CN109585074A - 一种新能源汽车用高柔软高弹耐压电缆 - Google Patents

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Abstract

一种新能源汽车用高柔软高弹耐压电缆，包括中心导体、交联TPE绝缘层、防护层、屏蔽层和交联TPE护套层；中心导体为通过交叉正规绞合所形成的退火裸铜或镀锡绞合导体；中心导体的外周紧密包覆有交联TPE绝缘层，交联TPE绝缘层的外周紧密包覆有防护层，防护层的外周紧密包覆有屏蔽层，屏蔽层的外周紧密包覆有交联TPE护套层。本发明克服了电缆在长期使用中存在的开裂问题，又保证电缆使用的高柔软性，同时保证电缆可以满足1.5kv或更高的额定电压，兼具普通TPE绝缘电缆和XLPE绝缘电缆的性能优势。

Description

一种新能源汽车用高柔软高弹耐压电缆
技术领域
本发明涉及新能源电缆技术领域，具体涉及一种新能源汽车用高柔软高弹耐压电缆。
背景技术
在新能源汽车用的高压电缆中，前期选用的绝缘层与护套层材料主要为TPE材料（热塑性弹性体材料），这种材料无需辐照交联，具有生产效率上的优势，但此类材料主要存在长期使用的开裂问题。后期选用的材料主要为XLPE复合物材料（交联聚乙烯材料），但XLPE材料在硬度与弹性方面存在劣势，在大平方导线中柔软度不佳。
综上所述，目前市场上常规的新能源导线存在以下不足：一、抗张强度差，普遍小于10Mpa；二、硬度不足，仅为85A左右；三、强度低且柔软度差，导致弯曲半径过大。
因此，如何解决上述现有技术存在的不足，便成为本发明所要研究解决的课题。
发明内容
本发明目的是提供一种新能源汽车用高柔软高弹耐压电缆。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种新能源汽车用高柔软高弹耐压电缆，包括中心导体、交联TPE绝缘层、防护层、屏蔽层和交联TPE护套层；
所述中心导体为通过交叉正规绞合所形成的退火裸铜或镀锡绞合导体；
所述中心导体的外周紧密包覆有所述交联TPE绝缘层，所述交联TPE绝缘层的外周紧密包覆有所述防护层，所述防护层的外周紧密包覆有所述屏蔽层，所述屏蔽层的外周紧密包覆有所述交联TPE护套层；
所述交联TPE绝缘层以及所述交联TPE护套层均由交联TPE材料制成；
所述交联TPE材料的原料包括以下重量份的组分：
SEBS 25~35份；
聚丙烯 20~30份；
磷氮系阻燃剂 20~30份；
纳米二氧化硅 5~10份；
环烷油 5~15份；
交联剂 5~10份；
润滑剂 2~5份；
色母粒 2~3份；
抗氧剂 0.2~1份。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中， SEBS是以聚苯乙烯为末端段，以聚丁二烯加氢得到的乙烯-丁烯共聚物为中间弹性嵌段的线性三嵌共聚物。
通过在TPE材料中加入交联剂，在通过γ射线或电子束辐照过后可以使材料中SEBS材料得到交联，辐照时电缆以20~40m/min的速度通过辐射源，辐照后可以增强材料的性能。
SEBS和聚丙烯为TPE材料的主要成分，通过调整两类材料的配比可以调整材料的最终手感及拉伸强度和伸长率，提高SEBS的含量可以提高材料的伸长率和橡胶手感；提高聚丙烯含量能够提高材料强度，通常聚丙烯与SEBS的重量比为1:1.5~1:2.2。
2、上述方案中，所述交联TPE材料的原料优选以下重量份的组分：
SEBS 27~34份；
聚丙烯 23~29份；
磷氮系阻燃剂 21.5~28份；
纳米二氧化硅 6~8.5份；
环烷油 8~12份；
交联剂 5.5~9.5份；
润滑剂 2.2~4.3份；
色母粒 2.1~2.8份；
抗氧剂 0.35~0.85份。
3、上述方案中，所述聚丙烯的熔融指数为0.8~2g/10min。
4、上述方案中，所述环烷油的闪点大于170℃，且其中的饱和烃含量为89.2~94.0%。环烷油可以调整材料硬度，满足电缆对硬度的要求。
5、上述方案中，所述磷氮系阻燃剂采用多羟基化合物组成，所述多羟基化合物包括以下一种或几种成分：
季戊四醇、聚磷酸铵、三聚氰胺。
借此设计，可在火焰环境中相互反应在电缆的表面形成炭层，阻止与空气继续接触，达到阻燃效果。
6、上述方案中，所述交联剂采用TAIC（三烯丙基异氰脲酸酯），在制备所述交联TPE材料前，TAIC先经过偶联剂进行表面处理；
所述偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷，所用的重量份数为所述交联剂的5~10%；
所述表面处理的方法为将所述交联剂与所述偶联剂在高速搅拌机（无具体搅拌速度要求，使用常规高速搅拌机即可）中进行搅拌混合2~5min，直到材料呈均匀粉体状且无颗粒；混合完成后通入110~120℃的热空气烘干3~5min，再冷却至20~35℃。
通过添加交联剂，在经过电子束辐照后可以使交联TPE材料中的SEBS交联，相邻SEBS两个自由基耦合，形成交联键，提高材料的耐热性、耐燃性和机械强度。
偶联剂可以保证交联剂的均匀分散，保证电缆辐照均匀。
7、上述方案中，所述交联TPE材料的制备工艺如下：
首先，将SEBS与环烷油在低速搅拌机（无具体搅拌速度要求，使用常规低速搅拌机即可）内搅拌混合，搅拌时间为2~4min，使SEBS充分吸油溶胀；
然后，加入聚丙烯，继续搅拌2min，然后加入纳米二氧化硅、阻燃剂、润滑剂、交联剂、色母料、抗氧剂，并在高速搅拌机内搅拌5~10min，得到所述交联TPE材料的均匀混合物；
最后，将所述混合物在双螺杆挤出机中熔融共混，加工温度为180~210℃，挤出料条，随后拉条造粒。
8、上述方案中，电缆挤出时对所述交联TPE材料进行预烘干处理，烘干温度为80~100℃，烘干时间为4~6h，挤出的温度控制在180~200℃；
电缆挤出完成后进行辐照，材料的辐照剂量为12~17Mard/mm，以防止过辐照和辐照不完全，具体辐照剂量根据电缆的厚度进行调控；绝缘层与护套层的热延伸控制在40~70%。
所述交联TPE材料的硬度为80A，手感柔软，弹性好。
所述交联TPE材料具有TPE和XLPE（交联聚乙烯）的优点，能够提高电缆运行的稳定性和抗开裂性能，并能满足125℃和150℃的使用温度。
9、上述方案中，所述防护层采用聚酯带纵包；
通过在屏蔽层内部添加聚酯带，使聚酯带能够随电缆移动紧贴交联TPE绝缘层，有效保护绝缘层并保持绝缘层圆整。
所述聚酯带采用聚对苯二甲酸乙二酯材料制作而成，耐温等级高，不含挥发物质，不会影响绝缘性能；
所用聚酯带的厚度为0.03~0.05mm，硬度大于4H，强度大于150N/cm，伸长率大于100%。
借此设计，所述防护层的强度高，可以有效保护交联TPE绝缘层，提高电缆抗弯曲性能；高硬度，防止屏蔽层刺破绝缘层，提高耐压强度。
10、上述方案中，所述屏蔽层为双层屏蔽结构，内层为镀锡圆铜线编织层，外层为铝箔层；所述屏蔽层紧密包覆于所述防护层的外周表面上。
所述铝箔层可以将交联TPE护套层与所述编织层隔离，保持护套层的内表面圆整，提高护套层的耐压强度。
双层屏蔽结构可大大提高屏蔽效能，消除低频信号的干扰。
本发明的工作原理及优点如下：
相比现有技术而言，本发明的交联TPE绝缘层与中心导体紧密包覆，交联TPE护套层与屏蔽层紧密包覆，可提高电缆整体的柔软性和可安装性。
由于绝缘层和护套层均采用交联TPE材料，因此可具有优异的抗张强度、断裂伸长率、撕裂强度。材料分子间经过交联形成网状结构，长期使用不会出现开裂，相比XLPE材料而言具有高柔软度和高弹性的优势，利于小弯曲半径的电缆敷设要求。
防护层采用聚酯带纵包形式，可以提高电缆抗拉强度，同时防护层可以防止编织层的铜丝刺破绝缘层，尤其是在大角度弯折时，可防止绝缘开裂，保持绝缘层的均匀与圆整，提高导线耐压性。
综上，本发明克服了电缆在长期使用中存在的开裂问题，又保证电缆使用的高柔软性，同时保证电缆可以满足1.5kv或更高的额定电压，兼具普通TPE绝缘电缆和XLPE绝缘电缆的性能优势。
附图说明
附图1为本发明实施例剖面结构示意图。
以上附图中：1、中心导体；2、交联TPE绝缘层；3、防护层；4、交联TPE护套层；5、编织层；6、铝箔层。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例：如图1所示，一种新能源汽车用高柔软高弹耐压电缆，包括中心导体1、交联TPE绝缘层2、防护层3、屏蔽层和交联TPE护套层4。
所述中心导体为通过交叉正规绞合所形成的退火裸铜或镀锡绞合导体，具有高柔软度与高载流性。
所述中心导体的外周紧密包覆有所述交联TPE绝缘层，所述交联TPE绝缘层的外周紧密包覆有所述防护层，所述防护层的外周紧密包覆有所述屏蔽层，所述屏蔽层的外周紧密包覆有所述交联TPE护套层。
所述屏蔽层为双层屏蔽结构，可大大提高屏蔽效能，消除低频信号的干扰。所述屏蔽层的内层为镀锡圆铜线编织层5，外层为铝箔层6；所述铝箔层6可以将交联TPE护套层4与所述编织层5隔离，保持护套层4的内表面圆整，提高护套层4的耐压强度。
其中，所述交联TPE绝缘层2以及所述交联TPE护套层4均由交联TPE材料制成；
所述交联TPE材料的原料包括以下重量份的组分：
SEBS 25~35份；
聚丙烯 20~30份；
磷氮系阻燃剂 20~30份；
纳米二氧化硅 5~10份；
环烷油 5~15份；
交联剂 5~10份；
润滑剂 2~5份；
色母粒 2~3份；
抗氧剂 0.2~1份。
SEBS是以聚苯乙烯为末端段，以聚丁二烯加氢得到的乙烯-丁烯共聚物为中间弹性嵌段的线性三嵌共聚物。
通过在TPE材料中加入交联剂，在通过γ射线或电子束辐照过后可以使材料中SEBS材料得到交联，辐照时电缆以20~40m/min的速度通过辐射源，辐照后可以增强材料的性能。
SEBS和聚丙烯为TPE材料的主要成分，通过调整两类材料的配比可以调整材料的最终手感及拉伸强度和伸长率，提高SEBS的含量可以提高材料的伸长率和橡胶手感；提高聚丙烯含量能够提高材料强度，通常聚丙烯与SEBS的重量比为1:1.5~1:2.2。
所述交联TPE材料的原料优选以下重量份的组分：
SEBS 27~34份；
聚丙烯 23~29份；
磷氮系阻燃剂 21.5~28份；
纳米二氧化硅 6~8.5份；
环烷油 8~12份；
交联剂 5.5~9.5份；
润滑剂 2.2~4.3份；
色母粒 2.1~2.8份；
抗氧剂 0.35~0.85份。
其中，所述聚丙烯的熔融指数为0.8~2g/10min。
所述环烷油的闪点大于170℃，且其中的饱和烃含量为89.2~94.0%。环烷油可以调整材料硬度，满足电缆对硬度的要求。
所述磷氮系阻燃剂采用多羟基化合物组成，所述多羟基化合物包括以下一种或几种成分：
季戊四醇、聚磷酸铵、三聚氰胺。
借此设计，可在火焰环境中相互反应在电缆的表面形成炭层，阻止与空气继续接触，达到阻燃效果。
更优的，所述交联TPE材料的原料包括以下重量份的组分：
SEBS 31份；
聚丙烯 25份；
磷氮系阻燃剂 26.5份；
纳米二氧化硅 7.2份；
环烷油 9.5份；
交联剂 7.5份；
润滑剂 3.3份；
色母粒 2.5份；
抗氧剂 0.65份。
其中，所述交联剂采用TAIC（三烯丙基异氰脲酸酯），在制备所述交联TPE材料前，TAIC先经过偶联剂进行表面处理；
所述偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷，所用的重量份数为所述交联剂的5~10%；
所述表面处理的方法为将所述交联剂与所述偶联剂在高速搅拌机（无具体搅拌速度要求，使用常规高速搅拌机即可）中进行搅拌混合2~5min，直到材料呈均匀粉体状且无颗粒；混合完成后通入110~120℃的热空气烘干3~5min，再冷却至20~35℃。
通过添加交联剂，在经过电子束辐照后可以使交联TPE材料中的SEBS交联，相邻SEBS两个自由基耦合，形成交联键，提高材料的耐热性、耐燃性和机械强度。
偶联剂可以保证交联剂的均匀分散，保证电缆辐照均匀。
其中，所述交联TPE材料的制备工艺如下：
首先，将SEBS与环烷油在低速搅拌机（无具体搅拌速度要求，使用常规低速搅拌机即可）内搅拌混合，搅拌时间为2~4min，使SEBS充分吸油溶胀；
然后，加入聚丙烯，继续搅拌2min，然后加入纳米二氧化硅、阻燃剂、润滑剂、交联剂、色母料、抗氧剂，并在高速搅拌机内搅拌5~10min，得到所述交联TPE材料的均匀混合物；
最后，将所述混合物在双螺杆挤出机中熔融共混，加工温度为180~210℃，挤出料条，随后拉条造粒。
其中，电缆挤出时对所述交联TPE材料进行预烘干处理，烘干温度为80~100℃，烘干时间为4~6h，挤出的温度控制在180~200℃；
电缆挤出完成后进行辐照，材料的辐照剂量为12~17Mard/mm，以防止过辐照和辐照不完全，具体辐照剂量根据电缆的厚度进行调控；绝缘层2与护套层4的热延伸控制在40~70%。
所述交联TPE材料的硬度为80A，手感柔软，弹性好。
所述交联TPE材料具有TPE和XLPE（交联聚乙烯）的优点，能够提高电缆运行的稳定性和抗开裂性能，并能满足125℃和150℃的使用温度。
其中，所述防护层3采用聚酯带纵包，通过在屏蔽层内部添加聚酯带，使聚酯带能够随电缆移动紧贴交联TPE绝缘层2，有效保护绝缘层2并保持绝缘层2圆整。
所述聚酯带采用聚对苯二甲酸乙二酯材料制作而成，耐温等级高，不含挥发物质，不会影响绝缘性能；所用聚酯带的厚度为0.03~0.05mm，硬度大于4H，强度大于150N/cm，伸长率大于100%。
借此设计，所述防护层3的强度高，可以有效保护交联TPE绝缘层2，提高电缆抗弯曲性能；高硬度，防止屏蔽层刺破绝缘层2，提高耐压强度。
相比现有技术而言，本发明的交联TPE绝缘层2与中心导体1紧密包覆，交联TPE护套层4与屏蔽层紧密包覆，可提高电缆整体的柔软性和可安装性。
由于绝缘层2和护套层4均采用交联TPE材料，因此可具有优异的抗张强度、断裂伸长率、撕裂强度。材料分子间经过交联形成网状结构，长期使用不会出现开裂，相比XLPE材料而言具有高柔软度和高弹性的优势，利于小弯曲半径的电缆敷设要求。
防护层3采用聚酯带纵包形式，可以提高电缆抗拉强度，同时防护层3可以防止编织层5的铜丝刺破绝缘层2，尤其是在大角度弯折时，可防止绝缘开裂，保持绝缘层2的均匀与圆整，提高导线耐压性。
综上，本发明克服了电缆在长期使用中存在的开裂问题，又保证电缆使用的高柔软性，同时保证电缆可以满足1.5kv或更高的额定电压，兼具普通TPE绝缘电缆和XLPE绝缘电缆的性能优势。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种新能源汽车用高柔软高弹耐压电缆，其特征在于：包括中心导体、交联TPE绝缘层、防护层、屏蔽层和交联TPE护套层；
所述中心导体为通过交叉正规绞合所形成的退火裸铜或镀锡绞合导体；
所述中心导体的外周紧密包覆有所述交联TPE绝缘层，所述交联TPE绝缘层的外周紧密包覆有所述防护层，所述防护层的外周紧密包覆有所述屏蔽层，所述屏蔽层的外周紧密包覆有所述交联TPE护套层；
所述交联TPE绝缘层以及所述交联TPE护套层均由交联TPE材料制成；
所述交联TPE材料的原料包括以下重量份的组分：
SEBS 25~35份；
聚丙烯 20~30份；
磷氮系阻燃剂 20~30份；
纳米二氧化硅 5~10份；
环烷油 5~15份；
交联剂 5~10份；
润滑剂 2~5份；
色母粒 2~3份；
抗氧剂 0.2~1份。
2.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于：所述聚丙烯的熔融指数为0.8~2g/10min。
3.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于：所述环烷油的闪点大于170℃，且其中的饱和烃含量为89.2~94.0%。
4.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于：所述磷氮系阻燃剂采用多羟基化合物组成，所述多羟基化合物包括以下一种或几种成分：
季戊四醇、聚磷酸铵、三聚氰胺。
5.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于：所述交联剂采用TAIC，在制备所述交联TPE材料前，TAIC先经过偶联剂进行表面处理；
所述偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷，所用的重量份数为所述交联剂的5~10%；
所述表面处理的方法为将所述交联剂与所述偶联剂在高速搅拌机中进行搅拌混合2~5min，直到材料呈均匀粉体状且无颗粒；混合完成后通入110~120℃的热空气烘干3~5min，再冷却至20~35℃。
6.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于：所述交联TPE材料的制备工艺如下：
首先，将SEBS与环烷油在低速搅拌机内搅拌混合，搅拌时间为2~4min，使SEBS充分吸油溶胀；
然后，加入聚丙烯，继续搅拌2min，然后加入纳米二氧化硅、阻燃剂、润滑剂、交联剂、色母料、抗氧剂，并在高速搅拌机内搅拌5~10min，得到所述交联TPE材料的均匀混合物；
最后，将所述混合物在双螺杆挤出机中熔融共混，加工温度为180~210℃，挤出料条，随后拉条造粒。
7.根据权利要求6所述的电缆，其特征在于：电缆挤出时对所述交联TPE材料进行预烘干处理，烘干温度为80~100℃，烘干时间为4~6h，挤出的温度控制在180~200℃；
电缆挤出完成后进行辐照，材料的辐照剂量为12~17Mard/mm，绝缘层与护套层的热延伸控制在40~70%。
8.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于：所述防护层采用聚酯带纵包；
所述聚酯带采用聚对苯二甲酸乙二酯材料制作而成；
所用聚酯带的厚度为0.03~0.05mm，硬度大于4H，强度大于150N/cm，伸长率大于100%。
9.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于：所述屏蔽层为双层屏蔽结构，内层为镀锡圆铜线编织层，外层为铝箔层；所述屏蔽层紧密包覆于所述防护层的外周表面上。
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