一种复合式缠绕-编织结构的柔性导体及线缆的制作方法

本发明涉及特种线缆，尤其涉及一种复合式缠绕-编织结构的柔性导体及线缆。

背景技术：

1、目前，在需要长期承受动态弯曲和扭转的精密装备中，常用的柔性导电线缆主要采用常规编织导体或传统缠绕导体结构。常规编织导体通常直接以镀锡铜丝交叉编织成型，其整体结构中不含专用的抗拉承载部件。这种结构使得导体的轴向抗拉承载能力较低，在承受反复弯折和往复摇摆时，编织铜丝容易发生疲劳断裂，进而引发线路虚接和接触不良，导电的长期稳定性与使用寿命难以得到保障。

2、为改善结构整体性，部分导体采用缠绕方式成型。传统缠绕导体多以单股导线沿单一方向螺旋绕制构成。与编织导体相比，其结构一致性有所提高，但导体的柔软度不够，最小弯曲半径偏大。同时，单一方向的缠绕方式使导体在承受反复扭转时，内部应力逐渐累积，导体的抗扭转疲劳性能有限，尚无法适配需要上百万次往复摇摆和扭转循环的高端使用标准。

3、现有公开的专利文献，如cn216412697u，提出了一种多单元组合导体，将多个导体单元进行并列排布。该结构仅为单元的简单组合，导体的柔性和耐扭转循环性能依然不足，在长期动态工况下仍存在断丝、电阻升高等可靠性隐患。

4、在面对人形机器人、智能穿戴设备等高端领域，需要同时承受轴向拉伸和百万次高频往复扭转（如±180°扭转）的严苛动态工况下，现有纯编织导体抗拉强度不足、易疲劳断裂，纯缠绕导体柔性较差且耐扭转寿命有限，无法在保持导体高柔性和低电阻的前提下，实现高抗拉强度与超高耐扭转疲劳寿命的兼顾。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是如何提高柔性导体（线缆）在高频往复扭转与轴向动态拉伸工况的应用场景下的稳定性和使用寿命。

2、为了解决上述问题，本发明提出以下技术方案：

3、本发明提供一种复合式缠绕-编织结构的柔性导体，包括：

4、由3~5根缠绕导体单元以单层双向交叉编织方式形成的编织体，所述缠绕导体单元分为沿相反方向交叉编织的两组，且两组所述缠绕导体单元相对于导体轴线的编织角度对称；

5、每一根所述缠绕导体单元包括：

6、中心抗拉芯体，直径为0.05mm~0.20mm，

7、以及设于所述中心抗拉芯体外周的缠绕层，所述缠绕层由至少3根金属丝沿同一方向缠绕构成，且相邻金属丝之间以单层周向并排排列，所述金属丝的直径为0.02mm~0.05mm；

8、所述编织体的编织角度为30°~60°，所述编织角度为单股编织线相对于导体（缆芯）轴线的夹角，编织覆盖率为85%~98%。

9、进一步地，所述缠绕层的缠绕节距为所述金属丝直径的3倍至8倍。

10、进一步地，所述缠绕层的螺旋缠绕角为30°~60°。

11、进一步地，所述缠绕层中金属丝的填充覆盖率为70%~90%。

12、进一步地，所述缠绕导体单元的外径为0.10mm~0.50mm。

13、进一步地，所述金属丝为铜丝或镀银铜丝或镀锡铜丝。

14、进一步地，所述中心抗拉芯体为防弹丝复丝。

15、进一步地，所述金属丝的缠绕起始端与终止端采用低温点焊和/或绝缘胶点固的方式固定于所述中心抗拉芯体。

16、本发明还提供一种线缆，包括由外至内依次设置的护套、第一无纺布层、所述的柔性导体形成的编织层、第二无纺布层以及位于所述第二无纺布层内的缆芯；

17、所述缆芯由多组双绞线和棉线填充物组成；

18、每一组所述双绞线由两根绝缘线芯对绞而成，所述绝缘线芯包括绝缘层和位于所述绝缘层内的复合导体。

19、进一步地，所述复合导体包括绞合导体以及缠绕于所述绞合导体外周的所述缠绕导体单元。

20、与现有技术相比，本发明所能达到的技术效果包括：

21、本发明提供的复合式缠绕-编织结构柔性导体，通过将中心抗拉芯体与金属丝缠绕层集成为缠绕导体单元，并将3~5根缠绕导体单元以对称编织角度交叉编织形成编织体，形成单元承力与编织分散的协同结构。在承受轴向拉力时，载荷由中心抗拉芯体承担，金属丝缠绕层维持导电通路，使导体兼具高抗拉强度与低电阻。在承受往复扭转时，编织体的交叉编织结构将扭转变形沿多个编织节点分散，金属丝缠绕层以单层周向无间隙并排排列的方式抑制丝束滑移与松股，使导体在长期反复扭转后保持稳定的电阻变化率。同时，金属丝直径与编织体结构使导体具备小弯曲半径和高柔性，能够适应狭小空间的持续动态弯折。

22、本发明提供的线缆，在上述柔性导体作为编织层的基础上，于缆芯内的复合导体中以螺旋形式缠绕于相同的缠绕导体单元，形成外编内绕的两级增强架构。编织层承受整缆的扭转与拉伸应力并保护内部缆芯，缠绕于绞合导体外周的缠绕导体单元为芯线提供独立抗拉增强，使芯线在整缆动态形变过程中保持结构完整性。该线缆可应用于人形机器人、航空航天精密设备等对动态耐久性要求较高的领域。

1.一种复合式缠绕－编织结构的柔性导体，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的柔性导体，其特征在于，所述缠绕层的缠绕节距为所述金属丝直径的3倍至8倍。

3.根据权利要求1所述的柔性导体，其特征在于，所述缠绕层的螺旋缠绕角为30°~60°。

4.根据权利要求1所述的柔性导体，其特征在于，所述缠绕层中金属丝的填充覆盖率为70%~90%。

5.根据权利要求1所述的柔性导体，其特征在于，所述缠绕导体单元的外径为0.10mm~0.50mm。

6.根据权利要求1所述的柔性导体，其特征在于，所述金属丝为铜丝或镀银铜丝或镀锡铜丝。

7.根据权利要求1所述的柔性导体，其特征在于，所述中心抗拉芯体为防弹丝复丝。

8.根据权利要求1所述的柔性导体，其特征在于，所述金属丝的缠绕起始端与终止端采用低温点焊和/或绝缘胶点固的方式固定于所述中心抗拉芯体。

9.一种线缆，其特征在于，包括由外至内依次设置的护套、第一无纺布层、如权利要求1-8任一项所述的柔性导体形成的编织层、第二无纺布层以及位于所述第二无纺布层内的缆芯；

10.根据权利要求9所述的线缆，其特征在于，所述复合导体包括绞合导体以及缠绕于所述绞合导体外周的所述缠绕导体单元。