一种机器人用耐弯折线缆的制作方法

本发明涉及电缆，尤其涉及一种机器人用耐弯折线缆。

背景技术：

1、机器人本体及机械臂用线缆长期处于往复弯折、扭转和拖拽的工况中，除基本电气性能外，还需具备优异的耐弯折和耐扭转机械寿命。现有技术主要从结构设计和材料选择两方面加以改进，结构上普遍采用细单丝多股绞合导体、退扭成缆、纤维填充和编织屏蔽，材料上普遍采用柔性绝缘料和弹性体护套料，但断芯、护套破损和扭转失效仍是此类线缆的主要失效形式，使用寿命仍有待提高。

2、中国发明专利公开号cn115359952a的发明专利公开了一种智能机器人机械臂用耐高温耐弯折线缆，其以钢束为芯材、在芯材外表面包覆碳纤维编织层构成复合抗折芯，同时通过在护套配方中加入自行合成的芳香族-脂肪族共聚酯和烷基季铵盐插层埃洛石纳米管对护套材料进行改性，从结构和材料两方面改善线缆的耐弯折和耐高温性能；其不足在于，抗折芯采用钢质芯材，刚性较大，限制了线缆的柔韧性，且其改进着眼于抗折芯自身的增强和护套材料改性，未涉及缆芯内部构件之间在反复弯折扭转时的摩擦磨损问题，亦未对缆芯内部构件进行表面润滑改性。中国发明专利公开号cn120518958a的发明专利公开了一种柔性耐弯折的工业连接线缆及其制备方法，通过改性氯化聚乙烯和改性填料对聚氯乙烯基料进行增韧增强，其不足在于改性原料均需自行合成，制备工艺复杂，且同样未涉及缆芯内部结构件的表面处理。专利公开号cn210956212u的实用新型专利公开了一种超柔性耐扭机器人手臂用电缆，将凯夫拉纤维丝绞入导体中增强并采用交联聚乙烯绝缘，其不足在于芳纶仅作为增强组分直接使用，未对其表面进行改性，缆芯内部摩擦磨损导致的失效问题未获解决。

3、综上，现有技术多从线缆结构设计和绝缘护套基体材料改性入手提高耐弯折性能，均未关注缆芯内部绝缘线芯与抗拉填充之间摩擦磨损这一失效环节，更未涉及对抗拉填充等结构件进行表面润滑改性。因此，亟需一种从降低缆芯内摩擦入手、兼具高柔韧性和长弯折扭转寿命的机器人用耐弯折线缆。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种机器人用耐弯折线缆。

2、为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

3、一种机器人用耐弯折线缆，包括导体和包覆在所述导体外表面的交联聚乙烯绝缘层，包覆有所述交联聚乙烯绝缘层的导体与抗拉填充绞合成缆芯，所述缆芯外绕包有包带层，所述包带层外编织有屏蔽层，所述屏蔽层外挤包有外护套层；所述抗拉填充包括改性芳纶长丝，所述改性芳纶长丝由芳纶长丝经多巴胺溶液活化处理后，再经表面改性剂接枝处理制得。

4、所述表面改性剂为十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、十八醛、十八烷基三甲氧基硅烷中的一种或几种。

5、优选的，所述表面改性剂由十三氟辛基三乙氧基硅烷与十八醛组成。

6、进一步优选的，所述十三氟辛基三乙氧基硅烷与十八醛的质量比为1：0.8-1.2。

7、所述导体由直径0.08-0.15mm的镀锡软圆铜单丝绞合而成，标称截面积为0.3-1.0mm2；所述交联聚乙烯绝缘层的厚度为0.6-0.8mm。

8、所述抗拉填充由6-10根改性芳纶长丝合股而成，合股后直径为1.4-1.8mm，设置于所述缆芯的中心；所述包带层为厚度0.04-0.06mm的聚酯带，绕包搭盖率为20%-30%；所述屏蔽层由直径0.08-0.15mm的镀锡铜丝编织而成，编织密度为85%-90%；所述外护套层由热塑性聚氨酯弹性体护套料制成，厚度为0.8-1.2mm。

9、所述机器人用耐弯折线缆的制备方法包括：将镀锡软圆铜单丝按12-14的节距比束绞后，再按10-12的节距比复绞，束绞绞向与复绞绞向相反，制得导体；将硅烷交联聚乙烯绝缘料以a料和b料的总质量为100%计，a料占93%-97%，b料为余量，混合后挤包在所述导体外表面，挤出机自加料段至机头的温度为150-195℃，挤包后于85-95℃的温水中交联3-5h，常温放置12-36h后经5-8kv火花试验检验，制得绝缘线芯；将4-6根所述绝缘线芯围绕中心抗拉填充排列，线芯间隙处填充聚丙烯网状填充绳，采用退扭绞合方式绞合成缆芯，成缆节径比为10-12；在所述缆芯外重叠绕包聚酯带，制得绕包缆芯；采用14-18锭高速编织机，每锭并丝8-15根，将镀锡铜丝在所述绕包缆芯外编织屏蔽层；将聚醚型热塑性聚氨酯弹性体护套料干燥，再经单螺杆挤出机采用半挤压式模具挤包在所述屏蔽层外，制得所述机器人用耐弯折线缆。

10、所述屏蔽层采用160-190根镀锡铜丝编织而成，编织角为45°-55°；挤包所述外护套层时，先将热塑性聚氨酯弹性体护套料于90-100℃下干燥2-4h，挤出机自加料段至机头的温度为155-205℃，挤出后依次经55-65℃的温水和常温水分段冷却，再经3-5kv火花试验检验。

11、所述改性芳纶长丝的制备方法包括：按1g：15-25ml的浴比将芳纶长丝浸入浓度为1-3g/l的多巴胺盐酸盐溶液中，所述多巴胺盐酸盐溶液以5-20mmol/l、ph值为8.0-9.0的三羟甲基氨基甲烷缓冲液配制，在常温下浸泡12-36h，取出洗涤后于50-70℃下干燥3-5h，得到活化芳纶长丝；再将表面改性剂加入85wt%-95wt%的乙醇水溶液中配制成质量分数为1%-3%的溶液，以醋酸调节ph值至4.0-5.0，搅拌20-40min，按1g：15-25ml的浴比将活化芳纶长丝浸入，于55-65℃下反应2.5-3.5h，取出洗涤后于75-85℃下干燥1.5-2.5h。

12、优选的，所述改性芳纶长丝的制备方法包括：按1g：15-25ml的浴比将芳纶长丝浸入浓度为1-3g/l的多巴胺盐酸盐溶液中，所述多巴胺盐酸盐溶液以5-20mmol/l、ph值为8.0-9.0的三羟甲基氨基甲烷缓冲液配制，在常温下浸泡12-36h，取出洗涤后于50-70℃下干燥3-5h，得到活化芳纶长丝；将十八醛加入85wt%-95wt%乙醇水溶液中配制成质量分数为0.8-1.2%的溶液，以醋酸调节ph值至4.0-5.0，按1g：15-25ml的浴比将活化芳纶长丝浸入，升温至55-65℃搅拌反应1-2h；再按十三氟辛基三乙氧基硅烷在反应体系中质量分数为0.8-1.2%的用量，将十三氟辛基三乙氧基硅烷直接加入上述反应体系中，继续在55-65℃下搅拌反应1-2h，取出后以无水乙醇洗涤，于75-85℃下干燥1.5-2.5h，制得改性芳纶长丝。

13、本发明在研究机器人线缆弯折失效的过程中发现，线缆在反复弯折和扭转工况下，缆芯内部的绝缘线芯与抗拉填充之间持续发生相对滑移和摩擦，内部磨损积累是导致断芯和寿命终止的重要原因；进一步发现，常规使用的芳纶抗拉填充表面能较高，与线芯之间的摩擦力较大，加剧了缆芯内部磨损。为此，本发明采用经多巴胺溶液活化后再接枝低表面能表面改性剂的改性芳纶长丝作为缆芯中心抗拉填充，使长链疏水基团在芳纶表面定向排列形成润滑层，从而降低了缆芯内摩擦，减少了内部磨损，解决了线缆弯折扭转寿命不足的问题。

14、在上述方案的基础上，本发明进一步发现，采用单一表面改性剂时芳纶表面的润滑效果有限，难以满足更高寿命要求；进一步研究发现，若将两种改性剂简单复配，当二者在聚多巴胺层上的结合位点相同时，接枝结构雷同，并不能产生增效作用。为此，本发明将十三氟辛基三乙氧基硅烷与十八醛复配作为表面改性剂，硅烷水解生成的硅醇与聚多巴胺的酚羟基缩合，十八醛的醛基与聚多巴胺的氨基发生席夫碱反应，二者接枝位点不同、互不竞争，且氟代烷基链与长链烷基功能互补，从而实现了协同增效，解决了单一改性剂润滑效果有限的问题。

15、在复配方案的实施过程中，本发明发现两种改性剂同浴共处理时，硅醇自缩合形成的团簇会覆盖聚多巴胺层上的部分氨基位点，且硅烷水解缩合过程生成的水会促使已形成的亚胺键水解，协同效果未能充分发挥。为此，本发明采用先加入十八醛反应、后再加入十三氟辛基三乙氧基硅烷的顺序加料分步接枝工艺，使醛基优先占据氨基位点，后接枝的氟代烷基链填充长链烷基之间的空隙并富集于接枝层表面，形成更致密有序的混合接枝层，从而进一步增强了协同增效，解决了共浴接枝不充分的问题。

16、与现有技术相比，本发明有益技术效果：

17、1）本发明以接枝低表面能表面改性剂的改性芳纶长丝作中心抗拉填充，在芳纶表面形成润滑层，降低缆芯内摩擦，减少弯折扭转中的内部磨损，线缆垂直扭转寿命显著提高。

18、2）本发明采用十三氟辛基三乙氧基硅烷与十八醛复配，二者接枝位点不同、功能互补，产生协同增效，改性芳纶的摩擦系数显著低于任一单组分改性。

19、3）本发明采用顺序加料分步接枝工艺，避免位点竞争和亚胺键水解干扰，形成致密有序且氟富集于表面的接枝层，进一步增强线缆耐弯折性能。