CN106971768A - 一种新能源汽车内部用高压电缆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新能源汽车内部用高压电缆，所述高压电缆从内到外依次包括铜导体、隔离层、绝缘和护套；还包括屏蔽层，所述屏蔽层位于绝缘和护套之间。其制备方法包括如下步骤：铜导体‑隔离‑绝缘‑屏蔽‑护套。本发明制备出的电缆额定电压为DC 1500V，电缆长期工作温度≤150℃；电缆敷设温度≥‑40℃；采用多股股线同向绞合、最外层绞合节距控制在8～14D的工艺，该电缆弯曲半径不小于4倍的产品外径，具有良好的柔软性；采用辐照交联乙丙橡胶合金材料用作电缆的绝缘和护套，电缆具有优异的电气性能和抗撕性能。

Description

一种新能源汽车内部用高压电缆及其制备方法
技术领域
本发明属于线缆技术领域，具体涉及一种新能源汽车内部用高压电缆及其制备方法。
背景技术
随着新能源产业的发展及我国“十三五”规划的出台，新能源电动汽车预计2020年销量在200万台，电动汽车内部用高压电缆是电气系统不可或缺的一部分。新能源汽车内部用高压电缆具有如下特点(1)电缆安装空间狭小，电缆弯曲半径不能太大，要求产品具有一定的柔软性和抗撕裂性能；(2)电缆一般布置在前舱发动机高温区或底盘区域，要求电缆耐高低温性能、防水性能优异；(3)车速时高时低，瞬时大电流和短时大电流频繁发生，要求电缆具有较强的耐大电流能力和屏蔽性能；(4)电缆布置在汽车内部，要求其具有高的防火性能。
对比发明专利“CN104376903B一种电动汽车内部用高压电缆及其制作方法”，“CN104538110B一种电动汽车内部用电缆”，“CN104538091B一种电动汽车内部用高压电缆”，“CN104517678B一种电动汽车内部高压连接用电缆”，采用环保型热塑性弹性体(TPE/TPU)或者辐照交联聚烯烃(XLPO)用作车内高压电缆的绝缘或护套，该材料具有质量轻、阻燃性能好的特点，但是该材料在长期使用过程中易开裂，低硬度的材料表面容易析出油对电气设备造成损害。
对比实用新型专利“CN205827998U柔性新能源车内高压电缆”，“CN 205692592U双屏蔽柔性新能源车内高压电缆”，采用硅橡胶用作电缆的绝缘或护套，该材料具有耐温等级高、柔软性能优的特点，但是硅橡胶抗撕裂性能差，长期使用容易开裂。
发明内容
发明目的：为了解决热塑性弹性体或硅橡胶，长期使用易开裂的现象，本发明提供了一种新能源汽车内部用高压电缆及其制备方法。
技术方案：一种新能源汽车内部用高压电缆，所述高压电缆从内到外依次包括铜导体、隔离层、绝缘和护套；
所述铜导体为经过拉丝、退火工艺拉制的0.100～0.200mm软铜丝多层绞合形成的裸铜导体或者镀锡铜导体，其特征在于多根退火软铜丝或经镀锡工艺制备的镀锡软铜丝经过单方向绞合形成股线；多股股线经多层绞合形成裸铜导体或者镀锡铜导体，每层绞合方向相同，外层绞合节距比不大于内层，且最外层绞合节距比为8～14；
所述隔离层为导体外面绕包0.05～0.20mm厚度的聚酰亚胺薄膜带或加强型无纺布，所述绕包方向与导体绞合方向相反；
所述绝缘和护套所用材料均为150℃辐照交联乙丙橡胶合金材料，其配方如下：乙丙橡胶50～80份、氢化苯乙烯/异戊二烯嵌段共聚物20～50份、白炭黑10～30份、活性陶土5～15份、环保芳烃油10～30份、聚乙烯蜡1～5份、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体(防老剂RD)1～5份、N-苯基-2-萘胺(防老剂D)1～5份、三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)1～5份、敏化剂0.5～4份。
作为优化：还包括屏蔽层，所述屏蔽层位于绝缘和护套之间，所述屏蔽层包括铝塑复合带和镀锡铜丝，先绕包一层铝塑复合带，再编织镀锡铜丝，编织角不大于35°，编织密度不小于85％。
作为优化：所述铜导体标称截面为2.5～120mm2。
作为优化：所述绝缘厚度为0.6～2.0mm。
作为优化：所述护套厚度为1.0～3.0mm。
一种根据所述的新能源汽车内部用高压电缆的制备方法，包括如下步骤：
(1)铜导体：将多根经拉丝退火的0.100～0.200mm裸铜丝或镀锡铜丝过束丝设备进行单方向绞合形成股线，随后将股线按照多层同向绞合的方式、不同层不同的节距比形成标称截面2.5～120mm2的紧压导体；
(2)隔离：将0.05～0.20mm厚度的聚酰亚胺薄膜带或加强型无纺布缠绕在导体外面形成隔离层；
(3)绝缘：将辐照交联乙丙橡胶合金材料挤包在隔离层外面，绝缘厚度0.6～2.0mm；
(4)护套：将辐照交联乙丙橡胶合金材料挤包在绝缘线芯表面，护套厚度1.0～3.0mm。
一种根据所述的新能源汽车内部用高压电缆的制备方法，包括如下步骤：
(1)铜导体：将多根经拉丝退火的0.100～0.200mm裸铜丝或镀锡铜丝过束丝设备进行单方向绞合形成股线，随后将股线按照多层同向绞合的方式、不同层不同的节距比形成标称截面2.5～120mm2的导体；
(2)隔离：将0.05～0.20mm厚度的聚酰亚胺薄膜带或加强型无纺布缠绕在导体外表面形成隔离层；
(3)绝缘：将辐照交联乙丙橡胶合金材料挤包在隔离层外面，绝缘厚度0.6～2.0mm；
(4)屏蔽：将铝塑复合带以螺旋缠绕的方式绕包在绝缘线芯外面，再编织镀锡铜丝，铝塑复合带铝面与镀锡铜丝直接接触，编织密度不小于85％；
(5)护套：将辐照交联乙丙橡胶合金材料挤包在屏蔽层外面，护套厚度1.0～3.0mm。
有益效果：本发明制备的电缆额定电压为DC 1500V，电缆长期工作温度≤150℃；电缆敷设温度≥-40℃；弯曲半径不小于4倍的电缆外径，具有良好的柔软性；护套撕裂强度不小于20N/mm，具有优异的抗撕性能。
本发明与现有技术相比，由于采用超柔软的铜导体，使用多股股线同向绞合、过紧压模具、最外层绞合节距控制在8～14D的工艺，该电缆具有线芯柔软，弯曲半径小的优点。
由配方制备的乙丙橡胶合金弹性体材料辐照后拉伸强度大于15.0MPa，断裂伸长率大于500％，撕裂强度大于20N/mm，具有优异的机械性能；20℃体积电阻率不小于1×1012Ω.m，介电强度不小于30MV/m，具有优异的绝缘性能；密度不超过1.1g/cm3，具有质量轻的优点。该材料通过UL94的V-0级燃烧试验，具有优异的阻燃性能；耐油、耐热水、耐150℃空气老化后拉伸强度和断裂伸长率变化率不超过±20％，-40℃的断裂伸长率不小于280％，具有优异的耐化学试剂、耐高低温性能。
对由上述工艺和材料制备的新能源汽车内部用高压电缆进行性能检测，该电缆经150℃短期老化、-40℃低温卷绕、-15℃低温冲击、20h耐化学试剂后经受3.5kV交流电压1min不击穿；电缆经受16kV交流电压1min后不击穿。电缆进行750℃耐火试验，30min内保持线路完整。对生产的电缆进行热寿命评估，与已经使用了半年的电缆进行比较，寿命均超过5年，满足汽车行业对电缆寿命的需求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种新能源汽车内部用高压电缆，所述高压电缆从内到外依次包括铜导体、隔离层、绝缘和护套；
所述铜导体为将经过拉丝、退火工艺拉制成的0.150mm软铜丝或镀锡铜丝经过单方向绞合形成裸铜导体或者镀锡铜导体，导体绞合节距比为8；所述铜导体标称截面为2.5mm2；
所述隔离层为导体外面绕包0.05mm厚度的聚酰亚胺薄膜带加强型无纺布，所述绕包方向与导体绞合方向相反；
所述绝缘和护套所用材料均为150℃辐照交联乙丙橡胶合金材料，其配方如下：乙丙橡胶80份、氢化苯乙烯/异戊二烯嵌段共聚物20份、白炭黑25份、活性陶土5份、环保芳烃油25份、聚乙烯蜡2份、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体1份、N-苯基-2-萘胺1份、三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)2份、敏化剂3.6份。所述绝缘层厚度为0.8mm。所述护套层厚度为1.0mm。
一种根据所述的新能源汽车内部用高压电缆的制备方法，包括如下步骤：
(1)铜导体：将多根经拉丝退火的0.150mm裸铜丝或镀锡铜丝过束丝设备进行单方向绞合形成标称截面2.5mm2的紧压导体；
(2)隔离：将0.05mm厚度的聚酰亚胺薄膜带或加强型无纺布缠绕在导体外面形成隔离层；
(3)绝缘：将辐照交联乙丙橡胶合金材料挤包在隔离层外面，绝缘厚度0.8mm；
(4)护套：将辐照交联乙丙橡胶合金材料挤包在绝缘线芯表面，护套厚度1.0mm。
还包括屏蔽层，所述屏蔽层位于绝缘和护套之间，所述屏蔽层包括铝塑复合带和镀锡铜丝，先绕包一层厚度为0.065mm的铝塑复合带，再编织0.12mm线径的镀锡铜丝，编织角不大于35°，编织密度不小于85％。
一种根据所述的新能源汽车内部用高压电缆的制备方法，包括如下步骤：
(1)铜导体：将多根经拉丝退火的0.150mm裸铜丝或镀锡铜丝过束丝设备进行单方向绞合形成标称截面2.5mm2的紧压导体；
(2)隔离：将0.05mm厚度的聚酰亚胺薄膜带加强型无纺布缠绕在导体外表面形成隔离层；
(3)绝缘：将辐照交联乙丙橡胶合金材料挤包在隔离层外面，绝缘厚度0.8mm；
(4)屏蔽：将铝塑复合带以螺旋缠绕的方式绕包在绝缘线芯外面，再编织镀锡铜丝，铝塑复合带铝面与镀锡铜丝直接接触，编织密度不小于85％；
(5)护套：将辐照交联乙丙橡胶合金材料挤包在屏蔽层外面，护套厚度1.0mm。
实施例2
一种新能源汽车内部用高压电缆，所述高压电缆从内到外依次包括铜导体、隔离层、绝缘和护套；
所述铜导体为将经过拉丝、退火工艺拉制成的0.200mm软铜丝或镀锡铜丝经过多层同向绞合形成裸铜导体或镀锡铜导体，其特征在于多根退火软铜丝或镀锡铜丝经过单方向绞合形成股线；多股股线经过多层绞合形成裸铜导体或镀锡铜导体，每层绞合方向相同，外层绞合节距比不大于内层，且最外层绞合节距比为14；所述铜导体标称截面为120mm2；
所述隔离层为导体外面绕包0.20mm厚度的聚酰亚胺薄膜带或加强型无纺布，所述绕包方向与导体绞合方向相反；
所述绝缘层和护套层所用材料均为150℃辐照交联乙丙橡胶合金材料，其配方如下：乙丙橡胶55份、氢化苯乙烯/异戊二烯嵌段共聚物45份、白炭黑20份、活性陶土10份、环保芳烃油20份、聚乙烯蜡5份、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体1.5份、N-苯基-2-萘胺1.5份、三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)4份、敏化剂2份。所述绝缘层厚度为1.6mm。所述护套层厚度为3.0mm。
一种根据所述的新能源汽车内部用高压电缆的制备方法，包括如下步骤：
(1)铜导体：将多根经拉丝退火的0.200mm裸铜丝或镀锡铜丝过束丝设备进行单方向绞合形成股线，随后将股线按照多层同向绞合的方式、不同层不同的节距比形成标称截面120mm2的紧压导体；
(2)隔离：将0.20mm厚度的聚酰亚胺薄膜带或加强型无纺布缠绕在导体外面形成隔离层；
(3)绝缘：将辐照交联乙丙橡胶合金材料挤包在隔离层外面，绝缘厚度1.6mm；
(4)护套：将辐照交联乙丙橡胶合金材料挤包在绝缘线芯表面，护套层厚度2.4mm。
还包括屏蔽层，所述屏蔽层位于绝缘和护套之间，所述屏蔽层包括铝塑复合带和镀锡铜丝，先绕包一层厚度为0.2mm的铝塑复合带，再编织0.20mm线径的镀锡铜丝，编织角不大于35°，编织密度不小于85％。
一种根据所述的新能源汽车内部用高压电缆的制备方法，包括如下步骤：
(1)铜导体：将多根经拉丝退火的0.200mm裸铜丝或镀锡铜丝过束丝设备进行单方向绞合形成股线，随后将股线按照多层同向绞合的方式、不同层不同的节距比形成标称截面120mm2的紧压导体；
(2)隔离：将0.20mm厚度的聚酰亚胺薄膜带或加强型无纺布缠绕在导体外表面形成隔离层；
(3)绝缘：将辐照交联乙丙橡胶合金材料挤包在隔离层外面，绝缘厚度1.6mm；
(4)屏蔽：将铝塑复合带以螺旋缠绕的方式绕包在绝缘线芯外面，再编织镀锡铜丝，铝塑复合带铝面与镀锡铜丝直接接触，编织密度不小于85％；
(5)护套：将辐照交联乙丙橡胶合金材料挤包在屏蔽层外面，护套厚度2.4mm。
实施例3
一种新能源汽车内部用高压电缆，所述高压电缆从内到外依次包括铜导体、隔离层、绝缘层和护套层；
所述铜导体为将经过拉丝、退火工艺拉制成的0.150mm软铜丝或镀锡铜丝经过多层同向绞合形成裸铜导体或镀锡铜导体，其特征在于多根退火软铜丝或镀锡铜丝经过单方向绞合形成股线；多股股线经过多层绞合形成裸铜导体或镀锡铜导体，每层绞合方向相同，外层绞合节距比不大于内层，且最外层绞合节距比为12；所述铜导体标称截面为70mm2；
所述隔离层为导体外面绕包0.16mm厚度的聚酰亚胺薄膜带或加强型无纺布，所述绕包方向与导体绞合方向相反；
所述绝缘层和护套层所用材料均为150℃辐照交联乙丙橡胶合金材料，其配方如下：乙丙橡胶70份、氢化苯乙烯/异戊二烯嵌段共聚物30份、白炭黑15份、活性陶土10份、环保芳烃油15份、聚乙烯蜡5份、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体1.5份、N-苯基-2-萘胺1.5份、三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)3份、敏化剂3份。所述绝缘层厚度为1.5mm。所述护套层厚度为2.0mm。
一种根据所述的新能源汽车内部用高压电缆的制备方法，包括如下步骤：
(1)铜导体：将多根经拉丝退火的0.150mm裸铜丝或镀锡铜丝过束丝设备进行单方向绞合形成股线，随后将股线按照多层同向绞合的方式、不同层不同的节距比形成标称截面70mm2的紧压导体；
(2)隔离：将0.16mm厚度的聚酰亚胺薄膜带或加强型无纺布缠绕在导体外面形成隔离层；
(3)绝缘：将辐照交联乙丙橡胶合金材料挤包在隔离层外面，绝缘厚度1.5mm；
(4)护套：将辐照交联乙丙橡胶合金材料挤包在绝缘线芯表面，护套厚度2.0mm。
还包括屏蔽层，所述屏蔽层位于绝缘和护套之间，所述屏蔽层包括铝塑复合带和镀锡铜丝，先绕包一层厚度为0.15mm的铝塑复合带，再编织0.15mm线径的镀锡铜丝，编织角不大于35°，编织密度不小于85％。
一种根据所述的新能源汽车内部用高压电缆的制备方法，包括如下步骤：
(1)铜导体：将多根经拉丝退火的0.150mm裸铜丝或镀锡铜丝过束丝设备进行单方向绞合形成股线，随后将股线按照多层同向绞合的方式、不同层不同的节距比形成标称截面70mm2的紧压导体；
(2)隔离：将0.16mm厚度的聚酰亚胺薄膜带或加强型无纺布缠绕在导体外表面形成隔离层；
(3)绝缘：将辐照交联乙丙橡胶合金材料挤包在隔离层外面，绝缘厚度1.5mm；
(4)屏蔽：将铝塑复合带以螺旋缠绕的方式绕包在绝缘线芯外面，再编织镀锡铜丝，铝塑复合带铝面与镀锡铜丝直接接触，编织密度不小于85％；
(5)护套：将辐照交联乙丙橡胶合金材料挤包在屏蔽层表面，护套厚度2.0mm。
本发明制备出的电缆额定电压为DC 1500V，电缆长期工作温度≤150℃；电缆敷设温度≥-40℃；最小弯曲半径不大于4倍的电缆外径，具有良好的柔软性；护套撕裂强度不小于20N/mm，具有优异的抗撕性能。
本发明与现有技术相比，由于采用超柔软的铜导体，使用多股股线同向绞合、过紧压模具、最外层绞合节距控制在8～14D的工艺，该电缆具有线芯柔软，弯曲半径小的优点。
由配方制备的乙丙橡胶合金弹性体材料辐照后拉伸强度大于15.0MPa，断裂伸长率大于500％，撕裂强度大于20N/mm，具有优异的机械性能；20℃体积电阻率不小于1×1012Ω.m，介电强度不小于30MV/m，具有优异的绝缘性能；密度不超过1.1g/cm3，具有质量轻的优点。该材料通过UL94的V-0级燃烧试验，具有优异的阻燃性能；耐油、耐热水、耐150℃空气老化后拉伸强度和断裂伸长率变化率不超过±20％，-40℃的断裂伸长率不小于280％，具有优异的耐化学试剂、耐高低温性能。
对由上述工艺和材料制备的新能源汽车内部用高压电缆进行性能检测，该电缆经150℃短期老化、-40℃低温卷绕、-15℃低温冲击、20h耐化学试剂后经受3.5kV交流电压1min不击穿；电缆经受16kV交流电压1min后不击穿。电缆进行750℃耐火试验，30min内保持线路完整。对生产的电缆进行热寿命评估，与已经使用了半年的电缆进行比较，寿命均超过5年，满足汽车行业对电缆寿命的需求。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种新能源汽车内部用高压电缆，其特征在于：所述高压电缆从内到外依次包括铜导体、隔离层、绝缘和护套；
所述铜导体为经过拉丝、退火工艺拉制的0.100～0.200mm软铜丝多层绞合形成的裸铜导体或者镀锡铜导体，其特征在于多根退火软铜丝或经镀锡工艺制备的镀锡软铜丝经过单方向绞合形成股线；多股股线经多层绞合形成裸铜导体或者镀锡铜导体，每层绞合方向相同，外层绞合节距比不大于内层，且最外层绞合节距比为8～14；
所述隔离层为导体外面绕包0.05～0.20mm厚度的聚酰亚胺薄膜带或加强型无纺布，所述绕包方向与导体绞合方向相反；
所述绝缘和护套所用材料均为150℃辐照交联乙丙橡胶合金材料，其配方如下：乙丙橡胶50～80份、氢化苯乙烯/异戊二烯嵌段共聚物20～50份、白炭黑10～30份、活性陶土5～15份、环保芳烃油10～30份、聚乙烯蜡1～5份、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体(防老剂RD)1～5份、N-苯基-2-萘胺(防老剂D)1～5份、三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)1～5份、敏化剂0.5～4份。
2.根据权利要求1所述的新能源汽车内部用高压电缆，其特征在于：还包括屏蔽层，所述屏蔽层位于绝缘和护套之间，所述屏蔽层包括铝塑复合带和镀锡铜丝，先绕包一层铝塑复合带，再编织镀锡铜丝，编织角不大于35°，编织密度不小于85％。
3.根据权利要求1或2所述的新能源汽车内部用高压电缆，其特征在于：所述铜导体标称截面为2.5～120mm2。
4.根据权利要求1或2所述的新能源汽车内部用高压电缆，其特征在于：所述绝缘厚度为0.6～2.0mm。
5.根据权利要求1或2所述的新能源汽车内部用高压电缆，其特征在于：所述护套厚度为1.0～3.0mm。
6.一种根据权利要求1所述的新能源汽车内部用高压电缆的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)铜导体：将多根经拉丝退火的0.100～0.200mm裸铜丝或镀锡铜丝过束丝设备进行单方向绞合形成股线，随后将股线按照多层同向绞合的方式、不同层不同的节距比形成标称截面2.5～120mm2的紧压导体；
(2)隔离：将0.05～0.20mm厚度的聚酰亚胺薄膜带或加强型无纺布缠绕在导体外面形成隔离层；
(3)绝缘：将辐照交联乙丙橡胶合金材料挤包在隔离层外面，绝缘厚度0.6～2.0mm；
(4)护套：将辐照交联乙丙橡胶合金材料挤包在绝缘线芯表面，护套厚度1.0～3.0mm。
7.一种根据权利要求2所述的新能源汽车内部用高压电缆的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)铜导体：将多根经拉丝退火的0.100～0.200mm裸铜丝或镀锡铜丝过束丝设备进行单方向绞合形成股线，随后将股线按照多层同向绞合的方式、不同层不同的节距比形成标称截面2.5～120mm2的紧压导体；
(2)隔离：将0.05～0.20mm厚度的聚酰亚胺薄膜带或加强型无纺布缠绕在导体外表面形成隔离层；
(3)绝缘：将辐照交联乙丙橡胶合金材料挤包在隔离层外面，绝缘厚度0.6～2.0mm；
(4)屏蔽：将铝塑复合带以螺旋缠绕的方式绕包在绝缘线芯外面，再编织镀锡铜丝，铝塑复合带铝面与镀锡铜丝直接接触，编织密度不小于85％；
(5)护套：将辐照交联乙丙橡胶合金材料挤包在屏蔽层外面，护套厚度1.0～3.0mm。
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