雙層共擠技術在電動汽車車內高壓電纜的應用*

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.廣東工業大學機電學院，廣州 510006）

0 引言

在國家的大力支持下，新能源汽車產業及其相關技術在中國得到了飛速發展。因此，以電力作為主動力源的新能源汽車逐漸成為未來汽車產業的主導發展方向。能夠滿足新能源汽車內部使用要求的高壓電纜應具有高耐壓等級、高載流量、耐高溫、電磁屏蔽效果優秀、柔韌性好、耐彎折能力強、使用壽命長等諸多特性，將這些電纜進行產業化，能夠促進當地經濟的發展，同時可以大幅度提升中國國產新能源汽車用電纜的技術水平，補齊國內新能源汽車發展的短板，有利于新能源汽車的進一步發展與推廣。

新能源車內電纜所需的耐壓等級、載流量相對于傳統汽車要高出數倍乃至數十倍，而高電壓、高電流帶來的高頻脈沖又為車內電纜屏蔽效率帶來了新的要求。市面上車內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套過程中，會使編織層鑲嵌在絕緣材料上，形成壓痕變形，導致編織層剝離困難，外觀表面不光滑，能看到編織層“網狀”。針對這種情況，廠家多會采用在編織層增加鋁塑復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，但也形成了鋁塑復合帶加熱時局部過熱會致使絕緣老化發黃、屏蔽銅絲氧化的問題。

為了滿足新能源車內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合帶致使絕緣老化發黃、屏蔽銅絲氧化的問題。在擠出半導電屏蔽層時，可采用雙層共擠技術與絕緣層一起擠出，若采用傳統擠出工藝，半導電屏蔽層和絕緣層需要分兩次擠出，會出現偏心質量差、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中一種很好的擠出工藝，采用雙層共擠方式將半導電屏蔽層和絕緣層一起擠包導體上，可以優化單層擠出的問題，同時對各種新產品的開發、提高產品的性能、節約成本等方面都有著很好的作用，將是車內高壓電纜擠出工藝一個很有前途的發展方向[2]。

1 雙層擠出技術優勢

新能源汽車高壓線使用300～1 000 V 的電壓平臺，對線束的耐高壓、耐溫、傳輸能力、機械強度、絕緣保護和電磁兼容方面[3]都比傳統燃油汽車有更高的要求。高壓線束對汽車的安全性至關重要，如撞擊中電池組和高壓配電破損，導致高壓線束和車體之間短路而產生電弧，很可能導致起火，因此高壓線在設計中需加入比燃油車更多的安全保障。

新型車內高壓電纜由導體、絕緣層、半導電屏蔽層、編織層、護套層組成[4]。一般工藝擠出半導電屏蔽層和絕緣采用分層擠出，單層擠出過程中存在偏心、調機不易、同時半導電屏蔽層與絕緣的材料溫度存在差異，會造成絕緣在擠出半導電屏蔽層時，絕緣材料溫度過高造成半導電屏蔽層的燒焦、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，會導致半導電屏蔽層與絕緣沒有緊密結合而產生鼓包等現象。加上采用多次擠出方式，這樣會導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可避免發生以上問題。

一般工藝與雙層共擠工藝對比如表1 所示。使用雙層共擠工藝可以解決一般工藝擠出半導電屏蔽層的問題，產品的結構也會更加穩定，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比表

2 采用雙層共擠優化制造過程

新型車內高壓電纜制造過程中，使用輻照交聯XLPE和半導電屏蔽層兩種材料。輻照交聯XLPE為絕緣，緊密擠包導體上，半導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，再擠包半導電屏蔽層，單工序完成后，需要裝盤、轉工序、擠出半導電屏蔽層需要重新調摸，生產過程就會延長，質量難于控制，生產時浪費較大人力物力。如果采用雙層共擠技術，模具設計了內錐面、外錐面和分流器組成了兩條流道，將半導電屏蔽層和絕緣層兩種材料擠制到導體上。由兩臺擠出機共用一套擠出模具，實現一副模具同時把半導電屏蔽層和絕緣層進行擠包，生產過程和時間成本上將會獲得較大減少，產品質量易于控制，生產時材料成本、人力成本將會得到降低控制，解決了效率低、能耗高等問題，提高了制造質量。

3 采用雙層共擠提高技術含量

國家標準中對電線的擠出厚度和偏芯度有著嚴格的要求，而采用半導電屏蔽層厚度只有0.3 mm左右，一般單層擠出工藝很難達到這種要求，對擠出模具和設備的配置要求比較嚴格。一般工藝都采取先擠絕緣層再用其他擠塑機擠出半導電屏蔽層，這樣的生產過程不但產品的結構不穩定，質量得不到保證，并且還會消耗較多的能源、材料等，也會導致半導電屏蔽層和絕緣層間常出現起層、起皺、脫膠和結合不緊等情況。采用雙層共擠技術，雙層共擠模內運用了均壓分流裝置，在生產擠出時不需反復調節線芯偏芯的環節，解決了傳統模具的偏芯問題，模具拆卸方便，減少調整矯正時間和模具加工的成本費用，使用方便、工藝質量好、工效高、節約能源。

半導電屏蔽層采用改性可交聯型聚乙烯料[5]，其加工溫度125～140 ℃，絕緣層采用輻照交聯XLPE料，加工溫度155～170 ℃，材料不同擠出溫度會導致擠出困難、塑化不良、無法結合的情況。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，如圖1所示，使其先凝固，而半導電屏蔽層注塑流道較短，快速經過模具口緊壓成型，再經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 雙層共擠模具結構圖

車內高壓屏蔽電纜連接各種連接器后安裝到汽車內部，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、節約空間等。電纜彎曲性能還和電纜外徑尺寸有關，采用分層擠出方式，由于先擠出一層，經過冷卻后再擠出一層，導致兩層材料無法緊密結合，其成品外徑往往會稍大，不利于彎曲。除此之外，兩層材料結合得不緊密，半導電屏蔽層只有厚度0.3 mm左右，在彎曲過程中，會產生皺褶鼓包，分層擠出還會導致產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致絕緣層表面受到污染和損傷等問題的出現，而且可以保證半導體屏蔽層和絕緣層的緊密結合，保證產品的同心度，減少成品外徑，提高產品質量[7]。

4 雙層共擠取得的效益

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

雙層共擠工藝與一般工藝的對比如表2～3所示。使用雙層共擠工藝，相臨的兩層之間（或兩種顏色）的結合緊密，雙層之間的偏芯度較好，彎曲性更優良，保證了產品的結構穩定性和產品質量。

表2 偏芯度對比

表3 車內高壓電纜彎曲性能對比

5 兩種工藝工序對比

（1）一般工藝。絕緣層擠包導體上，經過電子束輻照交聯，再擠出半導體屏蔽層，再進行電子束輻照交聯，其工序繁瑣和轉工序時浪費的人力資源、時間成本、電力、材料資源等會增加企業的競爭成本，對于企業的發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、彎曲性能的車內高壓電纜，對比一般工藝可簡化工序、減少時間、充分利用資源、降低企業的競爭成本，可讓企業在市場競爭中占得先機。

6 結束語

采用雙層 （或雙色） 擠出新工藝,對于提高電線電纜產品的質量和各種新產品的開發，提高產品的造假難度,節約原材料和庫存資金等都有著很好的作用。在往后的車內高壓電纜生產過程中，這一技術勢必會得到更為廣泛的利用，與此相關的設備及技術也勢必會得到相應的改進與更新，從而使得這一技術能夠在不同類別的電線電纜生產領域發揮相應的作用，為中國電線電纜企業的長久穩定發展及電力供應穩定性及安全性的提高起到促進作用。