關于航空絕緣電線耐動態(tài)切通試驗影響因素的討論

1、關于航空絕緣電線耐動態(tài)切通試驗影響因素的討論近年來，我國航空工業(yè)持續(xù)快速開展，航空用電線電纜的研發(fā)和消費也得到長足的進步。目前航空工業(yè)中的兩大高端線種為輻照交聯(lián)乙烯-四氟乙烯聚合物絕緣電線和聚四氟乙烯/聚酰亞胺復合薄膜絕緣電線，特別是后者，除了具有優(yōu)異的電氣、機械、耐化學性能外，更以外徑小、質量輕等優(yōu)點而受到市場的青睞。SAE AS22759 系列產品標準是目前國際上通用的航空用電線產品標準，在其規(guī)定的聚四氟乙烯/聚酰亞胺復合薄膜絕緣電線的鑒定試驗中包含一些特殊試驗工程，其中一項為耐動態(tài)切通試驗。該試驗能模擬室溫及工作溫度下電線在機械擠壓下的受損情況，以此評估電線的平安性能。本文將描繪航空絕緣

2、電線動態(tài)切通試驗，并就絕緣電線的導體、絕緣以及試驗溫度等因素對試驗結果的影響進展分析。1 試驗介紹1. 1 試驗方法動態(tài)切通試驗應按照ASTM D 3032 中第22 章的規(guī)定進展，但是切刀端部鋼針的直徑改為( 0. 254 0. 050 ) mm。( 1) 試驗設備。拉力試驗機，上夾具固定標準切刀，下夾具安裝一個樣品支架，該支架包含一個程度的金屬臺面用以支撐試樣。拉力機裝備一個高溫箱，高溫箱的尺寸可以滿足試驗過程中拉力機的夾具在箱內正常挪動，并將箱內溫度控制在標準規(guī)定的范圍內。此外，拉力機還應裝備一個12 V( 直流或交流) 的檢驗電路，該檢驗電路兩端分別連接試樣的導體和標準切刀。試驗過程中

3、，當切刀將電線的絕緣切破并與電線的導體導通時，檢驗電路反響至拉力機，使其自動停頓試驗并記錄試驗過程中的最大應力。( 2) 試驗步驟。將一端除去足夠長度的絕緣電線放在樣品支架上，切刀垂直于電線。導體和切刀與檢測電路連接。啟動拉力機，以5 mm/min 的速度向下挪動切刀對試樣進展擠壓。當切刀切破絕緣并與導體導通時，停頓試驗并記錄試驗過程中的最大應力。每測完一個點，將試樣向同一個方向旋轉90并向前挪動25 mm，測試下一個點。每個試樣需要測試8 個點，8 次試驗的算術平均值為電線的耐動態(tài)切通試驗結果。假設需要進展高溫下試驗，應在試驗前將高溫箱升至規(guī)定的溫度并將試樣和試驗裝置預熱一段時間以到達熱平衡

4、。1. 2 技術要求SAE AS22759 系列產品標準規(guī)定了三個典型線規(guī)( 26 AWG、20 AWG 和16 AWG) 絕緣電線需要測試動態(tài)切通試驗。根據(jù)導體種類的不同，最高試驗溫度可為( 260 5) ( 最高試驗溫度為電線的額定工作溫度) ，8個溫度點下測量結果的算數(shù)平均值應不低于產品標準的規(guī)定。2 機理分析試驗初期，受到切刀的擠壓之后，絞合導體的單線之間產生位移變化甚至變形，為絕緣層提供緩沖，即擠壓產生的應力被導體形變吸收。此過程中，雖然電線承受的應力逐漸增加，但是絕緣層并未受到明顯的破壞。隨著切刀的持續(xù)擠壓，絞合導體的單線變形到達終點，無法再為絕緣提供緩沖，此時絕緣完全承受切刀施加

5、的應力，迅速破裂從而失效?？梢哉J為，電線的耐動態(tài)切通才能由兩個分量組成，一個分量為絞合導體形變提供的緩沖應力; 另一個分量那么是絕緣層自身承受的擠壓應力。對M22759 /87-20-9 電線( 20 AWG 線規(guī)，普通重量的鍍鎳銅導體) 進展動態(tài)切通試驗，原始試樣的絕緣厚度約為0. 2 mm，外徑為1. 3 1. 4 mm。試驗后，受擠壓處電線被壓扁至0. 4 0. 5 mm?？梢娫谠囼炦^程中，導體的變形是非常明顯的，可以提供較大的緩沖應力。試驗初期，應力緩慢增長，絞合導體的單絲由于壓力產生互相之間的位移變化。隨著切刀的向下擠壓程度的加深，曲線上出現(xiàn)一個波動，此時導體的絞合構造產生崩塌，單絲

6、之間的變形根本完畢，切刀擠壓產生的應力急劇增加。導體形變完畢之后，絕緣直接承受切刀的擠壓，短時間內即被切破，從而試驗終止。3 影響因素導體、絕緣( 包括絕緣的構造以及絕緣薄膜的厚度) 以及試驗溫度等因素均會對電線的耐動態(tài)切通才能產生影響。3. 1 導體導體形變提供的緩沖應力是電線的耐動態(tài)切通才能的重要組成部分。導體形變的影響因素包括導體構造、鍍層厚度以及導體的材質。由于一樣規(guī)格聚四氟乙烯/聚酰亞胺復合薄膜絕緣電線所用的導體構造根本一致，且過薄的鍍層厚度對導體的機械性能影響較小，故導體構造和鍍層厚度的影響根本可以忽略，對試驗結果產生較大影響的因素主要為導體材質。航空絕緣電線的導體可以是有鍍層的銅

7、導體和有鍍層的銅合金導體。銅導體材質較軟，在擠壓情況下形變的程度更高，所能提供的緩沖分量也就越大，故銅導體電線耐動態(tài)切通的才能明顯高于銅合金導體電線。對同一廠家消費的M22759 /86-20-9 電線( 20 AWG 線規(guī)，普通重量的鍍銀銅導體) 和M22759 /89-20-9 電線( 20 AWG 線規(guī)，普通重量的鍍銀銅合金導體) 進展動態(tài)切通試驗，測試結果可知，一樣的溫度點下，鍍銀銅導體電線耐動態(tài)切通的才能明顯高于鍍銀銅合金導體電線。隨著溫度的升高，二者之間的差異有被進一步拉大的趨勢。3. 2 絕緣( 1) 構造產品標準規(guī)定三個規(guī)格電線的絕緣繞包搭蓋率在50. 5% 54. 0% 之間

8、，即電線的絕緣層大部分區(qū)域為2 層聚酰亞胺薄膜和2 層聚四氟乙烯薄膜組成，但是部分區(qū)域會存在3 層搭蓋的現(xiàn)象。假設切刀與電線的接觸點恰好為3 層搭蓋區(qū)域，那么該點測得的動態(tài)切通試驗結果將明顯高于2 層搭蓋區(qū)域。雖然標準規(guī)定測完一個點之后，將試樣向同一個方向旋轉90，并向前挪動至少25 mm，但是該操作無法保證每個測試點絕緣薄膜厚度的均一性，進而導致不同點所測的動態(tài)切通試驗結果具有較大的分散性。表2 列出了典型的M22759 /87-20-9 電線( 20AWG 線規(guī)，普通重量的鍍鎳銅導體) 的測試結果。從表2 可以看出，單個點的測試結果分散性較大，甚至可能出現(xiàn)兩倍以上的差異。因此，標準規(guī)定每個

9、電線均需測試8 個點，并取算數(shù)平均值，以此來降低數(shù)據(jù)偏向過大可能導致的試驗誤差。( 2) 薄膜厚度聚酰亞胺復合薄膜/聚四氟乙烯組合絕緣電線有輕型重量和普通重量兩種類型，輕型重量電線所用的聚酰亞胺復合薄膜標稱厚度為30 m，而普通重量電線所用的聚酰亞胺復合薄膜標稱厚度為50m。聚酰亞胺復合薄膜越厚，能承受的機械應力越大，為耐動態(tài)切通試驗提供的分量也更大。表3 列出了同一廠家消費的M22759 /86-20-9 電線和M22759 /91-20-9 電線( 20 AWG 線規(guī)，輕型重量的鍍銀銅導體) 的試驗結果?？梢钥闯?，較厚的聚酰亞胺復合薄膜可以進步電線的耐動態(tài)切通才能。3. 3 溫度航空絕緣電

10、線需要測試高溫下的耐動態(tài)切通試驗。一般認為，隨著溫度升高，絕緣材料的強度下降，故隨著溫度的增加，產品標準規(guī)定的指標逐級降低。但對不同的電線，試驗過程中可能存在不同的結果: ( 1) 絕緣材料抗切刀切割的才能變弱，電線的耐動態(tài)切通才能隨之下降; ( 2) 絕緣材料強度下降，對導體的束縛才能也有所降低。隨切刀擠壓，導體位移變化更加容易，導體形變終止之前可以提供更多的緩沖應力。在此情況下，隨著溫度升高，電線的耐動態(tài)切通才能反而會進步。溫度對電線耐動態(tài)切通才能的影響可以通過試驗結果得到驗證。銅合金導體電線，因為導體的剛性過強，形變才能較小，故電線的耐動態(tài)切通才能主要由絕緣的機械強度提供。在高溫的動態(tài)切

11、通過程中，雖然絕緣的束縛力降低，但是導體形變所提供的緩沖分量并無明顯進步，而絕緣材料的機械強度那么明顯下降，導致電線的耐動態(tài)切通才能隨溫度升高而顯著降低。銅合金導體電線，因為導體形變才能較大，隨著絕緣的束縛力下降，導體形變更加容易，提供的緩沖分量更高，所以高溫下測得的動態(tài)切通試驗結果反而明顯高于常溫。4 完畢語產品標準規(guī)定的技術指標和試驗方法是電線電纜企業(yè)開發(fā)產品以及進展消費的重要根據(jù)。耐動態(tài)切通是考核聚四氟乙烯/聚酰亞胺復合薄膜組合絕緣電線性能非常重要的一項技術指標。除了本文所討論的導體材料、絕緣材料和構造、溫度外，還有其他因素會影響到電線的耐動態(tài)切通才能。例如: 適當減少繞包過程中的絕緣薄膜張力可以降低其對導體的束縛才能，可以使得導體在試驗