首席专家：航空航天线缆对材料选用的标准与发展趋势【SMM线缆峰会】

SMM8月17讯：在SMM举办的2023SMM（第一届）电线电缆产业峰会上，南京全信传输科技股份有限公司首席专家李峰对航空航天线缆对材料选用的要求标准与未来发展趋势进行了分析与展望。他表示，线缆材料的高性能对提高结构效率、提高服役可靠性及延长使用寿命极为关键，是航空航天线缆材料持续发力的方向。在航空领域中，减重是永恒的主题。商用飞机出厂交付时，飞机是要称重的，超重罚款。目前普通材料已具备国产能力，先进材料还需研究攻关。

航空航天线缆发展史

航空线缆的发展史，其实是材料的发展史。

(相关资料图)

航空线缆的发展，主要是围绕可靠性（电性能、机械性能、耐环境性能等）和减重的方向演进。

航空线缆的绝缘材料，经历了以下阶段：

一代材料对应一代装备

第1代： 线缆采用PVC、聚烯烃绝缘；涡喷发动机涡轮前温度≤1300K，发动机采用镍基合金；同时代的民航客机以波音707为代表。

第2代： 线缆采用PTFE、FEP绝缘；涡轮前温度≈1500K，发动机材料添加3%铼。

第3代： 线缆采用XETFE绝缘；涡扇发动机涡轮前温度1700K，发动机材料添加6%铼；同时代民航客机以波音747为代表。

第4代： 线缆采用PTFE/PI+PTFE绝缘，涡轮前温度接近2000K，发动机材料添加4%铼+4%钌；同时代民航客机以空客A350系列为代表。

航空航天线缆简介

航空航天线缆

用途：飞行器电力系统、通信系统、控制系统，为飞行器提供动力和信号。

类别：高温安装线、射频同轴电缆、对称数据电缆、特种光缆。

航空航天线缆特点

航空航天线缆标准

目前航空航天线缆标准主要由MIL-美军标、EN-欧标、ABS-空客标准、BMS-波音材料标准、NASA-美国宇航局标准等。我国该领域相关标准基本对标MIL标准。

航空航天低频安装线主要由四大系列：MIL-81044系列、MIL-16878系列、MIL-81381系列、MIL-22759系列、MIL-27500系列，我国与之对应的军标为GJB 773B-2015。

对线缆的基本要求

技术指标稳定性好 -- 航空航天装备的功能更加复杂、强大，价值更高，线缆必须稳定可靠。

适应新的发展趋势 -- 在满足设计功能的前提下实现轻量化、高可靠、低成本。

提高自主可控水平 -- 从线缆国产，到线缆材料国产。

轻量化：减轻线缆及线束重量，提高飞行器的有效载荷；减小结构尺寸，提高柔软度，满足在狭小空间敷设的要求。

高可靠：适应高低温、高湿、温度冲击、原子氧、辐照、紫外线等恶劣条件；耐老化，工作寿命满足装备要求。

低成本：合理控制成本，适应大批量应用；提高生产效率，满足高强度消耗要求。

GJB 773B-2015中对航空航天线缆性能有以下要求：

航空航天线缆材料

美标SAE AS22759（电线通用规范）对材料的基本要求

航天线缆禁用：

a) 禁止使用纯锡（纯度≥97%）作为电缆裸露外屏蔽镀层材料；

b) 禁止使用锂、镁、汞、纯锡等材料以及有放射性的材料；

c) 禁止使用真空下释放有害气体的非金属材料及其他禁/限用的工艺材料。

可用：

a) 金属材料： 镀银铜、镀银铜合金、镀镍铜、镀镍铜合金、镀银/镍铜包铝等单根及绞合导体；

b) 氟塑料： PTFE（车削带、生料带、微孔带）、FEP、PFA、ETFE、X-ETFE等；

c) 其它材料：PEEK、PI复合薄膜、镀银/镍纤维等。

导体材料技术指标

铜导体、铜合金导体：兼顾高强度、高导电性、柔软性。

非金属材料技术指标

氟塑料：兼顾电绝缘性能、机械性能和环境性能。

国内外标准体系不够完善；

进口材料机械性能余量较大，纯度较好；

进口材料形成系列，可覆盖的范围较宽；

进口材料的稳定性、一致性较好。

PTFE/PI/PTFE复合带性能要求：该材料为PI膜基础上双面涂覆PTFE形成，直接决定了产品的电性能和机械性能。

PTFE带性能要求：该材料为关键材料，直接决定了产品的耐潮、耐水解和耐电弧性能。

氟塑料绝缘线缆易出现的问题

生产过程中易出现的问题：

适合的挤出温度区间不易控制，塑化效果需长期摸索；

表面易出现杂质颗粒、麻点，材料纯净度需提升；

易出现颜色分散不均的情况；

最薄点厚度、同心度等指标易出现波动。

测试过程中易出现的问题：

成品绝缘抗张强度、断裂伸长率易出现不合格；

X-ETFE成品的交联度验证易出现波动；

小规格线规产品的绝缘热伸缩试验易不合格。

国产材料目前存在的主要问题

导体：国内具备高强度、超高强度、特高强度铜合金导体生产能力；特殊导体综合性能、加工质量与进口导体有显著差距。

绝缘护套：氟塑料需提高纯净度，减少杂质；极限性能与进口材料有差距；带材外形尺寸和表面质量需改善。

其它：对国产化存在一定认识误区。 如： 个别规格达到标准就等于满足使用要求？ 一两次试制之后就可以批量应用？质量一致性和稳定性不理想。

未来发展趋势

国产化整体情况

普通材料已具备国产能力，先进材料还需研究攻关；国产绝缘护套材料尚未有效实现系列化，选择面窄；常规性能与进口材料差距较小，极限性能差距较大；质量管控水平还需提升，改善材料纯净度、一致性。

正确认识国产化流程

在正式替换材料之前，须完成多次试制和改进，对备选材料进行充分、有效的评估，确保产品质量可靠。完成必要的试验、小批试用后，才具备正式使用的条件。

对关键原材料的变更，必要时须通过用户单位和管理机构的评审。

轻量化要求

减重

在航空领域中，减重是永恒的主题。商用飞机出厂交付时，飞机是要称重的，超重罚款。

通过导体减重：为了进一步降低电缆系统的重量，部分大截面的电源线（AWG8～AWG04）由铜导体换成了铝合金导体。

通过优化绝缘结构或新材料选用实现减重。

其他要求

高性能、高可靠、低成本

航空航天线缆不断向着高强度、柔软、耐高低温、抗氧化、耐腐蚀等高性能、高可靠方向发展；

线缆材料的高性能对提高结构效率、提高服役可靠性及延长使用寿命极为关键，是航空航天线缆材料持续发力的方向；

航空航天线缆从过去单纯追求高性能发展到现今综合考虑性能与成本之间的平衡，低成本、高可靠贯穿了材料选型、结构设计、制造组装、检测评价和维护维修等全体系全过程。

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