航空航天发动机用高温耐火阻燃轻型软电缆及制备方法与流程

1.本发明涉及电缆技术领域，具体为航空航天发动机用高温耐火阻燃轻型软电缆及制备方法。


背景技术：

2.目前来说国内现有的耐火电缆主要分为三大类，一类是无机绕包导体后再辅以材料挤出成型；第二类是使用氧化镁等无机物灌封作为绝缘；第三类是采用陶瓷化材料或挤出或绕包作为耐火层。以上耐火线缆均被应用于消防场合。
3.上述三种典型耐火线缆，在被应用于航空航天发动机上时，均不能满足要求：要么线缆的耐温等级不够(航空航天发动机用耐火线缆要求-65～260℃)；要么线缆的外径较大，弯曲性能不够优良(航空航天发动机用耐火线缆要求5倍于线缆外径)，无法敷设和使用，要么重量太大(在满足使用条件的情况下，航空航天发动机用耐火线缆尽可能的轻)，不能满足实际需要，更为重要的是以上三种类型的线缆的最高耐火防火温度一般均为500℃或800℃，不能满足发动机用耐火阻燃线缆1100℃的使用要求。
4.在航空航天发动机的研制工作中，为了实现发动机应用过程中的所有功能，保障发动机控制系统的可靠性、稳定性及数据传输的准确性与高效性，其控制系统中所使用的各部件和线缆必须符合产品设计的要求。就瞬时高温耐火线缆的材料选型和结构设计问题，进行了多方面的市场调研，据相关资料显示。且其耐高温性能呈上升趋势，即耐温等级会更为提高。特别的，众所周知的是作为线缆主流导体材料铜的熔点是1083℃。
5.因此，亟需一种新型的高温耐火线缆满足航空航天发动机使用。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明提供了航空航天发动机用高温耐火阻燃轻型软电缆及制备方法，解决了上述背景技术中提出的问题。
7.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：航空航天发动机用高温耐火阻燃轻型软电缆，包括耐火导体，其特征在于：所述耐火导体的外部套接有复合耐火层，所述复合耐火层的外部固定套接有复合绝缘层，所述复合绝缘层由聚酰亚胺层与聚四氟乙烯绝缘层组成；
8.所述复合耐火层由耐火隔热层、无机纤维耐火层、胶体耐火层组成，所述耐火隔热层套接至耐火导体的外部，所述耐火隔热层的外部套接有无机纤维耐火层，所述无机纤维耐火层的外部固定连接有胶体耐火层。
9.优选的，所述聚酰亚胺层固定套接至胶体耐火层的外部，所述聚四氟乙烯绝缘层固定套接至聚酰亚胺层的外部。
10.优选的，所述耐火导体由至少镀镍％的铜导体或铜合金导体构成。
11.优选的，所述耐火隔热层的材料为云母带。
12.优选的，所述无机纤维耐火层的材质为纤维材料。
13.优选的，所述胶体耐火层的材质为硅胶。
14.航空航天发动机用高温耐火阻燃轻型软电缆的制备方法，包括以下步骤：
15.步骤1：耐火导体的制备，使用单根镀镍铜合金或铜圆线，按照一定的节径比(范围6～16)和根数(一般为1+6n，其中n为整数)使用绞合工艺，把若干根单丝导体绞合成圆形导体，必要时，为控制外径，可以使用紧压结构进行加工；
16.步骤2：复合耐火层的制备，
17.步骤2.2：耐火隔热层的制备，使用厚度范围为0.08～0.25mm，宽度范围为5～30mm宽的抗拉型金云母带、合成云母带、煅烧云母带或者陶瓷化云母带等材料，然后采用纵包或绕包的方式，紧密的包覆于导体外部，搭盖率从20％～80％，得到一定外径的半成品；
18.步骤2.2：无机纤维耐火层的制备，使用线密度范围为100～800d的高纯步骤io2纤维、无碱玻璃纤维或玄武岩纤维等无机纤维材料，然后采用编织工艺，紧密的包覆于耐火隔热层外部，通过控制编织密度(30％～70％)和角度(46
°
～72
°
)，使编织层紧密的贴附于耐火隔热层；
19.步骤2.3：胶体耐火层的制备，使用硅胶作为粘结剂，通过喷涂和烘干工艺，填补了无机纤维编织层的空隙，使耐火隔热层和无机纤维耐火层成为一体，通过控制合适的喷涂厚度，其范围为10～50um，以及烘干时间5～10步骤，
20.步骤3：复合绝缘层的制备，
21.步骤3.1：聚酰亚胺层的制备，使用厚度范围为0.015～0.055mm，宽度范围为5～30mm宽的聚酰亚胺(pi)带，然后采用绕包工艺的方式，紧密的包覆于导体外部，搭盖率从20％～80％，得到一定外径的半成品，
22.步骤3.2：聚四氟乙烯绝缘层的制备，使用厚度范围为0.03～0.076mm，宽度范围为5～25mm宽的聚四氟乙烯生料带(f4带)，然后采用绕包工艺的方式，紧密的包覆于导体外部，同时采用烧结的处理工艺，通过f4材料的熔封，把内部pi层妥帖的包裹于内部，保证了线缆的绝缘的一致性和耐水性，通过控制f4带的绕包搭盖率，其范围为20％～80％，以及烧结的温度范围345～565℃，得到最终满足要求的成品线缆。
23.本发明提供了航空航天发动机用高温耐火阻燃轻型软电缆及制备方法，具备以下有益效果：
24.1、该航空航天发动机用高温耐火阻燃轻型软电缆及制备方法，通过耐火隔热层、无机纤维耐火层、无机纤维耐火层、胶体耐火层以及聚酰亚胺层和聚四氟乙烯绝缘层的配合使用，通过特殊的工艺对电缆进行加工，使该电缆具备阻燃、耐火、体积小、重量轻、使用温度范围宽特点，使该电缆可以在1100℃火焰燃烧下，5min，其绝缘电阻不小于10kω，漏泄电流不大于12.5ma；在1100℃火焰燃烧下，15min，其绝缘电阻不小于10kω，漏泄电流不大于12.5ma，同时体积比现有市面上的产品外径小20％以上，重量比现有市面上的产品重量轻25％以上，可满足-65～260℃下长期使用，能够实现航空航天发动机应用过程中的所有功能，保障发动机控制系统的可靠性、稳定性及数据传输的准确性与高效性。
25.2、该航空航天发动机用高温耐火阻燃轻型软电缆及制备方法，通过特殊的工艺对电缆进行加工，从产品制备角度来说，无论是导体绞合工艺和喷涂工艺，还是绕包工艺以及烧结工艺均属于线缆制备的常规工艺，与mgo绝缘耐火线缆相比，其设备和工艺均不复杂，与陶瓷化绝缘的挤出相比，工艺简单可行，方便生产，产品更容易实现。
附图说明
26.图1为本发明结构示意图。
27.图中：1、耐火导体；2、复合耐火层；21、耐火隔热层；22、无机纤维耐火层；23、胶体耐火层；3、复合绝缘层；31、聚酰亚胺层；32、聚四氟乙烯绝缘层。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
29.请参阅图1，本发明提供技术方案：航空航天发动机用高温耐火阻燃轻型软电缆，包括耐火导体1，耐火导体1的外部套接有复合耐火层2，复合耐火层2的外部固定套接有复合绝缘层3，复合绝缘层3由聚酰亚胺层31与聚四氟乙烯绝缘层32组成；
30.复合耐火层2由耐火隔热层21、无机纤维耐火层22、胶体耐火层23组成，耐火隔热层21套接至耐火导体1的外部，耐火隔热层21的外部套接有无机纤维耐火层22，无机纤维耐火层22的外部固定连接有胶体耐火层23，
31.其中，聚酰亚胺层31固定套接至胶体耐火层23的外部，聚四氟乙烯绝缘层32固定套接至聚酰亚胺层31的外部。
32.其中，耐火导体1由至少镀镍27％的铜导体或铜合金导体构成。
33.其中，耐火隔热层21的材料为云母带。
34.其中，无机纤维耐火层22的材质为纤维材料。
35.其中，胶体耐火层23的材质为硅胶，该电缆具备阻燃、耐火、体积小、重量轻、使用温度范围宽特点，使该电缆可以在1100℃火焰燃烧下，5min，其绝缘电阻不小于10kω，漏泄电流不大于12.5ma；在1100℃火焰燃烧下，15min，其绝缘电阻不小于10kω，漏泄电流不大于12.5ma，同时体积比现有市面上的产品外径小20％以上，重量比现有市面上的产品重量轻25％以上，可满足-65～260℃下长期使用，能够实现航空航天发动机应用过程中的所有功能，保障发动机控制系统的可靠性、稳定性及数据传输的准确性与高效性。
36.航空航天发动机用高温耐火阻燃轻型软电缆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
37.步骤1：耐火导体1的制备，使用单根镀镍铜合金或铜圆线，按照一定的节径比(范围6～16)和根数(一般为1+6n，其中n为整数)使用绞合工艺，把若干根单丝导体绞合成圆形导体，必要时，为控制外径，可以使用紧压结构进行加工；
38.步骤2：复合耐火层2的制备，
39.步骤2.2：耐火隔热层21的制备，使用厚度范围为0.08～0.25mm，宽度范围为5～30mm宽的抗拉型金云母带、合成云母带、煅烧云母带或者陶瓷化云母带等材料，然后采用纵包或绕包的方式，紧密的包覆于导体外部。搭盖率从20％～80％，得到一定外径的半成品；
40.步骤2.2：无机纤维耐火层22的制备，使用线密度范围为100～800d的高纯步骤io2纤维、无碱玻璃纤维或玄武岩纤维等无机纤维材料，然后采用编织工艺，紧密的包覆于耐火隔热层外部。通过控制编织密度30％～70％和角度46
°
～72
°
，使编织层紧密的贴附于耐火隔热层；
41.步骤2.3：胶体耐火层23的制备，使用硅胶作为粘结剂，通过喷涂和烘干工艺，填补
了无机纤维编织层的空隙，使耐火隔热层和无机纤维耐火层成为一体，通过控制合适的喷涂厚度，其范围为10～50um，以及烘干时间5～10步骤。
42.步骤3：复合绝缘层3的制备，
43.步骤3.1：聚酰亚胺层31的制备，使用厚度范围为0.015～0.055mm，宽度范围为5～30mm宽的聚酰亚胺pi带，然后采用绕包工艺的方式，紧密的包覆于导体外部。搭盖率从20％～80％，得到一定外径的半成品。
44.步骤3.2：聚四氟乙烯绝缘层32的制备，使用厚度范围为0.03～0.076mm，宽度范围为5～25mm宽的聚四氟乙烯生料带(f4带)，然后采用绕包工艺的方式，紧密的包覆于导体外部，同时采用烧结的处理工艺，通过f4材料的熔封，把内部pi层妥帖的包裹于内部，保证了线缆的绝缘的一致性和耐水性。通过控制f4带的绕包搭盖率，其范围为20％～80％，以及烧结的温度范围345～565℃，得到最终满足要求的成品线缆。
45.实施例二：基于实施例一；航空航天发动机用高温耐火阻燃轻型软电缆的制备方法，自内自外依次包括：耐火导体1、增强云母带纵包形成的耐火隔热层21、高纯步骤io2纤维编织而成的无机纤维耐火层22、由硅胶喷涂烘干形成的耐火粘结层23、由pi带绕包形成的聚酰亚胺层31、由f4生料带绕包烧结形成的聚四氟乙烯绝缘层32；
46.其中，耐火隔热层21、无机纤维耐火层22、耐火粘结层23组成复合耐火层2，聚酰亚胺层31和聚四氟乙烯绝缘层32组成复合绝缘层3
47.其制备方法包括以下步骤：
48.步骤一、制备耐火导体1：选取19根，镍的镀层厚度为27％的高强度铜合金，其单丝线径为0.16mm，用5n的张力控制放线，采用1+6+12的方式绞合成型，其最外层的绞合方向为步骤向，绞合节径比为11，紧压模具的直径为0.76mm。得到0.74～0.78mm外径导体。
49.步骤二、制备耐火隔热层21：选取金云母带，厚度为0.12mm，宽度为3.6mm，纵包，搭接45％，得到1.01～1.11mm外径半成品。
50.步骤三、制备无机纤维耐火层22：选取200d的捻度为350的高纯步骤io2纤维丝，使用16锭编织设备采用6根纱成为一股的方式，编织密度使用40％，得到外径范围为1.11～1.22mm外径的半成品。
51.步骤四、制备胶体耐火层23：使用硅胶材料，采用喷涂工艺，均匀的喷到稳固层表面，其厚度控制在0.03mm，得到1.14～1.25mm外径的半成品。
52.步骤五、制备聚酰亚胺层31：使用厚度为0.030mm的pi带，宽度为6.3mm，张力为120n，搭接率为68％，得到外径为1.32～1.43mm外径的半成品。
53.步骤六、制备聚四氟乙烯绝缘层32：使用厚度为0.076mm的f4生料带，宽度为11mm，张力为15n，搭接率为68％，得到外径为1.78～1.89mm外径的半成品。在通过线速度为10m/min，烧结温度为465℃。最终得到外径为1.71～1.80mm外径的线缆成品。
54.实施例三：基于实施例一；航空航天发动机用高温耐火阻燃轻型软电缆的制备方法，自内自外依次包括：耐火导体1、增强云母带绕包形成的耐火隔热层21、高纯步骤io2纤维编织而成的无机纤维耐火层22、由硅胶喷涂烘干形成的耐火粘结层23、由pi带绕包形成的聚酰亚胺层31、由f4生料带绕包烧结形成的聚四氟乙烯绝缘层32；
55.其制备方法包括：
56.步骤一、制备耐火导体1：选取19根镍的镀层厚度为27％的高强度铜合金，其单丝
线径为0.15mm，用4.5n的张力控制放线，采用1+6+12的方式绞合成型，其最外层的绞合方向为步骤向，绞合节径比为10，紧压模具的直径为0.73mm，得到0.71～0.76mm外径导体。
57.步骤二、制备耐火隔热层21：选取煅烧云母带，厚度为0.12mm，宽度为5.62mm，绕包，搭接率50％，张力为150n。得到1.11～1.17mm外径半成品。
58.步骤三、制备无机纤维耐火层22：选取150d的捻度为280的无碱玻璃纤维丝，使用8锭编织设备采用10根纱成为一股的方式，编织密度使用35％，得到外径范围为1.17～1.27mm外径的半成品。
59.步骤四、制备胶体耐火层23：使用硅胶材料，采用喷涂工艺，均匀的喷到稳固层表面，其厚度控制在0.025mm，得到1.20～1.30mm外径的半成品。
60.步骤五、制备聚酰亚胺层31：使用厚度为0.025mm的pi带，宽度为6.8mm，张力为140n，搭接率为55％，得到外径为1.30～1.40mm外径的半成品。
61.步骤六、制备聚四氟乙烯绝缘层32：使用厚度为0.076mm的f4生料带，宽度为12mm，张力为16n，搭接率为68％，得到外径为1.76～1.86mm外径的半成品。在通过线速度为9m/min，烧结温度为490℃。最终得到外径为1.70～1.76mm外径的线缆成品。
62.实施例四：基于实施例一；航空航天发动机用高温耐火阻燃轻型软电缆的制备方法，自内自外依次包括：耐火导体1、增强云母带绕包形成的耐火隔热层21、高纯步骤io2纤维编织而成的无机纤维耐火层22、由硅胶喷涂烘干形成的耐火粘结层23、由pi带绕包形成的聚酰亚胺层31、由f4生料带绕包烧结形成的聚四氟乙烯绝缘层32；
63.其中，复合耐火层2包括耐火隔热层21、无机纤维耐火层22、耐火粘结层23，复合绝缘层3包括聚酰亚胺层31和聚四氟乙烯绝缘层32。
64.其制备方法包括：
65.步骤一、制备耐火导体1：选取19根，镍的镀层厚度为27％的铜导体，其单丝线径为0.203mm，用8n的张力控制放线，采用1+6+12的方式绞合成型，其最外层的绞合方向为步骤向，绞合节径比为12，紧压模具的直径为0.94mm。得到0.92～0.98mm外径导体。
66.步骤二、制备耐火隔热层21：选取复合云母带，厚度为0.16mm，宽度为7.3mm，绕包，搭接率52％，张力为200n。得到1.50～1.58mm外径半成品。
67.步骤三、制备无机纤维耐火层22：选取300d的捻度为600的高纯步骤io2纤维丝，使用16锭编织设备采用5根纱成为一股的方式，编织密度使用45％，得到外径范围为1.62～1.71mm外径的半成品。
68.步骤四、制备胶体耐火层23：使用硅胶材料，采用喷涂工艺，均匀的喷到稳固层表面，其厚度控制在0.04mm，得到1.66～1.75mm外径的半成品。
69.步骤五、制备聚酰亚胺层31：使用厚度为0.032mm的pi带，宽度为8.3mm，张力为195n，搭接率为52％，得到外径为1.80～1.91mm外径的半成品。
70.步骤六、制备聚四氟乙烯绝缘层32：使用厚度为0.076mm的f4生料带，宽度为13mm，张力为18n，搭接率为52％，得到外径为2.11～2.25mm外径的半成品。在通过线速度为6m/min，烧结温度为515℃。最终得到外径为2.04～2.17mm外径的线缆成品。
71.对比例1：
72.一种高温耐火阻燃电缆，自内自外依次包括：耐火导体、由陶瓷化硅橡胶形成的耐火层、由无碱玻璃丝形成的耐火加固层、由聚酰亚胺复合薄膜形成的绝缘层、由f4生料带绕
包烧结形成的绝缘层。
73.其制备方法包括：
74.步骤一、制备导体：选取19根镍的镀层厚度为27％的铜导体，其单丝线径为0.15mm，用4n的张力控制放线，采用1+6+12的方式绞合成型，其最外层的绞合方向为步骤向，绞合节径比为10。得到0.73～0.76mm外径导体。
75.步骤二、制备耐火层：使用陶瓷化硅橡胶挤出成型，厚度为0.6mm。得到1.98～2.11mm外径半成品。
76.步骤三、制备耐火稳固层：选取200d的捻度为600的高纯步骤io2纤维丝，使用16锭编织设备采用7根纱成为一股的方式，编织密度使用80％，得到外径范围为2.18～2.31mm外径的半成品。
77.步骤四、制备绝缘内层：使用厚度为0.05mm的pi复合薄膜带，宽度为10.2mm，张力为220n，搭接率为52％，得到外径为2.38～2.51mm外径的半成品。
78.步骤五、制备绝缘外层：使用厚度为0.076mm的f4生料带，宽度为17mm，张力为22n，搭接率为52％，得到外径为2.68～2.81mm外径的半成品。在通过线速度为4m/min，烧结温度为555℃。最终得到外径为2.59～2.75mm外径的线缆成品。
79.对比例2：
80.一种高温耐火阻燃柔性电缆，自内自外依次包括：导体、由mgo形成的耐火绝缘层、由铜管形成外导体层、由阻燃交联聚烯烃形成护套层。
81.其制备方法包括：
82.制备内导体：选取75根，镀锡铜导体，其单丝线径为0.08mm，用2n的张力控制放线，采用束丝方式绞合成型，绞合方向为步骤向，绞合节径比为15。得到0.76～0.83mm外径导体。
83.制备铜管外导体：使用无氧铜带厚度为0.25mm，焊接成型为圆管，然后再轧纹成型，波峰外径为2.53mm，波谷外径为1.86mm。
84.制备耐火绝缘层：使用设备固定好内导体(绞线)和外导体(轧纹铜管)，内部空隙由mgo填充并压实。
85.制备护套层：由阻燃pur挤出，最终外径为4.52～4.72mm，得到柔性电缆。
86.对比例3：
87.一种高温耐火阻燃柔性电缆，自内自外依次包括：导体、耐火层、绝缘层、护套层。
88.其制备方法包括：
89.制备导体：选取105根，镀锡铜导体，其单丝线径为0.08mm，用2n的张力控制放线，采用束丝方式绞合成型，绞合方向为步骤向，绞合节径比为18。得到0.92～0.99mm外径导体。
90.制备耐火层：采用陶瓷化复合云母带进行两次绕包，云母带厚度为0.20mm，第一次绕包，其带子宽度为8.3mm，搭接率为68％，绕包方向为右向，二次绕包，其带子宽度为12mm，搭接率为52％，绕包方向为左向，得到外径为2.85～3.10mm的半成品；
91.制备绝缘层：采用陶瓷化聚烯烃挤出成型，挤出厚度为0.70mm，得到外径为4.30～4.52mm的半成品；
92.制备护套层：由阻燃交联聚烯烃挤出，然后进行电子辐照，辐照剂量为16mev，最终
外径为6.40～6.70mm，得到柔性电缆。
93.将实施例2-4以及对比例1-3得到的电缆进行重量、外径、耐温、阻燃温度、耐火温度检测，其结果如下表所示：
94.性能检测结果表
[0095][0096]
通过上表，可以看出，采用本发明所公开的耐火高温软电缆的重量明显低于常规市售产品，相同规格下最多可以减重至原来的34％(实施例3与对比例1)，与同类耐火高温软电缆相比，其外径最多可变小原来的26％(实施例3与对比例1)。耐温等级更高，特别是阻燃耐火性能更为优异。此外本发明的优选范围内制造的软线缆综合性能则更为优异，实现了航空航天领域要求减轻产品重量和体积以及发动机对耐火温度1100℃的设计要求。
[0097]
综上所述，该航空航天发动机用高温耐火阻燃轻型软电缆及制备方法，使用时，耐火导体1的制备，使用单根镀镍铜合金或铜圆线，按照一定的节径比(范围6～16)和根数(一般为1+6n，其中n为整数)使用绞合工艺，把若干根单丝导体绞合成圆形导体，必要时，为控制外径，可以使用紧压结构进行加工；
[0098]
耐火隔热层21的制备，使用厚度范围为0.08～0.25mm，宽度范围为5～30mm宽的抗拉型金云母带、合成云母带、煅烧云母带或者陶瓷化云母带等材料，然后采用纵包或绕包的方式，紧密的包覆于导体外部。搭盖率从20％～80％，得到一定外径的半成品；
[0099]
耐火稳固层22的制备，使用线密度范围为100～800d的高纯步骤io2纤维、无碱玻璃纤维或玄武岩纤维等无机纤维材料，然后采用编织工艺，紧密的包覆于耐火隔热层外部。通过控制编织密度(30％～70％)和角度(46
°
～72
°
)，使编织层紧密的贴附于耐火隔热层；
[0100]
胶体耐火层23的制备，使用硅胶作为粘结剂，通过喷涂和烘干工艺，填补了无机纤维编织层的空隙，使耐火隔热层和无机纤维耐火层成为一体，通过控制合适的喷涂厚度，其范围为10～50um，以及烘干时间5～10步骤。
[0101]
聚酰亚胺层31的制备，使用厚度范围为0.015～0.055mm，宽度范围为5～30mm宽的聚酰亚胺(pi)带，然后采用绕包工艺的方式，紧密的包覆于导体外部。搭盖率从20％～80％，得到一定外径的半成品。
[0102]
聚四氟乙烯绝缘层32的制备，使用厚度范围为0.03～0.076mm，宽度范围为5～25mm宽的聚四氟乙烯生料带(f4带)，然后采用绕包工艺的方式，紧密的包覆于导体外部，同
时采用烧结的处理工艺，通过f4材料的熔封，把内部pi层妥帖的包裹于内部，保证了线缆的绝缘的一致性和耐水性。通过控制f4带的绕包搭盖率，其范围为20％～80％，以及烧结的温度范围345～565℃，得到最终满足要求的成品线缆。
[0103]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。