硅橡胶在新能源车内高压线上的应用

硅橡胶在新能源车内高压线上的应用

田崇军

远东电缆有限公司 江苏宜兴

摘要：本文主要介绍硅橡胶材料在新能源车内高压线的应用，对硅橡胶材料的性能及生产过程的工艺进行详阐述。

关键词：硅橡胶、连硫工艺、硫化剂

0．前言

硅橡胶有着“柔性之王”的美称，原因是硅橡胶在低温下能保持极佳的柔性，除此外硅橡胶具有优异的耐高低温特性一般使用温度-60℃到260℃，同时还具有优异的耐臭氧老化，优良的电绝缘性，环保安全无毒，所以广泛用于军工业、汽车零部件、医疗电子线、电线电缆行业中。

随着新能源汽车的大力发展，车内高压线的需求量持续增加，硅橡胶系列的车内高压线因其优越的柔软性、耐高低温等特性在市场中占有一定份额。下文我们着重介绍硅橡胶材料的性能、生产工艺控制及注意事项。

1．硅橡胶材料性能分析

应用于车内高压线的硅橡胶根据硫化剂不同我们分为二类： 1、过氧化物硫化体系 (BIBP即无味DCP硫化剂为代表)，2、加成硫化体系（铂金硫化剂为代表）。表1为二种体系的硅橡胶材料性能数据表。

数据我们可以铂金体系性能优于过氧化物体系，铂金体系的硅橡胶环保等级达到食品级的要求。过氧化物的因其反应的机理始终会产生分解物需要进行二次硫化方能消除，一些特殊场合的车内高压线我们推荐使用铂金硫化体系硅橡胶。

2．生产中的应用

2.1硅橡胶的混炼

电线电缆行业的硅橡胶考虑买成品加好硫化剂的硅橡胶存储不方便和早期硫化问题，基本上都是由工厂自己加硫化剂和配合剂混炼炼胶。混炼的基本步骤如下：

（１）称量每种要用到的配合组份（如阻燃剂、除霜剂、脱模剂、硫化剂、色母块等）。

（２）将硅橡胶纯胶放到开炼机上后，调整好辊距，让硅橡胶包到转速适当的辊筒上，并且充分混炼，以胶料包辊为宜。

（３）根据线缆性能的需要，将阻燃剂、除霜剂（只添加于双二四硫化体系中）、规定色号的色母块、内脱模剂（主要防止线芯与导体粘连）加入胶料中。按需分别均匀加入胶料中。使用刮胶板来刮取接料盘中的填料，尤其要注意的是不能将所有填料一次加入胶料中，而应该分成3～5次分批加入。每加入一批填料，都要充分翻炼胶料。这样就能保证填料分散均匀，避免形成硬的填料凝块。

（4）最后加入胶料中的是硫化剂。

一、BIBP硫化剂的添加

BIBP硫化剂硫化温度165℃以上，且硫化剂是固体颗粒状（50℃左右会融化），需要辊筒温度控制在50℃左右使用，混炼过程同配合剂混炼，混炼过程中用割刀均匀割下5-6片目视检查断面是否有颗粒状存在。

二、铂金硫化剂的添加

铂金硫化剂是室温下硫化，所以温度控制较严格。铂金硫化剂分两个组分（A催化剂，B交联剂），将称量好的B剂混入硅胶中，混炼均匀。混炼好后需静置冷却室温，再取A剂与上述混炼好的胶料混炼，混炼需均匀，硫化剂充分融入胶料中。注意A、B剂添加顺序不能颠倒，且整个炼胶过程中辊筒温度控制30℃以下。整个过程中禁止有氮、磷、硫、铅、多乙烯基等物质加入，防止铂金硫化剂中毒失效。可以采购混炼好带有B剂的硅橡胶胶料，这样工厂可以减少A、B剂混炼加错的风险。或者采购A、B剂与抑制剂共混的硫化剂这种硫化剂存储需要在冷冻情况下进行。添加铂金硫化剂的胶料需在8小时内使用完。

2.2挤出设备及方式的选择

目前我们使用的硅橡胶设备有热空气烘道硫化、蒸汽连硫管道硫化。两种方式各有优势，热空气烘道硫化设备占地小，操作方便，利用电加热升温方式，耗电量大，硫化速度较慢，硫化充分。蒸汽连硫管道硫化设备占地大，设备操作较复杂，硫化利用蒸汽压力升温，硫化速度较快，硫化充分。绝缘、护套挤出时挤出压力大小影响后续线束装配剥线安装，所以挤出压力必须调整到合适大小（可以增加隔离纸或其它耐高温隔离层）。

2.3硅橡胶车内线性能

下表2为35mm2双屏蔽结构硅橡胶车内线性能数据表

从检测数据结果看是能够满足车内高压线的性能要求。

3、工艺控制难点

硅橡胶印字问题

普通的喷码机油墨吸附性不强很容易模糊，采用硅橡胶专用油墨，配合专门的稀释剂采用印字轮在线热印的方式。来解决印字不清晰问题。

绝缘粘连导体问题

硅橡胶材料的粘性较大尤其是高抗撕硅橡胶，挤出时软导体中嵌入硅橡胶胶料，严重影响线束端子的加工装配，建议通过以下4点来改善粘连问题：

1、硅橡胶硫化必须要充分且冷却要到位。出管道后冷却水槽要尽量长些，同时冷却的水必须要是冷水（很多企业冷却循环水温度达到60℃的温度严重影响冷区效果。）

2、挤出时挤出压力要控制适当，控制好模间距。根据设备不同需要操作人员多积累经验并验证。

3、在不改变材料整体性能的同时提高胶料的邵氏A硬度。适当提高材料的硬度可以改善粘连问题。

4、导体和绝缘之间增加合适的隔离带（建议使用耐高温无纺布、隔离纸，不推荐使用聚酯带，聚酯带硬度较大且导体与绝缘之间收缩会变大，弯曲时有响声）。

绝缘、护套火花点

硅橡胶车内线火花点多，目前我公司生产情况来看，主要问题在炼胶过程中混入杂质问题导致。炼胶过程中操作人员不注意现场的颗粒、大粉尘掉落胶料中极易产生火花。解决的方法炼胶房进行适当隔离和防护，要求操作人员按照规范作业。

4、结束语

我公司生产的硅橡胶车内高压线通过了QC/T 1037,ISO 6722等标准的检测。客户现场装配、调试能够长期正常使用，满足客户的需求。

表1：35mm2双屏蔽结构硅橡胶车内线性能数据表

检测项目 单位 铂金硫化剂 BIBP硫化剂

颜色 / RAL2003橙 RAL2003橙

绝缘老化前机械性能

抗张强度 MPa 11.6 10.7

断裂伸长率 % 620 566

撕裂强度(锚形刀) N/mm 12.0 10.8

邵氏A硬度 / 64 66

护套老化前机械性能

抗张强度 MPa 11.6 10.7

断裂伸长率 % 620 566

撕裂强度(锚形刀) N/mm 12.0 10.8

邵氏A硬度 / 64 66

热空气老化

绝缘热空气老化（200℃,240h）抗张强度 MPa 8.7 7.9

绝缘热空气老化（200℃,240h）断裂伸长率 % 370 300

护套热空气老化（200℃,240h）抗张强度 MPa 8.7 7.9

护套热空气老化（200℃,240h）断裂伸长率 % 370 300

热空气老化（150℃,720h）抗张强度 MPa 8.7 7.9

热空气老化（150℃,720h）断裂伸长率 % 370 300

电性能

20℃绝缘电阻 Ω·m 4.5×1013 2.7×1013

70℃体积电阻率 Ω·m 8.5×1012 7.8×1012

低温、耐臭氧性能

低温拉伸（-60℃，16h） % 350 340

低温冲击（-60℃，16h） % 未开裂 未开裂

耐臭氧（250ppm，40℃，24h） / 未开裂 未开裂

装配特性

绝缘剥离力 N 65-96 68-90

护套剥离力 N 50-85 50-90

[参考文献]

[1] 道路车辆用高压电缆 QC/T 1037-2016 [S]

[2] 黄温润.热硫化硅橡胶[M] 成都：四川科学技术出版社2009

作者简介：田崇军（1984-） 男，新远东电缆有限公司工程师，总监助理.