CN113345632A - 航天航空用镀锡铜芯聚全氟乙丙烯绝缘电线及制造装置 - Google Patents
航天航空用镀锡铜芯聚全氟乙丙烯绝缘电线及制造装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种航天航空用镀锡铜芯聚全氟乙丙烯绝缘电线和制造装置，电线包括铜芯、第一绝缘层、屏蔽层、第二绝缘层、保护层和平衡层；所述铜芯外表面镀锡；所述第一绝缘层在铜芯上挤包成型；所述屏蔽层覆盖于第一绝缘层外侧面；所述第二绝缘层在屏蔽层外挤包成型，所述第一绝缘层和第二绝缘层为聚全氟乙丙烯；所述保护层设置于第二绝缘层外侧面。制造装置包括分段定位模块、电子测重模块、运算模块、执行模块和3D打印模块；用于对设置保护层后电线进行分段、定位和分段质量测量；根据各分段质量和设定的分段标准质量进行运算，得到定位分段平衡层的材料用量；形成控制指令；以3D打印模块控制打印定位分段平衡层的材料用量。
Description
技术领域
本发明涉及航天航空电线及制造设备技术领域，特别涉及一种航天航空用镀锡铜芯聚全氟乙丙烯绝缘电线及制造装置。
背景技术
航空航天技术水平是国家综合实力体现，随着科学技术的迅猛发展，与航空航天配套的产品在不断的更新换代。随着航空航天装备的电气化、自动化和***化程度不断提高，电线作为航空器和航天器的“血管和神经”，一方面电线使用量越来越大，另一方面，对电线的质量、安全和可靠性提出了更高的要求。
航空航天用电线需要有较宽范围的温度适应性，较高的强度及伸缩性能，优异的耐磨性等。申请号为201910686436.3的专利，一种伸缩传控航空电缆及其加工方法，其中航空电缆包括电缆芯、缠绕在所述电缆芯表面的屏蔽层以及包覆在所述屏蔽层上的隔离层，所述电缆芯包括导体和设置在导体外部的绝缘层，所述导体之间填充有抗拉件，所述屏蔽层包括铝面朝向隔离层的铝塑复合带以及缠绕在所述铝塑复合带的斜包镀锌铜丝层，所述隔离层的外部设置有电缆护层，所述电缆护层包括内护层和外护层。
航空航天设备对于平衡性要求较高，因此在设计中需要在考虑各部件质量来对平衡性进行评估或补偿；电线在航空航天设备多部位存在，因此电线质量评估对航空航天设备平衡性会产生影响，因此，若采用的电线本身重量的线性分布不均匀，将会影响航空航天设备平衡性，而现有技术中对电线的生产对于电线重量的线性分布均匀没有特别关注。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种航天航空用镀锡铜芯聚全氟乙丙烯绝缘电线，包括铜芯、第一绝缘层、屏蔽层、第二绝缘层、保护层和平衡层；
所述铜芯外表面镀锡；所述第一绝缘层在铜芯上挤包成型；所述屏蔽层覆盖于第一绝缘层外侧面；所述第二绝缘层在屏蔽层外挤包成型，所述第一绝缘层和第二绝缘层为聚全氟乙丙烯；所述保护层设置于第二绝缘层外侧面；所述平衡层设置在保护层外侧面且通过以下方式成型：
先分段定位并测量设置保护层后电线的分段质量；根据设定的分段标准质量，控制采用3D打印方式在定位分段打印平衡层的材料用量，使得电线的各分段质量等于分段标准质量。
可选的，所述平衡层采用钛合金纳米复合材料，所述钛合金纳米复合材料包括钛合金纳米粉、环氧树脂、溶剂、助剂和凝结剂且质量比为4：12：4：1：4；
所述钛合金纳米粉为钛、钼和镍质量比为10：3：8的合金纳米粉；所述环氧树脂采用E44或者E20或者E12，所述溶剂为环己酮或者丁酮或者正丁酮；所述助剂包括质量比为2：1：1的流平剂、消泡剂和防沉剂；所述凝结剂为腰果酚一胺缩全物。
可选的，所述铜芯为多股镀锡铜丝，且多股镀锡铜丝相互以螺旋形式缠绕形成绞线导体；所述镀锡铜丝的单股直径为0.04～0.06mm，镀层厚度为1～2um。
可选的，所述第一绝缘层厚度为1～2mm，且同心度不小于85％；所述第二绝缘层厚度不小于1mm。
可选的，所述铜芯设有抗拉件，所述抗拉件为多股芳纶丝，所述芳纶丝为1000～1200丹尼数。
可选的，所述分段质量采用以下计算公式进行运动补偿：
上式中，Mi‘表示第i分段进行运动补偿后的分段质量；e表示自然常数；μ表示移动摩擦系数；ΔV表示电线的移动速度变化值；Mi表示测量获取的设置保护层后电线的第i分段的分段质量。
可选的，所述平衡层打印时，采用双层圆环形转盘架，所述转盘架内层与外层相对做旋转运动，转盘架的内层中心圆环孔用于穿送电线，转盘架的外层固定3D打印的喷嘴，所述喷嘴的材料喷速采用以下公式计算：
上式中，Vi表示第i分段喷嘴的材料喷速；d表示喷嘴的尺寸；w表示内层与外层旋转运动的相对角速度；M0表示电线设定的分段标准质量；Mi表示测量获取的设置保护层后电线的第i分段的分段质量；ρ表示打印用材料的密度；Li表示第i分段的长度。
本发明还提供了一种航天航空用镀锡铜芯聚全氟乙丙烯绝缘电线制造装置，包括分段定位模块、电子测重模块、运算模块、执行模块和3D打印模块；
所述分段定位模块用于对设置保护层后电线进行分段，以及分段后的定位跟踪；
所述电子测重模块用于测量设置保护层后电线的各分段质量；
所述运算模块分别与分段定位模块、电子测重模块和执行模块连接，所述运算模块用于根据各分段质量和设定的分段标准质量进行运算，得到定位分段平衡层的材料用量；
所述执行模块根据定位分段平衡层的材料用量形成控制指令；
所述3D打印模块与执行模块连接，所述3D打印模块由控制指令控制打印定位分段平衡层的材料用量。
可选的，所述运算模块采用以下计算公式对分段质量进行运动补偿：
上式中，Mi‘表示第i分段进行运动补偿后的分段质量；e表示自然常数；μ表示移动摩擦系数；ΔV表示电线的移动速度变化值；Mi表示测量获取的设置保护层后电线的第i分段的分段质量。
可选的，所述制造装置设有双层圆环形转盘架，所述转盘架内层与外层相对做旋转运动，转盘架的内层中心圆环孔用于穿送电线，转盘架的外层固定3D打印的喷嘴，所述运算模块连接有角速度传感器，所述角速度传感器用于测量内层与外层旋转运动的相对角速度，所述运算模块采用以下公式计算喷嘴的材料喷速：
上式中，Vi表示第i分段喷嘴的材料喷速；d表示喷嘴的尺寸；w表示内层与外层旋转运动的相对角速度；M0表示电线设定的分段标准质量；Mi表示测量获取的设置保护层后电线的第i分段的分段质量；ρ表示打印用材料的密度；Li表示第i分段的长度。
本发明的航天航空用镀锡铜芯聚全氟乙丙烯绝缘电线，采用镀锡铜芯作为导体，设置两层绝缘层，在两层绝缘层中间设置屏蔽层，一方便使得各层结合程度更好，绝缘效果好，另一方面屏蔽层可以得到有效保护，增强屏蔽层寿命，在作为外绝缘层的第二绝缘层的外侧面还设置保护层，可以防止绝缘层被损伤；另外，在保护层的外侧面采用3D打印方式形成平衡层，通过对设置保护层后电线的测量以及3D用料控制，达到让电线本身的重量线性分布均匀，避免电线的线性重量存在较大误差而影响航空航天设备平衡性。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种航天航空用镀锡铜芯聚全氟乙丙烯绝缘电线截面结构示意图；
图2为本发明的航天航空用镀锡铜芯聚全氟乙丙烯绝缘电线制造设备实施例示意图。
图中：1-铜芯，2-第一绝缘层，3-屏蔽层，4-第二绝缘层，5-保护层，6-平衡层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种航天航空用镀锡铜芯聚全氟乙丙烯绝缘电线，包括铜芯1、第一绝缘层2、屏蔽层3、第二绝缘层4、保护层5和平衡层6；
所述铜芯1外表面镀锡；所述第一绝缘层2在铜芯1上挤包成型；所述屏蔽层3覆盖于第一绝缘层2外侧面；所述第二绝缘层4在屏蔽层3外挤包成型，所述第一绝缘层2和第二绝缘层4为聚全氟乙丙烯；所述保护层5设置于第二绝缘层4外侧面；所述平衡层6设置在保护层5外侧面且通过以下方式成型：
先分段定位并测量设置保护层后电线的分段质量；根据设定的分段标准质量，控制采用3D打印方式在定位分段打印平衡层的材料用量，使得电线的各分段质量等于分段标准质量。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案的航天航空用镀锡铜芯聚全氟乙丙烯绝缘电线，采用镀锡铜芯作为导体，设置两层绝缘层，在两层绝缘层中间设置屏蔽层，一方便使得各层结合程度更好，绝缘效果好，另一方面屏蔽层可以得到有效保护，增强屏蔽层寿命，在作为外绝缘层的第二绝缘层的外侧面还设置保护层，可以防止绝缘层被损伤；另外，在保护层的外侧面采用3D打印方式形成平衡层，通过对设置保护层后电线的测量以及3D用料控制，达到让电线本身的重量线性分布均匀，避免电线的线性重量存在较大误差而影响航空航天设备平衡性。
在一个实施例中，所述平衡层采用钛合金纳米复合材料，所述钛合金纳米复合材料包括钛合金纳米粉、环氧树脂、溶剂、助剂和凝结剂且质量比为4：12：4：1：4；
所述钛合金纳米粉为钛、钼和镍质量比为10：3：8的合金纳米粉；所述环氧树脂采用E44或者E20或者E12，所述溶剂为环己酮或者丁酮或者正丁酮；所述助剂包括质量比为2：1：1的流平剂、消泡剂和防沉剂；所述凝结剂为腰果酚一胺缩全物。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案的平衡层采用钛合金纳米复合材料，在实现电线本身的重量线性分布均匀基础上，以该材料通过打印形成的平衡层还具备较强的耐磨性和防腐性，可以进一步提高电线对外部工作环境的适应性，保护电线正常工作，提高使用寿命。
在一个实施例中，所述铜芯为多股镀锡铜丝，且多股镀锡铜丝相互以螺旋形式缠绕形成绞线导体；所述镀锡铜丝的单股直径为0.04～0.06mm，镀层厚度为1～2um。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案的铜芯采用多股镀锡铜丝相互以螺旋形式缠绕形成绞线导体，增强了电线的伸缩性能；采用较细的铜丝作为导体，还可以增强电线的柔韧性，提高电线的弯曲性能，从而使用时可存在弯曲半径较小的转弯角度，方便电线的铺设。
在一个实施例中，所述第一绝缘层厚度为1～2mm，且同心度不小于85％；所述第二绝缘层厚度不小于1mm；所述铜芯设有抗拉件，所述抗拉件为多股芳纶丝，所述芳纶丝为1000～1200丹尼数。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案对第一绝缘层和第二绝缘层的厚度进行了选择设定，保障电线的绝缘性能，对于第一绝缘层规定同心度要求，防止电线周向绝缘层厚度不均，避免存在容易破损的较薄弱位置点，防止增加漏电风险。
在一个实施例中，所述分段质量采用以下计算公式进行运动补偿：
上式中，Mi‘表示第i分段进行运动补偿后的分段质量；e表示自然常数；μ表示移动摩擦系数；ΔV表示电线的移动速度变化值；Mi表示测量获取的设置保护层后电线的第i分段的分段质量。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过以上公式计算电线各分段进行运动补偿后的分段质量，该算法考虑了电线在生产过程中的动态特征对电线的分段质量测量产生的影响，电线移动速度变化易引起摩擦力和振动，通过检测移动速度变化值，以移动速度变化值这一动态特征，来对分段质量的测量值进行补偿，将补偿后的分段质量用于数据分析，从而使得数据分析的结果更精确可靠，提高的控制的精度。
在一个实施例中，所述平衡层打印时，采用双层圆环形转盘架，所述转盘架内层与外层相对做旋转运动，转盘架的内层中心圆环孔用于穿送电线，转盘架的外层固定3D打印的喷嘴，所述喷嘴的材料喷速采用以下公式计算：
上式中，Vi表示第i分段喷嘴的材料喷速；d表示喷嘴的尺寸；w表示内层与外层旋转运动的相对角速度；M0表示电线设定的分段标准质量；Mi表示测量获取的设置保护层后电线的第i分段的分段质量；ρ表示打印用材料的密度；Li表示第i分段的长度。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设置双层同心圆环形转盘架，即转盘架内层与外层为同心圆环且可以相对做旋转运动，其中转盘架内层与外层相对做旋转运动，可以是内层不旋转而外层绕内层做旋转运动，或者是外层不旋转而内层做旋转运动，也可以是内层与外层同时做反方向的旋转运动，内层、外层的旋转运动可以是每旋转一周(即360度)后即进行一次换向；转盘架的内层中心圆环孔用于穿送电线，转盘架的外层固定3D打印的喷嘴，采用上述公式计算平衡层打印时喷嘴的材料喷速，即喷嘴在单位时间内喷出的材料体积；根据分段计算结果用于对应分段定位的电线平衡层打印控制，使得平衡层打印的周向与线性均匀度更高。
如图2所示，本发明实施例还提供了一种航天航空用镀锡铜芯聚全氟乙丙烯绝缘电线制造装置，包括分段定位模块10、电子测重模块20、运算模块30、执行模块40和3D打印模块50；
所述分段定位模块10用于对设置保护层后电线进行分段，以及分段后的定位跟踪；
所述电子测重模块20用于测量设置保护层后电线的各分段质量；
所述运算模块30分别与分段定位模块10、电子测重模块20和执行模块40连接，所述运算模块30用于根据各分段质量和设定的分段标准质量进行运算，得到定位分段平衡层的材料用量；
所述执行模块40根据定位分段平衡层的材料用量形成控制指令；
所述3D打印模块50与执行模块40连接，所述3D打印模块50由控制指令控制打印定位分段平衡层的材料用量。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案的航天航空用镀锡铜芯聚全氟乙丙烯绝缘电线制造装置，通过设置分段定位模块和电子测重模块对设置保护层后电线的各分段进行定位和质量测量，以测量数据提供给运算模块进行运算，得到定位分段平衡层的材料用量，用以让执行模块控制3D打印模块在保护层的外侧面采用3D打印方式形成平衡层，通过对设置保护层后电线的测量以及3D用料控制，达到让电线本身的重量线性分布均匀，避免电线的线性重量存在较大误差而影响航空航天设备平衡性。
在一个实施例中，所述运算模块采用以下计算公式对分段质量进行运动补偿：
上式中，Mi‘表示第i分段进行运动补偿后的分段质量；e表示自然常数；μ表示移动摩擦系数；ΔV表示电线的移动速度变化值；Mi表示测量获取的设置保护层后电线的第i分段的分段质量。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案中运算模块通过以上公式计算电线各分段进行运动补偿后的分段质量，该算法考虑了电线在生产过程中的动态特征对电线的分段质量测量产生的影响，电线移动速度变化易引起摩擦力和振动，通过检测移动速度变化值，以移动速度变化值这一动态特征，来对分段质量的测量值进行补偿，将补偿后的分段质量用于数据分析，从而使得数据分析的结果更精确可靠，提高的控制的精度。
在一个实施例中，所述制造装置设有双层圆环形转盘架，所述转盘架内层与外层相对做旋转运动，转盘架的内层中心圆环孔用于穿送电线，转盘架的外层固定3D打印的喷嘴，所述运算模块连接有角速度传感器，所述角速度传感器用于测量内层与外层旋转运动的相对角速度，所述运算模块采用以下公式计算喷嘴的材料喷速：
上式中，Vi表示第i分段喷嘴的材料喷速；d表示喷嘴的尺寸；w表示内层与外层旋转运动的相对角速度；M0表示电线设定的分段标准质量；Mi表示测量获取的设置保护层后电线的第i分段的分段质量；ρ表示打印用材料的密度；Li表示第i分段的长度。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案的制造装置设置双层同心圆环形转盘架，即转盘架内层与外层为同心圆环且可以相对做旋转运动，其中转盘架内层与外层相对做旋转运动，可以是内层不旋转而外层绕内层做旋转运动，或者是外层不旋转而内层做旋转运动，也可以是内层与外层同时做反方向的旋转运动，内层、外层的旋转运动可以是每旋转一周(即360度)后即进行一次换向；转盘架的内层中心圆环孔用于穿送电线，转盘架的外层固定3D打印的喷嘴，角速度传感器用于测量内层与外层旋转运动的相对角速度，运算模块采用上述公式计算平衡层打印时喷嘴的材料喷速，即喷嘴在单位时间内喷出的材料体积；根据分段计算结果用于对应分段定位的电线平衡层打印控制，使得平衡层打印的周向与线性均匀度更高。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种航天航空用镀锡铜芯聚全氟乙丙烯绝缘电线，其特征在于，包括铜芯、第一绝缘层、屏蔽层、第二绝缘层、保护层和平衡层；
所述铜芯外表面镀锡；所述第一绝缘层在铜芯上挤包成型；所述屏蔽层覆盖于第一绝缘层外侧面；所述第二绝缘层在屏蔽层外挤包成型，所述第一绝缘层和第二绝缘层为聚全氟乙丙烯；所述保护层设置于第二绝缘层外侧面；所述平衡层设置在保护层外侧面且通过以下方式成型：
先分段定位并测量设置保护层后电线的分段质量；根据设定的分段标准质量，控制采用3D打印方式在定位分段打印平衡层的材料用量，使得电线的各分段质量等于分段标准质量。
2.根据权利要求1所述的航天航空用镀锡铜芯聚全氟乙丙烯绝缘电线，其特征在于，所述平衡层采用钛合金纳米复合材料，所述钛合金纳米复合材料包括钛合金纳米粉、环氧树脂、溶剂、助剂和凝结剂且质量比为4：12：4：1：4；
所述钛合金纳米粉为钛、钼和镍质量比为10：3：8的合金纳米粉；所述环氧树脂采用E44或者E20或者E12，所述溶剂为环己酮或者丁酮或者正丁酮；所述助剂包括质量比为2：1：1的流平剂、消泡剂和防沉剂；所述凝结剂为腰果酚一胺缩全物。
3.根据权利要求1所述的航天航空用镀锡铜芯聚全氟乙丙烯绝缘电线，其特征在于，所述铜芯为多股镀锡铜丝，且多股镀锡铜丝相互以螺旋形式缠绕形成绞线导体；所述镀锡铜丝的单股直径为0.04～0.06mm，镀层厚度为1～2um。
4.根据权利要求1所述的航天航空用镀锡铜芯聚全氟乙丙烯绝缘电线，其特征在于，所述第一绝缘层厚度为1～2mm，且同心度不小于85％；所述第二绝缘层厚度不小于1mm。
5.根据权利要求1所述的航天航空用镀锡铜芯聚全氟乙丙烯绝缘电线，其特征在于，所述铜芯设有抗拉件，所述抗拉件为多股芳纶丝，所述芳纶丝为1000～1200丹尼数。
6.根据权利要求1所述的航天航空用镀锡铜芯聚全氟乙丙烯绝缘电线，其特征在于，所述分段质量采用以下计算公式进行运动补偿：
上式中，Mi‘表示第i分段进行运动补偿后的分段质量；e表示自然常数；μ表示移动摩擦系数；ΔV表示电线的移动速度变化值；Mi表示测量获取的设置保护层后电线的第i分段的分段质量。
7.根据权利要求1所述的航天航空用镀锡铜芯聚全氟乙丙烯绝缘电线，其特征在于，所述平衡层打印时，采用双层圆环形转盘架，所述转盘架内层与外层相对做旋转运动，转盘架的内层中心圆环孔用于穿送电线，转盘架的外层固定3D打印的喷嘴，所述喷嘴的材料喷速采用以下公式计算：
上式中，Vi表示第i分段喷嘴的材料喷速；d表示喷嘴的尺寸；w表示内层与外层旋转运动的相对角速度；M0表示电线设定的分段标准质量；Mi表示测量获取的设置保护层后电线的第i分段的分段质量；ρ表示打印用材料的密度；Li表示第i分段的长度。
8.一种航天航空用镀锡铜芯聚全氟乙丙烯绝缘电线制造装置，其特征在于，包括分段定位模块、电子测重模块、运算模块、执行模块和3D打印模块；
所述分段定位模块用于对设置保护层后电线进行分段，以及分段后的定位跟踪；
所述电子测重模块用于测量设置保护层后电线的各分段质量；
所述运算模块分别与分段定位模块、电子测重模块和执行模块连接，所述运算模块用于根据各分段质量和设定的分段标准质量进行运算，得到定位分段平衡层的材料用量；
所述执行模块根据定位分段平衡层的材料用量形成控制指令；
所述3D打印模块与执行模块连接，所述3D打印模块由控制指令控制打印定位分段平衡层的材料用量。
9.根据权利要求8所述的航天航空用镀锡铜芯聚全氟乙丙烯绝缘电线制造装置，其特征在于，所述运算模块采用以下计算公式对分段质量进行运动补偿：
上式中，Mi‘表示第i分段进行运动补偿后的分段质量；e表示自然常数；μ表示移动摩擦系数；ΔV表示电线的移动速度变化值；Mi表示测量获取的设置保护层后电线的第i分段的分段质量。
10.根据权利要求8所述的航天航空用镀锡铜芯聚全氟乙丙烯绝缘电线制造装置，其特征在于，所述制造装置设有双层圆环形转盘架，所述转盘架内层与外层相对做旋转运动，转盘架的内层中心圆环孔用于穿送电线，转盘架的外层固定3D打印的喷嘴，所述运算模块连接有角速度传感器，所述角速度传感器用于测量内层与外层旋转运动的相对角速度，所述运算模块采用以下公式计算喷嘴的材料喷速：
上式中，Vi表示第i分段喷嘴的材料喷速；d表示喷嘴的尺寸；w表示内层与外层旋转运动的相对角速度；M0表示电线设定的分段标准质量；Mi表示测量获取的设置保护层后电线的第i分段的分段质量；ρ表示打印用材料的密度；Li表示第i分段的长度。
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Denomination of invention: Tin plated copper core polytetrafluoroethylene propylene insulated wires and manufacturing equipment for aerospace use Effective date of registration: 20240102 Granted publication date: 20220211 Pledgee: Ningbo Bank Co.,Ltd. Shenzhen Branch Pledgor: SHENZHEN JINHUANYU WIRE CABLE Co.,Ltd. Registration number: Y2023980075756 |