一種製造航空用高強度低重量光電複合纜的方法與流程
2023-10-09 05:57:24 2
本申請是名稱為：一種航空用高強度低重量光電複合纜的製造方法、申請日為：2016年10月25日、申請號為：201610940456.5的發明專利申請的分案申請。
本發明屬於航空材料及光電複合纜技術領域，尤其是涉及一種航空用高強度低重量光電複合纜及其製造方法。
背景技術：
光纖具有重量輕、信號傳輸能力強、保密性強、不受電磁幹擾等優點。而對於航空技術領域來說，飛機、飛行器、火箭、衛星、空間站等來說，低重量、高強度、耐高溫是其較重要的要求，現有技術中的光電複合纜大都用於地面通信技術，其都不兼具上述功能，為此，航空技術領域亟待出現符合要求的光電複合纜。
技術實現要素：
為了解決上述問題，本發明的目的是揭示一種航空用高強度低重量光電複合纜及其製造方法，它們是採用以下技術方案來實現的。
本發明的實施實例1中，一種航空用高強度低重量光電複合纜，由位於中央的光導纖維、位於光導纖維之外的內導體、位於內導體之外的內絕緣層、位於內絕緣層之外的外導體、位於外導體之外的外緣緣層、位於外緣緣層5之外的抗拉伸護套層構成；其特徵在於：
所述光導纖維的直徑為0.45～0.65mm，光導纖維的最外層為聚四氟乙烯層，在彎曲半徑為1～2000mm範圍內光導纖維的最大附加衰減為0.05db/km；
所述內導體由多根直徑為0.01～0.1mm的銅合金絲絞合而成，內導體的直徑為1.75～1.95mm，內導體20℃時最大直流電阻為2.2ω/100m，內導體緊貼光導纖維；
所述內絕緣層的材料是150℃耐高溫芳香烴，內絕緣層的直徑為2.5～2.7mm，內絕緣層擠塑包覆在內導體外；
所述外導體由多根直徑為0.01～0.1mm的銅合金絲絞合而成，外導體20℃時最大直流電阻為1.8ω/100m，外導體緊貼內絕緣層；
所述外絕緣層的材料是150℃耐高溫芳香烴，外絕緣層擠塑包覆在外導體外；
所述抗拉伸護套層由緊密繞包在外絕緣層之外的芳綸紗、擠塑包覆在芳綸紗外的彈性體材料構成，抗拉伸護套層的直徑為3.9～4.1mm；
所述航空用高強度低重量光電複合纜中：在1khz頻率測試時內外導體之間的電容值為10～100nf/100m；內外導體之間的最小絕緣電阻為109ω/100m；內外導體之間的最小直流耐壓為5000v；所述航空用高強度低重量光電複合纜的載流量標稱值為15a、單位重量為2.0～2.2kg/100m、最小抗拉力為50on。
本發明的實施實例2中，一種航空用高強度低重量光電複合纜，由位於中央的光導纖維、位於光導纖維之外的內導體、位於內導體之外的內絕緣層、位於內絕緣層之外的外導體、位於外導體之外的外緣緣層、位於外緣緣層之外的抗拉伸護套層構成；其特徵在於：
所述光導纖維的直徑為0.45～0.65mm，光導纖維的最外層為聚四氟乙烯層，在彎曲半徑為1～2000mm範圍內光導纖維的最大附加衰減為0.05db/km；
所述內導體由銅合金杆拉製成空心結構而形成，內導體的直徑為1.75～1.95mm，內導體20℃時最大直流電阻為2.2ω/100m，內導體內部具有內導體腔21，光導纖維位於內導體腔中，內導體腔的直徑是光導纖維直徑的1.2～1.4倍；
所述內絕緣層的材料是150℃耐高溫芳香烴，內絕緣層的直徑為2.5～2.7mm，內絕緣層擠塑包覆在內導體外；
所述外導體由多根直徑為0.01～0.1mm的銅合金絲絞合而成，外導體20℃時最大直流電阻為1.8ω/100m，外導體緊貼內絕緣層，內導體的橫截面積小於外導體的橫截面積；
所述外絕緣層的材料是150℃耐高溫芳香烴，外絕緣層擠塑包覆在外導體外；
所述抗拉伸護套層由緊密繞包在外絕緣層之外的芳綸紗、擠塑包覆在芳綸紗外的彈性體材料構成，抗拉伸護套層的直徑為3.9～4.1mm；
所述航空用高強度低重量光電複合纜中：在1khz頻率測試時內外導體之間的電容值為10～100nf/100m；內外導體之間的最小絕緣電阻為109ω/100m；內外導體之間的最小直流耐壓為5000v；所述航空用高強度低重量光電複合纜的載流量標稱值為15a、單位重量為2.0～2.2kg/100m、最小抗拉力為50on。
上述所述的一種航空用高強度低重量光電複合纜，其特徵在於：所述光導纖維由裸光纖、位於裸光纖之外的第一緊包層、位於第一緊包層之外的第二緊包層構成，所述第一緊包層的材料為聚氯乙烯或尼龍，所述第二緊包層的材料為聚四氟乙烯。
上述所述的一種航空用高強度低重量光電複合纜，其特徵在於：所述光導纖維由裸光纖、位於裸光纖之外的第一緊包層構成；所述第一緊包層的材料為聚四氟乙烯。
上述所述的一種航空用高強度低重量光電複合纜，其特徵在於：所述彈性體材料的為tpu類彈性體或tpe類彈性體。
一種製造航空用高強度低重量光電複合纜的方法，其特徵在於它是通過以下步驟製造得到的：
第一步：取直徑為0.45～0.65mm、最外層為聚四氟乙烯層、在彎曲半徑為1～2000mm範圍內光導纖維的最大附加衰減為0.05db/km的光導纖維，進行放纖；
第二步：取多根直徑為0.01～0.1mm的銅合金絲圍繞第一步中放出的光導纖維緊貼光導纖維進行絞合，形成直徑為1.75～1.95mm、20℃時最大直流電阻為2.2ω/100m的內導體,牽引並通過第一擠塑機頭；
第三步：將150℃耐高溫芳香烴從第一擠塑機頭擠出並包覆在第二步形成的內導體外形成內絕緣層，並使內絕緣層的直徑為2.5～2.7mm，並不斷牽引使其冷卻，形成直徑為2.55～2.65mm充分結晶的內絕緣層；
第四步：取多根直徑為0.01～0.1mm的銅合金絲圍繞並緊貼第三步形成的充分結晶的內絕緣層進行絞合，形成20℃時最大直流電阻為1.8ω/100m的外導體；
第五步：將150℃耐高溫芳香烴從第一擠塑機頭擠出並包覆在第四步形成的外導體外形成外絕緣層；
第六步：形成抗拉伸護套層：取多根芳綸紗緊密繞包在第五步形成的外絕緣層外形成纜芯，並牽引纜芯，取tpu類彈性體或tpe類彈性體擠塑包覆在纜芯外形成護套層，然後以2～4個大氣壓的壓力、採用壓縮空氣、18～28℃的溫度、30～50米/分鐘的速度、對護套層進行冷卻及牽引，盤繞在軸直徑大於300mm的收線盤上，完成了航空用高強度低重量光電複合纜的製造；護套層的直徑為3.9～4.1mm；所述航空用高強度低重量光電複合纜中：在1khz頻率測試時內外導體之間的電容值為10～100nf/100m；內外導體之間的最小絕緣電阻為109ω/100m；內外導體之間的最小直流耐壓為5000v；所述航空用高強度低重量光電複合纜的載流量標稱值為15a、單位重量為2.0～2.2kg/100m、最小抗拉力為50on。
一種製造航空用高強度低重量光電複合纜的方法，其特徵在於它是通過以下步驟製造得到的：
第一步：取直徑為0.45～0.65mm、最外層為聚四氟乙烯層、在彎曲半徑為1～2000mm範圍內光導纖維的最大附加衰減為0.05db/km的光導纖維，進行放纖；
第二步：取銅合金杆拉製成空心結構形成內導體,內導體內部具有內導體腔，內導體的直徑為1.75～1.95mm，內導體20℃時最大直流電阻為2.2ω/100m；將第一步中放出的光導纖維穿入內導體腔中，牽引並通過第一擠塑機頭；內導體腔的直徑是光導纖維直徑的1.2～1.4倍；
第三步：將150℃耐高溫芳香烴從第一擠塑機頭擠出並包覆在第二步形成的內導體外形成內絕緣層，並使內絕緣層的直徑為2.5～2.7mm，並不斷牽引使其冷卻，形成直徑為2.55～2.65mm充分結晶的內絕緣層；
第四步：取多根直徑為0.01～0.1mm的銅合金絲圍繞並緊貼第三步形成的充分結晶的內絕緣層進行絞合，形成20℃時最大直流電阻為1.8ω/100m的外導體；內導體的橫截面積小於外導體的橫截面積；
第五步：將150℃耐高溫芳香烴從第一擠塑機頭擠出並包覆在第四步形成的外導體外形成外絕緣層；
第六步：形成抗拉伸護套層：取多根芳綸紗緊密繞包在第五步形成的外絕緣層外形成纜芯，並牽引纜芯，取tpu類彈性體或tpe類彈性體擠塑包覆在纜芯外形成護套層，然後以2～4個大氣壓的壓力、採用壓縮空氣、18～28℃的溫度、30～50米/分鐘的速度、對護套層進行冷卻及牽引，盤繞在軸直徑大於300mm的收線盤上，完成了航空用高強度低重量光電複合纜的製造；護套層的直徑為3.9～4.1mm；所述航空用高強度低重量光電複合纜中：在1khz頻率測試時內外導體之間的電容值為10～100nf/100m；內外導體之間的最小絕緣電阻為109ω/100m；內外導體之間的最小直流耐壓為5000v；所述航空用高強度低重量光電複合纜的載流量標稱值為15a、單位重量為2.0～2.2kg/100m、最小抗拉力為50on。
本發明具有以下主要有益技術效果：重量輕、外徑小、抗拉力大、耐高溫性能好、抗扭能力強。
附圖說明
圖1為本發明實施實例1解剖開一段後的立體結構示意圖。
圖2為本發明實施實例2解剖開一段後的立體結構示意圖。
圖3為圖2放大的橫截面結構示意圖。
圖4為本發明實施實例3中採用的光導纖維的橫截面結構示意圖。
具體實施方式
為了使公眾能更好地理解和實施本發明，現結合說明書附圖對本發明進行詳細的說明，附圖標記對應的名稱如下：1—光導纖維、2—內導體、3—內絕緣層、4—外導體、5—外緣緣層、6—抗拉伸護套層、11—裸光纖、12—第一緊包層、13—第二緊包層、21—內導體腔。
實施實例1
請見圖1，一種航空用高強度低重量光電複合纜，由位於中央的光導纖維1、位於光導纖維1之外的內導體2、位於內導體2之外的內絕緣層3、位於內絕緣層3之外的外導體4、位於外導體4之外的外緣緣層5、位於外緣緣層5之外的抗拉伸護套層6構成；其特徵在於：
所述光導纖維的直徑為0.45～0.65mm，光導纖維的最外層為聚四氟乙烯層，在彎曲半徑為1～2000mm範圍內光導纖維的最大附加衰減為0.05db/km；
所述內導體由多根直徑為0.01～0.1mm的銅合金絲絞合而成，內導體的直徑為1.75～1.95mm，內導體20℃時最大直流電阻為2.2ω/100m，內導體緊貼光導纖維；
所述內絕緣層的材料是150℃耐高溫芳香烴，內絕緣層的直徑為2.5～2.7mm，內絕緣層擠塑包覆在內導體外；
所述外導體由多根直徑為0.01～0.1mm的銅合金絲絞合而成，外導體20℃時最大直流電阻為1.8ω/100m，外導體緊貼內絕緣層；
所述外絕緣層的材料是150℃耐高溫芳香烴，外絕緣層擠塑包覆在外導體外；
所述抗拉伸護套層由緊密繞包在外絕緣層之外的芳綸紗、擠塑包覆在芳綸紗外的彈性體材料構成，抗拉伸護套層的直徑為3.9～4.1mm；
所述航空用高強度低重量光電複合纜中：在1khz頻率測試時內外導體之間的電容值為10～100nf/100m；內外導體之間的最小絕緣電阻為109ω/100m；內外導體之間的最小直流耐壓為5000v；所述航空用高強度低重量光電複合纜的載流量標稱值為15a、單位重量為2.0～2.2kg/100m、最小抗拉力為50on。
上述所述的一種航空用高強度低重量光電複合纜，其特徵在於它是採用以下方法製造得到的：
第一步：取直徑為0.45～0.65mm、最外層為聚四氟乙烯層、在彎曲半徑為1～2000mm範圍內光導纖維的最大附加衰減為0.05db/km的光導纖維，進行放纖；
第二步：取多根直徑為0.01～0.1mm的銅合金絲圍繞第一步中放出的光導纖維緊貼光導纖維進行絞合，形成直徑為1.75～1.95mm、20℃時最大直流電阻為2.2ω/100m的內導體,牽引並通過第一擠塑機頭；
第三步：將150℃耐高溫芳香烴從第一擠塑機頭擠出並包覆在第二步形成的內導體外形成內絕緣層，並使內絕緣層的直徑為2.5～2.7mm，並不斷牽引使其冷卻，形成直徑為2.55～2.65mm充分結晶的內絕緣層；
第四步：取多根直徑為0.01～0.1mm的銅合金絲圍繞並緊貼第三步形成的充分結晶的內絕緣層進行絞合，形成20℃時最大直流電阻為1.8ω/100m的外導體；
第五步：將150℃耐高溫芳香烴從第一擠塑機頭擠出並包覆在第四步形成的外導體外形成外絕緣層；
第六步：形成抗拉伸護套層：取多根芳綸紗緊密繞包在第五步形成的外絕緣層外形成纜芯，並牽引纜芯，取tpu類彈性體或tpe類彈性體擠塑包覆在纜芯外形成護套層，然後以2～4個大氣壓的壓力、採用壓縮空氣、18～28℃的溫度、30～50米/分鐘的速度、對護套層進行冷卻及牽引，盤繞在軸直徑大於300mm的收線盤上，完成了航空用高強度低重量光電複合纜的製造；護套層的直徑為3.9～4.1mm；所述航空用高強度低重量光電複合纜中：在1khz頻率測試時內外導體之間的電容值為10～100nf/100m；內外導體之間的最小絕緣電阻為109ω/100m；內外導體之間的最小直流耐壓為5000v；所述航空用高強度低重量光電複合纜的載流量標稱值為15a、單位重量為2.0～2.2kg/100m、最小抗拉力為50on。
實施實例2
請見圖2和圖3，一種航空用高強度低重量光電複合纜，由位於中央的光導纖維1、位於光導纖維1之外的內導體2、位於內導體2之外的內絕緣層3、位於內絕緣層3之外的外導體4、位於外導體4之外的外緣緣層5、位於外緣緣層5之外的抗拉伸護套層6構成；其特徵在於：
所述光導纖維的直徑為0.45～0.65mm，光導纖維的最外層為聚四氟乙烯層，在彎曲半徑為1～2000mm範圍內光導纖維的最大附加衰減為0.05db/km；
所述內導體由銅合金杆拉製成空心結構而形成，內導體的直徑為1.75～1.95mm，內導體20℃時最大直流電阻為2.2ω/100m，內導體內部具有內導體腔21，光導纖維位於內導體腔中，內導體腔的直徑是光導纖維直徑的1.2～1.4倍；
所述內絕緣層的材料是150℃耐高溫芳香烴，內絕緣層的直徑為2.5～2.7mm，內絕緣層擠塑包覆在內導體外；
所述外導體由多根直徑為0.01～0.1mm的銅合金絲絞合而成，外導體20℃時最大直流電阻為1.8ω/100m，外導體緊貼內絕緣層；
所述外絕緣層的材料是150℃耐高溫芳香烴，外絕緣層擠塑包覆在外導體外；
所述抗拉伸護套層由緊密繞包在外絕緣層之外的芳綸紗、擠塑包覆在芳綸紗外的彈性體材料構成，抗拉伸護套層的直徑為3.9～4.1mm；
所述航空用高強度低重量光電複合纜中：在1khz頻率測試時內外導體之間的電容值為10～100nf/100m；內外導體之間的最小絕緣電阻為109ω/100m；內外導體之間的最小直流耐壓為5000v；所述航空用高強度低重量光電複合纜的載流量標稱值為15a、單位重量為2.0～2.2kg/100m、最小抗拉力為50on。
上述所述的一種航空用高強度低重量光電複合纜，其特徵在於所述內導體的橫截面積小於外導體的橫截面積，由於具有內導體腔，因此，內導體具有更優的散熱性能，在傳輸同樣的電力負荷時，內導體的橫截面可以比外導體的橫截面積小，這樣不僅節約了成本，而且實現了外徑的更加細巧，更適合於飛行器中狹小的空間；另外，由於內導體腔的存在，使得光導纖維能在內導體腔中運動，能使光導纖維更能承受高溫環境，本發明中的光電複合纜比實施實例1中的光電複合纜具有更高的電過載能力及更低的高溫附加衰減。
上述所述的一種航空用高強度低重量光電複合纜，其特徵在於它是採用以下方法製造得到的：
第一步：取直徑為0.45～0.65mm、最外層為聚四氟乙烯層、在彎曲半徑為1～2000mm範圍內光導纖維的最大附加衰減為0.05db/km的光導纖維，進行放纖；
第二步：取銅合金杆拉製成空心結構形成內導體,內導體內部具有內導體腔，內導體的直徑為1.75～1.95mm，內導體20℃時最大直流電阻為2.2ω/100m；將第一步中放出的光導纖維穿入內導體腔中，牽引並通過第一擠塑機頭；內導體腔的直徑是光導纖維直徑的1.2～1.4倍；
第三步：將150℃耐高溫芳香烴從第一擠塑機頭擠出並包覆在第二步形成的內導體外形成內絕緣層，並使內絕緣層的直徑為2.5～2.7mm，並不斷牽引使其冷卻，形成直徑為2.55～2.65mm充分結晶的內絕緣層；
第四步：取多根直徑為0.01～0.1mm的銅合金絲圍繞並緊貼第三步形成的充分結晶的內絕緣層進行絞合，形成20℃時最大直流電阻為1.8ω/100m的外導體；內導體的橫截面積小於外導體的橫截面積；
第五步：將150℃耐高溫芳香烴從第一擠塑機頭擠出並包覆在第四步形成的外導體外形成外絕緣層；
第六步：形成抗拉伸護套層：取多根芳綸紗緊密繞包在第五步形成的外絕緣層外形成纜芯，並牽引纜芯，取tpu類彈性體或tpe類彈性體擠塑包覆在纜芯外形成護套層，然後以2～4個大氣壓的壓力、採用壓縮空氣、18～28℃的溫度、30～50米/分鐘的速度、對護套層進行冷卻及牽引，盤繞在軸直徑大於300mm的收線盤上，完成了航空用高強度低重量光電複合纜的製造；護套層的直徑為3.9～4.1mm；所述航空用高強度低重量光電複合纜中：在1khz頻率測試時內外導體之間的電容值為10～100nf/100m；內外導體之間的最小絕緣電阻為109ω/100m；內外導體之間的最小直流耐壓為5000v；所述航空用高強度低重量光電複合纜的載流量標稱值為15a、單位重量為2.0～2.2kg/100m、最小抗拉力為50on。
實施實例3
請見圖3，並參考圖1和圖2，一種航空用高強度低重量光電複合纜，基本同實施實例1或實施實例2，不同之處在於：所述光導纖維1由裸光纖11、位於裸光纖之外的第一緊包層12、位於第一緊包層之外的第二緊包層13構成，所述第一緊包層的材料為聚氯乙烯或尼龍，所述第二緊包層的材料為聚四氟乙烯。
進一步地，上述所述的一種航空用高強度低重量光電複合纜，所述光導纖維還可由裸光纖11、位於裸光纖之外的第一緊包層12構成；所述第一緊包層的材料為聚四氟乙烯。
上述任一實施實例所述的一種航空用高強度低重量光電複合纜，其特徵在於所述彈性體材料的為tpu類彈性體或tpe類彈性體。
實施實例1或實施實例2中所述的一種製造航空用高強度低重量光電複合纜的方法，第一步中，還可以取：直徑為0.45～0.65mm、在彎曲半徑為1～2000mm範圍內光導纖維的最大附加衰減為0.05db/km、由裸光纖、位於裸光纖之外的第一緊包層、位於第一緊包層之外的第二緊包層構成的光導纖維，所述第一緊包層的材料為聚氯乙烯或尼龍，所述第二緊包層的材料為聚四氟乙烯；或者取直徑為0.45～0.65mm、在彎曲半徑為1～2000mm範圍內光導纖維的最大附加衰減為0.05db/km、由裸光纖、位於裸光纖之外的第一緊包層構成的光導纖維，所述第一緊包層的材料為聚氯乙烯或尼龍，所述第二緊包層的材料為聚四氟乙烯。
本發明中的光電複合纜，經過測試，達到了理想的效果，在500n、1小時長期拉力下，附加衰減最大值為0.035db/km、拉力去除後，殘餘應變最大值為0.003%；經過1萬次±360度、速率為60次/分鐘的連續扭轉後，光電纜表面無目力可見裂紋、光導纖維的附加衰減最大值僅為0.039db/km；本發明在150℃、載流量為15a條件下，連續工作4320小時，期間的光纖附加衰減最大值為0.051db/km；因此，本發明的光電複合纜達到了航空用的要求，經試用，達到了理想的效果。
上述任一實施實例所述的一種航空用高強度低重量光電複合纜，其特徵在於所述彈性體材料的為聚醯胺或聚胺脂。
本發明的一種航空用高強度低重量光電複合纜及製造方法中，所使用的內導體及外導體，都可以是以下銅合金，所述銅合金按重量百分比計含有：金0.1～0.3%、鋅0.4～0.6%、銀0.5～1.0%、鉬0.1～0.3%、鋁15～25%、鋯0.2～0.5%、鎘0.1～0.5%、銻0.1～0.3%、鉍0.1～0.3%、鈦0.1～0.2%、鎢0.2～0.4%、釕0.2～0.4%、鎳0.3～0.6%、釩0.1～0.2%、錳0.2～0.4%、鉻0.5～0.9%、鉑0.1～0.3%、餘量為銅。
最優的實施方式是：所述銅合金按重量百分比計含有：金0.2%、鋅0.5%、銀0.75%、鉬0.2%、鋁20%、鋯0.35%、鎘0.3%、銻0.2%、鉍0.2%、鈦0.15%、鎢0.3%、釕0.3%、鎳0.45%、釩0.15%、錳0.3%、鉻0.7%、鉑0.2%、餘量為銅。
上述銅合金做成銅合金絲或銅合金杆後經測定，其電阻率為0.0003～0.0011ω·mm2/m、斷裂伸長率約為30.4～33.1%、密度約為純銅的21～46%、強度約為純銅的216～412%；最優配方時，參數為上述值中的兩端平均值，因此，本發明中的銅合金製成的光電複合纜，使得通電能力更強、強度更高、重量更輕、柔軟性能更優。
本發明中的製造方法簡單、易於掌握、製得的成品合格率高、所需的設備投入少、佔用的場地少。
本發明不局限於上述最佳實施方式，應當理解，本發明的構思可以按其他種種形式實施運用，它們同樣落在本發明的保護範圍內。