DE102015226788A1

DE102015226788A1 - Harzzusammensetzung für Automobil-Kabelmaterial und Kabel, das diese einsetzt

Info

Publication number: DE102015226788A1
Application number: DE102015226788.1A
Authority: DE
Inventors: Seung Woo Choi; Jae Ik JUNG; Dae Young Hwang
Original assignee: Kyungshincable Co Ltd; TAESUNG ELECTRO-CIRCUIT SYSTEMS; Hyundai Motor Co
Current assignee: Kyungshincable Co Ltd Cheonan Si Kr; Taesung Ecomps Co Ltd Kr; Hyundai Motor Co
Priority date: 2015-07-09
Filing date: 2015-12-29
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2035-12-30
Also published as: CN106336569B; CN106336569A; US20170011816A1; US10366807B2; KR101745107B1; KR20170006694A; DE102015226788B4

Abstract

Es wird eine Harzzusammensetzung für ein Kabelmaterial und ein Kabel, das für ein Fahrzeug eingesetzt wird, sowie ein Herstellungsverfahren davon offenbart. Insbesondere stellt durch das Steuern der Komponenten wie dem Polypropylengehalt, dem Flammhemmmittelgehalt und ähnliches im Basisharz und durch den Gehalt an hoch-kristallinem Homo-Polypropylen(PP)-Harz und hoch-kristallinem Block-Polypropylenharz im Basisharz in einem bestimmten Verhältnis die Harzzusammensetzung hervorragende physikalische Eigenschaften bereit, wie Abrasionsresistenz und Flexibilitätsresistenz, und sie hat die Wirkung der Gewichtsreduktion, wenn ein Kabel unter Einsatz der Harzzusammensetzung hergestellt wird.

Description

HINTERGRUND
a) Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Harzzusammensetzung für ein Kabelmaterial und ein Kabel, beispielsweise ein Kabel für Fahrzeuge, das diese einsetzt. Die Harzzusammensetzung kann einen kontrollierten Gehalt an Komponenten, wie Polypropylen, einen Gehalt an Flammhemmmittel und ähnliche in einem Basisharz einschießen, und dadurch hervorragende physikalische Eigenschaften, wie Abrasionsresistenz und Resistenz bezüglich Flexibilität, bereitstellen und das Gewicht reduzieren. Weiterhin kann die Harzzusammensetzung für ein Kabel für ein Fahrzeug eingesetzt werden.
(b) Technischer Hintergrund
Ein für Fahrzeuge eingesetztes, feines, leichtes Kabel benötigt hohe mechanische Eigenschaften, hohe thermische Resistenz, hohe Flammhemmwirkung, Abrasionsresistenz und ähnliches, im Hinblick auf die Vibration des Fahrzeugs, Umgebungs-Haltbarkeit und ähnliches. Weiterhin wurde die Produktivität verbessert, indem beim Herstellungsverfahren des Kabels eine Kabelextrusionsgeschwindigkeit eingesetzt wird, die so hoch wie möglich ist. Dementsprechend muss ein Umhüllungsmaterial für ein Kabel für Fahrzeuge für einen Extrusionsprozess geeignet sein, sowie die oben erwähnten physikalischen Eigenschaften aufweisen.
Im Allgemeinen neigt mit dem Anstieg der Funktionen zur Fahrzeuginnenraumsicherheit und Spezifikation zum Komfort die Anzahl der Verkabelungs-Schaltkreise graduell dazu, zuzunehmen, und damit einhergehend traten Probleme des Platzmangels und des Gewichtsanstiegs auf. Dementsprechend nahm die Tendenz zu, feine leichte Kabel für Fahrzeuge einzusetzen, um Platz im Inneren des Fahrzeugs sicherzustellen, das Fahrzeuggewicht zu reduzieren und Treibstoffeffizienzregelungen zu erfüllen.
Für ein feines leichtes Kabel musste eine Isolierungs-Umhüllungszusammensetzung mit hoher Abrasionsresistenz und hoher Härte sowie ein Leiter-Material mit hoher Festigkeit eingesetzt werden, so dass eine Kupferlegierung oder CCS (copper clad steel, kupferbeschichteter Stahl) mit einer Festigkeit von 700 MPa oder mehr als Leiter zur Verbesserung der Einfügbarkeit und der mechanischen Festigkeit der feinen leichten Kabelverbindung eingesetzt wurde.
Weiterhin schreitet der Übergang zu umweltfreundlichen Isoliermaterialien (TPE, PP und ähnliches), die im Gegensatz zu herkömmlichen Kabeln aus PVC-Material beim Verbrennen keine schädliche Substanzen freisetzen, fort, und Materialien, wie Halogen und Schwermetalle, die die Umwelt schädigen können, werden im globalen Trend ausgeschlossen.
Allerdings wird vermutet, dass ein spezielles Flammhemmmittel auf Brombasis (DBDE), das in einem PVC oder Polyolefinharz eine relativ überragende Flammhemmwirkung aufweist, ein Dioxin-erzeugendes Material ist, und einige europäische Länder haben dessen Einsatz verboten. Es kann ein Metallhydroxid, wie Aluminiumhydroxid (Al(OH)₃) und Magnesiumhydroxid (Mg(OH)₂), ein Flammhemmmittel auf Phosphorbasis und ähnliches eingesetzt werden, und es ist bekannt, dass DBDE durch ein halogenfreies Material ersetzt werden kann.
Obgleich, wie oben beschrieben, die Herstellungskosten bei der Verbesserung der Stabilität gegenüber Feuer und der Bereitstellung eines umweltfreundlichen Designs ansteigen, wurde die Forschung in Bezug auf umweltfreundliche Kabel aktiv durchgeführt, da Regelungen bezüglich der Flammhemmeigenschaft eines Kabels und bezüglich der Toxizität, korrosiver Gase und Menge der Rauchbildung beim Verbrennen verschärft worden sind.
In einem gewissen Beispiel kann ein herkömmliches feines, leichtes Kabel, wie 0,08 SQ, nicht eingeführt werden, da das Kabel zu dünn ist und sich biegt, wenn das Kabel in das Verbindungselement einer Klemme eingeführt wird. Dementsprechend muss im Hinblick auf einfache Verarbeitbarkeit beim Zusammenbau, wie beispielsweise Einführen von Kabel in das Verbindungselement einer Klemme oder ähnliches, eine Isolierumhüllungsmaterial-Zusammensetzung mit hoher Abrasionsresistenz und Biege-Steifigkeit entwickelt werden.
Die oben in diesem Abschnitt zum technischen Hintergrund offenbarten Informationen dienen lediglich der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und können daher Informationen enthalten, die nicht zum Stand der Technik gehören, der dem Durchschnittsfachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
ZUSANMENPASSUNG DER ERFINDUNG
Unter bevorzugten Gesichtspunkten wurde die vorliegende Erfindung in dem Bestreben gemacht, die Probleme eines Kabels zu lösen, wenn ein Material für Kabel wie oben beschrieben eingesetzt wird, beispielsweise das Problem, dass das Kabel nicht eingeführt wird, wenn da Kabel zu dünn ist und sich beim Einführen in eine Verbindungsklemme biegt. Weiterhin kann die vorliegende Erfindung eine Isolierumhüllungsmaterial-Zusammensetzung entwickeln, die eine wesentlich verbesserte Abrasionsresistenz und Biege-Steifigkeit aufweist, im Hinblick auf einfache Verarbeitbarkeit beim Zusammenbau, beispielsweise, wenn das Kabel in eine Verbindungsklemme eingeführt wird. Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung eine Harzzusammensetzung für ein Kabelmaterial mit verbesserten physikalischen Eigenschaften, wie Abrasionsresistenz und Biegeresistenz, bereit. Weiterhin kann die Harzzusammensetzung das Gewicht des Kabels reduzieren, wenn die Zusammensetzung zur Herstellung eines Kabels eingesetzt wird.
Das ”Kabel”, wie hier verwendet, bezieht sich auf eine Verbindungkomponente oder ein Verbindungselement, das Drähte (z. B. Metall, Metalllegierung, Leiter oder leitfähige Komponenten) umfasst, für die Verwendung zur elektrischen Verbindung, wobei die Drähte größtenteils mit nichtleitfähigen oder isolierenden Materialien bedeckt oder umhüllt sind. In gewissen Ausführungsformen kann das Kabel mittels Durchführung der vorliegenden Erfindung auch als feines, leichtes Kabel gebildet sein, das in seinem Gewicht und seiner Dicke wesentlich reduziert ist. Beispielsweise kann das feine, leichte Kabel geeigneterweise eine Dicke der Isolierung im Bereich von etwa 0,15 bis 0,5 mm oder ein Kabelgewicht von etwa 0,25 bis 3,0 kg/km aufweisen.
Des Weiteren stellt die vorliegende Erfindung eine Harzzusammensetzung für ein Kabelmaterial bereit, beispielsweise für ein Kabel, das in einem Fahrzeug eingesetzt wird, das hervorragende Verarbeitbarkeit aufweist. Somit können keine Defekte beim Einführen eines Kabels in eine Verbindungsklemme erzeugt werden, und der thermische Resistenzgrad als umweltfreundliches Material kann verbessert werden, wenn die Zusammensetzung als Material für das Kabel eingesetzt wird.
Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung ein Kabel hoher Qualität bereit, das die Harzzusammensetzung für ein Kabelmaterial einsetzt, und in einem Fahrzeug eingesetzt wird, wie oben beschrieben.
Unter einem Gesichtspunkt stellt die vorliegende Erfindung eine Harzzusammensetzung bereit. Die Harzzusammensetzung kann umfassen: eine Mischung aus einem Basisharz und einem Magnesiumhydroxid-Flammhemmmittel; ein Antioxidans; und ein Gleitmittel. Insbesondere kann die Zusammensetzung eine Menge von etwa 2 bis 5 Gew.-Teilen des Antioxidans und eine Menge von etwa 0,5 bis 2 Gew.-Teilen des Gleitmittels in Bezug auf 100 Gew.-Teile der Mischung umfassen. Die Mischung kann eine Menge von etwa 40 bis 60 Gew.% des Basisharzes und eine Menge von etwa 60 bis 40 Gew.% des Magnesiumhydroxid-Flammhemmmittels auf Basis des Gesamtgewichts der Mischung in der Harzzusammensetzung einschließen. Insbesondere kann die Oberfläche des Magnesiumhydroxid-Flammhemmmittels mit Silan oder aliphatischen oder polymeren Fettsäuren behandelt sein.
Das Basisharz kann 100 Gew.-Teile eines hoch kristallinen Polypropylenharzes, eine Menge von etwa 5 bis 10 Gew.-Teilen eines modifizierten Polypropylens und eine Menge von etwa 15 bis 20 Gew.-Teilen eines Elastomers einschließen.
Das ”hoch-kristalline Polypropylen” bezeichnet ein polymerisiertes Polypropylenmaterial das einen hohen Kristallinitätsgrad der Polymere (beispielsweise den Anteil von geordneten oder lamellenartigen Strukturen der Anordnung auf Basis des Gesamtgewichts des Polypropylenpolymers) von größer als etwa 80, 70, 60 oder 50% aufweist. Ein bevorzugtes hoch-kristallines Polypropylen kann verbesserte physikalische Eigenschaften mit hoher Steifigkeit, hohe Hitzeresistenz, gute Verarbeitbarkeit und ähnliches sowie die thermischen und chemischen Eigenschaften der Polypropylenpoylmere bereitstellen.
Das ”modifizierte” Polypropylen bezeichnet ein Polypropylen, das mindestens eine oder mehrere chemische Gruppen, wie Maleinsäure, Silan, etc., einschließt.
Das hoch-kristalline Polypropylenharz kann in einer Menge von etwa 60 bis 90 Gew.% an hoch-kristallinem Homo-Polypropylenharz und einer Menge von etwa 10 bis 40 Gew.% eines hoch-kristallinen Block-Polypropylenharzes auf Basis des Gesamtgewichts des hoch-kristallinen Polypropylenharzes enthalten sein.
Das ”Homo”-Polypropylen bezeichnet ein Polypropylen, das nur Propylenmonomere umfasst. Weiterhin bezeichnet das ”Block”-Polypropylen ein Copolymer aus Propylenmonomeren und anderen Monomeren, insbesondere auf eine Weise, in der Propylenmonomere gruppiert oder miteinander polymerisiert sind, während andere Monomere gruppiert oder polymerisiert sind. Somit kann das Block-Polypropylen ein Homo-Polypropylen umfassen, das an seinem/seinen Ende(n) an andere Homo-Polymere angebracht oder mit diesen verbunden ist, ohne Begrenzung der Wiederholungszahl. Unter bevorzugten Gesichtspunkten umfasst das Block-Polypropylen Ethylen oder Butylen als Co-Monomer, und Propylen. Beispielsweise kann das Block-Polypropylen Ethylen oder Butylen als Co-Monomer einschließen, und der Gehalt des Co-Monomers kann in einer Menge von etwa 0,1 bis 10 Gew.% liegen.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin eine Harzzusammensetzung bereit, die aus den oben beschriebenen Komponenten bestehen kann, aus diesen im Wesentlichen bestehen kann oder im Wesentlichen aus diesen bestehen kann. Beispielsweise kann die Harzzusammensetzung aus folgendem bestehen, bestehen im Wesentlichen aus folgendem, oder im Wesentlichen aus folgendem bestehen: eine Menge von 100 Gew.-Teilen der Mischung, die ein Basisharz und ein Magnesiumhydroxid-Flammhemmmittel umfasst; einer Menge von etwa 2 bis 5 Gew.-Teile des Antioxidans und einer Menge von etwa 0,5 bis 2 Gew.-Teilen. Die Mischung kann eine Menge von etwa 40 bis 60 Gew.% des Basisharzes und eine Menge von etwa 60 bis 40 Gew.% des Magnesiumhydroxid-Flammhemmmittels auf Basis des Gesamtgewichts der Mischung in der Harzzusammensetzung einschließen.
Unter einem anderen Gesichtspunkt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Harzzusammensetzung bereit. Das Verfahren kann die Extrusion einer Harzzusammensetzung einschießen, die eine Mischung aus einem Basisharz und einem Magnesiumhydroxid-Flammhemmmittel; einem Antioxidans; und einem Gleitmittel einschließt.
Die Harzzusammensetzung kann eine Menge von etwa 2 bis 5 Gew.-Teilen des Antioxidans und eine Menge von etwa 0,5 bis 2 Gew.-Teilen des Gleitmittels in Bezug auf 100 Gew.-Teile der Mischung einschließen. Die Mischung kann eine Menge von etwa 40 bis 60 Gew.% des Basisharzes und eine Menge von etwa 60 bis 40 Gew.% des Magnesiumhydroxid-Flammhemmmittels einschließen, und das Magnesiumhydroxid-Flammhemmmittel kann eine Oberfläche aufweisen, die mit Silan oder aliphatischen oder polymeren Fettsäuren behandelt ist. Das Basisharz kann 100 Gew.-Teile eines hoch-kristallinen Polypropylenharzes, eine Menge von etwa 5 bis 10 Gew.-Teilen eines modifizierten PP und eine Menge von etwa 15 bis 20 Gew.-Teilen eines Elastomers einschließen. Das hoch-kristalline Polypropylenharz kann eine Menge von etwa 60 bis 90 Gew.% eines hoch-kristallinen Homo-Polypropylen-(PP)-harzes und eines Menge von etwa 10 bis 40 Gew.% eines hoch-kristallinen Block-Polypropylenharzes auf Basis des Gesamtgewichts des hoch-kristallinen Polypropylenharzes einschließen.
Die Extrusion kann bei einer Temperatur von etwa 180 bis 230°C durchgeführt werden.
Die Harzzusammensetzung kann weiterhin Maleinsäure in einer Menge von etwa 0,1 bis 3 Gew.-Teilen in Bezug auf 100 Gew.-Teile des Basisharzes sowie einen Initiator oder übliche Additive umfassen.
Unter einem weiteren Gesichtspunkt stellt die vorliegende Erfindung ein Kabel bereit. Das Kabel kann eine Kabelumhüllung, die die hier beschriebene Harzzusammensetzung umfasst, und einen Leiter, der eine Kupferlegierung oder CCS (kupferbeschichteter Stahl) umfasst, umfassen.
Wie hier verwendet, bezeichnet der ”Leiter” ein elektrisch leitfähiges Material, das im Kabel gebildet ist, um eine elektrische Verbindung zwischen mindestens zwei Komponenten bereitzustellen. Solche Leiter können Metalle, Metalllegierungen, leitfähige Keramiken und ähnliches einschließen, doch sind solche Leiter nicht speziell auf diese Materialien beschränkt.
Die ”Umhüllung” bezeichnet eine Substanz, die eine Oberfläche eines anderen Objekts bedeckt. Beispielsweise bedeckt, umhüllt oder umgibt die Kabelumhüllung die Oberfläche der Leiter, die als Kabelkomponente enthalten sind, wobei sie direkt oder indirekt mit den Leitern darin in Kontakt stehen. Die Kabelumhüllung ist nicht speziell beschränkt, doch kann die Kabelumhüllung Isoliermaterialien einschließen, um Ströme von den Leiter-Kernen des Kabels zur äußeren Oberfläche des Kabels abzuhalten.
Die Kabelumhüllung kann durch Extrusion der Harzzusammensetzung gebildet werden, die die Komponenten enthält wie oben beschrieben.
Die Kupferlegierung oder der CCS (kupferbeschichteter Stahl) können eine Festigkeit von etwa 700 MPa oder größer haben.
Die Kupferlegierung kann ein Legierungs-Leiter sein, der eine Menge von etwa 0,10 bis 0,45% an Sn enthält, und kann eine Festigkeit von 700 bis 900 MPa und eine Leitfähigkeit von etwa 70 bis 90% gemäß ”International Annealed Copper Standard” (IACS) aufweisen.
Der CCS kann ein kupferbeschichteter Leiter sein, der eine Kupfer-Bedeckungsfläche von etwa 30 bis 40% und eine Leitfähigkeit von etwa 35 bis 45% gemäß IACS aufweist. Weiterhin kann der CCS eine Festigkeitseigenschaft von 700 bis 900 MPa aufweisen, wenn zu 1 bis 10% erweicht, wie bei der Dehnung.
Weiterhin werden Fahrzeuge bereitgestellt, die das oben beschriebene Kabel umfasst. Insbesondere kann das Kabel die Harzzusammensetzung umfassen, wie hier beschrieben.
Weitere Gesichtspunkte und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden unten erörtert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail unter Bezugnahme auf bestimmte beispielshafte Ausführungsform davon beschrieben, die in den begleitenden Zeichnungen illustriert sind, die hier lediglich zur Illustration angegeben sind und daher die vorliegende Erfindung nicht beschränken:
1 zeigt eine beispielhafte Struktur von Kupferlegierung oder CCS, die gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden;
2A ist ein Graph, der die Zugfestigkeit von Kupfer, Kupferlegierung oder CCS gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2B ist ein Graph, der die Leitfähigkeit von Kupfer, einer Kupferlegierung oder CCS gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vergleicht;
3 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zur Messung der minimalen Biegekraft eines Kabels zur Einführung in eine Verbindungsklemme; und
4 zeigt Vergleichsergebnisse durch Feldanwendung für ein beispielhaftes Produkt in den Beispielen gemäß einer bespielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit einem herkömmlichen Produkt.
Es versteht sich, dass die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale liefern, die für die Grundprinzipien der Erfindung illustrativ sind. Die speziellen Design-Merkmale der vorliegenden Erfindung, wie hier offenbart, einschließlich beispielsweise spezieller Abmessungen, Orientierungen, Orte und Formen, werden teilweise durch die spezielle beabsichtigte Verwendung und die Umgebung des Einsatzes bestimmt.
In den Figuren beziehen sich Bezugsziffern auf die gleichen oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung über mehrere Figuren der Zeichnungen hinweg.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es versteht sich, dass der Begriff ”Fahrzeug” oder ”Fahrzeug-” oder ein ähnlicher Begriff, wie hier verwendet, Motorfahrzeuge im Allgemeinen einschließt, wie Personenwagen, einschließlich Sport-Utility-Vehicles (SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene gewerbliche Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich verschiedener Boote und Schiffe, Flugzeuge und ähnliches und Hybrid-Fahrzeuge, elektrische Fahrzeuge, Plug-in-Hybrid-elektrische Fahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere mit alternativem Treibstoff betriebene Fahrzeuge (z. B. Treibstoffen, die von Ressourcen außer Erdöl abgeleitet sind) einschließt. Wie hier verwendet ist ein Hybrid-Fahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Energiequellen aufweist, beispielsweise sowohl Benzin- als auch elektrisch betriebene Fahrzeuge.
Die hier verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck der Beschreibung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht beschränken. Wie hier verwendet, sollen die Einzahlformen ”ein”, ”eine” und ”der, die, das” auch die Pluralformen einschließen, soweit des der Kontext nicht klar anders anzeigt. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe ”umfassen” und/oder ”umfassend”, wenn in dieser Beschreibung verwendet, das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten angeben, aber das Vorhandensein oder Hinzufügen von ein oder mehreren anderen Merkmalen, Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen. Wie hier verwendet, schließt der Begriff ”und/oder” beliebige und alle Kombinationen aus ein oder mehreren der damit verbundenen aufgelisteten Gegenstände ein.
Soweit nicht speziell angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, versteht sich der Begriff ”etwa”, wie hier verwendet, als innerhalb des Bereichs der normalen Toleranz des Standes der Technik, beispielsweise innerhalb von 2 Standardabweichungen vom Mittelwert. ”Etwa” kann verstanden werden als innerhalb von 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des angegebenen Wertes. Soweit es nicht aus dem Kontext klar anderweitig ersichtlich ist, sind alle hier angegebenen numerischen Werte durch den Begriff ”etwa” modifiziert.
Im Folgenden wird nun im Detail auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, deren Beispiele in den begleitenden Zeichnungen illustriert sind und die unten beschrieben werden. Während die Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, versteht es sich, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung nicht auf diese beispielhaften Ausführungsformen beschränken soll. Im Gegenteil soll die Erfindung nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abdecken, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, die im Geist und Bereich der Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, eingeschlossen sein können.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Harzzusammensetzung bereit, die als Kabelmaterial für ein Fahrzeug eingesetzt werden kann, und die Harzzusammensetzung kann als Kabelkomponente oder als eine Komponente für ein feines, leichtes Kabel hergestellt werden. Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung ein Polymer-Verbundmaterial für eine Kabelisolierung bereit, die die thermische Klasse CLASS 1 (kontinuierlich einsatzfähig bei einer Temperatur von etwa 80°C) gemäß ISO 6722-Norm erfüllt.
Das Kabelmaterial kann dünner gemacht und im Gewicht reduziert werden, um das Problem des Platzmangels und des Gewichtsanstiegs zu lösen, das aufgrund der zunehmenden Verkabelungsschaltkreise einhergehend mit dem Anstieg der Funktion der Fahrzeuginnenraumsicherheit und der Komfort-Spezifikation auftreten kann. Beispielsweise kann ein Kabel, das ein sehr dünnes Isolierungs-Umhüllungsmaterial umfasst, das Gewicht um maximal 68% in Bezug auf AVSS 0.3SQ reduzieren. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Isolierungs-Umhüllungsmaterial, das im Hinblick auf einfache Verarbeitbarkeit, beispielsweise wenn das Kabel in eine Verbindungsklemmeneinheit oder ähnliches eingeführt wird, verbesserte Abrasionsresistenz und Biegesteifigkeit aufweist.
Dementsprechend wird eine Harzzusammensetzung für ein Isoliermaterial bereitgestellt. Das Harz kann umfassen: eine Mischung aus einem Basisharz und einem Magnesiumhydroxid-Flammhemmmittel, ein Antioxidans und ein Gleitmittel.
Die Zusammensetzung kann eine Menge von etwa 2 bis 5 Gew.-Teile des Antioxidans und eine Menge von etwa 0,5 bis 2 Gew.-Teilen des Gleitmittels in Bezug auf 100 Gew.-Teile der Mischung umfassen. Die Mischung kann eine Menge von etwa 40 bis 60 Gew.% des Basisharzes und eine Menge von etwa 60 bis 40 Gew.% des Magnesiumhydroxid-Flammhemmmittels auf Basis des Gesamtgewichts der Mischung umfassen, und das Magnesiumhydroxid-Flammhemmmittel kann eine mit Silan oder aliphatischen oder polymeren Fettsäuren behandelte Oberfläche aufweisen.
Das Basisharz kann 100 Gew.-Teile eines hoch-kristallinen Polypropylenharzes, eine Menge von etwa 5 bis 10 Gew.-Teilen eines modifizierten PP und eine Menge von etwa 15 bis 20 Gew.-Teilen eines Elastomers aufweisen. Weiterhin kann das hoch-kristalline Polypropylenharz eine Menge von etwa 60% oder mehr, oder insbesondere eine Menge von etwa 60 bis 90 Gew.% eines hoch-kristallinen Homo-Polypropylen(PP)-harzes; und eine Menge von etwa 10% oder mehr, oder insbesondere eine Menge von etwa 10 bis 40 Gew.% eines hochkristallinen Block-Propylenharzes auf Basis des Gesamtgewichts des hoch-kristallinen Polypropylenharzes einschließen.
Die Komponenten, außer dem hoch-kristallinen Polypropylenharz im Basisharz, können eine Harzzusammensetzung sein, die ein Elastomer auf Olefinbasis oder Styrolbasis und modifiziertes PP einschließt. Beispielsweise kann das modifizierte Polypropylen in einer Menge von etwa 5 bis 10 Gew.-Teilen und das Elastomer in einer Menge von etwa 15 bis 20 Gew.-Teilen in Bezug auf 100 Gew.-Teile des hoch-kristallinen PP enthalten sein.
Das hoch-kristalline Polypropylenharz kann ein Harz aufweisen, das eine Härte (R-Skala) von etwa 100 oder größer oder insbesondere etwa 100 bis 300 aufweist. Weiterhin kann das hoch-kristalline Polypropylenharz einen Schmelzindex (MI) von 5 bis 50 g/10 min und einen Kristallinitätsgrad von 50% oder mehr oder insbesondere von etwa 50 bis 80% aufweisen. Wenn die Härte geringer ist als der vorbestimmte Bereich, beispielsweise weniger als etwa 100, so können die Abrasionsresistenz und die Einfügbarkeit deutlich verringert sein. Wenn der Schmelzindex geringer ist als der vorbestimmte Bereich, beispielsweise weniger als etwa 5 g/10 min, so kann die Extrusionsbearbeitbarkeit deutlich verringert sein, wodurch die Extrusionsbearbeitbarkeit und Produktivität abnimmt. Wenn der Schmelzindex größer als der vorbestimmte Bereich ist, beispielsweise größer als 50 g/10 min, dann kann die Dicke der Umhüllung ungleichförmig gebildet werden, wodurch im Kabel ein funktionales Problem verursacht wird. Wenn weiterhin der Kristallinitätsgrad niedriger als der vorbestimmte Bereich, beispielsweise niedriger als 50%, so kann die Oberflächenhärte des Grades reduziert sein, wodurch die Abrasionsresistenz und Einfügbarkeit verringert wird.
Die anderen Additive können in der Harzzusammensetzung enthalten sein, beispielsweise in einer Menge von etwa 0,1 bis 3 Gew.-Teile an Maleinsäure in Bezug auf 100 Gew.-Teile des Basisharzes, und ein Initiator kann zusätzlich in der oben erwähnten Zusammensetzung enthalten sein.
Die mechanischen Eigenschaften und die Kälteresistenz können abnehmen, wenn der Gehalt an Polypropylen im Basisharz ansteigt. Dementsprechend kann eine Harzzusammensetzung, die ein Elastomer einsetzt, zur Verbesserung dieses Phänomens geeignet sein. Das modifizierte Polypropylen kann bedeutsam sein, um das Flammhemmmittel und das Basisharz geeignet zu vermischen. Dementsprechend kann die Harzzusammensetzung durch Mischen von Maleinsäure, einem Antioxidans, einem Initiator und ähnlichem, beispielsweise zusammen mit dem Harz in einem Doppelextruder und dann Umsetzen und Extrudieren des Ergebnisses hergestellt werden.
Wenn das Basisharz zu weniger als etwa 40 Gew.% in der Mischung des Basisharzes und des Flammhemmmittels enthalten sind, so kann das Flammhemmmittel übermäßig im Harz enthalten sein. Als Ergebnis kann, obgleich die Flammhemmeigenschaft ausreichend ansteigen kann, der Dehnungs-Prozentwert nicht ausreichend erhalten werden, beispielsweise unterhalb der Norm, und selbst nach Erwärmen können Risse auftreten. Wenn weiterhin das Basisharz in einer Menge größer als etwa 60 Gew.% enthalten ist, so kann der Gehalt des Flammhemmmittels unzureichend sein, so dass eine ausreichende Flammhemmeigenschaft (Selbst-Erlöschung) nicht erhalten werden kann.
Die Harzzusammensetzung kann durch Extrudieren der Rohmaterialien der oben beschriebenen Zusammensetzung bei einer Extrusionstemperatur von etwa 180 bis 230°C hergestellt werden. Beispielsweise kann die Extrusion bei einer Temperatur von etwa 200°C in einem Doppelextruder durchgeführt werden (beispielsweise LID 27, 40 mm).
Das Kabel mit den bevorzugten physikalischen Eigenschaften kann unter Einsatz der oben beschriebenen Harzzusammensetzung hergestellt werden.
Kupferlegierung oder CCS (kupferbeschichteter Stahl) mit einer Festigkeit von etwa 700 MPa oder mehr können als Leiter in einem Kabel eingesetzt werden, um die Einführbarkeit in eine Verbindungsklemme und die mechanische Festigkeit des Kabels zu verbessern. Der Legierungsleiter, beispielsweise Kupferlegierung, kann eine Menge von etwa 0,10 bis 0,45% an Sn enthalten und kann eine Festigkeit von etwa 700 bis 900 MPa und eine Leitfähigkeit von 70 bis 90% gemäß IACS aufweisen. Weiterhin kann ein kupferbeschichteter Leiter eine Kupferfläche von etwa 30 bis 40% und eine Leitfähigkeit von etwa 35 bis 45% gemäß IACS aufweisen.
In Bezug auf die Dehnung kann der kupferbeschichtete Leiter eine Festigkeitseigenschaft von etwa 700 bis 900 MPa aufweisen bei einer Erweichung von etwa 1 bis 10% und kann als CCS eingesetzt werden.
Eine Mehrfacettenstruktur der Kupferlegierung oder des CCS gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 1 gezeigt, und die Zugfestigkeit und Leitfähigkeitsvergleiche von diesen sind wie in 2A bzw. 2B gezeigt.
Wen das Kabel unter Einsatz der Harzzusammensetzung hergestellt wird, so kann das Kabel durch Extrudieren der Zusammensetzung beispielsweise bei einer Extrusionstemperatur von 210 bis 250°C oder insbesondere bei der Temperatur von etwa 220°C unter Verwendung eines Extruders mit L/D 27, 45 hergestellt werden.
Wenn die Harzzusammensetzung gemäß verschiedener beispielhafter Ausführungsformen der vorliegende Erfindung gebildet wird und ein Kabel unter deren Einsatz hergestellt wird, so können wesentlich verbesserte Zugfestigkeit und Abrasionsresistenz der Produkte erhalten werden, obgleich die Beschichtungsdicke des Kabels reduziert wird, und die thermische Resistenz kann verbessert werden. Dementsprechend kann das Kabel, wie oben hergestellt, als umweltfreundliches flammhemmendes Material eingesetzt werden, das keine Halogenelemente enthält. Weiterhin kann das Kabel hergestellt werden, so dass das Kabel geeigneterweise in eine Verbindungsklemmeneinheit eingeführt werden kann.
BEISPIELE
Die folgenden Beispiele illustrieren die Erfindung und sollen sie nicht beschränken.
Beispiele 1 bis 3 und Vergleichsbeispiele 1 bis 10
Um die Harzzusammensetzung für ein Automobil-Kabelmaterial zu bilden, wurden Harzzusammensetzungen gemäß der folgenden Tabelle 1 hergestellt, und ihre physikalischen Eigenschaften sind ebenfalls in der folgenden Tabelle 1 angegeben.

Für jede der in der folgenden Tabelle 1 eingesetzten Komponenten wurden die Komponenten von Tabelle 2 eingesetzt. [Tabelle 1]

[Tabelle 2]

Kategorie	Hersteller	Sorte	Schmelzindex	Biegesteifigkeit (kgf(cm²)	R-Härte	Kristal-linitätsgrad	Anmerkungen
PP 1	PolyMirae	HA748L	6	22.500	110	61	hoch-kristallines Homo-PP
PP 2	PolyMirae	EA 5074	30	16.000	110	57	hoch-kristallines Block-PP
PP 3	PolyMirae	EC 340R	25	9.500	40	47	hoch-kristallines Block-PP
PP 4	PolyMirae	HP 622J	3	16.000	95	55	Homo-PP
PP 5	PolyMirae	BA 238A	11	9.000	60	42	Block-PP
PP 6	selbst hergestellt	-	-	-	-	-	modifiziertes PP
ELAS 1	Dow Chemical	8003	1	-	-	-	ELASTOMER
Flammhemmmittel	Kyowa Chemical	KISUMA 5P
Antioxidans 1	BASF	AO 1010
Antioxidans 2	BASF	MD 1024
Gleitmittel	Lion Chemical	LC WAX 102N

Testbeispiel
Jede physikalische Eigenschaft der Harzzusammensetzung mit der Zusammensetzung gemäß Tabelle 1 wurde evaluiert, und die Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen 3 und 4 gezeigt.
Als Referenz war die minimale Biegekraft des Kabels für das Einführen in eine Verbindungsklemme 2,0 kgf und die Messungen wurden auf die in 3 gezeigte Weise durchgeführt.
Als ein Ergebnis der Evaluation der physikalischen Eigenschaften der Kabel, die die Harzzusammensetzung einsetzen, wurde das Gewicht, wenn das Kabel bei der Einführung in eine Verbindungsklemme gebogen wird, als Biegekraft gemessen (Säulen-Festigkeitstest, columns strength test). Der Anstieg der Biegekraft bedeutet eine verbesserte Eigenschaft bezüglich der Verkabelungshärte beim Zusammenbau. Für das herkömmliche Produkt war die Biegekraft 0,5 kgf, und für die Produkte der Beispiele war die Biegekraft 2,0 kgf oder größer, was bedeutet, dass die beispielhaften Produkte der Beispiele eine verbesserte Wirkung von 400% oder größer aufwiesen.
Weiterhin wurde die Zugfestigkeit unter Verwendung eines Kratz-Abrasionstests gemessen, und beim herkömmlichen Produkt war die Zugfestigkeit 2,2 kgf/mm² auf Basis der Kratz-Abrasion bei 70 Wiederholungen, allerdings war für die Produkte der Beispiele die Zugfestigkeit 3,1 kgf/mm² auf Basis der Kratz-Abrasion von 448 Wiederholungen (Anstieg um 640%), was eine Verbesserung um 12% ist. Somit wurde bestätigt, dass die Produkte der Beispiele eine deutlich verbesserte Abrasionsresistenz aufwiesen.
Weiterhin wurde als Ergebnis von Vergleichen von Feldanwendungen der beispielhaften erfindungsgemäßen Produkte der Beispiele im Vergleich zum herkömmlichen Produkt bestätigt, dass das erfindungsgemäße Produkt deutlich verbesserte physikalische Eigenschaften aufwies, wie in 4 gezeigt.
Wenn ein Kabel oder ein Kabelmaterial für ein Fahrzeug unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Harzzusammensetzung hergestellt wird, so kann eine Isoliereigenschaft mit verbesserter Zugfestigkeit und Abrasionsresistenz erhalten werden, die größer ist als bei den herkömmlichen Produkten, obgleich das Kabelmaterial eine Dicke aufweisen kann, die von etwa 0,3 mm zu etwa 0,2 mm verringert ist.
Weiterhin kann eine erfindungsgemäße Harzzusammensetzung als Verbundmaterial eingesetzt werden, das in der Lage ist, die thermische Klasse CLASS 1 (kontinuierliche Einsatzfähigkeit bei einer Temperatur von 80°C) gemäß der Norm ISO 6722 zu erfüllen, und es kann ein Kabel mit hervorragenden physikalischen Eigenschaften hergestellt werden.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Harzzusammensetzung ein umweltfreundliches flammhemmendes Material, das keine Halogenelemente enthält, darstellen, und daher kann wirksam ein umweltfreundliches Kabel mit hervorragenden physikalischen Eigenschaften hergestellt werden.
Speziell, wenn ein Kabel unter Verwendung der erfindungsgemäßen Harzzusammensetzung hergestellt wird, kann ein Kabel hergestellt werden, das effizient in eine Klemmeneinheit eingeführt, wird.
Die Erfindung wurde im Detail unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Allerdings versteht es sich für den Fachmann, das an diesen Ausführungsformen Änderungen vorgenommen werden können, ohne von den Prinzipien und dem Geist der Erfindung abzuweichen, deren Bereich durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

thermische Klasse CLASS 1 (kontinuierlich einsatzfähig bei einer Temperatur von etwa 80°C) gemäß ISO 6722-Norm [0046]
thermische Klasse CLASS 1 (kontinuierliche Einsatzfähigkeit bei einer Temperatur von 80°C) gemäß der Norm ISO 6722 [0072]

Claims

Harzzusammensetzung, umfassend: eine Mischung aus einem Basisharz und einem Magnesiumhydroxid-Flammhemmmittel; ein Antioxidans; und ein Gleitmittel, worin die Harzzusammensetzung eine Menge von etwa 2 bis 5 Gew.-Teilen des Antioxidans und eine Menge von etwa 0,5 bis 2 Gew.-Teilen des Gleitmittels in Bezug auf 100 Gew.-Teile der Mischung umfasst, worin die Mischung eine Menge von etwa 40 bis 60 Gew.% des Basisharzes und eine Menge von etwa 60 bis 40 Gew.% des Magnesiumhydroxid-Flammhemmmittels auf Basis des Gesamtgewichts der Mischung umfasst, worin die Oberfläche des Magnesiumhydroxid-Flammhemmmittel mit Silan oder aliphatischen oder polymeren Fettsäuren behandelt ist, worin das Basisharz 100 Gew.-Teile eines hoch-kristallinen Polypropylenharzes, eine Menge von etwa 5 bis 10 Gew.-Teilen eines modifizierten Polypropylens und eine Menge von etwa 15 bis 20 Gew.-Teilen eines Elastomers umfasst, worin das hoch-kristalline Polypropylenharz eine Menge von etwa 60 bis 90 Gew.% eines hoch-kristallinen Homo-Polypropylenharzes und eines Menge von etwa 10 bis 40 Gew.% eines hoch-kristallinen Block-Polypropylenharzes auf Basis des Gesamtgewichts des hoch-kristallinen Polypropylenharzes umfasst.
Harzzusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin das hoch-kristalline Polypropylenharz eine Härte (R-Skala) von etwa 100 oder größer, einen Schmelzindex (MI) von etwa 5 bis 50 g/10 min und einen Kristallisationsgrad von etwa 50% oder größer aufweist.
Harzzusammensetzung gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend: Maleinsäure in einer Menge von etwa 0,1 bis 3 Gew.-Teilen in Bezug auf 100 Gew.-Teile des Basisharzes; und einen Initiator.
Harzzusammensetzung gemäß Anspruch 1, die im Wesentlichen auf folgendem besteht: eine Menge von 100 Gew.-Teilen der Mischung, die ein Basisharz und ein Magnesiumhydroxid-Flammhemmmittel umfasst; eine Menge von etwa 2 bis 5 Gew.-Teilen des Antioxidans; und eine Menge von etwa 0,5 bis 2 Gew.-Teilen, worin die Mischung eine Menge von etwa 40 bis 60 Gew.% des Basisharzes und eine Menge von etwa 60 bis 40 Gew.% des Magnesiumhydroxid-Flammhemmmittels auf Basis des Gesamtgewichts der Mischung in der Harzzusammensetzung umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Kabelmaterials für ein Fahrzeug, umfassend: Extrudieren einer Harzzusammensetzung, worin die Harzzusammensetzung folgendes umfasst: eine Mischung aus einem Basisharz und einem Magnesiumhydroxid-Flammhemmmittel; ein Antioxidans; und ein Gleitmittel; worin die Harzzusammensetzung eine Menge von etwa 2 bis 5 Gew.-Teilen des Antioxidans und eine Menge von etwa 0,5 bis 2 Gew.-Teilen des Gleitmittels in Bezug auf 100 Gew.-Teile der Mischung umfasst, worin die Mischung eine Menge von etwa 40 bis 60 Gew.% des Basisharzes und eine Menge von etwa 60 bis 40 Gew.% des Magnesiumhydroxid-Flammhemmmittels auf Basis des Gesamtgewichts der Mischung umfasst, worin die Oberfläche des Magnesiumhydroxid-Flammhemmmittel mit Silan oder aliphatischen oder polymeren Fettsäuren behandelt ist, worin das Basisharz kann 100 Gew.-Teile eines hoch-kristallinen Polypropylenharzes, eine Menge von etwa 5 bis 10 Gew.-Teilen eines modifizierten Polypropylens und eine Menge von etwa 15 bis 20 Gew.-Teilen eines Elastomers umfasst, worin das hoch-kristalline Polypropylenharz eine Menge von etwa 60 bis 90 Gew.% eines hoch-kristallinen Homo-Polypropylenharzes und eines Menge von etwa 10 bis 40 Gew.% eines hoch-kristallinen Block-Polypropylenharzes auf Basis des Gesamtgewichts des hoch-kristallinen Polypropylenharzes umfasst, worin die Extrusion bei einer Temperatur von etwa 180 bis 230°C durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 5, worin die Harzzusammensetzung weiterhin Maleinsäure in einer Menge von etwa 0,1 bis 3 Gew.-Teilen in Bezug auf 100 Gew.-Teile des Basisharzes; und einen Initiator oder übliche Additive umfasst.
Kabel, umfassend: eine Kabelumhüllung, die die Harzzusammensetzung gemäß Anspruch 1 umfasst, und einen Leiter, der Kupferlegierung oder kupferbeschichteten Stahl (CCS) umfasst.
Kabel gemäß Anspruch 7, worin die Kupferlegierung oder der CCS eine Festigkeit von 700 MPa oder größer aufweist.
Kabel gemäß Anspruch 7, worin die Kupferlegierung ein Legierungsleiter ist, der eine Menge von etwa 0,10 bis 0,45% an Sn auf Basis des Gesamtgewichts der Kupferlegierung enthält, und worin die Kupferlegierung eine Festigkeit von etwa 700 bis 900 MPa und eine Leitfähigkeit von etwa 70 bis 90% gemäß International Annealed Copper Standard (IACS) aufweist.
Kabel gemäß Anspruch 7, worin der CCS ein kupferbeschichteter Leiter ist, der eine Kupferfläche von etwa 30 bis 40%, eine Leitfähigkeit von etwa 35 bis 45% IACS sowie für die Dehnung eine Festigkeitseigenschaft von etwa 700 bis 900 MPa beim Erweichen um etwa 1 bis 10% aufweist.
Fahrzeug, das das Kabel gemäß Anspruch 7 umfasst.