CN109155169B - 抗弯曲性及柔韧性优异的热线电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抗弯曲性及柔韧性优异的热线电缆。具体而言，本发明涉及一种热线电缆，其具有权衡关系的抗弯曲性等机械性能和柔韧性均优异，并且便于控制发热。

Description

抗弯曲性及柔韧性优异的热线电缆
技术领域
本发明涉及一种抗弯曲性及柔韧性优异的热线电缆。具体而言，本发明涉及一种热线电缆，其具有权衡关系的抗弯曲性等机械性能和柔韧性均优异，并且便于控制发热。
背景技术
通常，在汽车的座椅中，内置热线电缆，使得可以通过供应电力来产生热量以保护驾驶员和乘客免受寒冷。这种热线电缆构成为多个导体芯被额外的绝缘材料涂覆的热线集合成束状，并用覆盖材料包裹，并且以Z字形方式布置在由防火处理的无纺布等构成的安装表面上，从而形成平面加热元件。
这种热线电缆应具有优异的抗拉强度、抗弯曲性等机械性能，以防止因乘客的负荷和机身振动在汽车座椅中使用时而受到机械、化学、热应力等的损坏。另外，如上所述，需要以Z字形方式布置以提供优异的柔韧性以形成平面加热元件。
然而，为了改善热线电缆的抗弯曲性等机械性能，通过在构成热线电缆的导体芯的铜(Cu)中添加其他合金元素进行合金化，或者将多个热线以恒定的间距扭曲并集合成束状时，可以改善热线电缆的机械性能，但是会降低柔韧性或者导体芯的电阻增加，使得难以控制热线电缆的发热量。
具体而言，应用于汽车座椅等的所述热线电缆的加热温度通常应该在70℃以下的范围内，为此，应该根据输入电流调节热线电缆的总电阻，为了进一步调节该热线电缆的总电阻，通过减小每个导体芯的直径来减小每个导体芯的横截面积并通过导体芯的数量来调节电阻是有利的。然而，当导体芯的直径减小时，热线的抗拉强度、抗弯曲性等机械性能降低，从而存在可操作性劣化的问题。相反，当增加导体芯的直径以改善热线的抗拉强度、抗弯曲性等机械性能时，不仅难以进行电阻控制而且热线电缆的柔韧性可能减少。
因此，强烈要求具有权衡关系的抗弯曲性等机械性能和柔韧性均优异，并且便于控制发热的热线电缆。
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的在于，提供一种热线电缆，具有权衡关系的抗拉强度、抗弯曲性等机械性能和柔韧性均优异。
另外，本发明的目的在于，提供一种便于控制发热量的热线电缆。
用于解决问题的技术方案
为了解决上述课题，本发明提供一种热线电缆，
包括：
多个热线，多个所述热线包括多个导体芯及包裹每个所述导体芯的绝缘层；以及
包覆部，包裹多个所述热线，
多个所述热线整体扭曲并集合成束状，
所述导体芯包括铜合金，
所述铜合金除铜以外包括作为合金元素的镁(Mg)，
所述导体芯的屈服应力为700-1200MPa，断裂应力为900-1400MPa。
所述导体芯满足以下数学式1的条件，
数学式1：0.28≤[{(109.27×ln(m)+1331.2)×(-135.92m2+527.09m+689.51)}/(2.3×107)]×R≤3.10，
在所述数学式1中，m是以所述导体芯的总重量为基准的所述镁(Mg)的含量(重量％)，R是所述导体芯的每单位长度的电阻(Ω/m)。
以所述导体芯的总重量为基准，所述镁(Mg)的含量为0.02-2.0重量％。
多个所述热线以1-20mm的绞距扭绞在一起。
所述热线的数量为12-50个。
集合的多个所述热线的总直径为0.3-0.6mm。
所述包覆部的内径为0.3-0.6mm。
总外径为0.5-1.5mm，总电阻为0.25-3.0Ω/m。
所述绝缘层由聚氨酯清漆或聚酯酰亚胺搪瓷涂层形成，所述绝缘层的厚度为0.005-0.007mm。
与所述包覆部的内表面相邻且彼此相邻的任意两个热线与所述包覆部的内表面之间形成空间。
由以下数学式2定义的S为0.3以上，
数学式2：S＝B/A
在所述数学式2中，B是由任意两个相邻的热线与包覆部的内表面之间形成的空间的面积，
将所述包覆部的内表面假设为完整的圆形的情况下，A是由两个所述热线与包覆部的内表面之间形成的空间的面积。
所述包覆部由聚合物树脂和阻燃剂混合的涂料组合物形成并填充在多个所述热线之间的空间中，厚度为0.2-0.25mm，所述聚合物树脂的抗拉强度为35-85MPa，抗弯强度为70-120Mpa。
所述聚合物树脂包括聚酰胺12(PA12)、聚酰胺(PA6)、热塑性聚弹性体(TPE)中的任意一个或者包括聚酰胺12(PA12)、聚酰胺(PA6)、热塑性聚弹性体(TPE)全部。
所述阻燃剂包括由有机磷系阻燃剂、三聚氰胺系阻燃剂及磷酸酯系阻燃剂组成的组中选择的一种以上的阻燃剂，以所述涂料组合物的总重量为基准，所述阻燃剂的含量为15-25重量％。
还包括多个所述热线配置在周围的中心拉伸线。
所述中心拉伸线包括：高强度纤维，其包括由高强度碳纤维、高强度玻璃纤维和芳香族聚酰胺纤维组成的组中选择的一种以上；以及树脂，至少部分包裹所述高强度纤维。
所述中心拉伸线包括至少部分包裹所述高强度纤维的树脂。
发明效果
本发明的热线电缆通过精确控制导体芯的材料、直径和数量，表现出同时改善具有权衡关系的抗弯曲性等机械性能和柔韧性，进而便于控制发热量的优异的效果。
附图说明
图1是示意性地示出本发明的热线电缆的一个实施例的剖视图。
图2是示意性地示出图1的热线电缆的纵剖视图。
图3是示意性地示出本发明的热线电缆的另一实施例的剖视图。
图4是示意性地示出图3的热线电缆的纵剖视图。
具体实施方式
以下，将详细说明本发明的优选实施例。但是，本发明不限于在此说明的实施例，而是可以以其他形式体现。然而，提供在此描述的实施例，使得公开的内容彻底和完整，并且向本领域技术人员充分传达本发明的思想。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的构成要素。
图1是示意性地示出本发明的热线电缆的一个实施例的剖视图，图2是示意性地示出图1的热线电缆的纵剖视图。
如图1和图2所示，本发明的热线电缆通过多个热线100集合成束状而形成，所述热线100包括：导体芯110，其是在供电时产生热量的电阻线；以及绝缘层120，额外地包裹所述导体芯110。所述热线电缆可以包括包覆部200，包裹所述束状的多个热线100。
图3是示意性地示出本发明的热线电缆的另一实施例的剖视图，图4是示意性地示出图3的热线电缆的纵剖视图。
如图3和图4所示，本发明的热线电缆包括：多个热线100，在后述的中心拉伸线200'周围整体集合成束状，所述热线100包括作为在供电时产生热量的电阻线的导体芯110'以及额外地包裹所述导体芯110'的绝缘层120'；中心拉伸线200'，设置在热线电缆中心且所述多个热线设置在所述中心拉伸线200'的周围；以及包覆部300'，包裹所述多个热线100'。
所述导体芯110、110'可以由铜合金制成，优选可以由无氧铜(Oxygen-FreeCopper；OFC)合金制成。例如，构成所述导体芯110、110'的无氧铜中铜的含量可以是99.99重量％以上，除了所述铜之外的杂质的含量可以小于0.01重量％，优选地，铜的含量可以是99.9999重量％以上，除了所述铜之外的杂质的含量可以小于0.0001重量％。
由于所述无氧铜合金具有比应用常规电解铜的铜合金更高的导电率，可以扩大用于合金的合金元素的含量范围，因此，可以提供针对热线电缆优化的合金元素的含量比，并且具有比常规电解铜合金更高的再结晶温度，并且在常温及加热时具有优异的抗拉强度、抗弯曲性等机械性能，可以实现稳定质量的电缆特性。另外，由于杂质的含量低于常规电解铜合金的含量，因此可以防止在杂质过度分布的部分中发生裂缝导致热线电缆的断开的现象。
在此，所述导体芯110、110'可以含有铜，优选地，除了无氧铜(OFC)以外还可以含有镁(Mg)、镍(Ni)、锡(Sn)、锌(Zn)、银(Ag)等合金元素，并且还可以优选含有镁(Mg)。
由于作为所述合金元素的镁(Mg)与其他合金元素相比具有优异的导电性，因此可以在实现所述热线电缆的期望电阻的范围内使所述热线100的股数最小化，从而进一步提高所述热线电缆的柔韧性并降低了制造成本。
所述导体芯110、110’可具有700-1200MPa的屈服应力和900-1400MPa的断裂应力。如果所述导体芯110、110’的屈服应力和断裂应力分别低于标准，则会降低热线电缆的抗弯曲性，相反，如果所述热线电缆的屈服应力和断裂应力超过标准，则会增加热线电缆的制造成本。
另外，所述导体芯110、110’可满足由以下数学式1限定的条件，以实现适合作为热线电缆的导体芯的电阻，同时将屈服应力和断裂应力保持在上述范围内。
数学式1
0.28≤[{(109.27×ln(m)+1331.2)×(-135.92m2+527.09m+689.51)}/(2.3×107)]×R≤3.10
在所述数学式1中，
m是以所述导体芯的总重量为基准的铜以外的合金元素的含量(重量％)，优选是镁(Mg)的含量(重量％)，
R是所述导体芯的每单位长度的电阻(Ω/m)。
在此，如果不满足所述数学式1的条件，则所述导体芯的屈服应力或断裂应力降低以降低热线电缆的抗弯曲性，或者所述导体芯的电阻增加，使得难以控制整个热线电缆的电阻等，很难将所述导体芯应用于热线电缆。
例如，以所述导体芯110、110’的总重量为基准，所述导体芯110、110’中的镁的含量可以为0.02-2.0重量％，镍(Ni)的含量可以为1.0-12.0重量％，锡(Sn)的含量可以为0.8-8.0重量％。
当每种所述合金元素的含量分别小于最小含量或超过最大含量时，所述导体芯110、110’的抗拉强度、抗弯曲性等机械性能降低，所述热线电缆可能由于外部的冲击或压力而断开，或者电阻增加，实现所述热线电缆的期望电阻所需的所述热线100、100’的数量增加，因此，所述热线电缆的柔韧性变差并且可加工性可能不足，若不增加所述热线100、100’的数量，则所述热线电缆的电阻增加，难以控制过热产生的发热量。
另外，优选地，所述铜合金处于合金元素完全溶解在铜中的状态，从而不存在沉淀物。既，当使用所述铜合金制造导体芯时，优选地，当基于所述导体芯中的任意点以1cm为单位连续检测到沉淀物时，5次以上未发现沉淀物。由于所述铜合金中没有沉淀物，因此，在热线电缆反复弯曲时在沉淀物和金属基质(Matrix)之间的界面处发生裂缝，从而防止断开，因此，存在抗弯曲性优异的优点。
另外，本发明的热线电缆可以具有例如0.25-3.0Ω/m的电阻，以显示出适当的发热特性。当所述热线电缆的电阻小于0.25Ω/m时，发热量可能不足，而当热线电缆的电阻大于3.0Ω/m时，过多的热量可能导致车辆乘员灼伤或火灾。
所述导体芯110、110’的直径可以约0.02-0.07mm，所述导体芯110、110’的电阻可以约10-40Ω/m，所述导体芯110、110’的数量可以是12-50，以实现所述热线电缆的适当电阻。
由于所述热线电缆的电阻由构成它的整个所述多个导体芯110、110’的横截面积决定，因此，所述导体芯110、110’的直径和数量可以彼此成反比。
具体而言，当所述导体芯110、110’的直径小于0.02mm时，所述导体芯110、110’的数量增加以实现所需的电阻，在这种情况下，存在所述导体芯110、110’频繁断开的问题，相反，当所述导体芯110、110’的直径大于0.07mm时，所述导体芯110、110’的数量减少以实现所需的电阻，在这种情况下，热线电缆的柔韧性会大大下降。
所述导体芯110、110’可以优选地不进行热处理。由于由金属材料制成的芯线具有高强度，因此，当需要弯曲等工作时，可以对其进行热处理以提高柔韧性。然而，在热处理所述导体芯110、110’时，存在抗拉强度和抗弯曲性降低的问题。因此，通过所述导体芯110、110’未经热处理，使得表现出优异的抗拉强度及抗弯曲性，如上所述，可以通过减小直径以提高柔韧性的方式进一步提高柔韧性。
所述绝缘层120、120’用于通过由于外部冲击或压力等断开多个导体芯110、110’的一部分而防止所述热线电缆上局部过度发热或引起火灾。具体而言，如果所述导体芯110、110’没有被所述绝缘层120、120’覆盖，即，如果断开的导体芯110、110’以及未断开的导体芯110、110’彼此接触并且电流也流过所述断开的导体芯110、110’，则由于整体导体芯110、110’的横截面积的减小，在导体芯110、110’的断开部分电阻增加，在所述加热电缆中局部产生过多的热量，从而引起乘客等的灼伤或火灾。
因此，所述导体芯110、110’分别被所述绝缘层120、120’覆盖，使得电流不会流过已断开的导体芯110、110’，从而增加所述导体芯110、110’的断开部分的电阻，由此可以防止局部产生过多的热量。在此，所述绝缘层120、120’可以由熔点低于焊接温度的绝缘材料形成，例如，可以由有利于形成薄膜的聚氨酯清漆涂层，与聚氨酯清漆涂层相比具有高抗拉强度的聚酯酰亚胺搪瓷涂层等形成，例如，其厚度可以是约0.005-0.007mm。
优选地，本发明的热线电缆减小所述导体芯110、110’的直径以提高柔韧性，同时抗拉强度随着所述导体芯110、110’的直径减小而减小，其可以通过形成具有优异抗拉强度的聚酯酰亚胺搪瓷涂层作为所述绝缘层120、120’来补充。
在本发明中，通过用所述绝缘层120、120’覆盖所述导体芯110、110’的表面而形成的多个热线100、100’可以形成为整体或在下述中心拉伸线200'周围集合成束状。尤其，这种多个热线100、100’可以通过以恒定间距扭曲而集合。例如，在此，所述多个热线100、100’的扭绞节距可以是1-20mm。
如果所述热线100、100’的绞距过短而小于1mm，则所述热线电缆的抗弯曲性得到改善，但生产率大大降低，尤其，热线100、100’的电阻大大增加，可能发生过多的热量产生而难以控制发热量，并且可以大大降低柔韧性。相反，如果所述扭曲间距过长于20mm，则所述热线电缆的抗弯曲性可能不足。另外，所述集合的多个热线100、100’的直径可以为约0.3-0.6mm。
如图3和图4所示，本发明的热线电缆可在其中心处包括中心拉伸线200'。所述中心拉伸线200'改善所述热线电缆的抗拉强度、抗弯曲性等机械性能的同时，执行在结构上稳定所述热线电缆的功能，使得所述热线电缆具有均匀的圆形横截面。
所述中心拉伸线200'可包括一个以上的高强度构件，例如，高强度纤维，优选可以包括选自由高强度碳纤维、高强度玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维等组成的组中选择的一种以上的多个高强度构件。另外，所述多个高强度构件可以用树脂浸渍或者用树脂(resin)涂层以形成杆(rod)状，以防止高强度构件在热线100'之间突出并暴露，从而可以防止热线电缆的柔韧性下降和外观不良或不均匀的发热。
在本发明中，所述集合的多个热线100、100’完全被包覆部200、300’包围。所述包覆部200、300’不仅是散热在所述热线电缆表面均匀分布，而且尽管有外力、弯曲、扭曲也能稳定地保持所述多个热线100、100’的集合结构的同时，也可以保护所述热线100、100’免受外部冲击或压力。
所述包覆部200、300’可以由混合有聚合物树脂和阻燃剂的涂料组合物形成。所述聚合物树脂可具有35-85MPa的抗拉强度和70-120MPa的抗弯强度。例如，所述聚合物树脂可以是聚酰胺12(PA12)、热塑性聚弹性体(TPE)等。
当所述聚合物树脂的抗拉强度小于35MPa且大量添加阻燃剂以赋予所述包覆部200、300’足够的阻燃性时，所述包覆部200、300’的机械性能大大降低，而不能充分保护所述热线100、100’免受外部冲击或压力，相反，当所述聚合物树脂的抗弯强度大于120MPa时，所述热线电缆的柔韧性可能不足。
所述阻燃剂可以包括：溴系阻燃剂、氯系阻燃剂等卤系阻燃剂；有机磷系阻燃剂等有机阻燃剂；以及氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化锑、氧化锑、红色阻燃剂、硼系阻燃剂、二氧化硅系阻燃剂、三聚氰胺系阻燃剂、磷酸酯系阻燃剂、无机磷系阻燃剂等无机阻燃剂。
然而，当所述阻燃剂是溴系阻燃剂或氯系阻燃剂等卤系阻燃剂时，在焊接或焚烧过程中排出二恶英等环境激素，从而诱发环境问题并降低可操作性。因此，所述阻燃剂优选为非卤系阻燃剂，尤其考虑到与所述聚合物树脂的相容性，优选为有机磷系阻燃剂、三聚氰胺系阻燃剂和磷酸酯系阻燃剂等有机或非卤系阻燃剂。
基于所述涂料组合物的总重量，所述阻燃剂的含量可以为15-25重量％。如果所述阻燃剂的含量小于15重量％，则所述热线电缆的阻燃性可能不足，相反，如果所述阻燃剂的含量大于25重量％，则所述包覆部300的机械性能可能过度降低。所述包覆部300的厚度可以是例如约0.2-0.25mm，由此所述热线电缆的总直径可以是约0.5-1.5mm。
如图1至图4所示，所述包覆部200、300’可以在所述多个热线100、100’外部以管的形式挤出。如图1的(a)和(b)所示，可以在相邻的两个热线100、100’与包覆部200、300’的内表面可以形成空间A，B，如图1的(a)所示，根据在挤出期间施加到所述包覆部200、300’的工艺条件，尤其根据压力，所述包覆部200、300’的内表面可以形成完整的圆形。如图1的(b)所示，所述包覆部200、300’可以插入两个部分相邻的热线100、100’之间的空间中。
当所述空间A，B很窄或没有形成的情况下，即，所述两个相邻的热线100、100’之间的空间被包覆部200、300’过度地填充时，由于所述热线100、100’与所述包覆部200、300’过度接触，所述热线电缆的抗弯曲性可能会降低。
因此，由以下数学式2定义的S可以是0.3以上。
数学式2
S＝B/A
在所述数学式1中，
B是两个相邻的热线100、100’和包覆部200、300’的内表面之间形成的空间的面积，
A是当所述包覆部200、300’的内表面形成完整的圆形时，在两个相邻的热线100、100’与包覆部200、300’的内表面之间形成的空间的面积。
在此，如果由所述数学式2定义的S小于0.3，则所述包覆部200、300’和所述热线100、100’过度接触而所述热线电缆的抗弯曲性可能急剧下降。
另外，焊接部形成在所述热线电缆的一端至两端，以便将端部浸入(Deeping)焊接槽中来共同通电所述多个热线，所述焊接部接触连接端子而电流供给至所述热线电缆。当形成所述焊接部时，所述包覆部可以保留在焊接部中而不会在焊接槽中完全熔化，并且担心电流不能通过所述剩余的包覆部顺利传导到热线电缆。因此，优选在剥离所述包覆部之后形成焊接部，当由所述数学式2定义的S小于0.3时，所述包覆部不容易从多个热线上剥离，或者剥离时所述包覆部保留在热线上，从而导致热线电缆与连接端子之间的接触不良。
另外，如上所述，所述集合的多个热线100、100’的总直径可以是约0.3-0.6mm，并且所述包覆部的内径可以对应于所述集合的多个热线100、100’的总直径。既，所述包覆部形成为具有约0.3-0.6mm的内径，以确保所述包覆部的剥离性，从而能够防止热线电缆与连接端子之间的不良接触。
本说明书中参照本发明的优选实施例进行说明，在不脱离所附权利要求限定的本发明的精神及范围的情况下，本领域技术人员可以在本发明中进行各种修改和变化。因此，应当理解，如果修改的实施例基本上包括本发明的权利要求的构成要素，则全部包括在本发明的技术范围内。

Claims (15)

1.一种热线电缆，其特征在于，
包括：
多个热线，每个所述热线包括直径为0.02-0.07mm的导体芯及包裹所述导体芯的绝缘层；以及
包覆部，包裹多个所述热线，
多个所述热线整体扭曲并集合成束状，
所述导体芯包括铜合金，所述铜合金包括铜和铜以外的合金元素，
所述铜是无氧铜，所述合金元素包括镁，
以所述导体芯的总重量为基准，所述镁的含量为0.02-2.0重量％，
所述合金元素完全溶解在所述无氧铜中，从而不形成引发与所述无氧铜之间的界面处发生裂缝的沉淀物，
所述导体芯的屈服应力为700-1200MPa，断裂应力为900-1400MPa，
所述导体芯满足以下数学式1的条件，
数学式1：0.28≤[{(109.27×ln(m)+1331.2)×(-135.92m2+527.09m+689.51)}/(2.3×107)]×R≤3.10，
在所述数学式1中，m是以所述导体芯的总重量为基准的所述镁的含量重量％，R是所述导体芯的每单位长度的电阻Ω/m。
2.根据权利要求1所述的热线电缆，其特征在于，
多个所述热线以1-20mm的绞距扭绞在一起。
3.根据权利要求1所述的热线电缆，其特征在于，
所述热线的数量为12-50个。
4.根据权利要求1所述的热线电缆，其特征在于，
集合的多个所述热线的总直径为0.3-0.6mm。
5.根据权利要求4所述的热线电缆，其特征在于，
所述包覆部的内径为0.3-0.6mm。
6.根据权利要求1所述的热线电缆，其特征在于，
总外径为0.5-1.5mm，总电阻为0.25-3.0Ω/m。
7.根据权利要求1所述的热线电缆，其特征在于，
所述绝缘层由聚氨酯清漆或聚酯酰亚胺搪瓷涂层形成，所述绝缘层的厚度为0.005-0.007mm。
8.根据权利要求1所述的热线电缆，其特征在于，
与所述包覆部的内表面相邻且彼此相邻的任意两个热线与所述包覆部的内表面之间形成空间。
9.根据权利要求8所述的热线电缆，其特征在于，
由以下数学式2定义的S为0.3以上，
数学式2：S＝B/A
在所述数学式2中，B是由任意两个相邻的热线与包覆部的内表面之间形成的空间的面积，
将所述包覆部的内表面假设为完整的圆形的情况下，A是由两个所述热线与所述包覆部的内表面之间形成的空间的面积。
10.根据权利要求1所述的热线电缆，其特征在于，
所述包覆部由聚合物树脂和阻燃剂混合的涂料组合物形成并填充在多个所述热线之间的空间中，厚度为0.2-0.25mm，所述聚合物树脂的抗拉强度为35-85MPa，抗弯强度为70-120Mpa。
11.根据权利要求10所述的热线电缆，其特征在于，
所述聚合物树脂包括聚酰胺12(PA12)、聚酰胺PA6、热塑性聚弹性体(TPE)中的任意一个或者包括聚酰胺12(PA12)、聚酰胺PA6、热塑性聚弹性体(TPE)全部。
12.根据权利要求10所述的热线电缆，其特征在于，
所述阻燃剂包括由有机磷系阻燃剂、三聚氰胺系阻燃剂及磷酸酯系阻燃剂组成的组中选择的一种以上的阻燃剂，以所述涂料组合物的总重量为基准，所述阻燃剂的含量为15-25重量％。
13.根据权利要求1所述的热线电缆，其特征在于，
还包括多个所述热线配置在周围的中心拉伸线。
14.根据权利要求13所述的热线电缆，其特征在于，
所述中心拉伸线包括：高强度纤维，其包括由高强度碳纤维、高强度玻璃纤维和芳香族聚酰胺纤维组成的组中选择的一种以上；以及树脂，至少部分包裹所述高强度纤维。
15.根据权利要求14所述的热线电缆，其特征在于，
所述中心拉伸线包括至少部分包裹所述高强度纤维的树脂。
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