XETFE絕緣電線電纜的技術現狀和國產化探討

        交聯乙烯-四氟乙烯(XETFE) 絕緣電線電纜具有耐溫等級高、機械性能好、耐老化、耐化學溶劑等優異性能，以及體積小、重量輕等特點，主要應用于可靠性要求高、安裝空間小、重量要求輕的各種特殊場所，尤其在航空航天上的應用日益廣泛。但長期以來國內市場全部依賴進口，價格昂貴。隨著技術進步和國產化的進展，近幾年來國內企業生產的XETFE 絕緣電線電纜已逐漸進入航空領域。但是目前一些設計人員及用戶對國內生產的電纜產品質量及可靠性仍心存疑慮。

        實際上，國產XETFE 絕緣電線電纜在2004年已開始在飛機上小批量使用，隨著國產化的需要和國內技術的不斷提高及完善，該產品國內使用量逐漸增加。本文主要介紹了XETFE絕緣電線電纜產品的結構特點、主要性能及國內技術現狀，并對有關技術和制造過程中的若干問題進行分析與探討，包括產品標準、材料、擠出設備及制造工藝等。

1 、產品結構特點及主要性能

    1.1 絕緣單線

        XETFE 絕緣電線電纜有輕型和普通型兩種，因此絕緣單線的絕緣層相應有單層絕緣和雙層絕緣兩種結構。輕型絕緣單線的絕緣標稱厚度為0.13 mm，普通型絕緣單線的絕緣標稱厚度為0.20 mm。絕緣單線直徑與重量有嚴格的要求。

    1.2 電纜

        電纜包括單芯、多芯、單層絕緣、雙層絕緣、帶或不帶屏蔽，有或無護套等，通常由1 ～ 4 根絕緣單線組成，絕緣及護套均采用交聯乙烯-四氟乙烯共聚物材料擠出并經輻照交聯而成，屏蔽層采用鍍錫銅線或鍍銀銅線、鍍鎳銅線編織，其編織密度至少為85%。

    1.3 輻照交聯

        XETFE 絕緣電線電纜的絕緣及護套均需通過輻照交聯才能滿足標準要求，因此輻照技術是影響最終產品性能的關鍵因素。輻照交聯后的產品主要在下列性能上有顯著提高:

        (1) 產品耐溫等級從150℃提高到200℃;

        (2) 可以經受300℃、7 h 的交聯程度驗證試驗;

        (3) 耐老化性能提高;

        (4) 提高了絕緣和護套的抗張強度。

    1.4 產品主要性能

        產品主要性能如表1 所示。

試驗項目      試驗條件及性能指標

表一       XETFE 絕緣電線電纜性能表

絕緣電阻      ≥1.5 × 10³MΩ·km

絕緣表面電阻      ≥1.3 × 10(四次方）MΩ·mm

機械性能     

絕緣抗張強度      ≥34．5 MPa

絕緣斷裂伸長率  單層絕緣≥75%; 雙層絕緣: 內層≥125%，雙層總絕緣≥75%

護套抗張強度      ≥34．5 MPa

護套斷裂伸長率  ≥50%

老化      

電線       200 ℃ × 500 h，鍍銀及鍍鎳銅導體230 ℃ ×500 h，老化后卷繞試驗不開裂，浸水電壓不擊穿

電纜       230 ℃ × 96 h，老化后卷繞試驗不開裂

交聯程度驗證     

絕緣       300 ℃ × 7 h 后，卷繞試驗不開裂，浸水電壓不擊穿

護套       300 ℃ × 6 h 后，卷繞試驗不開裂

絕緣收縮      鍍錫銅導體200 ℃ × 6 h，鍍銀及鍍鎳銅導體230 ℃ × 6 h，絕緣收縮量≤3． 2 mm

絕緣浸吸性 

染色液浸進距離  ≤57．2 mm

電線浸液      試驗用液體有噴氣燃油、航空潤滑油、航空液壓油、異丙醇、汽油等，在規定的溫度下浸泡規定的時間后，直徑增率≤5%，卷繞試驗不開裂，浸水電壓不擊穿

電線耐潮濕  加熱2 h，高溫下6 h，冷卻16 h) 為1 次循環，共15 次循環，360 h，絕緣電阻≥1524MΩ·km

電線冒煙      鍍錫銅導體200 ℃ × 15 min，鍍銀及鍍鎳銅導體250 ℃ × 15 min，無可見的煙

電線耐熱沖擊      鍍錫銅導體150 ℃ × 30 min ～ － 55 ℃ × 30min，鍍銀及鍍鎳銅導體200 ℃ × 30 min ～ －55 ℃ × 30 min 共4 個循環周期，測量值變化≤1．5 mm ～ 2．5 mm

高溫卷繞     

電線       鍍錫銅導體200 ℃ × 2 h，鍍銀及鍍鎳銅導體313 ℃ × 2 h，卷繞試驗不開裂

電纜       230 ℃ × 4 h，卷繞試驗不開裂

低溫卷繞     

電線       － 65 ℃ × 4 h，卷繞試驗不開裂，浸水電壓不擊穿

電纜       － 55 ℃ × 4 h，卷繞試驗不開裂

粘連      

電線       鍍錫銅導體200 ℃ × 24 h，鍍銀及鍍鎳銅導體230 °C × 24 h，相鄰圈或相鄰層不粘連

電纜       鍍錫銅導體150 ℃ × 6 h，鍍銀及鍍鎳銅導體200 ℃ × 6 h，相鄰圈或相鄰層不粘連

燃燒      

電線       供火時間30 s，延燃時間≤3 s，延燃度≤76 mm，紙巾無燃焰

電纜       供火時間30 s，延燃時間≤30 s，延燃長度≤76 mm，紙巾無燃焰

2 、產品標準現狀分析

        不管是國外還是國內，XETFE 絕緣電線電纜均是參照采用美國軍用標準MIL-W-22759。該標準由通用規范與詳細規范構成，其中通用規范MIL-W-22759《銅或銅合金芯含氟聚合物絕緣電線》主要規定了含氟聚合物絕緣電線的技術要求、檢驗要求和試驗方法，適用于含氟聚合物(包括PTFE、FEP、ETFE、PVDF 等) 絕緣電線; 詳細規范MIL-W-22759 /32～ MIL-W-22759 /46 則具體規定了鍍錫銅導體、鍍銀銅導體、鍍鎳銅導體、鍍銀高強度銅合金導體及鍍鎳高強度銅合金導體XETFE 絕緣輕型電線和普通型電線的結構要求、性能要求、試驗項目及試驗條件。

        我國于2000 年4 月發布的GJB 773 系列標準，其中GJB 773A《航空航天用含氟聚合物絕緣電線電纜通用規范》基本上是參照MIL-W-22759 制訂的，而詳細規范GJB 773A/20、GJB 773A/21、GJB 773A/22、GJB 773A/23 則分別規定了鍍錫銅芯和鍍銀銅芯XETFE 絕緣輕型電線電纜、鍍錫銅芯和鍍銀銅芯XETFE 絕緣普通型電線電纜具體的技術要求及試驗要求。從標準結構及標準型式上該系列標準與MIL-W-22759 基本上保持一致，但存在著以下一些不足與差異:

        (1) 鍍鎳導體、鍍銀高強度銅合金導體及鍍鎳高強度銅合金導體未包括在內;

        (2) 導線規格表述方式不同，導致導體截面難以吻合: MIL-W-22759 采用英制單位，導線規格用美國線規(AWG) 表示，GJB 773A 采用的是國內線纜行業慣用的公制單位;

        (3) 導體結構與MIL 標準不一致。

        XETFE 絕緣電線電纜用戶主要是飛機制造廠，由于此前這些航空用戶一直采用的是符合美國標準的線纜，因此作為替代進口的產品也必須沿用美國標準，從而導致GJB 773A 未能被用戶使用。目前作為國內生產廠來說，為了滿足國內市場的需求，各企業參照采用MIL-W-22759 制訂了自己的企業標準。由此產生的問題，一是各生產企業技術水平、產品質量水平的差異使得產品技術參數和性能指標差異較大; 二是由于沒有統一的標準，造成用戶驗收試驗時的混亂與困惑，這樣又導致一些用戶自己制訂產品標準。我們期待能有一個適用的行業產品標準來規范市場。

 

3 、技術水平現狀分析

    3.1 導體材料

        導體材料包括鍍錫銅導體、鍍銀銅導體、鍍鎳銅導體及鍍銀高強度銅合金導體、鍍鎳高強度銅合金導體，其主要性能參見表2、表3。其中前3 種導體國內已能滿足要求，但高強度銅合金導體目前仍依賴進口。

 

        注: 導體規格AWG 為美國線規。歐美各國的導體常采用英制單位(英寸) ，而我國采用公制單位(毫米) ，所以表中導體規格AWG與相對應的導體結構并不完全一致，例如26AWG 線規導體直徑為15.94 密耳(千分之一英寸為一密耳) ，換算后為0.4049 mm。但是，導體結構為19 /0.10 mm 導體直徑為0.5 mm，所以兩者不是等同，而是相當，以下各表相同。

    

    3.2 絕緣及護套材料

        絕緣及護套均采用XETFE 共聚物材料，其主要性能如表4 所示。目前只能依賴于進口。

 

    3.3 擠出裝備

        目前國內生產廠家多是采用23 所設計制造的專用高溫擠出設備，基本可以滿足要求。對于雙層絕緣，通常只能采用二次擠出。國外采用的是先進的串列式高溫擠出生產線制造，可一次擠出雙層絕緣，并實現在線檢測與控制的精確制造。

    3.4 輻照技術

        ETFE 材料采用輻照交聯改性技術，可提高電線絕緣的耐溫等級、機械強度及耐老化、耐輻射等性能，使產品滿足航空航天電線的高機械強度、耐高溫、耐輻射、耐各種航空航天用油的極端復雜的惡劣環境下使用要求; 其各項技術性能可達到美國軍用標準的要求。

        輻照技術包括輻照裝備與輻照工藝。我公司從俄羅斯引進的電子加速器，具有當今國際先進水平，再配置以特殊設計的束下裝置、收放線裝置、張力裝置等，組成了國內先進的輻照交聯生產線，為該產品的生產創造了必要的條件。輻照工藝包括輻照劑量、電子束能量、束流、輻照速度及后處理等，其中影響最大的為輻照劑量。

        同其他材料不同的是，ETFE 材料對輻照劑量非常敏感，隨著輻照劑量的增加，材料的交聯度提高而斷裂伸長率急劇下降，輻照劑量過大，可能導致絕緣或護套的斷裂伸長率達不到標準要求，而輻照劑量過小，則交聯程度驗證試驗不合格，因此如何解決這一對矛盾是輻照技術水平高低的一個體現。產品標準規定的交聯程度驗證試驗用于檢驗成品電線是否已很好交聯，其試驗條件十分苛刻: 在試驗時取一定長度的絕緣線芯試樣，兩端導體分別掛上規定重量的砝碼，試樣中部懸掛在規定直徑的試棒上，放入預先加熱到300 ℃的熱烘箱中7 h。取出試樣1 h后將試樣卷繞在試棒上，正反向各卷繞兩次，絕緣表面應無開裂。之后試樣應通過浸水電壓試驗(2.5kV/5 min) 。迄今為止，在國內生產廠家中，絕大多數廠家無輻照設備，只能外包，這不利于產品質量的控制和穩定。

    3.5 擠出工藝

        擠出工藝是一個較復雜的技術問題，它與生產設備、模具、生產工藝以及原材料等都有密切關系。選擇和確定最佳工藝參數，對于確保產品性能和生產效率是十分重要的。由于XETFE 材料是用純ETFE 樹脂加上其它成分，完全改變了ETFE 的熔融和流動，在擠出機筒中XETFE 很容易發生交聯和降解。因此要控制好擠出溫度和擠出速度等工藝參數，需要通過大量的工藝試驗來進行研究。其次，對于擠出模具通常采用擠管式模具，在設計模具尺寸時應考慮兩個重要參數———拉伸比(DDR) 與拉伸平衡比(DRB) 的合理選擇。通常DDR 值控制在15 ～ 25 范圍，DRB 值控制在1.04 ～ 1.07 范圍內。

        絕緣線芯的同心度也是一個重要的控制指標，好的擠出裝備和工藝應能將同心度控制在90% 以上。

4 、進步與差距

        (1) XETFE 絕緣電線電纜屬于特種線纜，長期以來國內市場被國外廠家壟斷。近幾年來，在國家大力提倡國產化的大環境下，國內生產的產品技術水平有了很大發展和提高，經過多年的積累和發展，該電纜的制造技術已逐漸成熟，產品已能達到國外同類產品的先進水平，可以滿足國內用戶的使用要求。

        (2) 國內以23 所為首的設備制造廠，通過對進口設備的消化吸收以及多年來的不斷改進和完善，近幾年來在擠出裝備上有著長足的進步，憑著自身的性價比，已在線纜廠得到推廣使用。但是國內設備的穩定性及制造精度仍有待于改進。

        (3) 電線電纜專用材料是線纜行業賴以生存和發展的物質基礎。至今XETFE 材料全部依賴進口，國產化尚未解決，嚴重制約該產品在我國的未來發展和國產化進程。

        (4) 輻照技術對該產品的性能和質量的影響至關重要，還需要潛心進行系統研究。

        (5) 國內企業生產的產品質量參差不齊，雖然工藝方法基本一樣，技術水平卻有很大差別。聲稱能生產該產品的廠家不少，但大多數僅處于樣品試制或小批量生產階段，目前形成規模生產的只有為數不多的幾家業。 XETFE 絕緣電線電纜是一種綜合性能優良的高技術高品質導線，生產廠家應放眼長遠，努力創建屬于自己的技術和品牌，不斷提升產品質量和制造水平，以利于該產品乃至整個特種高溫線纜的產業健康和可持續發展。

5 、結束語

        國內生產的XETFE 絕緣電線電纜已能滿足使用要求。隨著航空業建設的發展及國產化的進展，國內電纜的市場在不斷擴大，但要全面實現國產化尚待時日。

        筆者致力于XETFE 絕緣電線電纜的研究開發及市場推廣已有六年多，深感國產化道路的艱辛。不僅在于該產品的制造水平與國外同類產品還存在著差距，還在于用戶對該產品國產化應用的一些成見。因此，實現XETFF 絕緣電線電纜的國產化，不但需要電纜生產企業的參與和投入，更需要廣大電纜用戶對國內產品的關心和支持

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