CN105860322A - 一种超薄壁汽车电线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超薄壁汽车电线，包括导体、包覆在导体表面的固定层和包覆在固定层表面的绝缘层，所述绝缘层的材料包括如下重量份数的组成成分：高聚合度PVC树脂：100份、改性树脂：20‑40份、高分子量增塑剂：10‑30份、阻燃剂：20‑50份、纳米二氧化硅：10‑20份、纳米碳酸钙：5‑20份、N‑取代马来酰亚胺类耐热改性剂：0.5‑8份。本发明的超薄壁汽车电线通过固定层和绝缘层双重提高电线的安全性，并通过合理配伍绝缘层材料的成分，通过各成分之间产生的协同作用，使制得的超薄壁汽车电线既具有良好的低温性能，低温冲击脆化温度可达‑50℃，又具有较高的耐温等级，可长期在125℃下使用，还具有优异的机械性能，尤其具有极好的耐磨性，进而保证电线的使用寿命。

Description

一种超薄壁汽车电线
技术领域
本发明涉及一种超薄壁汽车电线。
背景技术
随着汽车工业的迅猛发展，汽车的安全性、操作性、经济性、环保性与其电子化也得到迅速发展。汽车电线是汽车电器系统不可缺少的重要元气件之一。随着汽车电器的大量应用，现代汽车电子化和信息化程度的不断提高，每辆汽车所用的导线数量和种类成倍地增加。随着汽车传输容量的急剧膨胀，汽车内布线空间也越发紧张，汽车电器的连接和传输方式也在发生变化，目前薄壁、超薄壁、细线径电线成为主流。薄壁线的出现，不仅减轻了导线本身的重量，缩小了体积，更为基座的小型化提供了条件。但随着电线壁厚的缩小，其耐磨性能和耐高低温性能随之大大降低，而电线的壁厚不均更进一步加剧了局部耐磨性能和耐高低温性能的降低，一旦因绝缘层磨损而产生电击穿，其后果将非常严重。
一般的超薄壁汽车电线绝缘层需要耐105℃，低温-40℃，还需要要求较高的耐磨性，但是厚度只有约0.2mm。而目前用来制作汽车薄壁电线绝缘层的原料都是聚氯乙烯粒子。聚氯乙烯具有价格较低、便于加工等优点，但聚氯乙烯存在分解温度低、耐高温性能差等缺点，不仅制约了其发展，而且使用场合受到限制。而用市场上同类可辐照交联阻燃聚烯烃粒子制成的汽车薄壁电线绝缘层，都存在耐老化性能差、耐刮磨差、加工性能不好、挤出速度慢的缺陷，难以满足耐温等级为125℃的汽车薄壁电线的要求。如中国专利申请文件(公开号：CN103562303A)公开了一种电线，具体公开通过在氯乙烯树脂中加入超细二氧化硅、改性剂、脂肪酸金属盐等提高电缆的耐寒性。但是通过该专利申请文件中的表1可知，这种技术方案不能同时提高电线的耐寒性、耐高温性和耐磨性。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出一种同时具有优异的耐磨性和耐温性的超薄壁汽车电线。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种超薄壁汽车电线，包括导体、包覆在导体表面的固定层和包覆在固定层表面的绝缘层，所述绝缘层的材料包括如下重量份数的组成成分：高聚合度PVC树脂：100份、改性树脂：20-40份、高分子量增塑剂：10-30份、阻燃剂：20-50份、纳米二氧化硅：10-20份、纳米碳酸钙：5-20份、N-取代马来酰亚胺类耐热改性剂：0.5-8份。
本发明超薄壁汽车电线通过固定层和绝缘层双重提高电线的安全性，尤其是绝缘层的材料以高聚合度PVC树脂为基体树脂，加入适量的改性树脂，复配的树脂中再与适量的增塑剂、阻燃剂、纳米二氧化硅、纳米碳酸钙及耐热改性剂，通过各成分之间的协同作用，有效地在保证电线厚度超薄的同时有效地改善电线绝缘层材料的耐磨性和耐高低温。
作为优选，所述的高聚合度PVC树脂的聚合度为2000-3000。
在上述的超薄壁汽车电线中，所述固定层的厚度为0.02-0.06mm，所述绝缘层的厚度为0.16-0.22mm，所述的固定层为PVC热收缩膜。
在上述的超薄壁汽车电线中，所述的改性树脂为乙烯醋酸乙烯共聚物的极性单体接枝物，所述的极性单体接枝物由马来酸酐单体进行接枝反应而制成，在极性单体接枝物中，马来酸酐接枝单体的含量为0.5-1.2％。
在上述的超薄壁汽车电线中，所述的高分子量增塑剂为二甲苯甲醛树脂、聚酯增塑剂、非邻苯二甲酸酯、丙烯-丁二烯共聚物增塑剂中的一种或多种。
作为优选，所述的高分子量增塑剂为二甲苯甲醛树脂与聚酯增塑剂按重量比1:1-2复配的混合物。二甲苯甲醛树脂具有优异的电气绝缘性能，耐化学性、耐迁移、耐渗透、耐老化等优异的性能，可替代40-50％的聚氯乙烯常用的增塑剂邻苯二甲酸二丁酯(DBP)。尽管聚酯增塑剂的塑化效果相对较低，但挥发性低、迁移性小、耐化学性、耐油性和耐久性好。当聚酯增塑剂与二甲苯甲醛树脂复配使用时，进一步有效提高绝缘材料的综合性能。
在上述的超薄壁汽车电线中，所述的阻燃剂为硼酸锌与纳米级三氧化二锑按重量比1:1-2复配并被粒径为3-8μm的氢氧化铝按1：1-3比例所包覆。阻燃效果最好，同时该阻燃剂不含卤素，对环境无污染。
本发明采用无机阻燃剂进行预先包覆的复配阻燃剂用以达到在整个体系中均匀分散的目的。选取复配的阻燃剂由硼酸锌与纳米级三氧化二锑按重量比1:1-2配制而成，然后用粒径3-8μm的氢氧化铝进行包覆。这种复配的无机阻燃剂通过硅烷偶联剂的衔接，能够均匀地依附于基体树脂上，从而使产品各个部分都能达到均匀的阻燃效果。并且在燃烧的过程中，复配的阻燃剂与阻燃协效剂(纳米二氧化硅)产生协同作用，提高阻燃性，并降低产生的烟量。
在上述的超薄壁汽车电线中，所述的纳米二氧化硅为表面经过硬脂酸包覆的纳米二氧化硅，所述纳米二氧化硅的激光粒径D50为100-150nm。
作为优选，硬脂酸包覆纳米二氧化硅方法是用硬脂酸对粒径为100-150nm的二氧化硅进行包覆处理。
进一步优选，所述的纳米二氧化硅具有多孔结构，其孔直径为60-100nm，比表面积为50-70m2/g。二氧化硅的多孔中渗透入树脂中，在形成立体网状连接体系增强机械性能的同时还可以在较大的应力冲击下，依托多孔结构进行自身破碎，释放过大的应力，同时通过树脂的弹性恢复进行缓冲，恢复破碎纳米二氧化硅的位置形成下一级的颗粒，从而降低纳米二氧化硅破碎时对机械性能的影响且不易在体系内部形成破坏力较强的独立碎片，从而实现高效应力衰减的目的。纳米二氧化硅借助其本身的细微结构和其微孔表层部位对应力的变向、衰减等，缓冲消除使用中存在的微弱应力。
在上述的超薄壁汽车电线中，所述纳米碳酸钙的粒径为20-50nm，通过如下方法改性：将纳米碳酸钙粉料加入高速捏合机中，加热至100-110℃，加入相当于粉料重量2-3％的钛酸酯偶联剂NDZ-105、4-5％的硬脂酸钠和2-4％的椰子油，在400-600r/min的转速下搅拌20-30min，然后在50-60℃下烘干，粉碎过100-150目筛即可。
通过对纳米碳酸钙进行表面改性，降低颗粒的表面能，避免颗粒间发生团聚，并改善纳米碳酸钙在基体树脂中的分散性，显著提高纳米碳酸钙颗粒与基体树脂的相容性，从而提高绝缘层材料的力学性能，尤其是大大提高绝缘材料的抗拉强度、断裂伸长率和冲击强度。
在上述的超薄壁汽车电线中，所述的N-取代马来酰亚胺类耐热改性剂为N-苯基马来酰亚胺-苯乙烯-丙烯腈三元共聚物、N-苯基马来酰亚胺-甲基丙烯酸甲酯二元共聚物、N-苯基马来酰亚胺-苯乙烯二元共聚物、N-苯基马来酰亚胺-甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯三元共聚物、N-环己基马来酰亚胺-甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯三元共聚物、N-环己基马来酰亚胺-甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丙烯酸六氟丁酯四元共聚物中的一种或多种。
N-取代马来酰亚胺类耐热改性剂一般是由N-取代马来酰亚胺与甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯腈共聚得到的一类耐热改性剂。N-取代马来酰亚胺主要包括N-苯基马来酰亚胺(PhMI)和N-环己基马来酰亚胺(ChMI)。与传统的耐热改性剂相比，N-取代马来酰亚胺的共聚物及其衍生物分子结构中存在酰亚胺平面五元环，入高分子链中将完全阻止侧链绕主链旋转，使分子链同时具有很好的刚性和韧性。同时，它们与各种树脂相容性好且无毒，具有较好的耐热性和加工性能。
其中，N-苯基马来酰亚胺-苯乙烯-丙烯腈三元共聚物的分子结构中引入酰亚胺五元环结构，增加了侧链的空间位阻，可赋予绝缘材料较高的耐热性。甲基丙烯酸甲酯与N-取代马来酰亚胺具有很好的相容性,且聚甲基丙烯酸甲酯本身的玻璃化转变温度较高，树脂与N-取代马来酰亚胺和甲基丙烯酸甲酯共聚物共混后，可以有效提高其耐热性，进而提高绝缘材料的耐热性。在耐热改性剂中加入丙烯酸六氟丁酯,即N-环己基马来酰亚胺-甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丙烯酸六氟丁酯四元共聚物可大幅度提高绝缘材料的加工性能，并降低生产成本。在加工等量绝缘材料时，N-环己基马来酰亚胺-甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丙烯酸六氟丁酯四元共聚物的加入量要明显比其他耐热改性剂少很多，约为其他加入量的60％左右。
在上述的超薄壁汽车电线中，所述绝缘层的材料还包括0.5-5份聚四氟乙烯，所述的聚四氟乙烯分子量为400万-600万。作为优选，聚四氟乙烯的分子量为400万-500万。聚四氟乙烯为抗滴落剂。
在上述的超薄壁汽车电线中，所述绝缘层的材料还包括3-20份加工助剂。所述的加工助剂包括钙锌稳定剂、抗氧化剂、填料等。
与现有技术相比，本发明的超薄壁汽车电线通过固定层和绝缘层双重提高电线的安全性，并通过合理配伍绝缘层材料的成分，在以高聚合度PVC树脂为基体树脂的基础上加入改性树脂，与复配且被氢氧化铝包覆的阻燃剂、硬脂酸包覆的纳米二氧化硅、改性后的纳米碳酸钙、增塑剂以及特定的耐热改性剂产生协同作用，使制得的超薄壁汽车电线既具有良好的低温性能，低温冲击脆化温度可达-60℃，又具有较高的耐温等级，可长期在125℃下使用，且具有优异的阻燃、耐油、耐臭氧、耐应力开裂、耐压碎、耐溶剂、耐熔铁焊接、短路温度高、耐钢针刮磨等特性，进而保证电线在汽车中的使用寿命。
具体实施例
下面通过具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细描述。
实施例1
一种超薄壁汽车电线，包括导体、包覆在导体表面的厚度为0.03mm的固定层和包覆在固定层表面的厚度为0.20mm的绝缘层，所述绝缘层的材料包括如下重量份数的组成成分：聚合度为2000-3000的高聚合度PVC树脂：100份、乙烯醋酸乙烯共聚物的极性单体接枝物：30份、二甲苯甲醛树脂：10份、聚酯增塑剂：15份、阻燃剂：30份、纳米二氧化硅：18份、纳米碳酸钙：15份、N-环己基马来酰亚胺-甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丙烯酸六氟丁酯四元共聚物：3.5份、分子量为400万-500万的聚四氟乙烯：3份、钙锌稳定剂：3份、抗氧化剂：4份。
实施例2
一种超薄壁汽车电线，包括导体、包覆在导体表面的厚度为0.04mm的固定层和包覆在固定层表面的厚度为0.20mm的绝缘层，所述绝缘层的材料包括如下重量份数的组成成分：聚合度为2000-3000的高聚合度PVC树脂：100份、乙烯醋酸乙烯共聚物的极性单体接枝物：35份、二甲苯甲醛树脂：20份、阻燃剂：40份、纳米二氧化硅：15份、纳米碳酸钙：10份、N-环己基马来酰亚胺-甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丙烯酸六氟丁酯四元共聚物：2份、分子量为400万-500万的聚四氟乙烯：4份，加工助剂：8份。所述的加工助剂包括根据情况添加的适量的钙锌稳定剂、抗氧化剂、填料等常见助剂。
实施例3
一种超薄壁汽车电线，包括导体、包覆在导体表面的厚度为0.05mm的固定层和包覆在固定层表面的厚度为0.20mm的绝缘层，所述绝缘层的材料包括如下重量份数的组成成分：聚合度为2000-3000的高聚合度PVC树脂：100份、乙烯醋酸乙烯共聚物的极性单体接枝物：25份、非邻苯二甲酸酯：25份、阻燃剂：40份、纳米二氧化硅：18份、纳米碳酸钙：15份、N-苯基马来酰亚胺-苯乙烯-丙烯腈三元共聚物：6份，加工助剂：10份。所述的加工助剂包括根据情况添加的适量的钙锌稳定剂、抗氧化剂、填料等常见助剂。
实施例4
一种超薄壁汽车电线，包括导体、包覆在导体表面的厚度为0.06mm的固定层和包覆在固定层表面的厚度为0.19mm的绝缘层，所述绝缘层的材料包括如下重量份数的组成成分：聚合度为2000-3000的高聚合度PVC树脂：100份、乙烯醋酸乙烯共聚物的极性单体接枝物：40份、丙烯-丁二烯共聚物增塑剂：10份、阻燃剂：45份、纳米二氧化硅：12份、纳米碳酸钙：8份、N-苯基马来酰亚胺-甲基丙烯酸甲酯二元共聚物：8份，分子量为400万-600万的聚四氟乙烯：2份。所述的加工助剂包括根据情况添加的适量的钙锌稳定剂、抗氧化剂、填料等常见助剂。
实施例5
一种超薄壁汽车电线，包括导体、包覆在导体表面的厚度为0.02mm的固定层和包覆在固定层表面的厚度为0.20mm的绝缘层，所述绝缘层的材料包括如下重量份数的组成成分：聚合度为2000-3000的高聚合度PVC树脂：100份、乙烯醋酸乙烯共聚物的极性单体接枝物：20份、二甲苯甲醛树脂：10份、聚酯增塑剂：20份、阻燃剂：50份、纳米二氧化硅：10份、纳米碳酸钙：5份、N-苯基马来酰亚胺-苯乙烯二元共聚物：5份。
实施例6
一种超薄壁汽车电线，包括导体、包覆在导体表面的厚度为0.06mm的固定层和包覆在固定层表面的厚度为0.16mm的绝缘层，所述绝缘层的材料包括如下重量份数的组成成分：聚合度为2000-3000的高聚合度PVC树脂：100份、乙烯醋酸乙烯共聚物的极性单体接枝物：30份、聚酯增塑剂：15份、阻燃剂：20份、纳米二氧化硅：20份、纳米碳酸钙：20份、N-环己基马来酰亚胺-甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丙烯酸六氟丁酯四元共聚物：0.5份，分子量为400万-600万的聚四氟乙烯：5份，加工助剂：5份。所述的加工助剂包括根据情况添加的适量的钙锌稳定剂、抗氧化剂、填料等常见助剂。
在上述实施例1-6中，所述的乙烯醋酸乙烯共聚物的极性单体接枝物中，马来酸酐接枝单体的含量为0.5-1.2％；所述的阻燃剂为硼酸锌与纳米级三氧化二锑按重量比1:1-2复配并被粒径为3-8μm的氢氧化铝按1：1-3比例所包覆；所述的纳米二氧化硅为表面经过硬脂酸包覆的纳米二氧化硅，所述纳米二氧化硅的激光粒径D50为100-150nm，且所述的纳米二氧化硅具有多孔结构，其孔直径为60-100nm，比表面积为50-70m2/g；所述的纳米碳酸钙的粒径为20-50nm，通过如下方法改性：将纳米碳酸钙粉料加入高速捏合机中，加热至100-110℃，加入相当于粉料重量2-3％的钛酸酯偶联剂NDZ-105、4-5％的硬脂酸钠和2-4％的椰子油，在400-600r/min的转速下搅拌20-30min，然后在50-60℃下烘干，粉碎过100-150目筛即可。
对比例1
中国专利申请文件(公开号：CN103275411A)中所述的超薄壁汽车电线。
对比例2
中国专利申请文件(公开号：CN103562303A)中所述的电线。
将实施例1-6及对比例1-2中的电线进行性能测试，测试结果如表1所示，其中测试标准均为领域内常用的标准，如拉伸断裂强度(Mpa)：GB/T1040-1992，拉伸断裂伸长率(％)：GB/T1040-1992，零下25℃低温脆化保留率(根)：GB5470，低温脆化温度：GB/T 5470-2008。
表1：实施例1-6及对比例1-2中的电线的性能
综上所述，本发明超薄壁汽车电线不仅具有较好的力学性能，也具有较好的阻燃效果，还具有较好的耐低温和耐高温等性能。
本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (10)

1.一种超薄壁汽车电线，其特征在于，包括导体、包覆在导体表面的固定层和包覆在固定层表面的绝缘层，所述绝缘层的材料包括如下重量份数的组成成分：高聚合度PVC树脂：100份、改性树脂：20-40份、高分子量增塑剂：10-30份、阻燃剂：20-50份、纳米二氧化硅：10-20份、纳米碳酸钙：5-20份、N-取代马来酰亚胺类耐热改性剂：0.5-8份。
2.根据权利要求1所述的超薄壁汽车电线，其特征在于，所述固定层的厚度为0.02-0.06mm，所述绝缘层的厚度为0.16-0.22mm，所述的固定层为PVC热收缩膜。
3.根据权利要求1所述的超薄壁汽车电线，其特征在于，所述的改性树脂为乙烯醋酸乙烯共聚物的极性单体接枝物，所述的极性单体接枝物由马来酸酐单体进行接枝反应而制成，在极性单体接枝物中，马来酸酐接枝单体的含量为0.5-1.2％。
4.根据权利要求1所述的超薄壁汽车电线，其特征在于，所述的高分子量增塑剂为二甲苯甲醛树脂、聚酯增塑剂、非邻苯二甲酸酯、丙烯-丁二烯共聚物增塑剂中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的超薄壁汽车电线，其特征在于，所述的高分子量增塑剂为二甲苯甲醛树脂与聚酯增塑剂按重量比1:1-2复配的混合物。
6.根据权利要求1所述的超薄壁汽车电线，其特征在于，所述的阻燃剂为硼酸锌与纳米级三氧化二锑按重量比1:1-2复配并被粒径为3-8μm的氢氧化铝按1：1-3比例所包覆。
7.根据权利要求1所述的超薄壁汽车电线，其特征在于，所述的纳米二氧化硅为表面经过硬脂酸包覆的纳米二氧化硅，所述纳米二氧化硅的激光粒径D50为100-150nm；所述的纳米二氧化硅具有多孔结构，其孔直径为60-100nm，比表面积为50-70m2/g。
8.根据权利要求1所述的超薄壁汽车电线，其特征在于，所述的N-取代马来酰亚胺类耐热改性剂为N-苯基马来酰亚胺-苯乙烯-丙烯腈三元共聚物、N-苯基马来酰亚胺-甲基丙烯酸甲酯二元共聚物、N-苯基马来酰亚胺-苯乙烯二元共聚物、N-苯基马来酰亚胺-甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯三元共聚物、N-环己基马来酰亚胺-甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯三元共聚物、N-环己基马来酰亚胺-甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丙烯酸六氟丁酯四元共聚物中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的超薄壁汽车电线，其特征在于，所述绝缘层的材料还包括0.5-5份聚四氟乙烯，所述的聚四氟乙烯分子量为400万-600万。
10.根据权利要求1或9所述的超薄壁汽车电线，其特征在于，所述绝缘层的材料还包括3-20份加工助剂。所述的加工助剂包括钙锌稳定剂、抗氧化剂、填料等。
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