一种新能源汽车气体循环风机用复合屏蔽轻量化线束及其制造方法与流程

本技术涉及新能源汽车电气连接与线束制造的，尤其是涉及一种新能源汽车气体循环风机用复合屏蔽轻量化线束及其制造方法。

背景技术：

1、随着新能源汽车向高电压、高功率密度和集成化方向发展，电池热管理系统、燃料电池供气循环系统以及座舱通风净化系统中使用的气体循环风机数量逐渐增加。气体循环风机通常需要在高低温交变、持续振动、潮湿、盐雾以及复杂电磁干扰环境下长时间工作，其配套线束不仅承担风机驱动电力的传输，还需要完成转速、温度、电流和故障反馈等控制信号的传输。因此，气体循环风机线束需要同时具备良好的耐高低温性能、电绝缘性能、柔韧性能、抗振动疲劳性能、耐磨性能、电磁屏蔽性能和防水密封性能。

2、现有新能源汽车气体循环风机线束通常包括电力传输导线、信号传输导线、屏蔽层、护套层以及连接器。在线束制造过程中，一般先在各电力传输导体和信号传输导体外分别挤出绝缘层，形成相互绝缘的电力传输导线和信号传输导线，再将各绝缘导线按照预定方式绞合形成缆芯，并在缆芯外依次设置屏蔽层和护套层。

3、目前，线束绝缘层较多采用聚氯乙烯、普通聚乙烯、交联聚烯烃或者硅橡胶等材料。聚氯乙烯和普通聚乙烯的加工性能较好、成本较低，但其耐高温性能和长期热老化性能有限，在新能源汽车高温舱室中长期使用时，容易出现绝缘层硬化、开裂以及断裂伸长率下降等问题。交联聚乙烯具有较高的绝缘强度、耐磨性和耐热性，但其在低温环境下的柔韧性以及反复弯曲条件下的抗疲劳性能仍有进一步提高的空间。硅橡胶具有较宽的使用温度范围和良好的柔韧性，但硅橡胶表面硬度和耐磨性相对较低，在线束装配、振动摩擦和长期弯折过程中容易受到机械损伤。

4、因此，现有新能源汽车气体循环风机线束仍存在绝缘层界面结合稳定性不足、高低温循环后易脱层、动态弯曲疲劳寿命较低、无机填料增强与柔韧性难以兼顾、不同绝缘材料交联工艺不匹配以及线束屏蔽、密封与轻量化性能难以协同提高的问题。

技术实现思路

1、为了提高新能源汽车气体循环风机线束的耐高低温性能、抗弯曲疲劳性能、抗电磁干扰性、防水密封性，本技术提供一种新能源汽车气体循环风机用复合屏蔽轻量化线束及其制造方法。

2、第一方面，本技术提供的一种新能源汽车气体循环风机用复合屏蔽轻量化线束，采用如下的技术方案：

3、一种新能源汽车气体循环风机用复合屏蔽轻量化线束，包括成束导线、包覆于所述成束导线外侧的复合屏蔽层、包覆于所述复合屏蔽层外侧的护套层，以及设置于线束端部和分支处的一体化注塑密封连接器；所述成束导线包括至少一根包覆有复合绝缘层的电力传输导线和至少一根包覆有复合绝缘层的信号传输导线；所述复合绝缘层包括包覆于导线外侧的硅橡胶内绝缘层以及包覆于所述硅橡胶内绝缘层外侧的交联聚乙烯外绝缘层；所述硅橡胶内绝缘层的原料包括如下重量份的组分：硅橡胶基体100份、气相法白炭黑20～32份、双功能界面桥联粒子4～9份、羟基硅油2～5份、乙烯基硅油1～3份、过氧化物交联剂0.6～1.2份；所述交联聚乙烯外绝缘层的原料包括如下重量份的组分：聚烯烃树脂基体100份、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物4～8份、双功能界面桥联粒子2～6份、硅醇缩合催化母粒4～6份；所述双功能界面桥联粒子包括无机核体、包覆于所述无机核体表面的二氧化硅壳层以及接枝于所述二氧化硅壳层表面的乙烯基硅烷和氨基硅烷。

4、通过采用上述技术方案，硅橡胶内绝缘层中的气相法白炭黑能够对硅橡胶基体进行补强，提高内绝缘层的拉伸强度、抗撕裂性和尺寸稳定性；羟基硅油能够降低气相法白炭黑表面羟基之间的相互作用，抑制白炭黑结构化和团聚，改善各组分在硅橡胶基体中的分散均匀性及混炼加工性能；乙烯基硅油既可调节内绝缘层的柔韧性，又能够参与过氧化物引发的交联反应，从而对硅橡胶交联网络的均匀性和交联密度进行调节；

5、交联聚乙烯外绝缘层中的乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物含有环氧基团，其能够与双功能界面桥联粒子表面的氨基发生开环反应；双功能界面桥联粒子表面的乙烯基能够在过氧化物交联剂作用下参与硅橡胶基体的交联，因此，同一双功能界面桥联粒子能够分别与硅橡胶内绝缘层和交联聚乙烯外绝缘层形成化学连接，在两层之间形成跨界面的反应桥联结构；反应桥联结构能够减少硅橡胶内绝缘层与交联聚乙烯外绝缘层之间的界面孔隙和物理弱结合区域，提高两层材料的界面结合强度，并有利于抑制复合绝缘层在高低温循环、振动和动态弯曲过程中发生界面滑移、裂纹扩展和层间剥离；

6、双功能界面桥联粒子采用无机核体和二氧化硅壳层结构，二氧化硅壳层一方面能够增加可供硅烷接枝的表面活性位点，另一方面能够改善无机核体与有机绝缘材料之间的相容性，降低无机粒子直接暴露所引起的界面缺陷。由此，可在保持复合绝缘层绝缘性能和柔韧性的同时，提高界面稳定性、机械强度及热循环耐久性；

7、复合屏蔽层设置于成束导线外侧，能够降低电力传输过程中产生的电磁干扰对信号传输导线的影响，并减少外部电磁场对风机控制信号的干扰；护套层能够对复合屏蔽层及内部成束导线提供机械、耐磨和环境防护；设置于线束端部和分支处的一体化注塑密封连接器能够减少水汽、盐雾和污染物由线束端部或分支处进入，提高线束的密封性和抗振动可靠性；

8、因此，利用复合绝缘层、复合屏蔽层、护套层以及一体化注塑密封连接器的配合，提高了新能源汽车气体循环风机线束的耐高低温性能、抗弯曲疲劳性能、抗电磁干扰性、防水密封性。

9、在一个具体的可实施方案中，所述硅橡胶基体包括质量比为（75～90）：（10～25）的甲基乙烯基硅橡胶和甲基乙烯基苯基硅橡胶。

10、通过采用上述技术方案，甲基乙烯基硅橡胶具有良好的耐热性、电绝缘性和加工性能，可形成硅橡胶内绝缘层的主体交联网络；甲基乙烯基苯基硅橡胶分子链中含有苯基侧基，能够改变聚硅氧烷分子链的规整性，降低硅橡胶在低温环境中的结晶倾向，使内绝缘层在低温条件下仍保持较好的弹性和弯曲性能；两者配合使用，能够在耐高温性能、低温柔韧性、机械强度和加工流动性之间取得平衡；此外，两种硅橡胶均含有可参与过氧化物交联的乙烯基，能够与双功能界面桥联粒子表面的乙烯基共同进入交联网络，从而在改善低温性能的同时保持双功能界面桥联粒子与硅橡胶基体之间的化学连接。

11、在一个具体的可实施方案中，所述硅橡胶内绝缘层的原料还包括1～4重量份的苯基硅油。

12、通过采用上述技术方案，苯基硅油与甲基乙烯基苯基硅橡胶均含有苯基结构，二者具有较好的相容性，苯基硅油能够进入硅橡胶分子链之间，降低低温环境下分子链运动受到的限制，从而进一步改善硅橡胶内绝缘层的低温柔韧性、弯曲回复性和抗低温脆裂性能；此外，苯基硅油还能够改善硅橡胶混炼胶的加工流动性，促进气相法白炭黑和双功能界面桥联粒子的均匀分散，减少因无机粒子团聚形成的局部应力集中点和介电缺陷。

13、在一个具体的可实施方案中，所述聚烯烃树脂基体包括硅烷改性聚乙烯、茂金属线性低密度聚乙烯以及乙烯-辛烯共聚物，且质量比依次为（65～78）：（8～15）：（10～18）。

14、通过采用上述技术方案，三种聚烯烃材料共同使用后，硅烷改性聚乙烯提供耐热交联网络，茂金属线性低密度聚乙烯改善加工和薄壁成型性能，乙烯-辛烯共聚物提供柔性增韧和应力缓冲作用，从而有利于兼顾外绝缘层的耐热性、耐磨性、柔韧性和界面耐久性。

15、在一个具体的可实施方案中，所述双功能界面桥联粒子的制备方法包括以下步骤：

16、将100重量份纳米氧化铝分散于250～350重量份无水乙醇中，加入20～30重量份去离子水和2～3重量份氨水，滴加30～40重量份正硅酸乙酯，并在40～60℃下反应2～4h，经过滤、洗涤和干燥，得到包覆有二氧化硅壳层的核壳粒子；

17、将100重量份核壳粒子分散于100～180重量份乙醇和5～12重量份去离子水形成的混合液中，加入2.0～4.0重量份乙烯基三乙氧基硅烷和0.5～1.5重量份γ-氨丙基三乙氧基硅烷，将体系的ph调节至4.5～5.5，在55～70℃下反应2～4h，经过滤、洗涤并在90～110℃下真空干燥，得到双功能界面桥联粒子。

18、通过采用上述技术方案，先利用溶胶、凝胶反应在纳米氧化铝表面形成二氧化硅壳层，得到以纳米氧化铝为核、二氧化硅为壳的核壳粒子，再同时接枝乙烯基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷，得到双功能界面桥联粒子。

19、在一个具体的可实施方案中，所述硅橡胶内绝缘层的原料还包括0.5～1.5重量份的纳米氧化铈。

20、通过采用上述技术方案，纳米氧化铈的加入，可以提高硅橡胶内绝缘层的长期耐热老化性能；且纳米氧化铈与气相法白炭黑及双功能界面桥联粒子共同分散在硅橡胶基体中，能够形成多尺度无机增强体系，从而使内绝缘层的机械增强、界面稳定和耐热老化性能得到协同改善。

21、在一个具体的可实施方案中，所述交联聚乙烯外绝缘层的原料还包括如下重量份的组分：受阻酚类抗氧剂0.2～0.4份、亚磷酸酯类抗氧剂0.1～0.3份以及铜离子抑制剂0.2～0.5份。

22、通过采用上述技术方案，受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂和铜离子抑制剂共同使用后，可分别从自由基捕获、氢过氧化物分解和金属离子钝化三个方面抑制交联聚乙烯外绝缘层的热氧老化，有利于提高外绝缘层在长期高温环境下的断裂伸长率保持率、耐开裂性和电绝缘稳定性。

23、第二方面，本技术提供的一种新能源汽车气体循环风机用复合屏蔽轻量化线束的制造方法，采用如下的技术方案：

24、一种新能源汽车气体循环风机用复合屏蔽轻量化线束的制造方法，包括以下步骤：

25、混炼：将硅橡胶基体、气相法白炭黑、双功能界面桥联粒子、羟基硅油和乙烯基硅油进行混炼，并在混炼温度不高于60℃时加入过氧化物交联剂，得到硅橡胶内绝缘混炼胶；

26、熔融共混：将聚烯烃树脂基体、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、双功能界面桥联粒子进行熔融共混造粒，再与硅醇缩合催化母粒混合得到交联聚乙烯外绝缘组合物；

27、挤包内层：将硅橡胶内绝缘混炼胶分别挤出包覆于电力传输导线、信号传输导线表面，并对挤出的硅橡胶内绝缘层进行预硫化处理；

28、挤包外层：在预硫化后的硅橡胶内绝缘层外侧挤出交联聚乙烯外绝缘组合物，得到包覆有复合绝缘层的电力传输导线、信号传输导线；

29、绞合复合：将包覆有复合绝缘层的电力传输导线、信号传输导线先湿法交联再排列绞合，形成成束导线，在成束导线外侧依次施加复合屏蔽层和护套层，并在线束端部和分支处进行一体化注塑密封，得到新能源汽车气体循环风机用复合屏蔽轻量化线束。

30、通过采用上述技术方案，先混炼内绝缘原料，再熔融共混外绝缘原料，然后分别将其挤包于导线上，绞合形成成束导线后，再依次施加复合屏蔽层和护套层，并在线束端部和分支处进行一体化注塑密封，得到新能源汽车气体循环风机用复合屏蔽轻量化线束。

31、在一个具体的可实施方案中，所述绞合复合步骤中，复合屏蔽层包括铝箔绕包层和镀锡铜丝编织网。

32、通过采用上述技术方案，铝箔绕包层具有较高的表面覆盖率，能够形成相对连续的电场屏蔽层，对中高频电磁干扰具有较好的阻隔作用；镀锡铜丝编织网具有较低的电阻和较好的机械柔韧性，能够提供接地电流通路，并对较低频率的电磁干扰起到屏蔽作用；两者共用后，实现不同频段屏蔽性能、机械防护性能和接地可靠性的协同提高。

33、在一个具体的可实施方案中，所述绞合复合步骤中，护套层的原料包括热塑性聚酯弹性体，厚度为0.5-1.0mm。

34、通过采用上述技术方案，将护套层厚度限定为0.5-1.0mm，有利于减少护套材料用量，降低线束外径和重量。

35、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

36、本技术中在电力传输导线和信号传输导线外分别设置由硅橡胶内绝缘层和交联聚乙烯外绝缘层构成的复合绝缘层，使硅橡胶内绝缘层的耐高低温性、柔韧性与交联聚乙烯外绝缘层的绝缘强度、耐磨性和机械防护性能相结合，再利用复合绝缘层、复合屏蔽层、护套层以及一体化注塑密封连接器的配合，提高了新能源汽车气体循环风机线束的耐高低温性能、抗弯曲疲劳性能、抗电磁干扰性、防水密封性；

37、本技术中三种聚烯烃材料共同使用后，硅烷改性聚乙烯提供耐热交联网络，茂金属线性低密度聚乙烯改善加工和薄壁成型性能，乙烯-辛烯共聚物提供柔性增韧和应力缓冲作用，从而有利于兼顾外绝缘层的耐热性、耐磨性、柔韧性和界面耐久性；

38、本技术中的方法，先混炼内绝缘原料，再熔融共混外绝缘原料，然后分别将其挤包于导线上，绞合形成成束导线后，再依次施加复合屏蔽层和护套层，并在线束端部和分支处进行一体化注塑密封，得到新能源汽车气体循环风机用复合屏蔽轻量化线束。