CN101573767A - 电线导体和绝缘电线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电线导体和绝缘电线，它们均改善了因重量减轻和直径减小而下降的强度并具有优异的耐腐蚀性和再生性。所述电线导体可以通过绞合含有纯铜的第一基线和含有铜合金的第二基线来制备。优选地，相对于所述电线导体的全部横截面积，第一基线的横截面积在10～90％的范围内。所述电线导体中使用的铜合金可以为Cu－Ni－Si合金，含有Sn、Ag、Mg或Zn的铜合金等。所述电线导体可以被圆形压缩。所述绝缘电线可以通过用绝缘体覆盖所述电线导体的外周来制备。

Description

电线导体和绝缘电线
技术领域
本发明涉及电线导体和绝缘电线，更具体地涉及适合用于汽车电线的电线导体和绝缘电线。
背景技术
通常，对于车辆如汽车和电气/电子设备所用的绝缘电线，广泛使用这样的绝缘电线，所述绝缘电线包括通过绞合多根由纯铜如韧铜制成的基线而制备的导体。
最近，车辆如汽车和电气/电子设备的性能得到了快速改善，这增加了其中所用的各种控制电路和其它部件的数量，伴随着这种增加，其中所用的绝缘电线的根数也增加。
在汽车领域，从节能的观点来看，期望车辆重量减轻。因此，作为车辆重量减轻的一部分，试图实现绝缘电线的重量减轻。例如，通过减小其中包括的电线导体直径，已经实现了常规绝缘电线的重量减轻，因为所述常规绝缘电线具有足够的载流容量。
然而，问题是当减小电线导体的直径时，绝缘电线的强度下降。因此，试图改善包括直径减小的电线导体的绝缘电线的强度。
例如，日本专利申请未审公布2004～207079号公开了汽车电线的导体，其通过组合绞合多根由不锈钢制成的基线和由铜制成的基线而制备。
发明内容
本发明要解决的问题
然而，如果使通过组合绞合不锈钢基线和铜基线而制备的电线导体长期保持潮湿，则电线导体内可能建立电偶腐蚀。另外，在绝缘电线的再生过程中难以分离电线导体中的不锈钢和铜，因为电线导体中的不锈钢和铜分别是铁类材料和非铁类金属材料，因此产生了绝缘电线难以再生为铁类材料的问题。还出现了绝缘电线难以再生为非铁类金属的问题，因为非铁类金属的纯度低。
本发明的目的是提供电线导体和绝缘电线，它们的耐腐蚀性和再生性优异，改善了因重量减轻和直径减小而下降的电线导体和绝缘电线的强度。
解决问题的手段
为了实现本发明的目的并且根据本发明的目标，本发明优选实施方式的电线导体包括绞合线，所述绞合线包括由纯铜制成的第一基线(elemental wire)和由铜合金制成的第二基线。
在这种情况下，希望作为占电线导体的横截面积的百分比，所述第一基线的横截面积在10～90％的范围内。
所述铜合金优选包含含量为1.5～4.0质量％的Ni、含量为0.4～0.6质量％的Si以及实质上包括Cu和不可避免的杂质的剩余部分。
或者，所述铜合金优选包含选自Sn、Ag、Mg和Zn的一种以上元素，其中所述一种以上元素的总含量为0.15～1.0质量％，并且剩余部分实质上包括Cu和不可避免的杂质。
所述电线导体优选特别用于电线导体的横截面积0.5mm2以下的细电线。
此外，所述电线导体可以被圆形压缩。
同时，本发明优选实施方式的绝缘电线包括上述电线导体。
发明效果
本发明优选实施方式的电线导体包括由纯铜制成的第一基线和由铜合金制成的第二基线的绞合线，与包括仅由纯铜制成的基线的绞合线的常规电线导体相比，其改善了强度。因此，可以改善因重量减轻和直径减小而下降的本发明优选实施方式的电线导体的强度。另外，由于纯铜的导电性能优于铜合金，因而可以提高本发明优选实施方式的电线导体的容许电流，因为所述电线导体具有比包括仅由铜合金制成的基线的绞合线的电线导体更低的导体电阻。
制成第一基线的纯铜与制成第二基线的铜合金之间的标准电极电位差小，从而即使电线导体长期保持潮湿，也不会轻易建立电偶腐蚀，因此电线导体的耐腐蚀性优异。此外，由于第一基线和第二基线各自由铜基材料制成，因此电线导体可以再生为铜基材料而无需分离，因此电线导体的再生性优异。
在这种情况下，如果作为占电线导体的横截面积的百分比，第一基线的横截面积在10～90％的范围内，则电线导体获得了改善强度的优点，并且电导率优异。
如果所述铜合金包含含量为1.5～4.0质量％的Ni、含量为0.4～0.6质量％的Si以及实质上包括Cu和不可避免的杂质的剩余部分，则电线导体获得了改善强度的优点，并且电导率优异。
或者，如果所述铜合金包含选自Sn、Ag、Mg和Zn的一种以上元素，其中所述一种以上元素的总含量为0.15～1.0质量％，并且剩余部分实质上包括Cu和不可避免的杂质，则电线导体获得了改善强度的优点，并且电导率优异。
由于所述电线导体可以用于横截面积为0.5mm2以下的细电线，因此可以实现例如汽车领域中绝缘电线的重量减轻。
此外，如果所述电线导体被圆形压缩，则减少了基线之间的间隙。因此，当从同一横截面看时，可以降低压缩电线导体的直径。
同时，由于本发明优选实施方式的绝缘电线包括上述电线导体，因此所述绝缘电线强度高，并且耐受腐蚀劣化。由此，所述绝缘电线适合用作电线导体的横截面积为例如0.5mm2以下的细电线。因此，将所述绝缘电线用于例如汽车领域，可以有助于车辆重量减轻。
附图说明
图1A至1D是本发明优选实施方式的电线导体的截面图，其中所述电线导体各自由七根基线构成；
图2A至2D是本发明优选实施方式的电线导体的截面图，其中所述电线导体各自由十九根基线构成；
图3A至3D是图1A至1D所示电线导体的截面图，其中所述电线导体被圆形压缩；和
图4A至4C是本发明另一个实施方式的电线导体的截面图，其中所述电线导体被圆形压缩。
具体实施方式
现在将提供本发明优选实施方式的详述。在下面的描述中，各构成元素的含量百分比指质量百分比。
本发明优选实施方式的电线导体通过绞合由纯铜制成的第一基线和由铜合金制成的第二基线而制备。所述电线导体由一根以上第一基线和一根以上第二基线构成。
制成第一基线的纯铜的纯度为99.9％以上，其例子包括韧铜、无氧铜和磷脱氧铜。其中，在低价方面优选韧铜，在不易产生氢脆化方面优选无氧铜，因为它的铜中只含微量的氧。
对于由纯铜制成的第一基线，优选使用JIS C3102规定的电气用铜线。
制成第二基线的铜合金没有具体限制，其例子包括Cu-Ni-Si合金和含有Sn、Ag、Mg或Zn的铜合金。
所述Cu-Ni-Si合金优选包含含量为1.5～4.0％的Ni、含量为0.4～0.6％的Si以及实质上包括Cu和不可避免的杂质的剩余部分。所述Cu-Ni-Si合金更优选包含含量为2.0～3.0％的Ni和含量为0.4～0.6％的Si。
这是因为如果Ni低于1.5％或Si低于0.4％，则改善电线导体强度的优点容易被降低。另一方面，如果Ni超过4.0％或Si超过0.6％，则易于提高电线导体的导体电阻，使得包括所述电线导体的电线的容许电流下降，由此电线不易被用作电源线。
所述包含Sn、Ag、Mg或Zn的铜合金可以包含这些金属元素中的仅仅一种，以及实质上包括Cu和不可避免的杂质的剩余部分。或者，所述铜合金可以包含超过一种这些金属元素，以及实质上包括Cu和不可避免的杂质的剩余部分。添加到铜合金中的一种或超过一种金属元素的总含量优选在0.15～1.0质量％的范围内。
这是因为如果总含量低于0.15质量％，则改善电线导体强度的优点容易被降低。另一方面，如果总含量超过1.0质量％，则易于提高电线导体的导体电阻，使得包括所述电线导体的电线的容许电流易于下降，由此使电线不易被用作电源线。
所述电线导体是第一基线和第二基线的组合。如果由纯铜制成的第一基线在组合中的比例更大，则易于改善电线导体的电导率，但电线导体的强度易于下降。另一方面，如果由铜合金制成的第二基线在组合中的比例更大，则易于提高电线导体的强度，但其电导率易于下降。因此，考虑电导率和改善强度的优点，优选组合第一和第二基线。
第一基线的比例表示为作为占电线导体横截面积的百分比的第一基线横截面积。第一基线的横截面积指所述一根以上第一基线的全部横截面积。
作为占电线导体横截面积的百分比，第一基线的横截面积优选在10～90％的范围内，更优选在40～70％的范围内。这是因为如果作为占电线导体的横截面积的百分比，所述第一基线的横截面积小于10％，则电线导体的导体电阻易于上升，使得包括所述电线导体的电线的容许电流易于下降，由此使电线不易被用作电源线。另一方面，如果它超过90％，则改善电线导体强度的优点容易被降低。
考虑到在用作例如电源线的情况下电线的容许电流量，所述电线导体优选具有45％IACS以上的电导率。另外，考虑到所述电线导体的强度，其优选具有300Mpa以上的拉伸强度和5％以上的断裂伸长率。
整个电线导体的横截面积没有具体限制，优选为0.5mm2以下。这是因为通过使电线导体直径减小，可以实现电线的重量减轻。另外，即使直径减小，所述电线导体仍能由于改善强度的优点而保持强度。要注意0.5mm2是公称横截面积。
基线的根数和每根基线的横截面积没有具体限制。唯一必不可少的是应该如上所述考虑第一基线的比例选择根数和横截面积，然后应该将第一和第二基线组合。
如果电线导体中包括两根以上第二基线，则它们可以是由相同组成的铜合金制成的同种类型的第二基线，或者所述第二基线可以是由不同组成的铜合金制成的不同类型的基线。
接下来，将参考图1A至4C提供电线导体的更具体构造的描述。另外，在图1A至4C中，假定第一基线和第二基线的横截面积全是同样的大小。
在图1A至1D中，显示了各自由七根基线构成的电线导体。在这种情况下，唯一必不可少的是每个电线导体应该包括至少一根第一基线和至少一根第二基线。优选每个电线导体包括二至五根第一基线。
图1A所示的电线导体10a是五根第一基线12和两根第二基线14的组合。将第一基线12放在中心，并将第二基线14相对于第一基线12按对称位置摆放。图1B所示的电线导体10b是四根第一基线12和三根第二基线14的组合。将一根第一基线12放在中心，并将其它三根第一基线12和三根第二基线14交替摆放成包围所述中心内的第一基线12。
图1C所示的电线导体10c是三根第一基线12和四根第二基线14的组合。将一根第二基线14放在中心，并将三根第一基线12和其它三根第二基线14交替摆放成包围所述中心内的第二基线14。图1D所示的电线导体10d是一根第一基线12和六根第二基线14的组合。将第一基线12放在中心，并将六根第二基线14摆放成包围所述中心内的第一基线12。
在图2A至2D中，显示了各自由十九根基线构成的电线导体。唯一必不可少的是每个电线导体应该包括至少两根第一基线12和至少两根第二基线14。优选每个电线导体包括六至十五根第一基线。
图2A所示的电线导体20a是十五根第一基线12和四根第二基线14的组合。将一根第二基线14放在中心，将三根第一基线12和其它三根第二基线14交替摆放成包围所述中心内的第二基线14，并将其它十二根第一基线12摆放成进一步包围这些第一和第二基线12和14。
图2B所示的电线导体20b是十三根第一基线12和六根第二基线14的组合。将一根第一基线12放在中心，将六根第二基线14摆放成包围所述中心内的第一基线12，并将其它十二根第一基线12摆放成进一步包围这些第二基线14。
图2C所示的电线导体20c是十二根第一基线12和七根第二基线14的组合。将一根第二基线14放在中心，将其它六根第二基线14摆放成包围所述中心内的第二基线14，并将十二根第一基线12摆放成进一步包围这些第二基线14。图2D所示的电线导体20d是六根第一基线12和十三根第二基线14的组合。将一根第二基线14放在中心，将六根第二基线14摆放成包围所述中心内的第二基线14，并将六根第一基线12和其它六根第二基线14交替摆放成进一步包围这些第二基线14。
另外，可以将电线导体进行圆形压缩。可以优选通过使绞合状态的电线导体经过压缩模具进行圆形压缩。
在图3A至3D中，显示了各自由七根基线构成并被圆形压缩的电线导体。图3A至3D所示的电线导体中第一基线12和第二基线14的组合根数和摆放分别与图1A至1D所示的电线导体相同。另外，图3A至3D所示电线导体的基线横截面积尺寸与图1A至1D所示的电线导体相同。
与图1A至1D所示的电线导体10a至10d相比，在图3A至3D所示的各电线导体30a至30d中，通过圆形压缩降低了基线之间的间隙。因此，圆形压缩的各电线导体30a至30d的直径整体下降了。
在图4A至4C中，显示了各自由十一根基线构成并被圆形压缩的电线导体。图4A所示的电线导体40a是八根第一基线12和三根第二基线14的组合。将三根第二基线14放到中心，并将八根第一基线12摆放成包围所述中心内的第二基线14。图4B所示的电线导体40b是四根第一基线12和七根第二基线14的组合。将三根第二基线14放到中心，并将四根第一基线12和其它四根第二基线14交替摆放成包围所述中心内的第二基线14。
图4C所示的电线导体40c是三根第一基线12和八根第二基线14的组合。将三根第一基线12放到中心，并将八根第二基线14摆放成包围所述中心内的第一基线12。与图3A至3D所示的电线导体相似，在图4A至4C所示的电线导体中，通过圆形压缩降低了基线之间的间隙。
第一基线12和第二基线14的摆放不限于图1A至4C所示的摆放，但优选第一基线12和第二基线14在各电线导体中按对称位置摆放，如图1A至4C所示。这是因为以平衡的方式给整个电线导体上带来了由于第二基线14的改善强度的优点。另外，电线导体基线的根数以及第一基线12和第二基线14的组合根数不限于图1A至4C所示电线导体的组合根数。
虽然在图1A至4C中，假定第一基线12和第二基线14的横截面积均为相同的大小，但本发明不限于此。还优选第一基线12的横截面积彼此不同，第二基线14的横截面积也彼此不同。然而，还优选第一基线12具有相同大小的横截面积，第二基线14也具有相同大小的横截面积，并且第一基线12的横截面积不同于第二基线14的横截面积。
接下来，将提供制备上述电线导体的一种示例方法的描述。
优选通过如下操作制备构成电线导体的第一基线：将电解铜熔融并将其铸造和轧制以制备线材，然后将线材冷加工以具有所需的直径。可以优选使用连续铸造和轧制机连续进行铸造和轧制。
如果第二基线是由Cu-Ni-Si合金制成的，则其优选通过如下操作制备：将制备成各成分具有所需百分比的铜合金的熔融金属迅速固化，对熔融的金属进行冷轧以制备线材，然后对线材进行冷加工以具有所需的直径。可以优选使用其中利用水冷模具的间歇式连续铸造机进行铜合金熔融金属的迅速固化。
或者，如果第二基线是由包含Sn、Ag、Mg或Zn的铜合金制成的，则其优选通过如下操作制备：将电解铜熔融，将金属如Sn添加到熔融的电解铜中，使得金属具有所需的百分比，将电解铜铸造和轧制以产生线材，然后对线材进行冷加工以具有所需的直径。与第一基线相似，可以优选使用连续铸造和轧制机连续进行铸造和轧制。此时，可以在连续铸造过程中将要添加的金属连续添加到电解铜中，使得金属具有所需的百分比。
通过绞合由此制备的第一基线和第二基线，制备电线导体，第一基线和第二基线的组合数这样选择，使得第一和第二基线具有所需的比例。另外，如果必要，可以对由此制备的电线导体进行热处理以进行最终调质。
可以使用各种类型的软化炉进行以最终调质为目的的热处理。软化炉的类型没有具体限制，只要电线导体获得所需的性能即可。软化炉可以是间歇式软化炉，或者可以是连续式软化炉。间歇式软化炉的例子包括钟罩式软化炉。连续式软化炉的例子包括传导式连续软化炉、管式连续软化炉和高频连续软化炉。
接下来，将提供本发明优选实施方式的绝缘电线的描述。
通过用绝缘体覆盖上述电线导体来制备本发明优选实施方式的绝缘电线。所述绝缘体可以由一层或两层以上形成。当绝缘体层由两层以上形成时，所述层可以是相同的类型，或者可以是不同的类型。
绝缘体的例子包括聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和氟树脂如PFA树脂、ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)树脂和FEP(氟化乙烯-丙烯)树脂。覆盖绝缘体的厚度没有具体限制。
在必要时可以向绝缘体中添加各种添加剂。添加剂的例子包括抗氧化剂、金属减活剂和加工助剂(例如润滑剂、蜡)。
可以通过如下操作制备上述绝缘电线：优选使用普通混炼机如班伯里混合机、压力混炼机和轧辊将所述成分进行混炼，优选使用普通挤出成形机以绝缘体的成分对电线导体进行挤出覆盖。
实施例
现在将参考实施例具体提供本发明的描述；然而，本发明不限于此。
(电气用铜线的制备)
通过如下操作制备电气用铜线：将电解铜熔融并使用铸造和轧制机将其连续铸造和轧制以制备直径8mm的线材，然后对线材进行冷线拉伸加工以具有所需的直径。
(Cu-Ni-Si合金线的制备)
如下制备具有所需直径的各种铜合金线。使用其中利用水冷模具的间歇式连续铸造机将制备成各成分具有表1所示的所需百分比的铜合金的熔融金属快速固化，获得直径24mm的线材。然后，对线材进行冷轧，获得直径8mm的线材。然后，对线材进行冷线拉伸加工以获得具有所需直径的铜合金线。
(包含Sn、Ag、Mg或Zn的铜合金线的制备)
如下制备具有所需直径的各种铜合金线。将电解铜熔融，同时将添加元素连续添加到电解铜中以使元素具有表1所示的所需百分比，并使用铸造和轧制机对电解铜进行连续铸造和轧制以获得直径8mm的线材。然后，对线材进行冷线拉伸加工以获得具有所需直径的铜合金线。
(实施例1)
通过如下操作制备实施例1的电线导体：绞合三根电气用铜线和四根Cu-Ni-Si合金线，并将绞合线在440℃热处理8小时以进行调质。通过下述测定方法，测量所制成的电线导体的拉伸强度、断裂伸长率和电导率。另外，基于制成电线导体的材料之间的标准电极电位差评价电线导体的耐腐蚀性，并基于制成电线导体的材料评价电线导体的再生性。其结果示于表1。
(实施例2)
通过如下操作制备实施例2的电线导体：绞合两根电气用铜线和五根Cu-Ni-Si合金线，并将绞合线在400℃热处理8小时以进行调质。按照与实施例1相同的方式测量和评价电线导体。其结果示于表1。
(实施例3)
通过如下操作制备实施例3的电线导体：绞合十三根电气用铜线和六根Cu-Ni-Si合金线，并将绞合线在380℃热处理8小时以进行调质。按照与实施例1相同的方式测量和评价电线导体。其结果示于表1。
(实施例4至7)
通过如下操作制备实施例4至7的各电线导体：绞合三根电气用铜线和四根包含表1所示的一种添加元素的铜合金线，并将绞合线在380℃热处理8小时以进行调质。按照与实施例1相同的方式测量和评价电线导体。其结果示于表1。
(比较例1)
通过绞合七根电气用铜线，并将绞合线连续软化，制备比较例1的电线导体。按照与实施例1相同的方式测量和评价电线导体。其结果示于表1。
(比较例2)
通过绞合八根电气用铜线和一根不锈钢线，并将绞合线连续软化，制备比较例2的电线导体。按照与实施例1相同的方式测量和评价电线导体。其结果示于表1。
(比较例3)
通过绞合七根包含表1所示的添加元素的铜合金线，并在480℃将绞合线热处理8小时以进行调质，制备比较例3的电线导体。按照与实施例1相同的方式测量和评价电线导体。其结果示于表1。
(比较例4)
通过绞合七根包含表1所示的添加元素的铜合金线，制备比较例4的电线导体。没有对电线导体进行热处理。按照与实施例1相同的方式测量和评价电线导体。其结果示于表1。
拉伸强度
通过普通拉伸强度试验仪测量拉伸强度。300Mpa以上的拉伸强度被认为是合格的。
断裂伸长率
通过普通拉伸强度试验义测量断裂伸长率。5％以上的断裂伸长率被认为是合格的。
电导率
通过桥法测量电导率。45％IACS(国际退火铜标准)以上的电导率被认为是合格的。
Figure A20078004859900171
根据表1，表明比较例的电线导体均在拉伸强度、断裂伸长率、电导率、耐腐蚀性和再生性的一些评价项目存在不合格。
具体而言，比较例1的电线导体只由电气用铜线构成，从而其拉伸强度差，但断裂伸长率、电导率、耐腐蚀性和再生性优异。比较例2的电线导体由电气用铜线和不锈钢线构成，从而其再生性差，因为它是由不同类型的金属制成的，但拉伸强度优异。另外，比较例2的电线导体耐腐蚀性差，因为电线导体的标准电极电位差大。
比较例3的电线导体只由铜合金线构成，从而因为高电阻导致电导率差，但拉伸强度优异。比较例4的电线导体也只由铜合金线构成，从而因为未对其进行热处理导致断裂伸长率差，但拉伸强度优异。
同时，表明本实施例的电线导体的拉伸强度、断裂伸长率、电导率、耐腐蚀性和再生性均优异。
也就是说，表明适当地组合绞合电气用铜线和铜合金线能够获得拉伸强度优异、同时保持适当的断裂伸长率和电导率的电线导体，这种电线导体无法通过常规形式仅绞合电气用电线导体而获得。另外，表明本实施例的电线导体的耐腐蚀性优异，因为它们的铜与铜合金之间的标准电极电位差小，并且所述电线导体的再生性也优异，因为它们各自由铜基材料制成并且能够再生为铜基材料而无需分离。
因此，还在通过将本发明优选实施方式的电线导体用于细径绝缘电线如公称横截面积为例如0.5mm2以下的电线以实现绝缘电线的重量减轻和直径减小中，可以改善因重量减轻和直径减小而下降的绝缘电线的强度。
提出本发明优选实施方式的以上描述是为了例示和描述；然而，它并非旨在穷举或者将本发明限于公开的确切形式，各种修改和变化是可能的，只要它们不背离本发明的原理。

Claims (7)

1.一种包括绞合线的电线导体，所述绞合线包括：
由纯铜制成的第一基线；和
由铜合金制成的第二基线。
2.权利要求1的电线导体，其中作为占所述电线导体横截面积的百分比，所述第一基线的横截面积在10～90％的范围内。
3.权利要求1和2中任一项的电线导体，其中所述铜合金包含：
含量为1.5～4.0质量％的Ni；
含量为0.4～0.6质量％的Si；和
实质上包括Cu和不可避免的杂质的剩余部分。
4.权利要求1和2中任一项的电线导体，其中所述铜合金包含：
选自Sn、Ag、Mg和Zn的一种以上元素，其中所述一种以上元素的总含量为0.15～1.0质量％；和
实质上包括Cu和不可避免的杂质的剩余部分。
5.权利要求1至4中任一项的电线导体，其中所述电线导体的横截面积为0.5mm2以下。
6.权利要求1至5中任一项的电线导体，其中所述电线导体被圆形压缩。
7.一种绝缘电线，其包括根据权利要求1至6中任一项的电线导体。
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