第一紧包层的材料为聚氯乙烯或尼龙，所述第二紧包层的材料为聚四氟乙烯。

本发明中的光电复合缆，经过测试，达到了理想的效果，在500n、1小时长期拉力下，附加衰减最大值为0.035db/km、拉力去除后，残余应变最大值为0.003%；经过1万次±360度、速率为60次/分钟的连续扭转后，光电缆表面无目力可见裂纹、光导纤维的附加衰减最大值仅为0.039db/km；本发明在150℃、载流量为15a条件下，连续工作4320小时，期间的光纤附加衰减最大值为0.051db/km；因此，本发明的光电复合缆达到了航空用的要求，经试用，达到了理想的效果。

上述任一实施实例所述的一种航空用高强度低重量光电复合缆，其特征在于所述弹性体材料的为聚酰胺或聚胺脂。

本发明的一种航空用高强度低重量光电复合缆及制造方法中，所使用的内导体及外导体，都可以是以下铜合金，所述铜合金按重量百分比计含有：金0.1～0.3%、锌0.4～0.6%、银0.5～1.0%、钼0.1～0.3%、铝15～25%、锆0.2～0.5%、镉0.1～0.5%、锑0.1～0.3%、铋0.1～0.3%、钛0.1～0.2%、钨0.2～0.4%、钌0.2～0.4%、镍0.3～0.6%、钒0.1～0.2%、锰0.2～0.4%、铬0.5～0.9%、铂0.1～0.3%、余量为铜。

最优的实施方式是：所述铜合金按重量百分比计含有：金0.2%、锌0.5%、银0.75%、钼0.2%、铝20%、锆0.35%、镉0.3%、锑0.2%、铋0.2%、钛0.15%、钨0.3%、钌0.3%、镍0.45%、钒0.15%、锰0.3%、铬0.7%、铂0.2%、余量为铜。

上述铜合金做成铜合金丝或铜合金杆后经测定，其电阻率为0.0003～0.0011ω·mm²/m、断裂伸长率约为30.4～33.1%、密度约为纯铜的21～46%、强度约为纯铜的216～412%；最优配方时，参数为上述值中的两端平均值，因此，本发明中的铜合金制成的光电复合缆，使得通电能力更强、强度更高、重量更轻、柔软性能更优。

本发明中的制造方法简单、易于掌握、制得的成品合格率高、所需的设备投入少、占用的场地少。

本发明不局限于上述最佳实施方式，应当理解，本发明的构思可以按其他种种形式实施运用，它们同样落在本发明的保护范围内。