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1、辐射加工 2 0 0 5 年第6 期 上- J 一 一、刖舌 忻济民张秀松刘旌平王星 上海电缆研究所军工路1 0 0 0 号，2 0 0 0 9 3 2 0 世纪9 0 年代以前，我国电线电缆应 用辐照交联的产品市场很小，很多电线电缆 辐照用加速器基本为闲置状态。但是近十几 年来，辐照交联绝缘电线电缆在我国的需求 量飞速增加，在控制电缆、仪表电缆、机车 车辆用电缆、汽车用电缆、圆形导体低压电 力电缆、航空航天用电缆中，大量采用，估 计辐照交联绝缘电线电缆用量在百万公里， 而且发展势头看好。 在航空航天用电线电缆中，辐照交联电 线有交联聚氯乙烯绝缘电线，乙烯一四氟乙 烯共聚物绝缘电线( X E
2、T F E 绝缘电线) 等， 其中X - E T F E 绝缘电线正是当今航空用电线 中的两种主要线种之一。 上海电缆研究所在上世纪九十年代作 为”攻关组组长单位，曾组织对辐照交联 2 6 X - E T F E 绝缘电线进行了系统的研究，尤其对 X - E T F E 电缆料及X - E T F E 绝缘电线的生产工 艺等作了大量研究工作，积累了一定的经 验，并对其性能特点有相当的认识。 本文介绍我们对X - E T F E 绝缘电线的一 些认识，以期与大家进行更深层次的交流。 二、X - E T F E 绝缘电线及其主要特 性介绍 E T F E 是氟碳聚合物中比重较小的一 种，其比重约为
3、1 7 3 ，E T F E 具有优异的机 械、电气及耐辐照性能，其抗张强度可达 4 0 M P a 以上，非常耐磨、耐弯曲、耐应力开 裂，在低气压下一般无杂质、气体挥发等， 即释气性很好，因此不会对设备中其他元器 件产生污染。其具有非常好的化学稳定性， 耐各种航空航天用油、液体，根据E T F E 具 有的综合性能，E T F E 绝缘本身应是航空航天 辐射加工2 0 0 5 年第6 期 用的很好的一个线种，事实也是如此，在飞 机中，卫星上使用了E T F E 绝缘电线。但是 E T F E 有一个缺点，其温度等级较低，为1 5 0 ，这就限制了它在航空航天上的应用，为 了弥补这个缺点，人们
4、开发了X - E T F E 绝缘 电线。 X - E T F E 绝缘电线是采用特殊的可交联 E T F E 绝缘料，挤包成电线后，经电子束辐照 而交联，X - E T F E 除保持E T F E 原有特性外， 其温度等级提高到2 0 0 C ，其绝缘一般采用 薄绝缘结构，如单层绝缘电线的绝缘厚度为 0 1 5 n n n ，所以在相同载流量要求下，电线重 量轻，这一点对航空航天飞行器来说是非常 重要的，所以自上世纪7 0 年代以来，这一 线种就深受航空航天业的青睐，目前在几乎 所有的航空航天飞行器中，无论是军用还是 民用都大量使用这种线缆。 目前。X - E T F E 已形成一个系列，
5、其中包 括单层绝缘、双层绝缘、多芯、带屏蔽、护 套等等。X - E T F E 绝缘电线的主要标准为美国 军标M I L W - 2 2 7 5 9 ，在国内，G J B7 7 3 A 一2 0 0 0 版中也包括了X - E T F E 绝缘电线。 在X - E T F E 绝缘电线的标准中，对 X - E T F E 绝缘电线提出了很高的要求，为保证 电线性能能达到这些要求，制定了多项试 验，这些试验包括机械、电气、浸各种油、 液体，温度考验等等。根据笔者的经验，其 中大部分试验项目，对X - E T F E 绝缘电线来 2 7 说是没有太大问题的，制造者如果用正宗的 E T F E 料作
6、绝缘都能达到要求，但是其中有两 项试验是很难达到的，且这两项试验都与交 联有关。 1 一项试验名为交联度验证试验，由于氟 塑料的特殊性，X - E T F E 很难像交联聚烯烃那 样测凝胶含量或热延伸来确定其交联度，所 以采取了下面交联度验证试验，试验方法如 下：把一定长度的试样两端各剥去一段绝 缘，两端导体上挂上规定重量，然后把试样 悬挂在规定直径的试棒上，如图1 所示，在 3 0 0 环境下放置7 h ，然后要通过2 5 0 0 V ， 5 m i n 的耐压试验，因为当E T F E 未交联时， 其熔点在2 7 0 左右，而现在要经过3 0 0 1 2 ， 7 小时的高温压力下试验，所以
7、只有交联度 达到相当程度，才能通过。 W 图 1 辐射加工 2 0 0 5 年第6 期 另一项试验是X - E T F E 绝缘的断裂伸长 率，这是个很普通的试验，几乎所有的电线 电缆都要做这项试验，但对X - E T F E 来说， 标准规定了相当高的要求。我们知道交联后 绝缘的断裂伸长率会下降，因此早期国外 X - E T F E 绝缘电线的断裂伸长率指标定为 5 0 ，而如今提高到1 5 0 ，对此类产品来说， 这是非常高的要求，但作为高性能的航空航 天用产品，这也是必要的。 以上这二项试验事实上是相互制约的， 这是一对矛盾，若要提高交联度。往往以降 低断裂伸长率为代价，而能很好地解决这
8、一 矛盾是提高水平的表现。根据我们的经验判 断，如能解决这一对矛盾，即能通过这两项 试验，则基本上可通过标准对X E T F E 的全 部试验项目。 三、X - E T F E 制造工艺介绍 X - E T F E 绝缘电线基本生产工艺如下： 导体- X - E T F E 电缆料薄壁挤包导体 - 电子束辐照交联- 后处理 对这一生产工艺作以下分析： 1 X - E T F E 电缆料 在X - E T F E 绝缘制造中，X - E T F E 电缆料 是关键，在E T F E 分子链中存在乙烯结构， 因此在电子束的辐照下，具有交联倾向，而 其交联度远远不够，达不到交联改性目的， 2 8 因
9、此必须在E T F E 树脂通过一定的方法加入 促使交联的敏化剂，这样才可以保证在一定 的辐照剂量下取得满意的交联效果，但这是 一项有相当技术含量的工作。 一般来说加入敏化剂的方法是先使 E T F E 在高温下熔融，然后再熔融态下和敏化 剂等添加剂共混，这个温度在3 0 0 左右， 而目前市场可售的敏化剂在这个高的温度 下均会发生自聚，如果一旦发生自聚，则混 好的电缆料根本无法连续挤出，挤包在导体 上不成形。针对这种情况采取两种方法，一 是开发新的高性能的高温敏化剂，这种方法 有些专利，但要合成成功是非常困难的，另 一种是改变共混方法，如采用浸渍法，但是 效果不能保证，实例也很少，当然最好的
10、办 法是采用市场可售的，已被证明是高效的敏 化剂，适当地改造熔融共混设备，达到无自 聚熔融共混的目的。 在国内，目前有少数电线厂生产 X - E T F E 绝缘电线，他们均采用购进国外现成 的X - E T F E 电缆料，但仍尚无开发X - E T F E 绝 缘料的能力。 2 电子束辐照交联 X - E T F E 绝缘电线辐照剂量在1 5 M r a d 左 右，但并非经过1 5 M r a d 辐照后，X - E T F E 绝 缘都可能通过交联度验证试验，这表明交联 度不够，国外现成的X - E T F E 绝缘料也存在 这个问题，所以对交联度验证试验有时通 过，有时不能通过，不稳
11、定。另一个问题是 2 0 0 5 年第6 期 辐照后，绝缘的颜色有时会发黄。 为解决上述问题，采取了一些措施，包 括采用一定温度下和在惰性气体保护下辐 照，采用一定温度下辐照，即辐照设备的束 下装置在电线通过部分的温度较环境温度 高，这样非常有利于交联过程的完成，甚至 在较低的辐照剂量下也能达到要求。无论是 一定温度下或惰性气体保护下辐照，这都需 要研制专门的装置，而且该装置因不同辐照 设备而不同。 3 后处理 经辐照交联后的X E T F E 绝缘电线中存 在氟化氢( 盱) ，且绝缘内有累积电荷，会 影响电线寿命，因此要除去氟化氢和累积电 荷，这就需后处理。有人对X - E T F E 绝缘
12、电 线的后处理作了非常细致的研究，主要结论 是在真空或氮气保护下，在一定温度条件 下，对消除X - E T F E 中氟化氢和累积电荷非 常有利。氟化氢的产生与辐照剂量有关，在 自然状况下，氟化氢等可长时间存在，而加 热状态下，绝缘中的氟化氢浓度仅在几十秒 到几分钟可下降一半，这主要原因是随着温 度升高，自由基能量增加，超过活化能的自 由基数目增加，因而衰减速率加快。 2 9 此外，国外有报道，经后处理X - E T F E 的强度和断裂伸长率都得到提高，在1 5 M r a d 辐照后，经后处理，在2 0 0 时，可以提高 2 0 4 5 ，笔者也做过这方面的试验，但是相 比较之下，效果不是
13、很明显。 X E T F E 绝缘电线是高技术产品，除了 本文提及到的一些问题之外，还有其他技术 问题，如，如何印字等问题，但其与辐照交 联关系不大。 四、结语 X - E T F E 具有相当用量的高性能导线， 目前主要生产厂商是美国T y c o R a y c h e m 公 司，我国每年从该公司进口量以亿元计算， 在国内虽有极少数企业开发生产这种导线， 但限于用进口X - E T F E 电缆料，且性能不稳 定，因此在国内从X - E T F E 电缆料开发到生 产高质量X - E T F E 绝缘电线的研究开发意义 深远。 致谢：在本文撰写中得到了上海电 缆研究所高级顾问张兆焕教授的指导， 在此表示感谢
