1 序 言

科學技術的發展，促進（jìn）了電（diàn）線電纜的發展；電線電纜的發展，推動並保證了科學技術的發展，周而複始，永無止境。以含氟塑料為代表的新絕緣材料的出現和發展，讓電線電纜的發展譜寫了新的一頁，尤（yóu）其是它們的耐高溫（wēn）、耐環（huán）境特性促進了（le）軍品線纜的高速發展。可以毫（háo）不誇張地說，含氟塑料促成了電線電纜從民用到軍用，從地麵到空中（zhōng）的飛躍。隨著空間技術的發展，隨著對宇宙（zhòu）環境研（yán）究的深入，發現原有絕緣材料、絕緣結構（gòu）的（de）不（bú）足（zú）也是順理成章的事情。作（zuò）為（wéi）電線電纜的研究者（zhě）、生產者，就是要提出新的設想，設法克服這些不足，滿足新的要求。為空間技術的（de）發展，提供更完善、更可（kě）靠的電線（xiàn）電纜新（xīn）品種，把電線（xiàn）電纜從滿足一般軍用標準，發展到滿足宇航標準。

2 對航空航天線纜的新要求

眾所周知，所（suǒ）謂電氣（qì）絕緣，就必須滿足各種結構和各種性（xìng）能（néng）的要求。作為電氣絕緣的主要形式之一的電線電纜，實際上是追求電氣性能、熱性能和機械性能的綜合平（píng）衡。具體（tǐ）來說，包括諸如耐磨（mó）性能、耐切割性能、耐化學介質、阻（zǔ）燃性、發煙量、工作溫度等級、介（jiè）電性能等等性能的綜合平衡。航空（kōng）航天線纜比一般（bān）地麵用（yòng）線，無（wú）疑有（yǒu）更多的、實際的（de）、特殊的要（yào）求，例如必須考慮絕緣材料的重量、真空逸氣性（xìng），對原子氧、紫外線、高能輻照（zhào）的抵（dǐ）禦能力，以及它（tā）的阻燃（rán）性、機械性能，甚至線纜生產時絕（jué）緣材料的工藝性能。在航空航天史上，由於電氣絕緣（yuán）和線纜絕緣材料引起的失（shī）效（xiào）、事故不在少數。航天器耐用性（壽命）的不足，以及隨著對宇宙環境的嚴酷性認（rèn）識的（de）不斷深化，都對航天布線及布線係統提出了更高的可靠性要求。對於（yú）像（xiàng）衛星這（zhè）樣的航天器（qì）的設（shè）計者而言，所麵臨的首要問題莫過於航天器自身重量的降低。對於（yú）衛星星體中數百公斤重的電子線路係統以及構成有（yǒu）效（xiào）載荷的電子元件，包括電線電纜，都必須設法減輕（qīng）它們的重量。重量的減輕固然為了減少每（měi）公斤（jīn）數百美（měi）元的發射費用，更（gèng）主要的是因為能騰出更多的重量和空（kōng）間位置，使（shǐ）衛星能攜帶更多的（de）燃（rán）料，從而可（kě）以大大提高衛星的有效運行（háng）壽命。空間技術的發展，對宇宙環境認識的深（shēn）入，總會對（duì）航空航天（tiān）線纜不斷地提出新的要求（qiú）。例如被稱（chēng）為絕緣材料的“耐串弧性”（Arc tracking 現在已成為航空航天線纜驗收的必要準則之一，也已作為宇航材料選用的原（yuán）則之一。隨著美國航天局（NASA）、歐洲航天局（ESA）等製訂了宇航級電（diàn）子元件的規範，中國航天（tiān）科學技術研究院也（yě）製訂了宇航級電（diàn）子（zǐ）元器件的采購規範（CAST B 、CAST C）確保宇航的（de）有效、安全（quán）和可靠。

那麽，近年來提出（chū）了甚麽樣的新要求呢？下麵將涉及幾個主要新要求（qiú），並作些簡單的解釋。

2.1 串弧性（Arc tracking ，Arc propagation）

所謂“串弧性”，是指存在於兩根或多（duō）根導（dǎo）線間的一種電擊穿擴展現象，表現為一旦一個線路（lù）產生一個電氣失（shī）效，這個失效會向另（lìng）外的線路擴展，導致線路嚴重失效，甚至快速燃燒。研究表明，由（yóu）“串弧”引起的失效與（yǔ）線路的連接、環境及電纜設計有關，而“串弧”發生的靈敏度則取決於絕緣材料自身的分子結構和化學（xué）特性。現（xiàn）已查明，由純粹的聚酰亞胺薄膜（mó）繞包（bāo）的絕緣電線組成的線路係統比（bǐ）較容易發（fā）生，並（bìng）導致令（lìng）人吃驚的失效。據此，NASA 已迅速做出（chū）反應，宇航電氣絕緣禁止使用單純的聚（jù）酰亞（yà）胺或單純由其它芳香族聚合物構成的絕緣材料。波音公司在 1998 年 12 月頒發的“電線電纜試驗過程” BSS7324）中規定了幹法和濕法 Arc propagation 的具體試驗方法，更早有 McDonnel Douglas 公司研究過 270V，DC 時的 Arc tracking試驗。

2.2 真空逸氣性（out gassing）

真空逸氣性是在高真空下物質的揮發（fā）（氣化），是宇航用線（xiàn）的一個要求，隨著航天技術的發展，現今已明確量化了。

地球（qiú）表麵的大氣壓為 760mmHg，這也就是地麵的真空度。而在高度為 250Km 的高空，其真（zhēn）空度會達到 10 mmHg，高度在650km 的高（gāo）空，真空度達到 10  mmHg，最現代的定位衛星，飛行軌道（dào）高度達到（dào） 8000km 左右，真空度還要高（gāo），在這樣的高真空下很多物質很容易直接從（cóng）固態揮發。一方麵物質的揮發是一種損害，另一方麵（miàn）更令人不能接受的是揮發物質會沉（chén）降，遇冷會凝集，這樣會汙染電氣（qì）設（shè）備，減損光學棱鏡的（de）光學表麵及鏡麵的光學靈敏度，使衛星不能正常（cháng）工作，嚴（yán）重的甚（shèn）至會發（fā）生腐蝕。據此，NASA 及（jí） CAST 都對高真空（kōng）下（xià）的總逸（yì）氣量（liàng）（總失重，TML）規定了≦1﹪的要求，而對總凝集量（CVCM）規定了≦0.1﹪的要求。TML、CVCM 可用 ASTM E595 描述的方法測定，而更完整的可用 NASA SP-R-0022 規定（dìng）方法測定。

2.3 原子氧（atom oxygen）

由返回的飛行器帶回的數（shù）據表明（míng），除（chú）了宇宙線、紫外線輻照外，在高（gāo）空（kōng）還存在（zài）著高流量的原子氧群體，原子氧對飛行器表麵（miàn）材料產生侵蝕，使其嚴重降解和破（pò）壞。研（yán）究表明，氧原子（zǐ）濃度與高度有關，在低軌道衛星（LED）飛行高度，原子氧群體產（chǎn）生的衝（chōng）擊能量（liàng）達到 5eV。曾經進行過試驗，外塗 0.0508mm 的 PI，在低軌道上飛行，隻需 5-7 天（tiān）使（shǐ）它全散發至（zhì）低軌道所處環境中。

關於原子氧，目（mù）前尚未規定統一的測定方法，都隻能（néng）參照實際數據作為材料選用的依據。

3 氟塑料絕緣電線電纜新品種

眾所周知，含氟塑料（liào）和聚酰亞胺是非常優良的電線電纜絕緣材料，到目前為止（zhǐ），在航空航天線纜中占有十分重要的地（dì）位，然而隨著航空（kōng）航天技術的發展，它們的不足之處也越發明顯。最有代表性的（de）典型的氟塑料，包括 PTFE、PFA、FEP，除機械強度不足、比重大之（zhī）外，最薄弱一點是耐輻照（zhào）性能差，所有塑料在高能輻照下都會產生斷鏈。至（zhì）於（yú）在何種劑量下斷鏈、斷鏈程度怎樣等等，各種塑料的表現各不相同，PTFE 在輻照條件下，劑量在達幾個 Mrad 便迅 速分解了。氟塑料（liào）品種中（zhōng），ETFE、PVDF機械強度大、比重小、耐輻照（zhào），但使用溫度低。曾經在航空導線中廣泛應（yīng）用（yòng）的 PI，由於不耐 Arc tracking、不耐（nài）原子氧（yǎng）、不耐潮、不耐水解、低溫彎曲性能差而不能用於航天。在（zài）研究開發氟塑料新（xīn）品種的同時，對各種已有氟塑料進行（háng）物性、化性的改性，或改進線纜絕（jué）緣結構，例（lì）如采用（yòng） PTFE 與 PI 薄膜的複合絕緣結（jié）構，讓它們性能互補（bǔ）是近年來航空航天線（xiàn）纜發展的總趨勢。在航（háng）空航天線纜中，以 Raychem spec55 為代表的輻照（zhào）交聯 ETFE 絕緣線及帶有交聯（lián） ETFE 外層絕緣的氟塑（sù）料（liào）聚酰亞胺複合安裝線是兩（liǎng）個典型的例子。

3.1 新型輻照交聯 ETFE 絕緣安裝線（xiàn）

ETFE 是乙烯、四氟乙烯的共聚（jù）物，真正獲得廣泛應用的是含少量第三（sān）單體的乙烯—四氟乙烯共聚物。ETFE 具有比（bǐ）重小、強（qiáng）度大、耐輻照的特點（diǎn），但使用溫度（dù）為 150℃，早期（qī）改性後可達（dá） 180℃，而 Raychem 公司開發的交聯（lián） ETFE 使用溫度可達 200℃，滿足了（le）宇航衛星用線的要求。Spec55 線通過 MIL-W-22759 規定的各項性能指標要求及 Raychem 公司規定的（de）其它要求，已被 NASA 用在很多衛星上（shàng），將由 66 顆低軌道衛星組成的能直接（jiē）提（tí）供到個人的全球通訊  係統（銥星計劃）也采用（yòng）這類線。Spec55線比原來輻（fú）照交聯 ETFE 絕緣線有明顯降低。

3.1.1 絕緣材（cái）料

可交聯 ETFE 是用乙烯—四氟乙烯含第三單體（tǐ）一起的共聚物，加入適量的（de）合適的交聯劑以及適量的顏料、潤滑（huá）劑、抗（kàng）氧劑、阻燃劑、纖維或礦物纖維、染料、增塑劑等混成（chéng）一體，為了方便電線（xiàn）表麵做標識，可加入少量的光敏化劑。Tefzel HT200，Tefzel HT2171，Neoflon EP541 是典型的牌號（hào）。

3.1.2 擠出

交聯 ETFE 絕緣電線可以是單層（céng）絕緣的，但更多的是雙層絕緣的。雙層絕緣可以用雙層擠出機一次擠成，也可（kě）分兩層擠得。也有內層用 PVDF 的雙層絕緣。擠出溫度分布大體為 200℃、240℃、275℃、290℃，在合理配模（mó）下，可擠得絕緣厚度（dù）為0.13mm 的絕緣層。

3.1.3 交聯

可采用＃≈  射線在適當劑量率下進行輻照交聯，或可以采（cǎi）用（yòng）所謂“表皮（pí）輻照”技術（skin irradiation），控製加速粒子的電壓及劑量，以獲得滿意的結（jié）果。

3.2 新型複合安裝線（xiàn）

為了讓電線有更高的可靠性，為了合（hé）理發揮不同絕緣材料的優點（diǎn），實（shí）現（xiàn）絕緣材料性能（néng）上互補，采用了雙層或多層絕緣的所謂“複合安裝線”。“複合安裝（zhuāng）線”本身已不是一個新命題，例如早就出現的（de）聚氯乙烯`~尼龍絕緣線，聚氯乙烯~聚偏氟乙烯絕緣線，PTFE 和 PI 的複（fù）合（hé）安裝線等等，這類安裝線，尤其像複合安裝線（xiàn）在航空（kōng）航天安裝線也曾有過廣泛的應用。但絕（jué）緣層與層之間是可以分開的（可剝離的）。所謂新（xīn）型複合安裝線是電線電纜中不同絕緣層是不（bú）可分的（不可剝離的，或剝離力特別大的）。

在 PI 絕緣外繞包（bāo）有 PTFE 絕緣的安裝（zhuāng）線結構廣泛使用過（guò），但它的缺點也是很明顯的。首（shǒu）先，隻具（jù）有低的，最（zuì）多算是中等的防潮性不能用激光標設，更嚴重的還在於不耐磨，一旦受到刮（guā）擦，PTFE 很容易被刮掉，也暴露出 PI，其耐潮性（xìng）能差，易水解，降低了其絕緣性。此外，PTFE 不耐氟照，用於航天顯然不適合（hé）。新的安裝線采用塗複熱熔（róng）封物質，外層采用交聯（lián） ETFE，這樣就克服了以上缺點。

新型複合安裝線主要有兩種結構形式：第一種，內（nèi）層為塗有熱熔封物質的 PI，外層是交聯 ETFE；第二種（zhǒng） 內層是含氟塑料，中間層是（shì）塗有熱熔封物質的 PI，外層是交聯 ETFE。

單麵或雙麵塗了熱熔封物質（zhì）（PTFE，PFA，FEP 或 PI 粘結劑）的 PI 薄膜搭蓋繞包（bāo）以後在 240℃～350℃進行熱熔封，再擠上（shàng） ETFE 並使它交聯，便完成（chéng）了新型安裝線。

這種安裝線能在 230℃下使（shǐ）用，比 Spec55 提高了 30℃，且耐潮、耐水解、耐磨、耐輻照（zhào），也具有阻燃性，且克服了單純 PI 絕（jué）緣（yuán）不耐串弧、不耐氧原子的性能，絕緣層之間粘結力強、不能剝離（lí）。內層（céng）絕緣材料為 Kapton XP 或 OAsis TWT561，外層用 Tefzel 2171 生產的電線，按 ASTM 進（jìn）行剝離試驗（T-Peel test）測（cè）得（dé）的粘結力（剝離力）達到了 100～250g/in-width，高的可（kě）達 1000 g/in-width，甚至 1500 g/in-width。正因為這一切性能使該產品適用於航空航天。

所采用的主（zhǔ）要試驗方法

4 結束語

采用了交聯（lián） ETFE 及其複合絕緣，生產了滿足當代航空航天技（jì）術（shù）需要的新型安裝線，其重量進（jìn）一步降低，如果采用高強度導體，絕緣（yuán）及電線重量還（hái）有可能（néng）進一步降低。因此國內科（kē）研、生（shēng）產廠家從原材（cái）料到（dào）產品都是迎頭（tóu）趕上，爭取早日用國產線（xiàn）纜代（dài）替進（jìn）口線。

氟塑料發泡或微孔技（jì）術以及以上新型安裝線是現階段塑料絕緣（yuán）技術（shù）發展的主要表現形式，對氟塑料在線纜中的應用起到了積極推動作用，也（yě）一（yī）定會推動氟塑料生產技術規模的新發展。