關(guān)于航空絕緣電線(xiàn)耐動(dòng)態(tài)切通試驗影響因素的討論論文
近年來(lái)，我國航空工業(yè)持續快速發(fā)展，航空用電線(xiàn)電纜的研發(fā)和生產(chǎn)也得到長(cháng)足的進(jìn)步。目前航空工業(yè)中的兩大高端線(xiàn)種為輻照交聯(lián)乙烯-四氟乙烯聚合物絕緣電線(xiàn)和聚四氟乙烯/聚酰亞胺復合薄膜絕緣電線(xiàn)，特別是后者，除了具有優(yōu)異的電氣、機械、耐化學(xué)性能外，更以外徑小、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)而受到市場(chǎng)的青睞。
SAE AS22759 系列產(chǎn)品標準是目前國際上通用的航空用電線(xiàn)產(chǎn)品標準，在其規定的聚四氟乙烯/聚酰亞胺復合薄膜絕緣電線(xiàn)的鑒定試驗中包含一些特殊試驗項目，其中一項為耐動(dòng)態(tài)切通試驗。該試驗能模擬室溫及工作溫度下電線(xiàn)在機械擠壓下的受損情況，以此評估電線(xiàn)的安全性能。
本文將描述航空絕緣電線(xiàn)動(dòng)態(tài)切通試驗，并就絕緣電線(xiàn)的導體、絕緣以及試驗溫度等因素對試驗結果的影響進(jìn)行分析。
1 試驗介紹
1. 1 試驗方法
動(dòng)態(tài)切通試驗應按照ASTM D 3032 中第22 章的規定進(jìn)行，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(gè)樣品支架，該支架包含一個(gè)水平的金屬臺面用以支撐試樣。拉力機配備一個(gè)高溫箱，高溫箱的尺寸能夠滿(mǎn)足試驗過(guò)程中拉力機的夾具在箱內正常移動(dòng)，并將箱內溫度控制在標準規定的范圍內。此外，拉力機還應配備一個(gè)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(guò)程中，當切刀將電線(xiàn)的絕緣切破并與電線(xiàn)的導體導通時(shí)，檢驗電路反饋至拉力機，使其自動(dòng)停止試驗并記錄試驗過(guò)程中的最大應力。
( 2) 試驗步驟。將一端除去足夠長(cháng)度的絕緣電線(xiàn)放在樣品支架上，切刀垂直于電線(xiàn)。導體和切刀與檢測電路連接。啟動(dòng)拉力機，以5 mm/min 的速度向下移動(dòng)切刀對試樣進(jìn)行擠壓。當切刀切破絕緣并與導體導通時(shí)，停止試驗并記錄試驗過(guò)程中的最大應力。每測完一個(gè)點(diǎn)，將試樣向同一個(gè)方向旋轉90°并向前移動(dòng)25 mm，測試下一個(gè)點(diǎn)。每個(gè)試樣需要測試8 個(gè)點(diǎn)，8 次試驗的算術(shù)平均值為電線(xiàn)的耐動(dòng)態(tài)切通試驗結果。如果需要進(jìn)行高溫下試驗，應在試驗前將高溫箱升至規定的溫度并將試樣和試驗裝置預熱一段時(shí)間以達到熱平衡。
1. 2 技術(shù)要求
SAE AS22759 系列產(chǎn)品標準規定了三個(gè)典型線(xiàn)規( 26 AWG、20 AWG 和16 AWG) 絕緣電線(xiàn)需要測試動(dòng)態(tài)切通試驗。根據導體種類(lèi)的不同，最高試驗溫度可為( 260 ± 5) ℃( 最高試驗溫度為電線(xiàn)的額定工作溫度) ，8個(gè)溫度點(diǎn)下測量結果的算數平均值應不低于產(chǎn)品標準的規定。
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(xiàn)之間產(chǎn)生位移變化甚至變形，為絕緣層提供緩沖，即擠壓產(chǎn)生的應力被導體形變吸收。此過(guò)程中，雖然電線(xiàn)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(zhù)切刀的持續擠壓，絞合導體的單線(xiàn)變形達到終點(diǎn)，無(wú)法再為絕緣提供緩沖，此時(shí)絕緣完全承受切刀施加的應力，迅速破裂從而失效�？梢哉J為，電線(xiàn)的耐動(dòng)態(tài)切通能力由兩個(gè)分量組成，一個(gè)分量為絞合導體形變提供的緩沖應力; 另一個(gè)分量則是絕緣層自身承受的擠壓應力。
對M22759 /87-20-9 電線(xiàn)( 20 AWG 線(xiàn)規，普通重量的鍍鎳銅導體) 進(jìn)行動(dòng)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(xiàn)被壓扁至0. 4 ～ 0. 5 mm�？梢�(jiàn)在試驗過(guò)程中，導體的變形是非常明顯的，能夠提供較大的緩沖應力。
試驗初期，應力緩慢增長(cháng)，絞合導體的單絲由于壓力產(chǎn)生相互之間的位移變化。隨著(zhù)切刀的向下擠壓程度的加深，曲線(xiàn)上出現一個(gè)波動(dòng)，此時(shí)導體的絞合結構產(chǎn)生崩塌，單絲之間的變形基本結束，切刀擠壓產(chǎn)生的應力急劇增加。導體形變結束之后，絕緣直接承受切刀的擠壓，短時(shí)間內即被切破，從而試驗終止。
3 影響因素
導體、絕緣( 包括絕緣的結構以及絕緣薄膜的厚度) 以及試驗溫度等因素均會(huì )對電線(xiàn)的耐動(dòng)態(tài)切通能力產(chǎn)生影響。
3. 1 導體
導體形變提供的緩沖應力是電線(xiàn)的耐動(dòng)態(tài)切通能力的重要組成部分。導體形變的影響因素包括導體結構、鍍層厚度以及導體的材質(zhì)。由于相同規格聚四氟乙烯/聚酰亞胺復合薄膜絕緣電線(xiàn)所用的導體結構基本一致，且過(guò)薄的鍍層厚度對導體的機械性能影響較小，故導體結構和鍍層厚度的影響基本可以忽略，對試驗結果產(chǎn)生較大影響的因素主要為導體材質(zhì)。
航空絕緣電線(xiàn)的導體可以是有鍍層的銅導體和有鍍層的銅合金導體。銅導體材質(zhì)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(xiàn)耐動(dòng)態(tài)切通的能力明顯高于銅合金導體電線(xiàn)。對同一廠(chǎng)家生產(chǎn)的M22759 /86-20-9 電線(xiàn)( 20 AWG 線(xiàn)規，普通重量的鍍銀銅導體) 和M22759 /89-20-9 電線(xiàn)( 20 AWG 線(xiàn)規，普通重量的鍍銀銅合金導體) 進(jìn)行動(dòng)態(tài)切通試驗，測試結果可知，相同的溫度點(diǎn)下，鍍銀銅導體電線(xiàn)耐動(dòng)態(tài)切通的能力明顯高于鍍銀銅合金導體電線(xiàn)。隨著(zhù)溫度的升高，二者之間的差異有被進(jìn)一步拉大的趨勢。
3. 2 絕緣
( 1) 結構
產(chǎn)品標準規定三個(gè)規格電線(xiàn)的絕緣繞包搭蓋率在50. 5% ～ 54. 0% 之間，即電線(xiàn)的絕緣層大部分區域為2 層聚酰亞胺薄膜和2 層聚四氟乙烯薄膜組成，但是部分區域會(huì )存在3 層搭蓋的現象。如果切刀與電線(xiàn)的接觸點(diǎn)恰好為3 層搭蓋區域，則該點(diǎn)測得的動(dòng)態(tài)切通試驗結果將明顯高于2 層搭蓋區域。雖然標準規定測完一個(gè)點(diǎn)之后，將試樣向同一個(gè)方向旋轉90°，并向前移動(dòng)至少25 mm，但是該操作無(wú)法保證每個(gè)測試點(diǎn)絕緣薄膜厚度的均一性，進(jìn)而導致不同點(diǎn)所測的動(dòng)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(xiàn)( 20AWG 線(xiàn)規，普通重量的鍍鎳銅導體) 的測試結果。從表2 可以看出，單個(gè)點(diǎn)的測試結果分散性較大，甚至可能出現兩倍以上的差別。因此，標準規定每個(gè)電線(xiàn)均需測試8 個(gè)點(diǎn)，并取算數平均值，以此來(lái)降低數據偏差過(guò)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(xiàn)有輕型重量和普通重量?jì)煞N類(lèi)型，輕型重量電線(xiàn)所用的聚酰亞胺復合薄膜標稱(chēng)厚度為30 μm，而普通重量電線(xiàn)所用的聚酰亞胺復合薄膜標稱(chēng)厚度為50μm。聚酰亞胺復合薄膜越厚，能承受的機械應力越大，為耐動(dòng)態(tài)切通試驗提供的分量也更大。表3 列出了同一廠(chǎng)家生產(chǎn)的M22759 /86-20-9 電線(xiàn)和M22759 /91-20-9 電線(xiàn)( 20 AWG 線(xiàn)規，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提高電線(xiàn)的耐動(dòng)態(tài)切通能力。
3. 3 溫度
航空絕緣電線(xiàn)需要測試高溫下的耐動(dòng)態(tài)切通試驗。一般認為，隨著(zhù)溫度升高，絕緣材料的強度下降，故隨著(zhù)溫度的增加，產(chǎn)品標準規定的指標逐級降低。但對不同的電線(xiàn)，試驗過(guò)程中可能存在不同的結果: ( 1) 絕緣材料抗切刀切割的能力變弱，電線(xiàn)的耐動(dòng)態(tài)切通能力隨之下降; ( 2) 絕緣材料強度下降，對導體的束縛能力也有所降低。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(zhù)溫度升高，電線(xiàn)的耐動(dòng)態(tài)切通能力反而會(huì )提高。
溫度對電線(xiàn)耐動(dòng)態(tài)切通能力的影響可以通過(guò)試驗結果得到驗證。銅合金導體電線(xiàn)，因為導體的剛性過(guò)強，形變能力較小，故電線(xiàn)的耐動(dòng)態(tài)切通能力主要由絕緣的機械強度提供。在高溫的動(dòng)態(tài)切通過(guò)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(wú)明顯提高，而絕緣材料的機械強度則明顯下降，導致電線(xiàn)的耐動(dòng)態(tài)切通能力隨溫度升高而顯著(zhù)降低。銅合金導體電線(xiàn)，因為導體形變能力較大，隨著(zhù)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(dòng)態(tài)切通試驗結果反而明顯高于常溫。
4 結束語(yǔ)
產(chǎn)品標準規定的技術(shù)指標和試驗方法是電線(xiàn)電纜企業(yè)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品以及進(jìn)行生產(chǎn)的重要依據。耐動(dòng)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(xiàn)性能非常重要的一項技術(shù)指標。
除了本文所討論的導體材料、絕緣材料和結構、溫度外，還有其他因素會(huì )影響到電線(xiàn)的耐動(dòng)態(tài)切通能力。例如: 適當減少繞包過(guò)程中的絕緣薄膜張力可以降低其對導體的束縛能力，可以使得導體在試驗過(guò)程中的變形更加容易，進(jìn)而有效提高電線(xiàn)的耐動(dòng)態(tài)切通能力; 但是過(guò)低的薄膜張力可能會(huì )損傷電線(xiàn)的其他性能，如絕緣剝離力、強迫水解、耐電弧等。因此，企業(yè)應通過(guò)大量的驗證工作以確定合適的生產(chǎn)工藝，在不損傷其他性能的基礎上，有效提高電線(xiàn)的耐動(dòng)態(tài)切通能力。
【航空絕緣電線(xiàn)耐動(dòng)態(tài)切通試驗影響因素的討論論文】相關(guān)文章：
手機使用行為及其影響因素論文提綱11-21
文化因素對中介語(yǔ)可變性的影響論文12-12
影響重慶保險業(yè)發(fā)展的因素及應對論文11-20
淺析動(dòng)態(tài)燈光系統對幼兒社會(huì )行為的影響論文02-28
閥例行試驗方法在工程中的運用研討論文11-09
耐160℃環(huán)氧樹(shù)脂及其在纏繞殼體上的應用技術(shù)探討論文03-15
- 相關(guān)推薦