航天用超轻超柔耐高低温耐辐射低损耗电缆及加工工艺的制作方法

本发明属于电线电缆，具体涉及一种航天用超轻超柔耐高低温耐辐射低损耗电缆及加工工艺。

背景技术：

1、随着我国航天事业的高速发展，航天环境对同轴电缆的要求越来越高，不仅要满足电缆的电气性能要求，例如传输功率大、使用频率高、电压驻波比小、损耗低等，还要满足空间耐高低温、阻燃、低真空释气、耐辐射等航天性能的要求，同时为了便于电缆安装以及增加有效载荷空间，对电缆的柔软性、体积及重量也有一定要求。

2、射频同轴电缆的结构一般由内导体层、绝缘层、金属屏蔽层以及护套层构成，目前射频同轴电缆中的内导体层和金属屏蔽层多采用镀银铜材料，虽然其导电性较好，但重量较重，另外绝缘层及护套层一般采用氟塑料材料，使得电缆的整体重量偏重，且耐辐射性能较差。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的缺陷，本发明提供一种航天用超轻超柔耐高低温耐辐射低损耗电缆及加工工艺，该电缆既能适应高低温及强辐射等复杂苛刻的航天环境，又能降低损耗、提高柔性以及减轻重量。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种航天用超轻超柔耐高低温耐辐射低损耗电缆，包括由内向外依次设置的内导体层、绝缘层、绕包外导体层、编织外导体层和护套层，所述内导体层由多股金属化无机纤维绞合形成，所述绝缘层为包覆于内导体层外侧的气凝胶型微孔聚酰亚胺薄膜，所述绕包外导体层为绕包于绝缘层外侧的镀银铜包铝扁带，所述编织外导体层为包覆于绕包外导体层外侧的金属化无机纤维编织层或金属化芳纶纤维编织层，所述金属化无机纤维编织层由多股金属化无机纤维编织而成，所述金属化芳纶纤维编织层由多股金属化芳纶纤维编织而成，所述护套层为包覆于编织外导体层外侧的聚醚醚酮护套层。

4、进一步地，所述内导体层、绝缘层、绕包外导体层、编织外导体层和护套层的轴线重合。

5、进一步地，所述金属化无机纤维包括无机纤维芯层，所述无机纤维芯层外侧镀有第一导电金属并形成第一金属外层，所述第一导电金属为铜、镍和银中的一种或多种；所述金属化芳纶纤维包括芳纶纤维芯层，所述芳纶纤维芯层外侧镀有第二导电金属并形成第二金属外层，所述第二导电金属为铜、镍和银中的一种或多种。

6、进一步地，所述无机纤维芯层的无机纤维为碳纤维或碳纳米管纤维，所述碳纤维的型号为250d；所述芳纶纤维芯层的芳纶纤维型号为400d；所述第一金属外层和第二金属外层的厚度均控制在3-10μm。

7、进一步地，所述气凝胶型微孔聚酰亚胺薄膜采用2-8wt％的纳米二氧化硅气凝胶和92-98wt％的微孔聚酰亚胺制得。

8、进一步地，所述气凝胶型微孔聚酰亚胺薄膜中微孔的孔径控制在20-120nm。

9、进一步地，所述绕包外导体层的绕包搭盖率控制在45-48％，所述编织外导体层的编织密度大于等于90％。

10、进一步地，所述内导体层的直径控制在0.5-2.3mm，所述绝缘层的外径控制在0.8-6.3mm，所述绕包外导体层的外径控制在1-7.2mm，所述编织外导体层的外径控制在1.2-8mm，所述护套层的外径控制在1.4-8.4mm。

11、一种航天用超轻超柔耐高低温耐辐射低损耗电缆的加工工艺，用于对上述的航天用超轻超柔耐高低温耐辐射低损耗电缆进行加工，包括以下步骤：

12、s1、采用多股所述金属化无机纤维绞合并形成内导体层，在所述内导体层外侧包覆气凝胶型微孔聚酰亚胺薄膜，形成所述绝缘层；

13、s2、在所述绝缘层外侧采用镀银铜包铝扁带进行绕包，形成所述绕包外导体层；

14、s3、采用多股所述金属化无机纤维编织并形成金属化无机纤维编织层，或采用多股所述金属化芳纶纤维编织并形成金属化芳纶纤维编织层，在所述绕包外导体层外侧包覆金属化无机纤维编织层或金属化芳纶纤维编织层，形成所述编织外导体层；

15、s4、在所述编织外导体层外侧包覆由聚醚醚酮制成的护套层。

16、进一步地，

17、步骤s1中：

18、所述气凝胶型微孔聚酰亚胺薄膜采用以下方式制成，将2-8wt％的纳米二氧化硅气凝胶和92-98wt％的微孔聚酰亚胺混合，并通过溶胶-凝胶法制备成聚酰亚胺-二氧化硅混合物薄膜，利用氢氟酸将分散在聚酰亚胺-二氧化硅混合物薄膜中的二氧化硅去除，以制得所述气凝胶型微孔聚酰亚胺薄膜；

19、步骤s3中：

20、所述金属化无机纤维采用以下方式制成，在所述无机纤维芯层外侧镀设第一导电金属并形成第一金属外层，以制得所述金属化无机纤维；

21、所述金属化芳纶纤维采用以下方式制成，在所述芳纶纤维芯层外侧镀设第二导电金属并形成第二金属外层，以制得所述金属化芳纶纤维。

22、相对于现有技术，本发明的有益效果为：

23、本发明的航天用超轻超柔耐高低温耐辐射低损耗电缆，由于内导体层采用多股金属化无机纤维绞合形成，其中金属化无机纤维的密度为3.5g/cm3，而普通电缆中的内导体层多采用镀银铜材料，其中镀银铜的密度为8.89g/cm3，本电缆中的内导体层与普通电缆中的内导体层在同样尺寸下，本电缆中的内导体层至少减重50％以上，另外本电缆中内导体层的抗拉强度大、柔性佳，并且更耐高低温，其中耐高温在1000℃以上，耐低温为-180℃，这样使得所制得的电缆具有重量轻、柔性佳、抗拉强度大、耐热性能好的优点；由于绝缘层为包覆于内导体层外侧的气凝胶型微孔聚酰亚胺薄膜，这样能降低绝缘层的介质损耗和介电常数，进而能使得所制得的电缆的传输性能得以显著提高，具体为降低电缆的衰减常数，提高电缆的传输距离和传输速率，并扩展电缆的使用频率，而且气凝胶型微孔聚酰亚胺薄膜在包覆于内导体层外侧的过程中需要加热软化，这样会发生收缩变形，进而能减小所制得的电缆的外径，另外气凝胶型微孔聚酰亚胺薄膜中的微孔较多，这样能减轻所制得的电缆的重量，而且气凝胶型微孔聚酰亚胺薄膜的柔性佳，并且面对复杂恶劣的航天环境，以气凝胶型微孔聚酰亚胺薄膜作为绝缘层的电缆更耐辐射，其中能耐1000mrad以上的辐照剂量，并且更耐高低温，其中耐高温为400℃，耐低温为-269℃；由于绕包外导体层为绕包于绝缘层外侧的镀银铜包铝扁带，其中镀银铜包铝扁带的密度为4.05g/cm3，在达到相同屏蔽效率的情况下，能使得所制得的电缆的单位重量更轻；由于编织外导体层为包覆于绕包外导体层外侧的金属化无机纤维编织层或金属化芳纶纤维编织层，金属化无机纤维编织层由多股金属化无机纤维编织而成，金属化芳纶纤维编织层由多股金属化芳纶纤维编织而成，而普通电缆中的金属屏蔽层多采用镀银铜编织材料，这样本电缆中的编织外导体层与普通电缆中的金属屏蔽层相比，至少减重50％以上，另外金属化无机纤维和金属化芳纶纤维均具有超高抗拉强度、耐高低温以及重量轻的优良性能；本发明中将绕包外导体层和编织外导体层进行组合屏蔽，对所制得的电缆内部的绝缘层进行足够的机械防护和电磁屏蔽；由于护套层选用聚醚醚酮材料，这样护套层具有较高的机械强度、良好的耐高低温特性、较强的耐化学腐蚀性、高阻燃性，另外护套层的绝缘性能在很宽的温度范围和高频情况下均较好，对电缆具有良好的防护性，可在-180-260℃的广阔温度范围内长期使用，在高温下具有优异的长期耐蠕变性能和耐疲劳性能，而普通电缆中的护套层一般采用聚四氟乙烯材料，聚醚醚酮相比聚四氟乙烯具有更好的耐辐射性，耐辐照剂量达到1000mrad以上，另外聚醚醚酮在挤出时最低厚度可达0.05mm，且聚醚醚酮的密度为1.30g/cm3，即聚醚醚酮的密度更小，这样能使得所制得的电缆的外径更小且重量更轻，本电缆中的护套层与普通电缆中的护套层在同样尺寸下，本电缆中护套层的重量减轻约40％。

24、综上，本电缆具有传播频率高、传播速率快、损耗低、屏蔽效率高、耐高低温性能好、耐辐射性好、柔性佳、重量轻的优点，本电缆相比采用镀银铜材料作为内导体层和外导体层的普通电缆，重量减轻40％以上，主要用于航天装备通信系统的信号传输应用场合，特别适用于同轴电缆对耐高低温、耐辐照及重量要求很苛刻的舱外装备和系统中。