雙層共擠技術(shù)在電動(dòng)汽車車內(nèi)高壓電纜的應(yīng)用*

廖錦仁，王志輝，彭立沙，鄧騰飛，葉永盛，李鍛能，馬 平

（1.廣東南洋電纜有限公司，廣州 510700；2.廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院，廣州 510006）

0 引言

在國(guó)家的大力支持下，新能源汽車產(chǎn)業(yè)及其相關(guān)技術(shù)在中國(guó)得到了飛速發(fā)展。因此，以電力作為主動(dòng)力源的新能源汽車逐漸成為未來汽車產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)發(fā)展方向。能夠滿足新能源汽車內(nèi)部使用要求的高壓電纜應(yīng)具有高耐壓等級(jí)、高載流量、耐高溫、電磁屏蔽效果優(yōu)秀、柔韌性好、耐彎折能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)等諸多特性，將這些電纜進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化，能夠促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)可以大幅度提升中國(guó)國(guó)產(chǎn)新能源汽車用電纜的技術(shù)水平，補(bǔ)齊國(guó)內(nèi)新能源汽車發(fā)展的短板，有利于新能源汽車的進(jìn)一步發(fā)展與推廣。

新能源車內(nèi)電纜所需的耐壓等級(jí)、載流量相對(duì)于傳統(tǒng)汽車要高出數(shù)倍乃至數(shù)十倍，而高電壓、高電流帶來的高頻脈沖又為車內(nèi)電纜屏蔽效率帶來了新的要求。市面上車內(nèi)高壓電纜一般采用編織屏蔽作為屏蔽方式，但采用編織屏蔽方式在擠出護(hù)套過程中，會(huì)使編織層鑲嵌在絕緣材料上，形成壓痕變形，導(dǎo)致編織層剝離困難，外觀表面不光滑，能看到編織層“網(wǎng)狀”。針對(duì)這種情況，廠家多會(huì)采用在編織層增加鋁塑復(fù)合帶繞包來解決問題，既可增加屏蔽效率又可以解決剝離困難問題，但也形成了鋁塑復(fù)合帶加熱時(shí)局部過熱會(huì)致使絕緣老化發(fā)黃、屏蔽銅絲氧化的問題。

為了滿足新能源車內(nèi)高壓電纜更高的需求，必須推行新的工藝來制造高壓電纜，采用在絕緣層上增加厚度0.3 mm左右的半導(dǎo)電屏蔽層的方式，可以避免編織層鑲嵌在絕緣材料上或鋁塑復(fù)合帶致使絕緣老化發(fā)黃、屏蔽銅絲氧化的問題。在擠出半導(dǎo)電屏蔽層時(shí)，可采用雙層共擠技術(shù)與絕緣層一起擠出，若采用傳統(tǒng)擠出工藝，半導(dǎo)電屏蔽層和絕緣層需要分兩次擠出，會(huì)出現(xiàn)偏心質(zhì)量差、人力資源降低、材料成本增加、接觸面受到污染和損傷的問題[1]。雙層共擠出工藝是電線電纜生產(chǎn)中一種很好的擠出工藝，采用雙層共擠方式將半導(dǎo)電屏蔽層和絕緣層一起擠包導(dǎo)體上，可以優(yōu)化單層擠出的問題，同時(shí)對(duì)各種新產(chǎn)品的開發(fā)、提高產(chǎn)品的性能、節(jié)約成本等方面都有著很好的作用，將是車內(nèi)高壓電纜擠出工藝一個(gè)很有前途的發(fā)展方向[2]。

1 雙層擠出技術(shù)優(yōu)勢(shì)

新能源汽車高壓線使用300～1 000 V 的電壓平臺(tái)，對(duì)線束的耐高壓、耐溫、傳輸能力、機(jī)械強(qiáng)度、絕緣保護(hù)和電磁兼容方面[3]都比傳統(tǒng)燃油汽車有更高的要求。高壓線束對(duì)汽車的安全性至關(guān)重要，如撞擊中電池組和高壓配電破損，導(dǎo)致高壓線束和車體之間短路而產(chǎn)生電弧，很可能導(dǎo)致起火，因此高壓線在設(shè)計(jì)中需加入比燃油車更多的安全保障。

新型車內(nèi)高壓電纜由導(dǎo)體、絕緣層、半導(dǎo)電屏蔽層、編織層、護(hù)套層組成[4]。一般工藝擠出半導(dǎo)電屏蔽層和絕緣采用分層擠出，單層擠出過程中存在偏心、調(diào)機(jī)不易、同時(shí)半導(dǎo)電屏蔽層與絕緣的材料溫度存在差異，會(huì)造成絕緣在擠出半導(dǎo)電屏蔽層時(shí)，絕緣材料溫度過高造成半導(dǎo)電屏蔽層的燒焦、變形、溶蝕的情況。為了改善這類問題，一般采用絕緣層外添加滑石粉等物，但在形成成品后，會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)電屏蔽層與絕緣沒有緊密結(jié)合而產(chǎn)生鼓包等現(xiàn)象。加上采用多次擠出方式，這樣會(huì)導(dǎo)致雙層絕緣厚度不好控制、工序繁瑣等，而采用雙層共擠技術(shù)可避免發(fā)生以上問題。

一般工藝與雙層共擠工藝對(duì)比如表1 所示。使用雙層共擠工藝可以解決一般工藝擠出半導(dǎo)電屏蔽層的問題，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)也會(huì)更加穩(wěn)定，可滿足更高要求的材料，可以保證成品電纜，滿足更多的工作要求。

表1 一般工藝與雙層共擠工藝對(duì)比表

2 采用雙層共擠優(yōu)化制造過程

新型車內(nèi)高壓電纜制造過程中，使用輻照交聯(lián)XLPE和半導(dǎo)電屏蔽層兩種材料。輻照交聯(lián)XLPE為絕緣，緊密擠包導(dǎo)體上，半導(dǎo)電屏蔽層擠包在絕緣層上，如果采用分層擠出方式，需要先擠包絕緣層，再擠包半導(dǎo)電屏蔽層，單工序完成后，需要裝盤、轉(zhuǎn)工序、擠出半導(dǎo)電屏蔽層需要重新調(diào)摸，生產(chǎn)過程就會(huì)延長(zhǎng)，質(zhì)量難于控制，生產(chǎn)時(shí)浪費(fèi)較大人力物力。如果采用雙層共擠技術(shù)，模具設(shè)計(jì)了內(nèi)錐面、外錐面和分流器組成了兩條流道，將半導(dǎo)電屏蔽層和絕緣層兩種材料擠制到導(dǎo)體上。由兩臺(tái)擠出機(jī)共用一套擠出模具，實(shí)現(xiàn)一副模具同時(shí)把半導(dǎo)電屏蔽層和絕緣層進(jìn)行擠包，生產(chǎn)過程和時(shí)間成本上將會(huì)獲得較大減少，產(chǎn)品質(zhì)量易于控制，生產(chǎn)時(shí)材料成本、人力成本將會(huì)得到降低控制，解決了效率低、能耗高等問題，提高了制造質(zhì)量。

3 采用雙層共擠提高技術(shù)含量

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)電線的擠出厚度和偏芯度有著嚴(yán)格的要求，而采用半導(dǎo)電屏蔽層厚度只有0.3 mm左右，一般單層擠出工藝很難達(dá)到這種要求，對(duì)擠出模具和設(shè)備的配置要求比較嚴(yán)格。一般工藝都采取先擠絕緣層再用其他擠塑機(jī)擠出半導(dǎo)電屏蔽層，這樣的生產(chǎn)過程不但產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，質(zhì)量得不到保證，并且還會(huì)消耗較多的能源、材料等，也會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)電屏蔽層和絕緣層間常出現(xiàn)起層、起皺、脫膠和結(jié)合不緊等情況。采用雙層共擠技術(shù)，雙層共擠模內(nèi)運(yùn)用了均壓分流裝置，在生產(chǎn)擠出時(shí)不需反復(fù)調(diào)節(jié)線芯偏芯的環(huán)節(jié)，解決了傳統(tǒng)模具的偏芯問題，模具拆卸方便，減少調(diào)整矯正時(shí)間和模具加工的成本費(fèi)用，使用方便、工藝質(zhì)量好、工效高、節(jié)約能源。

半導(dǎo)電屏蔽層采用改性可交聯(lián)型聚乙烯料[5]，其加工溫度125～140 ℃，絕緣層采用輻照交聯(lián)XLPE料，加工溫度155～170 ℃，材料不同擠出溫度會(huì)導(dǎo)致擠出困難、塑化不良、無法結(jié)合的情況。為了解決此類問題，雙層共擠模具中將絕緣層的注塑流道增長(zhǎng)，如圖1所示，使其先凝固，而半導(dǎo)電屏蔽層注塑流道較短，快速經(jīng)過模具口緊壓成型，再經(jīng)過水冷卻完成雙層擠出，可解決不同材料之間的兼容問題。

圖1 雙層共擠模具結(jié)構(gòu)圖

車內(nèi)高壓屏蔽電纜連接各種連接器后安裝到汽車內(nèi)部，其電纜彎曲性能較為重要[6]，良好的電纜彎曲性有益于安裝、節(jié)約空間等。電纜彎曲性能還和電纜外徑尺寸有關(guān)，采用分層擠出方式，由于先擠出一層，經(jīng)過冷卻后再擠出一層，導(dǎo)致兩層材料無法緊密結(jié)合，其成品外徑往往會(huì)稍大，不利于彎曲。除此之外，兩層材料結(jié)合得不緊密，半導(dǎo)電屏蔽層只有厚度0.3 mm左右，在彎曲過程中，會(huì)產(chǎn)生皺褶鼓包，分層擠出還會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品停放過程中造成絕緣層表面受到污染和損傷等問題，有損于電纜整體的質(zhì)量效果。

采用雙層共擠一次擠出，不僅可以避免由于兩次擠出導(dǎo)致絕緣層表面受到污染和損傷等問題的出現(xiàn)，而且可以保證半導(dǎo)體屏蔽層和絕緣層的緊密結(jié)合，保證產(chǎn)品的同心度，減少成品外徑，提高產(chǎn)品質(zhì)量[7]。

4 雙層共擠取得的效益

采用雙層共擠方式生產(chǎn)半導(dǎo)電屏蔽層和絕緣時(shí)，由于兩種材料是在高溫流動(dòng)經(jīng)過模具擠包在導(dǎo)體上形成，具有不可分離特性。一次擠出保證產(chǎn)品的偏芯度、同心度，又可確保兩種材料更好地結(jié)合在一起，保證兩種材料的契合性，在左右彎曲過程中不會(huì)產(chǎn)生皺褶；避免由于分層擠出導(dǎo)致產(chǎn)品停放時(shí)間造成半導(dǎo)電屏蔽層表面受到污染和損傷等問題的出現(xiàn)，提升了產(chǎn)品質(zhì)量[8]。

雙層共擠工藝與一般工藝的對(duì)比如表2～3所示。使用雙層共擠工藝，相臨的兩層之間（或兩種顏色）的結(jié)合緊密，雙層之間的偏芯度較好，彎曲性更優(yōu)良，保證了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量。

表2 偏芯度對(duì)比

表3 車內(nèi)高壓電纜彎曲性能對(duì)比

5 兩種工藝工序?qū)Ρ?/h2>

（1）一般工藝。絕緣層擠包導(dǎo)體上，經(jīng)過電子束輻照交聯(lián)，再擠出半導(dǎo)體屏蔽層，再進(jìn)行電子束輻照交聯(lián)，其工序繁瑣和轉(zhuǎn)工序時(shí)浪費(fèi)的人力資源、時(shí)間成本、電力、材料資源等會(huì)增加企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)成本，對(duì)于企業(yè)的發(fā)展有不同程度的影響。

（2）雙層共擠工藝。能制造具有更好偏芯度、彎曲性能的車內(nèi)高壓電纜，對(duì)比一般工藝可簡(jiǎn)化工序、減少時(shí)間、充分利用資源、降低企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)成本，可讓企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占得先機(jī)。

6 結(jié)束語

采用雙層 （或雙色） 擠出新工藝,對(duì)于提高電線電纜產(chǎn)品的質(zhì)量和各種新產(chǎn)品的開發(fā)，提高產(chǎn)品的造假難度,節(jié)約原材料和庫存資金等都有著很好的作用。在往后的車內(nèi)高壓電纜生產(chǎn)過程中，這一技術(shù)勢(shì)必會(huì)得到更為廣泛的利用，與此相關(guān)的設(shè)備及技術(shù)也勢(shì)必會(huì)得到相應(yīng)的改進(jìn)與更新，從而使得這一技術(shù)能夠在不同類別的電線電纜生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮相應(yīng)的作用，為中國(guó)電線電纜企業(yè)的長(zhǎng)久穩(wěn)定發(fā)展及電力供應(yīng)穩(wěn)定性及安全性的提高起到促進(jìn)作用。