用于密封电线束的组件和方法

本申请是申请日为2019年7月8日、申请号为201980049120.1、发明名称为“用于密封电线束的组件和方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明总体上涉及电线组件。更具体地，本发明涉及用于密封电线束的组件和方法。

背景技术

在大量电线穿过分隔具有不同环境条件的区域的壁的应用中，通常需要对电线束进行密封。例如，在汽车中，来自各种传感器、控制器等的电力电缆、电线/电缆可以从发动机舱经过分隔壁中的开口到达乘客舱。在电线穿过开口的区域中，电线可以被密封构件围绕。密封构件可以构造成完全包封电线并且理想地填充电线之间的空隙，以防止水分/流体在电线之间行进进入到车厢中。密封剂还提供声音衰减，从而降低乘客舱中的噪音水平。

用于密封电线束的当前方法利用胶泥、RT液体粘合剂系统(如硅树脂和环氧树脂)以及包覆成型。通过在电线/电缆之间按摩乳香来利用乳香工作的方法。这种方法的问题包括高昂的劳动力成本、较差的可靠性和较差的额定温度。在利用RT液体可固化粘合剂系统的方法中，粘合剂在电线之间流动，然后通过诸如高温、湿气或溶剂蒸发之类的刺激进行固化。然而，处理液体粘合剂在制造中具有挑战性，存在污染的高风险，并且固化过程需要更长的处理时间。在利用包覆成型的方法中，将密封件模制在电线的顶部。然而，该过程需要脱机，并且需要昂贵的设备和更长的处理时间。

鉴于以下公开，现有密封构件的其他问题将变得显而易见。

发明内容

该解决方案通过一种用于密封电线束的方法来提供，该方法包括提供在安装温度下粘度小于约300Pa.s的粘合剂材料。该方法还包括由粘合剂形成结构并且将多根电线插入到结构中。在第一加热操作中将第一量热施加到结构。该第一量热高于环境温度并且低于粘合剂结构的软化/熔化温度。随后，在第二加热操作中将第二量热施加到粘合剂结构，从而使粘合剂结构完全熔化，并且使该结构的粘合剂填充多根电线之间的空隙，从而密封电线。在第一操作期间将第一量热施加到结构有助于在第二加热操作期间改善结构的熔化均匀性。

该解决方案还通过一种用于产生密封电线束的结构来提供，该结构包括在相同的纵向方向上延伸的上部和下部，以及在上部和下部之间延伸的多个竖直构件。相邻竖直构件在它们之间限定用于放置一根或多根电线的空间。上部和下部以及多个竖直构件由粘合剂材料形成，粘合剂材料的粘度小于约300Pa.s，并且是按重量计40％-95％的乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)或聚烯烃(PO)。

该解决方案还通过一种用于产生密封电线束的结构来提供，该结构包括大致平坦的条带，该条带具有第一端部和第二端部以及在二者之间的中间部，所述第一端部和第二端部由具有第一粘度的第一粘合剂材料形成，所述中间部由在熔融温度下具有小于第一粘度的第二粘度的第二粘合剂材料形成。热缩管围绕条带设置，使得条带的第一端部和第二端部分别朝向热缩材料的第一端和第二端布置。第一粘度在安装温度下大于1000Pa.s，第二粘度在安装温度下小于300Pa.s。

该解决方案还通过一种用于产生密封电线束的结构来提供，该结构包括呈圆形或半圆形形状的第一粘合剂材料。第一粘合剂材料具有第一外壁。第一粘合剂材料具有第一粘度。提供了第一电线接收空间。电线位于第一电线接收空间内。当热量被施加到粘合剂结构时，粘合剂结构流动以填充多根电线之间的空隙从而密封电线。

附图说明

图1A和1B示出了密封电线束，其包括封装在粘合剂材料内的多根电线；

图2A和2B示出了可用于密封电线束的示例性粘合剂结构；

图3A示出了在每个粘合剂结构的纵向方向上端对端叠置的多个粘合剂结构；

图3B示出了端对端且在彼此顶部上叠置的多个粘合剂结构的示例；

图4示出了使用粘合剂结构和诸如热收缩管的热收缩系统形成图1所示的密封电线束的示例性操作；

图5示出了插入粘合剂结构中的电线束；

图6A和6B示出了插入在热收缩套筒内的图5的电线束和粘合剂结构，并且示出了可用于预加热该组件的第一示例性加热设备；

图7示出了可以同时加热和压缩包裹或卷起的预加热粘合剂结构的第二示例性加热设备；

图8示出了密封电线束的剖视图；

图9A和9B示出了将电阻元件与电线捆扎到粘合剂结构中以在包裹之后促进加热粘合剂结构的束的中心区域；

图10A-11D示出了各种粘合剂结构构造；

图12A和12B示出了密封组件的不同示例性构造；

图13示出了在熔化温度下具有不同粘度特性的部分的示例性粘合剂结构；

图14A示出了多粘度粘合剂条带；

图14B示出了包括嵌入在热收缩管内的条带状粘合剂结构的示例性组件；

图15示出了使用一件式装置形成密封电线束的示例性操作，该一件式装置具有预先安装在诸如热收缩管的热收缩系统内的粘合剂型材；以及

图16A和16B分别示出了在施加热之前和之后插入到热收缩系统中的电线束。

具体实施方式

为了克服上述问题，下面公开了由热塑性粘合剂和具有期望密封和粘度特性的密封剂配方形成的各种结构。

通常，热熔粘合剂和密封剂因其易于处理、施加和高可靠性而比胶粘剂和硅酮更可取。热熔粘合剂系统可以是热塑性或热固性的。提供用于密封大电线束的基于热熔粘合剂的解决方案的关键挑战包括配制具有适当的流变行为、控制粘合剂流动方向、提供向内的机械力以及适当的热传递系统以熔化粘合剂的材料。大电线束可以定义为包含20或更多根电线的系统。

密封剂材料的额定温度可以基于其流变行为。施加后，它们不应在其规定温度或低于规定温度时流出。例如，对于额定105℃的产品，材料在低于或等于105℃的温度下应具有很少或没有流动。类似地，对于额定125℃的材料，粘合剂在小于或等于125℃的温度下应具有很少或没有流动。然而，材料的粘度在安装温度下(例如在110℃至140℃之间)应相对较低，以允许粘合剂在电线之间流动并置换任何滞留的空气。通常，在安装过程中，粘合剂/密封剂的温度可能比结构的额定温度高10℃。因此，例如，如果额定温度约为105℃，则在安装过程中，建议密封剂温度应高于115℃。这对于确保牢固的密封非常重要。例如，在包括具有不同直径的电线的大电线束系统中，在电线之间形成所谓的炮弹几何形状。电线之间的空隙可能很难填充。因此，粘度应足够低以允许粘合剂流入空隙。

关于粘合剂流动方向，流体流动由阻力最小的路径决定。对于电线束，电阻最小的路径与电线平行。然而，为了形成有效的密封，粘合剂应垂直于电线流动。对于大量施加而言，涉及使用过量粘合剂的常规方法(如将电线浸入液化粘合剂中或将粘合剂物理地推入电线之间)是不希望的。

关于施加向内的机械力，当粘合剂随着施加热而液化时，期望具有一种防止粘合剂系统滴落并且提供向内的力以将粘合剂推入电线之间的系统。

为了在电线之间流动并提供可靠的密封，期望具有在安装温度下粘度小于300Pa.s的粘合剂材料。使用旋转流变仪测量本文所述的密封剂/粘合剂材料的粘度。在这种方法中，将一小盘密封剂材料(例如1.5mm-1.8mm厚、25mm直径盘)放置在旋转流变仪的板之间，并通过6.28rad/sec的旋转运动频率进行剪切(振荡模式)。密封剂材料的温度以5℃/min的速率和5％应变从60℃逐渐升高到140℃，并根据温度测量复数粘度。对于具有较高粘度的粘合剂材料，粘合剂可能无法在所谓的炮弹几何形状之间流动，在该几何形状中，三根电线相互叠放以形成三角形。三角形之间截留的空间受到高度限制，只有低粘度流体可能能够在这些空间之间流动。低粘度粘合剂的缺点是，与垂直于电线的方向以及在炮弹之间相比，它们倾向于在平行于电线的方向上流动更多。

图1A和1B示出了第一和第二密封电线束100、110实施方式，其包括封装在粘合剂材料105内的多根电线107。第二密封电线束110包括在粘合剂材料105上方的热收缩材料112，其改善了密封电线束110的可制造性，如下面更详细地描述。

粘合剂材料105可以包括热塑性聚合物和各种添加剂，选择它们的组合和相对量以提供对于额定105℃的应用在>105℃的软化温度下粘度小于约300Pa·s的粘合剂，这对于确保电线之间的粘合剂流动并提供可靠的密封可能是必需的。类似地，对于额定125℃的应用，可以选择热塑性聚合物和各种添加剂的组合以提供>125℃的软化温度。粘合剂材料105的第一、第二和第三配方中的材料组合和相对量分别在下表1-3中示出：

表1

表2

表3

粘合剂材料105可以包括热固性聚合物和各种添加剂，选择它们的组合和相对量以在固化之前提供粘度小于约300Pa·s的粘合剂，这对于确保电线之间的粘合剂流动并提供可靠的密封可能是必要的。在固化系统后，粘合剂材料将不会流动。下表示出了交联粘合剂的示例：

可以将各种材料添加到上述任何粘合剂材料105实施方式中以改善密封特性。例如，粘合剂材料105可以包括填充材料以提高导热率而不损害上面列出的粘度特性。填充材料可以对应于碳(例如石墨、石墨烯等)、铜、镍、铝、不锈钢、含铜合金、铜-锡混合物、氮化硼、氮化铝、氧化铝、碳化硅、铍氧化物、氮化硅、氧化镁和/或其他填料。

图2A和2B示出了可用于密封电线107束的示例性粘合剂结构200。粘合剂结构200可由上述任何粘合剂材料配方通过例如模制技术或挤出技术形成。在挤出的情况下，可以切割挤出物以提供单独的结构。

如图所示，粘合剂结构200可以限定梳状结构。例如，粘合剂结构200可以包括在相同的纵向方向上延伸的上部205A和下部205B。多个竖直构件215可以在上部205A和下部205B之间延伸。相邻竖直构件215可以在其之间限定用于放置一根或多根电线107的空间。

在一些实施方式中，上部205A和下部205B可各自限定具有约10-50mm的宽度W1的大致平面形状。上部205A和下部205B的深度(即到图中的距离并且未示出)可以为约4-15mm。竖直构件215可以具有约1-5mm的宽度W2、约4-12mm的高度H，并且可以以约3-10mm的距离L间隔开。竖直构件215可以在粘合剂结构200的第一端210A和第二端210B之间均匀地间隔开或者可以不同地间隔开。竖直构件210的宽度可以为1-5mm。突起230可以为0.5-2mm，相应的切口235可以为0.5-2mm，使得相邻的梳子可以通过230和235装配在一起。

在其他实施方式中，顶部205A可以限定多个间隙225。每个间隙225可以设置在限定在相邻竖直构件215之间的空间220上方。间隙225可以具有约0.5mm-2mm的宽度W3，这有助于将电线107插入通过顶部205A并进入空间220。

在一些实施方式中，在粘合剂结构205的第一端210A处的竖直构件可以限定突起230，并且在与该第一端相对的粘合剂结构200的第二端210B处的竖直构件可以限定与突起230互补的凹部235。如图3A所示，突起230和凹部235有助于在纵向方向上端对端地堆叠多个粘合剂结构200。与其他可能的单个粘合剂结构200相比，多个粘合剂结构200的堆叠有助于密封更大的电线束。在一些实施方式中，突起230和凹部235配置为彼此锁定以防止粘合剂结构200在后续制造操作中分离。

如图3B所示，粘合剂结构200可以彼此堆叠、并排堆叠或其组合。

在图4中示出了用于形成密封电线束100的示例性操作。在操作400，可以提供图2A和2B的粘合剂结构200，在操作405，可以将电线107插入限定在粘合剂结构200的竖直构件215之间的空间220内，如图5所示。

在操作407，可以将粘合剂结构200和电线插入例如热收缩系统内，如热收缩管、热收缩套筒、热收缩带、热收缩索环或可以如图6所示使用的热收缩靴。当在后续操作中加热时，热收缩系统可向粘合剂结构200施加收缩力，并有助于确保粘合剂材料流入电线107之间的空隙中。

热收缩系统可以由诸如交联聚烯烃(例如聚乙烯共聚物)或含氟聚合物(例如乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)或非交联材料(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))的材料形成，具有或不具有密封剂(例如其中基于聚合物的材料是聚酰胺或诸如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)之类的聚乙烯共聚物的密封剂)。可以使用商业热收缩套筒605。形成热收缩套筒605的材料可以在75℃-325℃之间具有5-80％的径向收缩率。

热收缩材料在收缩之前的壁厚度可在约0.5-2mm之间。热收缩材料可具有4:1、3:1、2:1、1.5:1的收缩率或不同的收缩率。收缩温度可以在约100–150℃之间。对于基于氟聚合物的系统(如PTFE)，收缩温度可能高于325℃。

热收缩系统可以是单壁或双壁结构。双壁热收缩结构可包括外套和内层。双壁热收缩结构中的内层可以由粘合剂系统构成，该粘合剂系统在施加热时可以熔化并流动。

在操作410，可以执行第一加热操作以预加热其中插入有电线107的粘合剂结构200。例如，第一量热可被施加到粘合剂结构200。第一量热可以允许软化或熔化粘合剂结构而不会显著地恢复热收缩系统。例如，在一实施方式中，可以将其中插入有电线的粘合剂结构200经受约50℃至120℃之间的温度约一分钟，以升高粘合剂结构200的温度。

在一些实施方式中，可以将其中插入有电线107的粘合剂结构200插入具体配置为加热粘合剂结构200的加热设备中，比如图6A或6B所示的示例性加热设备600和610。这种具体配置的加热设备600和610可以促进改善粘合剂结构200的加热均匀性。

图6A的加热设备600和图6A的加热设备610可以从热收缩管605的上方和下方施加热，从而允许粘合剂200在电线107之间流动。预加热允许更快的施加时间。图6A的加热设备600可以利用感应或电阻加热技术。图6B的加热设备610可以利用IR加热，其中加热设备610的IR加热器的表面可以处于300℃至700℃。

应当理解，加热设备可以具体地构造成加热具有不同构造的粘合剂结构。

在操作415等待预定量的时间之后，在操作425，可以对粘合剂结构200和电线107执行第二加热操作以熔化粘合剂结构200。第二加热操作允许热收缩系统的完全恢复并且允许粘合剂结构200完全填充至少一个横截平面中的空隙。第二加热系统的示例可包括表面温度为300-700℃的IR加热器。在第一操作中对结构进行预加热减少在第二操作中均匀熔化结构所需的时间。

在一些实施方式中，加热设备比如图7的加热设备700可用于向结构的暴露的外表面施加热。例如，加热设备700可以包括一对压缩板705A、705B，其可以同时将压力施加至并加热其中插入有电线107的包裹的粘合剂结构105。压缩板705A、705B的区域707的内部可以构造成将粘合剂形成为期望的形状，比如圆柱形。

在操作430，可以在将密封电线束100从第二加热设备700移除之前使其冷却。之后，密封电线束100可以具有图8所示的横截面。如图所示，粘合剂结构200完全熔化，并且粘合剂材料填充电线107之间的任何空隙。然后可以为预期目的最终确定结构。例如，密封电线束100可被最终确定以便于在密封电线束100可以紧密地装配到车辆的防火墙中的开口中从而防止水从发动机舱进入车辆的车厢中的汽车环境中使用。

尽管已经参考某些实施例描述了用于密封电线束的组件和方法，但本领域技术人员将理解，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物代替。

例如，如图9A和9B所示，除了在第一操作中预加热粘合剂结构之外或作为替代，可以将电阻元件905与电线107一起捆扎到粘合剂结构200中。然后在第二加热操作期间，可以将电势放置在电阻元件905的电极上以使电阻元件905加热到期望的温度。例如，可以选择电阻器和电压的组合以产生200-600W的功率，其可以在约一到两分钟内将中央区域加热到约120℃的温度。

在施加电压之后，其中具有电阻元件905的包裹的束可以在第二加热操作中被加热。以此方式，从包裹的粘合剂结构200和电线107的内部施加的热以及经由加热设备施加到粘附结构200和电线107的外部的热的组合促进在减少量的时间内均匀地加热包裹的粘合剂结构200和电线107。

在其他实施方式中，粘合剂结构可以具有不同的形状。例如，参考图10A和10B，粘合剂结构可以不具有凹部的突起(参见图10A)，和/或可以具有大致椭圆形横截面(参见图10B)，其中顶部1005配置为翻转打开以方便插入电线。

如图11A-11D所示，粘合剂结构可以具有大致圆形或半圆形形状。图11A的圆形结构1100可以包括间隙1105，其便于打开结构1100，同样如图11B所示，从而有利于放置电线。图11C的圆形结构1110可具有轮辐构造，其具有围绕周边的间隙1105，以利于将电线放置在结构1110内。

可以执行其他操作以改善密封电线束100的可制造性。例如，如图12A和12B所示，可以将线107放置在由上述材料之一形成的第一粘合剂结构200、1110内。如图所示，由具有比第一粘合剂结构200、1110更高粘度的材料形成的第二和第三粘合剂结构1205A、1205B、1210A、1210B可以放置在第一粘合剂结构200、1110的相对端上。第二和第三粘合剂结构1205A、1205B、1210A、1210B可以是相同或不同的材料。

第二和第三粘合剂结构1205A、1205B、1210A、1210B可以具有在约0.5-2mm之间的厚度，并且可以由具有比上述低粘合剂材料更高粘度的粘合剂材料形成。高粘度粘合剂材料的特征在于以下参数：

用于高粘度粘合剂的粘合剂化学可以类似于低粘度粘合剂，并且可以通过例如使用较高分子量聚合物和/或通过添加填料比如二氧化硅填料来获得更高粘度。可以利用技术人员已知的其他方式。

第二和第三粘合剂结构1205A、1205B、1210A、1210B可以包括填料和稳定剂材料，以分别提高导热率而不损害上面列出的粘度特性并改善长期温度老化特性。

可以预加热所有三个结构200、1110、1205A、1205B、1210A、1210B，以将粘合剂结构200、1110、1205A、1205B、1210A、1210B的各自温度升高至接近熔点。然后在第二加热操作期间，粘合剂结构200、1110、1205A、1205B、1210A、1210B可以熔化以密封电线。具有更高粘度的第二和第三粘合剂结构1205A、1205B、1210A、1210B可以帮助防止具有较低粘度的第一粘合剂结构200、1110在熔化时通过电线束渗出。

在粘合剂结构的实施方式中利用低粘度和高粘度粘合剂材料的组合的其他实施方式在图13、14A和14B中示出。

如图13所示，如上所述的梳状结构1300可以由低粘度和高粘度材料1310、1320两者形成。

图14A示出了多粘度粘合剂条带，其中边缘具有高粘度粘合剂，而中心具有低粘度粘合剂。高粘度粘合剂充当低粘度粘合剂的屏障，以防止平行于电线流动。如图所示，可以在电线束上放置高-低-高粘度粘合剂条带。随后，可以将热收缩管插入粘合剂条带的顶部。

可替代地，如图14B所示，可以将粘合剂条带1400预安装在热收缩管套筒1404内，以使条带1400大致跟随热收缩套筒的内表面，如图所示。在加热时，热收缩套筒1405在粘合剂条带1400熔化时压缩其。条带的高粘度材料部分1410a和b有助于在收缩期间将低粘度材料部分1415的主体保持在热收缩套筒1404内。

在一些实施方式中，粘合剂条带1400可以布置在热收缩套筒1404的内表面的一侧上。在其他实施方式中，粘合剂条带1400可以缠绕在热收缩套筒1404的大部分或全部内表面上。在其他实施方式中，第二粘合剂条带可在与第一粘合剂条带1400相对的一侧上布置在热收缩套筒1404内。

在其他实施例中，可利用热收缩系统来形成密封电线束。热收缩系统可以具有由上述任何热收缩材料形成的外热收缩层和由上述任何粘合剂材料形成的内粘合剂层。在图15的步骤1500-1520中阐述了用于形成密封电线束的操作，其与以上在图4中描述的相应操作类似。

图16A和16B分别示出了在施加图15的操作之后在施加热之前和之后插入到热收缩系统中的电线束。