CN105976899A - 一种铝合金电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电动汽车及线缆技术领域，涉及一种铝合金电缆，包括导体、包覆在导体外的包带、被覆在包带外的绝缘层，所述绝缘层的材料为125℃环保阻燃热塑性弹性体TPE或TPU，其特征在于所述导体是由多根铝合金丝绞合而成的，所述包带以有搭接的方式单方向螺旋地绕在导体之外，搭接的宽度为包带宽度的0.1～0.2倍；包带的材料是厚度为0.15～0.30mm的阻水带或无纺布或玻璃纤维带或云母带或是厚度为0.03～0.10mm的聚酯带。本发明具有以下主要有益效果：更柔软、更易弯曲、更易施工、自重更轻、成本更低、更能耐高压、大电流、耐高温、防电气干扰；阻燃效果更好、抗弯曲性能更优、使用更安全。

Description

一种铝合金电缆
本申请是名称为：一种电动汽车内部用铝合金电缆、申请日为：2015年01月20日、申请号为：201510027609.2的发明专利的分案申请。
技术领域
本发明属于电动汽车及线缆技术领域，尤其是涉及一种铝合金电缆。
背景技术
汽车内部用高压连接电缆是一种供电连接线，主要用于车辆内部的高压传输。通信电源用软电缆不仅要求具有良好的柔软性，以便在狭窄的空间内或类似的情形下方便敷设，而且要求具有理想的阻燃性，以适应较高的防火等级要求。
目前国内外汽车用电缆绝大部分采用铜导体，铜导体本身较重，而且柔软性较差；国内外通常采用通信电源用软电缆来进行替代使用。
关于通信电源用软电缆的技术信息可在公开的中国专利文献中见诸，例如CN201247632Y推荐有“通信电源用阻燃、耐火、屏蔽抗干扰软电缆”、CN201302849Y提供有“一种通信电源用阻燃耐火软电缆”、CN202230791Y披露有“一种通信电源用阻燃交联聚乙烯绝缘软电缆”、CN202720953U介绍有“用于通信电源的瓦形阻燃屏蔽软电缆”、CN202855416U揭示有“通信电源用耐火屏蔽软电缆”和CN202601277U公开的“一种通信电源用阻燃软电缆”,等等。
现有技术中的通信电源用软电缆虽然各有相应的技术效果，但是存在以下共同的缺陷：(1)由于是以绞合细铜丝作为导体的，其柔软程度并不能满足期望的要求。并且由于柔软度差而使弯曲半径受到限制，因而在狭窄空间、受不可移动的物体阻碍乃至拐弯抹角处之类的场合敷设时，极易影响施工速度,特别是在车辆等空间较小的场合；(2)由于在技术偏见下普遍择用铜作为软电缆的导体，因而不仅存在合理使用原材料方面的盲目性，而且导致软电缆的制造成本大；其三，由于铜密度大，故电缆重量较重，因而不仅物流运输、仓储环节中的成本高，而且在敷设过程中施工人员劳动强度大，所耗人工成本高。
本公司申请的申请号为：2014104424205及名称为：“一种具有超柔软铝导体的电动汽车内部用高压连接电缆及其制作方法”、申请号为：2014104424313及名称为：“具有超柔软铝导体的电动汽车内部用高压连接电缆及制作方法”、申请号为：2014104424328及名称为：“具有超软铝导体的电动汽车内部用双护套高压连接电缆及制作方法”专利中，护套层的材料仍不够理想，故柔软程度、阻燃性能等仍有提升的空间。
鉴于上述已有技术，仍有改进的必要，为此本申请人作了有益的设计，形成了下面将要介绍的技术方案。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是揭示一种铝合金电缆，它是采用以下技术方案来实现的。
本发明的第一实施实例中，一种铝合金电缆，包括导体、包覆在导体外的包带、被覆在包带外的绝缘层，所述绝缘层的材料为125℃环保阻燃热塑性弹性体TPE，所述电缆的额定工作电压为1500V，电缆的长期工作温度≤125℃，电缆敷设时环境温度≥-40℃，电缆在温度为175℃下连续稳定工作时间≥6h，电缆的最小弯曲半径为电缆外径的5倍，其特征在于所述导体是由多根直径为0.01～0.50mm的铝合金丝绞合而成的，所述导体的横截面积为1.5mm 2～120mm2；所述包带以有搭接的方式单方向螺旋地绕在导体之外，搭接的宽度为包带宽度的0.1～0.2倍；包带的材料是厚度为0.15～0.30mm的阻水带或无纺布或玻璃纤维带或云母带或是厚度为0.03～0.10mm的聚酯带。
本发明的第二实施实例中，一种铝合金电缆，包括导体、包覆在导体外的包带、被覆在包带外的绝缘层，所述绝缘层的材料为125℃环保阻燃热塑性弹性体TPU，所述电缆的额定工作电压为1500V，电缆的长期工作温度≤125℃，电缆敷设时环境温度≥-40℃，电缆在温度为175℃下连续稳定工作时间≥6h，电缆的最小弯曲半径为电缆外径的5倍，其特征在于所述导体是由多根直径为0.01～0.50mm的铝合金丝绞合而成的，所述导体的横截面积为1.5mm 2～120mm2；所述包带以有搭接的方式单方向螺旋地绕在导体之外，搭接的宽度为包带宽度的0.1～0.2倍；包带的材料是厚度为0.15～0.30mm的阻水带或无纺布或玻璃纤维带或云母带或是厚度为0.03～0.10mm的聚酯带。
上述所述的一种铝合金电缆，其特征在于所述导体由多层构成，每层中由多根铝合金丝绞合而成，且相邻层之间的绞合方向相反；每层的绞合节距为该层中铝丝直径的10～25倍。
上述所述的一种铝合金电缆，其特征在于所述导体由多层构成，相邻层中：外层铝合金丝的绞合节距比内层铝合金丝的绞合节距大，且外层铝合金丝的绞合节距是内层铝合金丝的绞合节距的2～4倍。
上述所述的一种铝合金电缆，其特征在于所述的绝缘层的厚度为0.5～3.0mm；较典型的厚度为0.5mm或0.7mm或0.8mm或1.0mm或1.5mm或2.0mm或3.0mm。
因此，本发明具有以下主要有益效果：更柔软、更易弯曲、更易施工、自重更轻、成本更低、更能耐高压、大电流、耐高温、防电气干扰；阻燃效果更好、抗弯曲性能更优、使用更安全。
附图说明
图1为本发明实施实例1的一段开剥后的立体结构示意图。
图2是实施实例1的横截面结构示意图。
具体实施方式
实施实例1
请见图1和图2，一种铝合金电缆，包括导体1、包覆在导体1外的包带2、被覆在包带2外的绝缘层3，所述绝缘层3的材料为125℃环保阻燃热塑性弹性体TPE，所述电缆的额定工作电压为1500V，电缆的长期工作温度≤125℃，电缆敷设时环境温度≥-40℃，电缆在温度为175℃下连续稳定工作时间≥6h，电缆的最小弯曲半径为电缆外径的5倍，其特征在于所述导体1是由多根直径为0.01～0.50mm的铝合金丝绞合而成的，所述导体的横截面积为1.5mm 2～120mm2；所述包带以有搭接的方式单方向螺旋地绕在导体之外，搭接的宽度为包带宽度的0.1～0.2倍；包带的材料是厚度为0.15～0.30mm的阻水带或无纺布或玻璃纤维带或云母带或是厚度为0.03～0.10mm的聚酯带。
实施实例2
请参考图1和图2，一种铝合金电缆，包括导体1、包覆在导体1外的包带2、被覆在包带2外的绝缘层3，所述绝缘层3的材料为125℃环保阻燃热塑性弹性体TPU，所述电缆的额定工作电压为1500V，电缆的长期工作温度≤125℃，电缆敷设时环境温度≥-40℃，电缆在温度为175℃下连续稳定工作时间≥6h，电缆的最小弯曲半径为电缆外径的5倍，其特征在于所述导体1是由多根直径为0.01～0.50mm的铝合金丝绞合而成的，所述导体的横截面积为1.5mm 2～120mm2；所述包带以有搭接的方式单方向螺旋地绕在导体之外，搭接的宽度为包带宽度的0.1～0.2倍；包带的材料是厚度为0.15～0.30mm的阻水带或无纺布或玻璃纤维带或云母带或是厚度为0.03～0.10mm的聚酯带。
上述所述的一种铝合金电缆，其特征在于所述的单面铝箔层的厚度为0.05～0.5mm；较典型的厚度为0.05mm或0.08mm或0.10mm或0.12mm或0.15mm或0.20mm或0.20mm或0.25mm或0.30mm或0.40mm或0.45mm。
上述所述的一种铝合金电缆，其特征在于所述的屏蔽层是由金属丝编织带包覆形成的编织屏蔽层或由半导体复合材料挤塑包覆在单面铝箔层外形成的半导体屏蔽层。
上述任一实施实例中所述的一种铝合金电缆，其特征在于所述的护套层4的厚度为0.8～3.0mm；较典型的厚度为0.8mm或1.0mm或1.2mm或1.5mm或1.6mm或1.8mm或2.0mm或2.5mm或3.0mm。
上述任一实施实例中所述的一种铝合金电缆，其特征在于所述铝合金丝的型号为8A07或8030或LHA1或LHA2。
上述任一实施实例中所述的一种铝合金电缆，其特征在于所述铝合金丝的抗拉强度为120～155MPa、最小断裂伸长率为8%、20℃时最大电阻率为29.7nΩ·m；所述铝合金丝的最大线膨胀系数为2.3×10-5（1/℃）。
上述任一实施实例中所述的一种铝合金电缆，其特征在于所述铝合金丝由以下重量份的原料构成：硅：0.03～0.08份、铁：0.2～0.42份、铜：0.2～0.3份、镁：0.06～0.2份、锆：0.1～0.3份、锌：0.01～0.04份、硼：0.01～0.03份、铂：0.01～0.05份、钛：0.01～0.1份、钨：0.01～0.05份、锰：0.01～0.03份、其余为铝；其中，镁与硅质量比为（1.50～2.00）：1；所述铝合金丝的抗拉强度最小值为305MPa、最小断裂伸长率为3.8%、20℃时最大电阻率为32.5nΩ·m、最大线膨胀系数为2.15×10-5（1/℃）、20℃时的最大密度为2.85g/cm3。
上述所述的铝合金丝中，锆与铝形成三铝化锆化合物，使铝合金中再结晶晶粒得到了有效的细化；镁硅比（1.50～2.00）：1，使铝合金中形成了硅化二氧化镁强化相，在对于铝合金同样的后续热处理时，经测试此铝合金强度与镁硅比不在此范围内的铝合金相比，强度提高30～40MPa，其中镁硅比1.50：1时强度约提高30MPa，镁硅比2.00：1时强度约提高31MPa，镁硅比1.80：1时强度提高50MPa，镁硅比从1.50：1至1.80：1，强度增加程上升趋势，镁硅比从2.00：1至1.80：1，强度增加程上升趋势，所述镁硅比指质量比；上述所述的铝合金丝中，铂的加入使电阻率大大下降。
申请人对于以下配方的铝合金丝作了详细的检测，所述铝合金丝由以下重量份的原料构成：硅：0.05份、铁：0.2～0.42份、铜：0.2～0.3份、镁：0.09份、锆：0.1～0.3份、锌：0.01～0.04份、硼：0.01～0.03份、铂：0.01～0.05份、钛：0.01～0.1份、钨：0.01～0.05份、锰：0.01～0.03份、其余为铝；即镁与硅质量比为1.8：1；测得的铝合金丝的抗拉强度最小值为337MPa、最小断裂伸长率为4.6%、20℃时最大电阻率为30.2nΩ·m、最大线膨胀系数为2.13×10-5（1/℃）、20℃时的最大密度为2.65g/cm3。
本发明的电缆中的导体，具有优良的耐酸、耐碱、耐水及抗氧化性能，保管条件极低，不用担心氧化及腐蚀问题；而且具有极强的耐热性能，膨胀及收缩在-100～300℃范围内基本不受温度的影响。
上述任一实施实例中所述的一种铝合金电缆，其特征在于所述导体由多层构成，每层中由多根铝合金丝绞合而成，且相邻层之间的绞合方向相反；每层的绞合节距为该层中铝合金直径的10～25倍。
进一步地，上述任一实施实例中所述的一种铝合金电缆，其特征在于所述导体由多层构成，相邻层中：外层铝合金丝的绞合节距比内层铝合金丝的绞合节距大，且外层铝合金丝的绞合节距是内层铝合金丝的绞合节距的2～4倍。
上述任一实施实例中所述的一种铝合金电缆，其特征在于所述的绝缘层的厚度为0.5～3.0mm；较典型的厚度为0.5mm或0.7mm或0.8mm或1.0mm或1.5mm或2.0mm或3.0mm。
当然，作为进一步地改进，本发明中，上述任一实施实例中，包带层的材料还可以是金属带如铜带或铝带或铝合金带或钢带，包带以有搭接的方式单方向螺旋地绕在导体之外，前后螺旋之间具有搭接使得导体对外无暴露处；导体即多根铝合金丝可以是绞合的，也可以是平行放置的，这样使导体紧固约束为一体；反复弯曲时不散开；对于导体的保护更加周到，外部的轻微损伤不会影响内部导体的性能。
本发明中，由于导体中使用了铝合金丝，铝合金丝可以做到比铝丝直径更细但是强度更高，故可以更快速地绞合生产，绞合速度是铝丝的3～5倍，是铜丝的2～3倍；故电缆更加柔软、更易弯曲、更易在狭窄的空间内敷设、更能耐高压、耐大电流容量、耐高温、更耐酸/碱/水腐蚀、不会氧化；具有更小的热膨胀系数，做成电缆后，膨胀及收缩在-100～300℃范围内基本不受温度的影响，能保持与绝缘层的一体化；抗蠕变性能更好。本发明中，电缆绝缘层采用125℃环保阻燃热塑性弹性体TPE或TPU，可有效地起到阻燃作用，在电动汽车的狭窄空间内使用，弯曲自如，未见绝缘层开裂现象发生。
热塑性弹性体TPE（ThermoplasticElastomer）是一种具有橡胶的高弹性，高强度，高回弹性，又具有可注塑加工的特征的材料；本申请中用到的125℃环保阻燃热塑性弹性体TPE可以在LASTO、POLYONE等公司购买到。
TPU(Thermoplasticpolyurethanes)名称为热塑性聚氨酯弹性体橡胶；本申请中用到的125℃环保阻燃热塑性弹性体TPU可以在LASTO、POLYONE、SK、常熟中联新材料有限公司等公司购买到。本申请中用到的TPU在浑浊下耐水性能是良好的，1～2年内不会发生明显水解；另外，使用本申请中的电缆与与煤油、汽油、液压油、机油、润滑油等做相溶性试验，将电缆中其它部分全部剥离，仅剩绝缘层，经过90天的浸泡，与油品未发现相互侵蚀现象。
申请人不仅使用了现有技术中的TPE、TPU，还开发了一种无卤阻燃热塑性弹性体电缆料，用于本申请的绝缘材料，其特征在于所述的无卤阻燃热塑性弹性体电缆料由以下重量份的原料组成：丁二烯-苯乙烯共聚物SBS：30份；聚(2-乙基-6正丙基-1，4-亚苯基)醚：40份；聚乙烯或聚丙烯：38份；丁烯：25份；市售克拉玛依产的型号为4010环烷基白油：15份；磷酸三甲酚酯：30份；聚乙烯蜡：3份；型号为1010的线缆护套用抗氧化剂：0.5份；市售型号为UV-360抗紫外线吸收剂：0.8份。
经测试，上述卤阻燃热塑性弹性体电缆料密度为1.025g/cm-3、熔体流动速率为11.8g/10min、邵氏硬度为83、拉伸强度为MPa、断裂伸长率为14.4%、135℃×168h老化试验通过、拉伸强度变化率为2.6%、100℃热变形为1.8%、抗撕裂值为25N/mm、通过135℃×1h抗开裂试验、抗开裂（130℃、负载10kg、3mm试样）通过、(0/30)-40℃冲击脆化试验通过、氧指数为28%、20℃体积电阻率为2.6×1016Ω·m、介电强度为32MV/m、阻燃等级为VW-1、130℃×1h电缆热收缩为0.2%、45g/L草酸溶液，(23±5)℃，168h耐酸后伸长率变化率为-2.3%、40g/L氢氧化钠溶液，(23±5)℃，168h耐碱后强度变化率为1.2%、40g/L氢氧化钠溶液，(23±5)℃，168h耐碱后伸长率变化率为-4.2%、(80±2)℃，7×24h耐热水强度变化率为0.04%、(80±2)℃，7×24h耐热水伸长率变化率为0.35%、(85±2)℃、(85±2)%湿度、3000h老化后伸长率变化率为-1.8%；且于本发明的电缆生产时，绝缘层的最大稳定加工速度达到了120米/分钟上，各项性能指标都达到了优秀的等级。
将本发明中的电缆放置在酸性PH值为5-6、碱性PH值为8-9的水溶液中，30天后仍能正常使用。
因此，本发明具有以下主要有益效果：更柔软、更易弯曲、更易施工、自重更轻、成本更低、更能耐高压、大电流、耐高温、防电气干扰；阻燃效果更好、抗弯曲性能更优、使用更安全。
本发明不局限于上述最佳实施方式，应当理解，本发明的构思可以按其他种种形式实施运用，它们同样落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1. 一种铝合金电缆，包括导体、包覆在导体外的包带、被覆在包带外的绝缘层，所述绝缘层的材料为125℃环保阻燃热塑性弹性体TPU，所述电缆的额定工作电压为1500V，电缆的长期工作温度≤125℃，电缆敷设时环境温度≥-40℃，电缆在温度为175℃下连续稳定工作时间≥6h，电缆的最小弯曲半径为电缆外径的5倍，其特征在于所述导体是由多根直径为0.01～0.50mm的铝合金丝绞合而成的，所述导体的横截面积为1.52～120mm2；所述包带以有搭接的方式单方向螺旋地绕在导体之外，搭接的宽度为包带宽度的0.1～0.2倍；包带的材料是厚度为0.15～0.30mm的阻水带或无纺布或玻璃纤维带或云母带或是厚度为0.03～0.10mm的聚酯带；所述铝合金丝由以下重量份的原料构成：硅：0.03～0.08份、铁：0.2～0.42份、铜：0.2～0.3份、镁：0.06～0.2份、锆：0.1～0.3份、锌：0.01～0.04份、硼：0.01～0.03份、铂：0.01～0.05份、钛：0.01～0.1份、钨：0.01～0.05份、锰：0.01～0.03份、还包含铝；其中，镁与硅质量比为（1.50～2.00）：1；所述铝合金丝的抗拉强度最小值为305MPa、最小断裂伸长率为3.8%、20℃时最大电阻率为32.5nΩ·m、最大线膨胀系数为2.15×10-5（1/℃）、20℃时的最大密度为2.85g/cm3。
2. 根据权利要求1所述的一种铝合金电缆，其特征在于所述导体由多层构成，每层中由多根铝合金丝绞合而成，且相邻层之间的绞合方向相反；每层的绞合节距为该层中铝丝直径的10～25倍。
3. 根据权利要求2所述的一种铝合金电缆，其特征在于所述导体由多层构成，相邻层中：外层铝合金丝的绞合节距比内层铝合金丝的绞合节距大，且外层铝合金丝的绞合节距是内层铝合金丝的绞合节距的2～4倍。
4. 根据权利要求3所述的一种铝合金电缆，其特征在于所述绝缘层的厚度为0.5～3.0mm。
5. 根据权利要求4所述的一种铝合金电缆，其特征在于所述绝缘层的厚度为0.5mm或0.7mm或0.8mm或1.0mm或1.5mm或2.0mm或3.0mm。
6. 根据权利要求5所述的一种铝合金电缆，其特征在于所述铝合金丝由以下重量份的原料构成：硅：0.05份、铁：0.2～0.42份、铜：0.2～0.3份、镁：0.09份、锆：0.1～0.3份、锌：0.01～0.04份、硼：0.01～0.03份、铂：0.01～0.05份、钛：0.01～0.1份、钨：0.01～0.05份、锰：0.01～0.03份、余量为铝；即镁与硅质量比为1.8：1。
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