一种电动汽车用耐高温复合电缆

技术领域

本发明涉及汽车电缆领域，具体涉及一种电动汽车用耐高温复合电缆。

背景技术

在当前的汽车产业中，传统汽车的普遍使用，造成的不仅是石油资源的日益减少，而且是导致空气质量不断恶化的重要因素之一，尤其是在城市道路中，汽车行驶时频繁启动、加速、刹车和低速行驶，导致油料燃烧效率很低，对空气的污染更为严重。为此，发展其他能源驱动的车辆，就变得尤为重要。而已经出现的纯电力驱动的新能源汽车，对城市空气几乎无污染，且噪音很小，而混合动力汽车，在城市道路中也可切换电力驱动，对于城市环境的污染也大大减少，而且对能源的利用率得到提高。

随着新能源电动汽车行业规模的不断矿大，对电缆的需求也迅速增长，同时对电缆的要求也越来越高，来满足市场的需求。目前的电动汽车需要电缆不仅具有较高的强度、较高的硬度和耐高温性能，还有有较好的耐候使用性，而如果上述性能得不到保障，电缆的使用寿命会大大折扣，无法保证电缆在工作时的安全性，很容易产生安全性隐患。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种电动汽车用耐高温复合电缆。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

一种电动汽车用耐高温复合电缆，包括从内至外依次设置的导线层、绝缘层、屏蔽层和护套层；其中，护套层的材料按照重量份数计算，包括如下成分：

112-148份聚氯乙烯树脂、54-70份粉末丁腈橡胶、25-45份改性呋喃树脂、32-46份无机填料、8.4-13.8份阻燃剂、6.3-10.5份塑化剂、0.3-0.8份润滑剂和0.2-0.6份抗老化剂。

优选地，所述导线层的材料为电工铜、电工铝或电工铝合金；所述导线层的截面直径是2.6-8.4mm。

优选地，所述绝缘层的材料为聚氯乙烯材料、聚乙烯材料或者交联聚乙烯材料；所述绝缘层的厚度是0.5-0.8mm。

优选地，所述屏蔽层的材料为铜箔网或铝箔网；所述屏蔽层的厚度是0.7-1.1mm。

优选地，所述护套层的厚度是1.5-2.5mm。

优选地，所述聚氯乙烯树脂为型号为PVC-1300或PVC-1000。

优选地，所述粉末丁腈橡胶的型号为NBR-2707、NBR-3604、NBR-3250中的一种。

优选地，所述改性呋喃树脂是通过使用改性硅化硼与呋喃树脂复合后制备得到。

优选地，所述无机填料为硅微粉和碳酸钙的混合物，细度为20-40μm，其中硅微粉和碳酸钙的质量比是2-4:1-3。

优选地，所述阻燃剂为有机磷阻燃剂，具体为三(氯异丙基)磷酸酯(TCPP)、磷酸三(2-氯乙基)酯(TCEP)、磷酸三(1，3-二氯异丙基)酯(TDCP)中的一种或多种组合。

优选地，所述塑化剂为邻苯二甲酸酯(DOP)或邻苯三甲酸酯(DEP)。

优选地，所述润滑剂为硬脂酸丁酯、氧化聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、石蜡中的一种或多种组合。

优选地，所述抗老化剂为防老剂RD、防老剂CPPD、防老剂AW、防老剂IPPD中的一种。

优选地，所述改性呋喃树脂的制备方法包括：

S1、活化硅化硼：

称取硅化硼粉末与乙醇的水溶液混合在反应瓶内，将反应瓶先放在超声机内，室温下超声2-4h，然后转移至水浴锅内，滴加γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，在60-70℃下回流6-10h后，过滤并收集粉末固体，使用乙醇洗涤三次后，干燥得到活化硅化硼；

其中，硅化硼(SiB

S2、改性硅化硼：

称取活化硅化硼和N,N-二甲基甲酰胺混合在反应瓶内，滴加微量的浓硫酸，升温至70-90℃，充分搅拌后，逐渐地向反应内加入5,5'-二氨基-2,2'-联吡啶，加入完毕后，保温搅拌3-8h，反应结束后过滤并收集固体，使用二氯甲烷洗涤三次后，干燥得到改性硅化硼；

其中，浓硫酸为质量分数98％的硫酸，加入量是活化硅化硼质量的0.05％-0.3％；5,5'-二氨基-2,2'-联吡啶、活化硅化硼与N,N-二甲基甲酰胺的质量比是1.86-3.14:1:10-20；

S3、改性呋喃树脂的合成：

称取呋喃树脂溶于无水乙醇内，搅拌均匀后，逐渐地加入改性硅化硼，在室温下搅拌2-5h形成均匀地混合物后，减压除去溶剂，即得到改性呋喃树脂；

其中，呋喃树脂为糠醇型呋喃树脂，型号为GM-1；改性硅化硼、呋喃树脂和无水乙醇的质量比是1:2.2-3.5:4-6。

优选地，所述护套层的材料的制备过程包括：

(1)按照重量份数将聚氯乙烯树脂、粉末丁腈橡胶和改性呋喃树脂混合在带有升温设备的搅拌机器内，升温至170-180℃，搅拌混合10-20min，搅拌速度200-300rpm，得到第一混合料；

(2)将第一混合料冷却至80-100℃后，依次加入无机填料、阻燃剂、塑化剂、润滑剂和抗老化剂，充分混合25-35min，搅拌速度300-400rpm，得到第二混合料；

(3)将第二混合料转移至双螺杆挤出机内，进行挤出处理，挤出的温度包括：一区130-140℃、二区155-165℃、三区170-180℃、四区175-180℃，挤出速度是35-55m/min，最终得到护套层的材料。

本发明的有益效果为：

1、本发明制备了一种电动汽车用的复合电缆，包括从内至外依次设置的导线层、绝缘层、屏蔽层和护套层，绝缘层起到保护导线层、防止漏电的作用，屏蔽层起到防止电磁干扰影响导电性能的作用，护套层起到保护整体电缆不受机械损伤以及外界侵蚀的作用。本发明电缆的多种复合层能够保证电缆的质量和性能，具有高强度、耐高温、阻燃、耐用、抗干扰等多种优点，从而保证汽车的安全性能。

2、本发明对于复合电缆的护套层材料进行了改进设计，在聚氯乙烯树脂作为基础树脂的基础上，还另外加入了粉末丁腈橡胶和改性呋喃树脂作为辅助增强材料使用。粉末丁腈橡胶在护套层的材料中主要作为弹性体使用，提高材料的韧性和柔软度，增加其弹力；改性呋喃树脂具有较好的耐热性、耐磨性和耐侵蚀性，因此能够增强聚氯乙烯护套层的耐高温性、表面硬度和耐候使用性。

3、本发明的电缆的护套层中加入的改性呋喃树脂是在常规呋喃树脂的基础上使用改性硅化硼对其改性后制备得到的，而改性硅化硼是使用环氧偶联剂活化的硅化硼粉末与5,5'-二氨基-2,2'-联吡啶反应后制备得到。其中，5,5'-二氨基-2,2'-联吡啶因含有双氨基结构，能够与活化硅化硼表面的环氧基发生结合反应，进而交联聚合成高分子化合物包裹在硅化硼的表面，得到改性硅化硼；合成得到的改性硅化硼表面活性较强，与呋喃树脂混合后能够更好地分散在呋喃树脂的内部，最终得到改性呋喃树脂。改性呋喃树脂作为保护套材料成分的一部分，其添加之后不仅使保护套材料的力学强度有较好提升，还提升了护套材料的耐高温性、表面硬度和耐候使用性。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的技术方案。应理解，本发明提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤；还应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

为了更好的理解上述技术方案，下面更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

下面结合以下实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

一种电动汽车用耐高温复合电缆，包括从内至外依次设置的导线层、绝缘层、屏蔽层和护套层；导线层的材料为电工铜；导线层的截面直径是5.8mm。绝缘层的材料为聚氯乙烯材料；绝缘层的厚度是0.6mm。屏蔽层的材料为铜箔网；屏蔽层的厚度是0.9mm。护套层的厚度是2.0mm。

其中，护套层的材料按照重量份数计算，包括如下成分：

127份聚氯乙烯树脂、62份粉末丁腈橡胶、35份改性呋喃树脂、38份无机填料、11.2份阻燃剂、8.7份塑化剂、0.5份润滑剂和0.4份抗老化剂。

聚氯乙烯树脂为型号为PVC-1300。粉末丁腈橡胶的型号为NBR-2707。无机填料为硅微粉和碳酸钙的混合物，细度为20-40μm，其中硅微粉和碳酸钙的质量比是3:2。阻燃剂为有机磷阻燃剂，具体为三(氯异丙基)磷酸酯(TCPP)。塑化剂为邻苯二甲酸酯(DOP)。润滑剂为硬脂酸丁酯。抗老化剂为防老剂RD。

改性呋喃树脂的制备方法包括：

S1、活化硅化硼：

称取硅化硼粉末与乙醇的水溶液混合在反应瓶内，将反应瓶先放在超声机内，室温下超声3h，然后转移至水浴锅内，滴加γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，在65℃下回流8h后，过滤并收集粉末固体，使用乙醇洗涤三次后，干燥得到活化硅化硼；

其中，硅化硼(SiB

S2、改性硅化硼：

称取活化硅化硼和N,N-二甲基甲酰胺混合在反应瓶内，滴加微量的质量分数98％的浓硫酸，升温至80℃，充分搅拌后，逐渐地向反应内加入5,5'-二氨基-2,2'-联吡啶，加入完毕后，保温搅拌5h，反应结束后过滤并收集固体，使用二氯甲烷洗涤三次后，干燥得到改性硅化硼；

其中，浓硫酸加入量是活化硅化硼质量的0.15％；5,5'-二氨基-2,2'-联吡啶、活化硅化硼与N,N-二甲基甲酰胺的质量比是2.32:1:15；

S3、改性呋喃树脂的合成：

称取GM-1糠醇型呋喃树脂溶于无水乙醇内，搅拌均匀后，逐渐地加入改性硅化硼，在室温下搅拌4h形成均匀地混合物后，减压除去溶剂，即得到改性呋喃树脂；

其中，改性硅化硼、呋喃树脂和无水乙醇的质量比是1:2.7:5。

护套层的材料的制备过程包括：

(1)按照重量份数将聚氯乙烯树脂、粉末丁腈橡胶和改性呋喃树脂混合在带有升温设备的搅拌机器内，升温至175℃，搅拌混合15min，搅拌速度250rpm，得到第一混合料；

(2)将第一混合料冷却至90℃后，依次加入无机填料、阻燃剂、塑化剂、润滑剂和抗老化剂，充分混合30min，搅拌速度350rpm，得到第二混合料；

(3)将第二混合料转移至双螺杆挤出机内，进行挤出处理，挤出的温度包括：一区135℃、二区160℃、三区175℃、四区180℃，挤出速度是45m/min，最终得到护套层的材料。

实施例2

一种电动汽车用耐高温复合电缆，包括从内至外依次设置的导线层、绝缘层、屏蔽层和护套层；导线层的材料为电工铝；导线层的截面直径是2.6mm。绝缘层的材料为聚乙烯材料；绝缘层的厚度是0.5mm。屏蔽层的材料为铝箔网；屏蔽层的厚度是0.7mm。护套层的厚度是1.5mm。

其中，护套层的材料按照重量份数计算，包括如下成分：

112份聚氯乙烯树脂、54份粉末丁腈橡胶、25份改性呋喃树脂、32份无机填料、8.4份阻燃剂、6.3份塑化剂、0.3份润滑剂和0.2份抗老化剂。

聚氯乙烯树脂为型号为PVC-1000。粉末丁腈橡胶的型号为NBR-3604。无机填料为硅微粉和碳酸钙的混合物，细度为20-40μm，其中硅微粉和碳酸钙的质量比是2:1。阻燃剂为有机磷阻燃剂，具体为磷酸三(2-氯乙基)酯(TCEP)。塑化剂为邻苯三甲酸酯(DEP)。润滑剂为氧化聚乙烯蜡。抗老化剂为防老剂CPPD。

改性呋喃树脂的制备方法包括：

S1、活化硅化硼：

称取硅化硼粉末与乙醇的水溶液混合在反应瓶内，将反应瓶先放在超声机内，室温下超声2h，然后转移至水浴锅内，滴加γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，在60℃下回流6h后，过滤并收集粉末固体，使用乙醇洗涤三次后，干燥得到活化硅化硼；

其中，硅化硼(SiB

S2、改性硅化硼：

称取活化硅化硼和N,N-二甲基甲酰胺混合在反应瓶内，滴加微量的浓硫酸，升温至70℃，充分搅拌后，逐渐地向反应内加入5,5'-二氨基-2,2'-联吡啶，加入完毕后，保温搅拌3h，反应结束后过滤并收集固体，使用二氯甲烷洗涤三次后，干燥得到改性硅化硼；

其中，浓硫酸为质量分数98％的硫酸，加入量是活化硅化硼质量的0.05％；5,5'-二氨基-2,2'-联吡啶、活化硅化硼与N,N-二甲基甲酰胺的质量比是1.86:1:10；

S3、改性呋喃树脂的合成：

称取呋喃树脂溶于无水乙醇内，搅拌均匀后，逐渐地加入改性硅化硼，在室温下搅拌2h形成均匀地混合物后，减压除去溶剂，即得到改性呋喃树脂；

其中，呋喃树脂为糠醇型呋喃树脂，型号为GM-1；改性硅化硼、呋喃树脂和无水乙醇的质量比是1:2.2:4。

护套层的材料的制备过程包括：

(1)按照重量份数将聚氯乙烯树脂、粉末丁腈橡胶和改性呋喃树脂混合在带有升温设备的搅拌机器内，升温至170℃，搅拌混合10min，搅拌速度200rpm，得到第一混合料；

(2)将第一混合料冷却至80℃后，依次加入无机填料、阻燃剂、塑化剂、润滑剂和抗老化剂，充分混合25min，搅拌速度300rpm，得到第二混合料；

(3)将第二混合料转移至双螺杆挤出机内，进行挤出处理，挤出的温度包括：一区130℃、二区155℃、三区170℃、四区175℃，挤出速度是35m/min，最终得到护套层的材料。

实施例3

一种电动汽车用耐高温复合电缆，包括从内至外依次设置的导线层、绝缘层、屏蔽层和护套层；导线层的材料为电工铝合金；导线层的截面直径是8.4mm。绝缘层的材料为交联聚乙烯材料；绝缘层的厚度是0.8mm。屏蔽层的材料为铝箔网；屏蔽层的厚度是1.1mm。护套层的厚度是2.5mm。

其中，护套层的材料按照重量份数计算，包括如下成分：

148份聚氯乙烯树脂、70份粉末丁腈橡胶、45份改性呋喃树脂、46份无机填料、13.8份阻燃剂、10.5份塑化剂、0.8份润滑剂和0.6份抗老化剂。

聚氯乙烯树脂为型号为PVC-1300。粉末丁腈橡胶的型号为NBR-3604。无机填料为硅微粉和碳酸钙的混合物，细度为20-40μm，其中硅微粉和碳酸钙的质量比是4:3。阻燃剂为有机磷阻燃剂，具体为磷酸三(1，3-二氯异丙基)酯(TDCP)。塑化剂为邻苯二甲酸酯(DOP)。润滑剂为硬脂酸锌。抗老化剂为防老剂IPPD。

改性呋喃树脂的制备方法包括：

S1、活化硅化硼：

称取硅化硼粉末与乙醇的水溶液混合在反应瓶内，将反应瓶先放在超声机内，室温下超声4h，然后转移至水浴锅内，滴加γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，在70℃下回流10h后，过滤并收集粉末固体，使用乙醇洗涤三次后，干燥得到活化硅化硼；

其中，硅化硼(SiB

S2、改性硅化硼：

称取活化硅化硼和N,N-二甲基甲酰胺混合在反应瓶内，滴加微量的浓硫酸，升温至90℃，充分搅拌后，逐渐地向反应内加入5,5'-二氨基-2,2'-联吡啶，加入完毕后，保温搅拌8h，反应结束后过滤并收集固体，使用二氯甲烷洗涤三次后，干燥得到改性硅化硼；

其中，浓硫酸为质量分数98％的硫酸，加入量是活化硅化硼质量的0.3％；5,5'-二氨基-2,2'-联吡啶、活化硅化硼与N,N-二甲基甲酰胺的质量比是3.14:1:20；

S3、改性呋喃树脂的合成：

称取呋喃树脂溶于无水乙醇内，搅拌均匀后，逐渐地加入改性硅化硼，在室温下搅拌2-5h形成均匀地混合物后，减压除去溶剂，即得到改性呋喃树脂；

其中，呋喃树脂为糠醇型呋喃树脂，型号为GM-1；改性硅化硼、呋喃树脂和无水乙醇的质量比是1:3.5:6。

护套层的材料的制备过程包括：

(1)按照重量份数将聚氯乙烯树脂、粉末丁腈橡胶和改性呋喃树脂混合在带有升温设备的搅拌机器内，升温至180℃，搅拌混合20min，搅拌速度300rpm，得到第一混合料；

(2)将第一混合料冷却至100℃后，依次加入无机填料、阻燃剂、塑化剂、润滑剂和抗老化剂，充分混合35min，搅拌速度400rpm，得到第二混合料；

(3)将第二混合料转移至双螺杆挤出机内，进行挤出处理，挤出的温度包括：一区140℃、二区165℃、三区180℃、四区180℃，挤出速度是55m/min，最终得到护套层的材料。

对比例1

一种电动汽车用复合电缆的护套层，与实施例1的区别是，护套层材料的成分略有不同，即改性呋喃树脂替换成常规的GM-1糠醇型呋喃树脂。

护套层材料按照重量份数计算，包括如下成分：

127份聚氯乙烯树脂、62份粉末丁腈橡胶、35份呋喃树脂、38份无机填料、11.2份阻燃剂、8.7份塑化剂、0.5份润滑剂和0.4份抗老化剂。

对比例2

一种电动汽车用复合电缆的护套层，与实施例1的区别是，护套层材料的成分略有不同，即改性呋喃树脂的制备方法不同。

护套层材料按照重量份数计算，包括如下成分：

127份聚氯乙烯树脂、62份粉末丁腈橡胶、35份改性呋喃树脂、38份无机填料、11.2份阻燃剂、8.7份塑化剂、0.5份润滑剂和0.4份抗老化剂。

改性呋喃树脂的制备方法包括：

称取GM-1糠醇型呋喃树脂溶于无水乙醇内，搅拌均匀后，逐渐地加入细度为20±2μm的硅化硼，在室温下搅拌4h形成均匀地混合物后，减压除去溶剂，即得到改性呋喃树脂；

其中，硅化硼、呋喃树脂和无水乙醇的质量比是1:2.7:5。

对比例3

一种电动汽车用复合电缆的护套层，与实施例1的区别是，护套层材料的成分略有不同，即改性呋喃树脂的制备方法不同。

护套层材料按照重量份数计算，包括如下成分：

127份聚氯乙烯树脂、62份粉末丁腈橡胶、35份改性呋喃树脂、38份无机填料、11.2份阻燃剂、8.7份塑化剂、0.5份润滑剂和0.4份抗老化剂。

S1、活化硅化硼：

称取硅化硼粉末与乙醇的水溶液混合在反应瓶内，将反应瓶先放在超声机内，室温下超声3h，然后转移至水浴锅内，滴加γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，在65℃下回流8h后，过滤并收集粉末固体，使用乙醇洗涤三次后，干燥得到活化硅化硼；

其中，硅化硼(SiB

S2、改性呋喃树脂的合成：

称取GM-1糠醇型呋喃树脂溶于无水乙醇内，搅拌均匀后，逐渐地加入活化硅化硼，在室温下搅拌4h形成均匀地混合物后，减压除去溶剂，即得到改性呋喃树脂；

其中，活化硅化硼、呋喃树脂和无水乙醇的质量比是1:2.7:5。

实验检测

对于实施例1、对比例1-3制备的复合电缆的护套层的性能，本发明做了相应检测，结果记录在表1中，其中，部分检测标准参考如下：

拉伸强度和断裂伸长率标准参考GB/T 1040.3-2006《塑料拉伸性能的测定》；

热稳定性检测参考标准GB/T 2917.1-2002《以氯乙烯均聚和共聚物为主的共混物及制品在高温时放出氯化氢和任何其他酸性》；

硬度餐补标准GB/T 2411-2008《塑料和硬橡胶使用硬度计测定压痕硬度》；

耐人工气候老化处理参考标准GB/T 2951.2-1997《电缆绝缘和护套材料通用试验方法》；

电气强度标准参考GB/T 1408.1-2006《绝缘材料电气强度试验方法》。

表1如下所示：

表1复合电缆的性能检测记录结果

从表1的检测结果能够看出，本发明实施例1所制备的复合电缆的护套层在力学强度、硬度、耐高温性、耐候性方面比传统的电缆材料都有较大的提升，说明使用本发明所制备的复合电缆能够使电缆的耐高温性、表面硬度和耐候使用性达到一个更高的水平。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。