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【摘要】本文介紹了輻照交聯(lián)線纜制造技術(shù)和輻照交聯(lián)汽車電線的主要特點(diǎn),分析了汽車電線的技術(shù)要求和目前國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展概況,預(yù)測了今后的發(fā)展趨勢,指出了輻照交聯(lián)汽車電線制造流程中主要工序的關(guān)鍵技術(shù),最后建議走合作之路發(fā)展我國輻照交聯(lián)汽車電線。本文對汽車制造廠如何選用汽車電線也具有一定的價值。
1. 輻照交聯(lián)電線技術(shù)
早在1952年,美國科學(xué)家即以原子核反應(yīng)堆作輻射源制成交聯(lián)聚乙烯,之后采用電子加速器產(chǎn)生的β射線對塑料進(jìn)行輻射加工的技術(shù)后來居上地發(fā)展起來。線纜行業(yè)始終是該項技術(shù)的重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域。目前全球約有600臺電子加速器,其中200余臺用于生產(chǎn)電線電纜。在我國,熱縮套管和線纜制造業(yè)已位居輻射技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的前兩席。
所謂交聯(lián)是將高分子聚合物從鏈狀結(jié)構(gòu)的熱塑性材料轉(zhuǎn)變?yōu)榱Ⅲw網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的熱固性材料。熱塑性材料受熱會熔融流動,線纜絕緣或護(hù)套的加工正是利用了這一特性;熱固性材料&127;(交聯(lián)型高分子)高溫下也不會熔融變形,無法擠塑加工,但卻具有熱塑性材料所不具備的優(yōu)點(diǎn):分子鏈段交叉連接,即不但擰成了一股繩,而且抱成了一個團(tuán),因此機(jī)械性能優(yōu)異;長期耐熱特性好,制品尺寸穩(wěn)定;耐化學(xué)腐蝕。
線纜行業(yè)采用的交聯(lián)方法有三種:過氧化物交聯(lián)法(CV法);硅烷交聯(lián)法(SV法)和電子束交聯(lián)法(或稱輻照交聯(lián))。三種方法各有所長。&127;CV法廣泛用于生產(chǎn)高壓和超高壓電力電纜,交聯(lián)過程在充有高溫、高壓氣體(或汽體)&127;的硫化管中完成,導(dǎo)體截面小的絕緣線在管中易被拉長甚至拉斷;&127;SV法主要用于生產(chǎn)中低壓電力電纜,包括汽車用電池電纜。這兩種方法都是加入交聯(lián)劑(過氧化物或硅氧烷)來引發(fā)交聯(lián),屬于化學(xué)交聯(lián)方法。
輻照交聯(lián)則是包含化學(xué)變化的物理交聯(lián)方法。線纜的電子束輻射加工是先用熱塑性材料擠塑絕緣或護(hù)套,再用高能射線轟擊,達(dá)到改變聚合物分子鏈結(jié)構(gòu)、促成其交聯(lián)的目的。電子加速器的工作原理與電視機(jī)顯像管相類似,由加熱的電子槍產(chǎn)生電子,依靠直流加速器高壓裝置正負(fù)電極之間的高電壓導(dǎo)引電子飛離電子槍,再由真空束流管加速并聚焦。之后當(dāng)電子束流穿過掃描磁場時,將被掃描成線條狀后穿越金屬箔窗,照射箔窗下由束下傳送裝置輸送的被加工物。電子攜帶的能量取決于加速器施加的高電壓,常用兆電子伏特(MeV)來表示。束流與加速電壓決定了輻照功率,其中束流表示單位時間內(nèi)提供多少個電子,&127;1mA的束流表示每秒有6.2×1015個電子。
聚合物在受到高能電子束照射時,化學(xué)鍵將先被破壞,然后形成新的分子鏈結(jié)構(gòu)。有的聚合物的反應(yīng)以降解為主,有的則以交聯(lián)為主。幸運(yùn)的是,電纜業(yè)廣泛運(yùn)用的聚烯烴、聚氯乙烯(PVC)、橡膠(如EPDM)和熱塑性彈性體(如TPU)等以交聯(lián)反應(yīng)為主。以聚乙烯(PE)為例,高能電子束首先使C-H鍵斷裂,生成帶自由端基的活性大分子鏈和活潑的氫原子,然后氫原子攻擊分子鏈,奪取其中的氫原子生成氫氣和帶自由端基的分子鏈,相鄰的帶有自由端基的鏈段交叉連接形成橫向的C-C交聯(lián)鍵。不同材料對輻射的敏感性是不一樣的。為了提高輻射交聯(lián)效率,通常要在材料中加入敏化劑和增感劑。
交聯(lián)電纜在以下方面有顯著變化:耐熱等級提高,即使燃燒也不熔融滴落;耐化學(xué)腐蝕,不溶解于油和有機(jī)溶劑;抗張強(qiáng)度、耐磨性、抗壓性、抗沖擊、抗撕裂和抗剪切等機(jī)械性能大為提高,硬度和抗切通特性則基本不變或略有提高,但斷裂伸長率有所降低;電氣絕緣強(qiáng)度基本不變。輻照交聯(lián)與化學(xué)交聯(lián)相比較,還具有以下特點(diǎn):
-可加工材料多,材料無貨架壽命限制。
-不需高溫、高壓條件,能耗低。
-由于吸收輻射能量引起的聚合物溫升通常不超過
-可獲得較高的耐溫等級。已制成耐溫等級
-加工后無殘留物,長期與酸液接觸也不會有明顯溶脹。
-容易控制交聯(lián)度。
-生產(chǎn)效率高。小線交聯(lián)效率一般只受限于束下傳送速度,目前汽車電線制造業(yè)已有
-特別適合加工小截面導(dǎo)體、薄壁和超薄壁絕緣的高性能交聯(lián)電纜。這一特點(diǎn)使電子束交聯(lián)技術(shù)在汽車電線制造領(lǐng)域獲得了廣泛運(yùn)用。
輻照交聯(lián)線纜技術(shù)也在不斷發(fā)展和完善中,目前尚不適合加工特粗的電纜和導(dǎo)體四周絕緣層厚度不均勻(如帶狀)的電纜,其原因在于這些電纜所受輻射的均勻性問題難以很好解決,可能會出現(xiàn)局部升溫、累積電荷導(dǎo)致放電擊穿絕緣和截面各點(diǎn)交聯(lián)度不均勻等情況。
2. 低壓汽車線的技術(shù)特點(diǎn)及要求
現(xiàn)代汽車采用低壓直流供電系統(tǒng),標(biāo)稱電壓有6、12、24伏,并以車體為一極單線供電,故汽車電線多為單芯導(dǎo)體。汽車電線包括驅(qū)動系統(tǒng)電纜,如電池引線電纜、點(diǎn)火線、油泵電纜;通信系統(tǒng)電纜和線束復(fù)用系統(tǒng)線纜,如音響線、車載電話線、多模光纖;安全系統(tǒng)電纜,如防剎車抱死系統(tǒng)(ABS)&127;電纜、剎車磨損監(jiān)測電纜(使用溫度-60~+
我國1988年實(shí)施的《公路車輛低壓電纜(電線)》(GB9328-88)中電纜性能要求、電纜結(jié)構(gòu)與國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)(如國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO6722-96標(biāo)準(zhǔn)、日本機(jī)動車標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會JASO D608標(biāo)準(zhǔn)和美國SAE標(biāo)準(zhǔn))相比有較大差距。本文將主要根據(jù)美國機(jī)動車工程師協(xié)會(SAE)標(biāo)準(zhǔn)SAE J1128-JAN 1995《低壓主回路電纜》,介紹低壓汽車電線技術(shù)特點(diǎn)。SAE標(biāo)準(zhǔn)是國際公認(rèn)的水平較高的權(quán)威性技術(shù)文件,充分反映了國際汽車電線的技術(shù)水平和多年來汽車電線的開發(fā)成果。隨著我國汽車業(yè)日益融入國際競爭大環(huán)境,該標(biāo)準(zhǔn)將為更多的汽車廠熟悉和采用。
根據(jù)絕緣的不同,電纜分為以下類型(表1)。
表1
絕緣 薄壁型 通用型 專用型 重荷型
熱塑性材料 TWP GPT \ HDT
熱固性彈性體 \ \ STS HTS
交聯(lián)聚烯烴 TXL GXL SXL \
熱塑性彈性體 TWE GTE \ HTE
電纜規(guī)格見表2。
表2
SAE導(dǎo)體規(guī)格(mm2) 導(dǎo)體線規(guī)號 導(dǎo)體最小截面(mm2) 絞合導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(根數(shù)×單線直徑mm)
0.22 24 0.205 7×0.606
0.35 22 0.324 7×0.765
0.5 20 0.508 7×0.963
0.8 18 0.760 19×1.170
1 16 1.13 19×1.430
2 14 1.85 19×1.805
3 12 2.91 19×2.275
5 10 4.65 37×3.185
8 8 7.23 19×7×4.221
注: “絞合導(dǎo)體結(jié)構(gòu)”一列為作者所加,僅供參考。單線直徑直接采自美國線規(guī)。
低壓汽車電線絕緣厚度和最大外徑如表3所示。
表3 (mm) 電纜 規(guī)格 TWP TWE TXL GPT GTE GXL STS SXL
絕緣厚度
最大外徑 絕緣厚度最大外徑 絕緣厚度 最大
外徑
標(biāo)稱 最薄點(diǎn) 標(biāo)稱 最薄點(diǎn) 標(biāo)稱 最薄點(diǎn)
0.22 0.40 0.28 1.50
0.35 0.40 0.28 1.70
0.5 0.40 0.28 1.90 0.58 0.41 2.40 0.74 0.52 2.80
0.8 0.40 0.28 2.20 0.58 0.41 2.50 0.76 0.53 3.00
1 0.40 0.28 2.40 0.58 0.41 2.90 0.81 0.67 3.40
2 0.40 0.28 2.70 0.58 0.41 3.20 0.89 0.62 3.90
3 0.45 0.32 3.30 0.66 0.48 3.80 0.94 0.66 4.60
5 0.50 0.35 4.00 0.78 0.55 4.70 1.04 0.73 5.30
8 0.65 0.39 4.90 0.94 0.66 6.00 1.09 0.76 6.20
絕緣機(jī)械性能要求見表4。&127;采用美國ASTM D412、D573及E145Ⅲ型試驗(yàn)方法,樣品不從成品電纜上取樣,而是來自材料壓片(壓片經(jīng)輻照處理)。
表4 電纜型號 原始拉伸性能
老化條件
抗張強(qiáng)度 (MPa) 斷裂伸率 (%) 老化溫度(±
TWP GPT HDT ≥11 ≥125 110
STS HTS ≥7 ≥150 110
TXL GXL SXL ≥10 ≥150 155
TWE GTE HTE ≥11 ≥200 150
有效地降低成本,提高產(chǎn)品在全球范圍內(nèi)的競爭力。
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輻照交聯(lián)工序的關(guān)鍵是保證交聯(lián)度的均勻性,&127;這首先有兩層含義:一是電線沿長交聯(lián)度均勻,這就要求關(guān)鍵工藝參數(shù)束流線速比(電子束電流與電線束下傳送速度之比)應(yīng)保持恒定;其次是同一截面各點(diǎn)上的聚合物所受到的輻照程度應(yīng)盡可能均勻。&127;由于高能射線強(qiáng)度分布近似高斯分布,因而束下傳送系統(tǒng)設(shè)計是否先進(jìn)對保證后一種交聯(lián)度均勻性至關(guān)重要。&127;成都電纜集團(tuán)雙流熱縮制品廠從法國Vivirad公司引進(jìn)的3MeV/30mA電子加速器不但具有輻照功率大、&127;自動控制精度高、易于調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn),而且專為加工輻照線纜配套引進(jìn)了兩套分別適用于大、&127;小線纜的束下傳送裝置,是目前國內(nèi)水平最高的加工熱縮套管和電線電纜的電子束輻照系統(tǒng),可充分保證輻照均勻性。還要補(bǔ)充的是,不同批次的同種電纜前后的交聯(lián)度也應(yīng)一致,只要控制好束流線速比和電線束下傳送工藝設(shè)置,&127;這一要求比CV和SV工藝更容易做到,交聯(lián)度波動范圍可控制在5%以內(nèi)。汽車電線廠可用文獻(xiàn)[3]規(guī)定的熱延伸試驗(yàn)方法來方便地表征交聯(lián)度,試驗(yàn)溫度應(yīng)高于未交聯(lián)結(jié)晶聚合物的熔點(diǎn)。受輻照的線纜聚合物中未交聯(lián)部分越多,則試樣在給定負(fù)荷下伸長率越大,表明交聯(lián)度越小。
5. 結(jié)束語
汽車制造業(yè)已成為我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè),帶動了大批配套產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。汽車電線是提高汽車技術(shù)含量的重要配件,其發(fā)展也遵循著集中化、規(guī);、專業(yè)化的方針,要求汽車廠、汽車電線廠&127;(包括線束裝配廠)緊密合作。&127;美國等發(fā)達(dá)國家從八十年代中期開始,改變了過去由汽車廠提出汽車電線結(jié)構(gòu)尺寸等具體技術(shù)要求、&127;電線廠只管照單生產(chǎn)的做法,轉(zhuǎn)而由電線廠在深入了解汽車電線安裝、&127;使用條件的基礎(chǔ)上,更多地參與和承擔(dān)起新型汽車電線的提出、&127;設(shè)計和驗(yàn)證等工作,汽車廠則可減少內(nèi)部與電線有關(guān)的技術(shù)資源配置以降低管理費(fèi)用,&127;雙方建立起新型的上下游產(chǎn)業(yè)合作方式,這有利于雙方降低成本、發(fā)揮各自優(yōu)勢。
從長遠(yuǎn)來看,&127;汽車將越來越走近我國普通百姓生活,發(fā)展前景廣闊。汽車電線在整個電線行業(yè)中的地位也將隨之提升。&127;有志于發(fā)展汽車電線的廠家要積極尋求與汽車廠的合作,&127;產(chǎn)品技術(shù)起點(diǎn)要高,同時種類及規(guī)格又要切合中國市場需要。&127;希望汽車廠也關(guān)注本土電纜廠所作努力,推動我國汽車電線的技術(shù)進(jìn)步,從而更有效地降低成本,提高產(chǎn)品在全球范圍內(nèi)的競爭力。
