1.梁红平2.严军2.柳家宽
1.航天电工集团有限公司
2.武汉电缆有限公司
摘要：航天辐照交联电线电缆是一种高温环境下使用的电缆材料，其机械性能和环境性能都极为优异，与未交联的电缆相比，可靠性更强。本文通过分析辐照交联技术，进一步分析了氟塑料在航天辐照交联电线电缆中的应用。
关键词：氟塑料；辐照交联；电线电缆
引言：氟塑料包含了各种含氟的聚合物，其热稳定性和电气性能都十分良好，因而在电缆中得到了广泛应用，是当前制作电缆的主要材料。航天辐照交联电线电缆中使用的氟塑料主要为乙烯四氟乙烯共聚物，这种材料的辐照性较强，因而在航天航空领域发挥了重要作用。
1.辐照交联技术
1.1辐照加工技术
辐照加工作用下的物体能够在内部发生化学或物理变化，进而改变其性能。辐照加工技术通常使用高能射线来进行，较为常见高能射线包括：X射线、微波射线、Y射线、紫外线、电子光束等，像X射线、Y射线以及电子光束这样的高能射线主要是会使物体内部的分子或原子发生电离反应，进而改变其化学性能，因此也可以称作电离型辐照。在常温条件下使用辐照加工技术，能够对物体表面进行辐照，也能够将辐照作用于内部，并且辐照加工过程的污染较小、其耗能也较低，再加上辐照加工的操作较为简便，近年来也得到了广泛运用，在各个领域中得到了进一步推广。
1.2高分子材料的交联
最早发现高分子材料能够交联是在上世纪的美国核工程试验当中，当时的聚乙烯发生了交联，高分子材料在交联后会使得力学性能上升、反应性下降，稳定性更强，可以应用到多个领域当中。高分子材料可根据性能的不同分为热固性材料和热塑性材料两种。热固性高分子材料在越来越多的场合被使用，热固性的高分子其结构通常呈网状，这使得内部分子的运动范围受限，稳定性上升，因而也体现出熔点及溶点较低的现象，高分子热固性材料也是由于交联而产生的材料。
一般来说，要形成热固性高分子材料，就要使用交联技术将热塑性材料转变为热固性，主要使用的交联技术为辐照交联，相比于其他交联技术，辐照交联对作用环境的温度要求不高，在常温下就可进行，而辐照交联作用于高分子材料的过程主要是为高分子交联提供可利用的离子与自由基。由于辐照交联能够在产品成型以后进行，因此其可以在不同的时间段进行，辐照交联电线电缆的可操作性也相对较强。
1.3高分子材料辐照交联的规律
高分子材料辐照交联过程中，高能射线会将能量传输到高分子材料中，材料中的聚合物分析会在能量的作用下发生电化学反应，电离出带电分子和不带电分子的碎片，这些碎片中的分子、离子以及电子等都具有较高的活性，极容易与其他分子发生反应，产生多重变化，最后完成交联。这种交联方式与其他方式相比，可能会产生出极为不同的性质[1]。
2.氟塑料在航天辐照交联电线电缆中的应用
2.1聚四氟乙烯的主要性能
聚四氟乙烯是氟塑料的主要化合物，它是一种聚合性的高分子化合物，呈线型结晶性，其化学结构中的主要化学键是氟碳键，在所有化学键中，氟碳键是键能最高的，因此其锻键过程中需要较大能量，这就使得聚四氟乙烯这种化学物的热稳定性较高，通常能够达到200摄氏度以上，因而也得到广泛运用，聚四氟乙烯在260摄氏度时还能够被连续使用，在温度达到300摄氏度时，也能够在短时间内进行使用，聚四氟乙烯的氧指数也较高，通常情况下不燃，在极低温情况下聚四氟乙烯的韧性较好，呈高弹态，在经过辐照交联后，聚四氟乙烯的绝缘性更高，同时具有抗老化、抗辐照以及强度较高的特征，电学性能良好，因而适合在电线电缆中被应用[2]。
2.2氟塑料在电线电缆中的应用实况
氟塑料在航天航空高温电缆中的应用优点主要四点，一是其内在具有较好的润滑性，航天航空高温电缆的通道较为复杂，这种润滑性能在整个电缆的通道中穿行较为顺畅，再加上氟塑料本身的耐磨性十分好，因而在通道穿行过程中也不会由于摩擦而影响绝缘性能，确保整体绝缘完整；二是氟塑料具有较高的耐穿透性，在机械热焊铁的作用下，氟塑料不会因为高温而被穿透，保护自身的绝缘性；三是在航天航空电线电缆辐照交联较高的情况下，氟塑料的机械性能和电气性能仍旧能够保持良好；四是氟塑料的使用温度范围较广，在零下一百摄氏度到零上一百八十度之间，氟塑料都能够长期进行使用，因而将氟塑料制成电线电缆时，可以直接使用热塑加工法，其绝缘性不会受到影响。目前，很多电线电缆都开始使用氟塑料作为材料，这种材料制作的电线电缆已经超过50%的占比，而辐照交联聚四氟乙烯的电线电缆更是成为航天航空电缆中主要线种，我国在发展航天航空以来，从20世纪90年代开始就使用氟塑料制作的辐照交联电缆，一开始使用的氟塑料主要由美国生产，在国外领域中，氟塑料的生产几乎被美国垄断，而随着我国科学技术的不断提高，在氟塑料生产技术的研究方面也取得了较大进展，但很多原材料还是要通过国外进口，由于原材料供应方面受到制约，我国的氟塑料产品与国外仍旧存在着差距。
2.3乙烯四氟乙烯共聚物的主要性能
乙烯四氟乙烯共聚物的结构链键主要包括碳氟键和碳氢键两种，两种化学键互相交替构成乙烯四氟乙烯，但实际的聚合物中加入了少量的第三单体，能够有效提高其加工的性能，乙烯四氟乙烯结构的熔点为260摄氏度，该化合物可以在温度为150摄氏度的环境中连续使用，其最突出的特点就是结构密度较小，这也使得压缩强度和机械强度较高。另外，乙烯四氟乙烯聚合物的耐辐照能力极强，可承受的辐照剂量最高为1*109rad，因而在辐射交联条件下性能会大幅度上升，也常常被用在航天辐照交联电线电缆中。
2.4乙烯四氟乙烯共聚物的使用
乙烯四氟乙烯共聚物相比与聚四氟乙烯来说，其耐环境性能、机械性能以及电性能等都要更佳，因此也成为国际航天航空电线电缆的主流产品之一，目前我国采用的氟塑料也多是乙烯四氟乙烯共聚物类，主要使用的进口氟塑料型号为SPEC55系列，该系列氟塑料产品在航天航空电缆中使用，不仅能够满足基本需求，还增加了一系列航天航空环境下的性能，包括耐切割性能、耐辐照性能、以及真空逸气性等，其技术方面的优势更为明显，主要优势表现在辐照交联过程中，在辐照作用下，这类材料电缆会发生网状交联，这就使得其强度更高、耐高温性更强、机械性能也出现大幅度提升，电线电缆的稳定性和可靠性更高。近年来国内生产的氟塑料材料电缆型号为AF40J，该电缆根据结构特点还可分为两种类型，分别是轻型单线和普通型单线，其绝缘层也有单层和双层两种结构形式，相比与普通型单线的绝缘层，轻型单线的绝缘层厚度更薄。AF40J电缆在经过辐照交联以后，其耐高温的等级会上升到300摄氏度，绝缘层的抗老化和开张的性能也会提高。
结论：综上所述，航天辐照交联电线电缆主要是采用辐照交联技术对电缆材料进行处理，使其很多性能发生改变，而以氟塑料为原材料的电缆辐照性能较高，也容易提高使用性能。由本文分析可知，氟塑料在航天辐照交联电线电缆中的应用主要是乙烯四氟乙烯共聚物材料的应用，乙烯四氟乙烯共聚物在辐照交联技术下会提高熔点，也会提高材料强度，因而在很多领域得到应用。
参考文献：
[1]余应文.塑料改性技术在电线电缆材料生产中的应用[J].智能城市,2017,2(04):268-269.
[2]张民.塑料改性技术在电线电缆材料中的应用探究[J].中国新技术新产品,2017(06):53.