汽车用交联电线及其加工技术.doc

汽车用交联电线及其加工技术 施爱伟 一、概述 1. 汽车电线的发热和受热 在汽车电气系统运行过程中，电线的绝缘材料受热的作用性能会逐步退化、直至失效。 这种热主要来自： ——周围环境，特别是发动机附近温度很高； ——电线传导电流自身产生的热量而产生温升。 电线的绝缘材料的工作温度比环境温度高至少30℃，通常发动机舱内发动机附近使用的电线额定耐热温度为125℃到150℃。 电线在额定工作温度下连续工作时间应不低于3000小时并应保证在车辆寿命期内绝缘材料具有需要的机械性能。 2. 交联技术 汽车内需要很多耐热电线，耐热电线载流量更大、更安全。通常使用的绝缘材料都是热塑性材料，热塑性材料容易成型加工。交联方法是当前提高材料耐热性能的重要手段。 热塑性材料通过交联由线型高分子结构转化为体型网状高分子，由热塑性转变为热固性。材料的机械性能，耐热性能、耐液体性能都得到改善。 交联方法有多种，主要分为化学法和物理法： ——化学法是用加入过氧化物的材料，在高温高压下通过过氧化物分解引发材料高分子材料产生自由基，从而发生交联反应。 ——物理法是通过电子射线轰击材料的分子链，产生自由基，从而发生交联反应。 两种交联方法材料和装备区别很大： ——化学法必须使用专门的挤出设备，和专门的交联管道以及专门的材料。设备占地比较庞大，一次性投入大，比较适合大截面厚壁的电线，可交联材料范围比较窄。 ——辐照交联方法对挤出设备没有特殊要求，只需把成型的电线拿到有辐射条件的地方辐照即可。可交联的聚合物非常广泛，从PVC、PE到TPEE均可交联。不需必须增加设备投资。当然，辐照加工设备的投资也是比较巨大的。 3. 交联电线的优势 交联电线的耐热性好，可以承载更大的电流。相对经济性更好。 交联电线遇到高热后不熔不融，耐过热性能好，使用更安全。通常XLPE可以瞬间热过载达到200℃。交联电线的机械性能和耐溶剂和各种液体性能也有所提高。 交联电线更容易做到耐燃烧，目前已经能做到无卤阻燃，环保特性更优异。 主要交联电线品种见下表： 材料 耐热温度 德国 型号 GM型号 Ford 型号 日本 型号 SAE型号 主要 用途 XLPE 125℃ FLR2X CU-R3XLPE 3TAD／3TBD AESSX TXL 发动机舱 XLPVC 100℃ FLRX AVSSX 远发动机 XLPO 150℃ FLR91X CU-R4XLPO 4TAD／4TBD 近发动机 XLETFE 175℃ FLR7X 自动变速箱 XLPVDF 150℃ FLR10X 高耐磨、高耐油 XLTPEE 150℃ FLR33X 高耐磨、耐热 二、辐照原理和辐照参数 1. 照射装置 所谓电子束(EB)辐照技术，就是利用在高压电场中加速后的电子射线照射物质，通过高能电子与物质的相互作用来电离和激励各种物质的分子，从而引发化学反应以改善材料的性能或生成新材料，是一种新的加工技术和工艺。电子束辐照技术和其他先进的高电压应用技术被视为有益环境保护的“绿色技术”而得到推广。 产生电子束(EB)的设备叫电子加速器。电子加速器有高压电源部分，真空束流管和辐照窗组成。辐照生产线还需要一套束下传动系统和控制系统。 2、辐照参数 1）加速电压 电子通过加速器获得高能量，而轰击绝缘材料。加速电压越大，电子穿透材料更深。上述的穿透力决定了每个设备处理的电线的规格，而且还依赖于导线的绝缘层的材料密度。如下图所示在不同的加速电压下相对剂量与深度的关系曲线。 2）辐照剂量 绝缘材料的交联程度和辐照剂量有关，辐照剂量用Rad或Gy为单位（10MRad＝100kGry），1Rad＝1J／g。辐照剂量越大，活化的自由基越多。 辐照剂量和速器辐照窗口得尺寸，辐照电子束的电流以及生产速度有关。 3. 辐照剂量的计算 由于电线是圆形的，中心有金属导体阻隔电子，所以一次辐照只能使向上的部分得到照射。 电线的照射有效射程由和导体相切的电线外圆的弦长决定，而不是绝缘厚度。 在不同厚度上辐照剂量得分布也是不均匀的，所以必须通过多次辐照解决辐照均匀性的问题。通过计算的到的辐照剂量只是个平均值。 通常，电线在辐照窗下要往复100圈左右，每一圈辐照剂量D (Mrad) 是: D =η×(ΔE/ΔR)×I／(1. 67×W×V) 其中： η = 电子束效率= 0.9 (ΔE /ΔR) = 吸收效率 = 200 I = 电子束电流 (mA) W = 扫描宽度 (cm) V = 线速度，m/min 因此 Dn = N×D 其中 N = 圈数 三、辐照交联