双层共挤技术在电动汽车车内高压电缆的应用*

廖锦仁，王志辉，彭立沙，邓腾飞，叶永盛，李锻能，马 平

（1.广东南洋电缆有限公司，广州 510700；2.广东工业大学机电学院，广州 510006）

0 引言

在国家的大力支持下，新能源汽车产业及其相关技术在中国得到了飞速发展。因此，以电力作为主动力源的新能源汽车逐渐成为未来汽车产业的主导发展方向。能够满足新能源汽车内部使用要求的高压电缆应具有高耐压等级、高载流量、耐高温、电磁屏蔽效果优秀、柔韧性好、耐弯折能力强、使用寿命长等诸多特性，将这些电缆进行产业化，能够促进当地经济的发展，同时可以大幅度提升中国国产新能源汽车用电缆的技术水平，补齐国内新能源汽车发展的短板，有利于新能源汽车的进一步发展与推广。

新能源车内电缆所需的耐压等级、载流量相对于传统汽车要高出数倍乃至数十倍，而高电压、高电流带来的高频脉冲又为车内电缆屏蔽效率带来了新的要求。市面上车内高压电缆一般采用编织屏蔽作为屏蔽方式，但采用编织屏蔽方式在挤出护套过程中，会使编织层镶嵌在绝缘材料上，形成压痕变形，导致编织层剥离困难，外观表面不光滑，能看到编织层“网状”。针对这种情况，厂家多会采用在编织层增加铝塑复合带绕包来解决问题，既可增加屏蔽效率又可以解决剥离困难问题，但也形成了铝塑复合带加热时局部过热会致使绝缘老化发黄、屏蔽铜丝氧化的问题。

为了满足新能源车内高压电缆更高的需求，必须推行新的工艺来制造高压电缆，采用在绝缘层上增加厚度0.3 mm左右的半导电屏蔽层的方式，可以避免编织层镶嵌在绝缘材料上或铝塑复合带致使绝缘老化发黄、屏蔽铜丝氧化的问题。在挤出半导电屏蔽层时，可采用双层共挤技术与绝缘层一起挤出，若采用传统挤出工艺，半导电屏蔽层和绝缘层需要分两次挤出，会出现偏心质量差、人力资源降低、材料成本增加、接触面受到污染和损伤的问题[1]。双层共挤出工艺是电线电缆生产中一种很好的挤出工艺，采用双层共挤方式将半导电屏蔽层和绝缘层一起挤包导体上，可以优化单层挤出的问题，同时对各种新产品的开发、提高产品的性能、节约成本等方面都有着很好的作用，将是车内高压电缆挤出工艺一个很有前途的发展方向[2]。

1 双层挤出技术优势

新能源汽车高压线使用300～1 000 V 的电压平台，对线束的耐高压、耐温、传输能力、机械强度、绝缘保护和电磁兼容方面[3]都比传统燃油汽车有更高的要求。高压线束对汽车的安全性至关重要，如撞击中电池组和高压配电破损，导致高压线束和车体之间短路而产生电弧，很可能导致起火，因此高压线在设计中需加入比燃油车更多的安全保障。

新型车内高压电缆由导体、绝缘层、半导电屏蔽层、编织层、护套层组成[4]。一般工艺挤出半导电屏蔽层和绝缘采用分层挤出，单层挤出过程中存在偏心、调机不易、同时半导电屏蔽层与绝缘的材料温度存在差异，会造成绝缘在挤出半导电屏蔽层时，绝缘材料温度过高造成半导电屏蔽层的烧焦、变形、溶蚀的情况。为了改善这类问题，一般采用绝缘层外添加滑石粉等物，但在形成成品后，会导致半导电屏蔽层与绝缘没有紧密结合而产生鼓包等现象。加上采用多次挤出方式，这样会导致双层绝缘厚度不好控制、工序繁琐等，而采用双层共挤技术可避免发生以上问题。

一般工艺与双层共挤工艺对比如表1 所示。使用双层共挤工艺可以解决一般工艺挤出半导电屏蔽层的问题，产品的结构也会更加稳定，可满足更高要求的材料，可以保证成品电缆，满足更多的工作要求。

表1 一般工艺与双层共挤工艺对比表

2 采用双层共挤优化制造过程

新型车内高压电缆制造过程中，使用辐照交联XLPE和半导电屏蔽层两种材料。辐照交联XLPE为绝缘，紧密挤包导体上，半导电屏蔽层挤包在绝缘层上，如果采用分层挤出方式，需要先挤包绝缘层，再挤包半导电屏蔽层，单工序完成后，需要装盘、转工序、挤出半导电屏蔽层需要重新调摸，生产过程就会延长，质量难于控制，生产时浪费较大人力物力。如果采用双层共挤技术，模具设计了内锥面、外锥面和分流器组成了两条流道，将半导电屏蔽层和绝缘层两种材料挤制到导体上。由两台挤出机共用一套挤出模具，实现一副模具同时把半导电屏蔽层和绝缘层进行挤包，生产过程和时间成本上将会获得较大减少，产品质量易于控制，生产时材料成本、人力成本将会得到降低控制，解决了效率低、能耗高等问题，提高了制造质量。

3 采用双层共挤提高技术含量

国家标准中对电线的挤出厚度和偏芯度有着严格的要求，而采用半导电屏蔽层厚度只有0.3 mm左右，一般单层挤出工艺很难达到这种要求，对挤出模具和设备的配置要求比较严格。一般工艺都采取先挤绝缘层再用其他挤塑机挤出半导电屏蔽层，这样的生产过程不但产品的结构不稳定，质量得不到保证，并且还会消耗较多的能源、材料等，也会导致半导电屏蔽层和绝缘层间常出现起层、起皱、脱胶和结合不紧等情况。采用双层共挤技术，双层共挤模内运用了均压分流装置，在生产挤出时不需反复调节线芯偏芯的环节，解决了传统模具的偏芯问题，模具拆卸方便，减少调整矫正时间和模具加工的成本费用，使用方便、工艺质量好、工效高、节约能源。

半导电屏蔽层采用改性可交联型聚乙烯料[5]，其加工温度125～140 ℃，绝缘层采用辐照交联XLPE料，加工温度155～170 ℃，材料不同挤出温度会导致挤出困难、塑化不良、无法结合的情况。为了解决此类问题，双层共挤模具中将绝缘层的注塑流道增长，如图1所示，使其先凝固，而半导电屏蔽层注塑流道较短，快速经过模具口紧压成型，再经过水冷却完成双层挤出，可解决不同材料之间的兼容问题。

图1 双层共挤模具结构图

车内高压屏蔽电缆连接各种连接器后安装到汽车内部，其电缆弯曲性能较为重要[6]，良好的电缆弯曲性有益于安装、节约空间等。电缆弯曲性能还和电缆外径尺寸有关，采用分层挤出方式，由于先挤出一层，经过冷却后再挤出一层，导致两层材料无法紧密结合，其成品外径往往会稍大，不利于弯曲。除此之外，两层材料结合得不紧密，半导电屏蔽层只有厚度0.3 mm左右，在弯曲过程中，会产生皱褶鼓包，分层挤出还会导致产品停放过程中造成绝缘层表面受到污染和损伤等问题，有损于电缆整体的质量效果。

采用双层共挤一次挤出，不仅可以避免由于两次挤出导致绝缘层表面受到污染和损伤等问题的出现，而且可以保证半导体屏蔽层和绝缘层的紧密结合，保证产品的同心度，减少成品外径，提高产品质量[7]。

4 双层共挤取得的效益

采用双层共挤方式生产半导电屏蔽层和绝缘时，由于两种材料是在高温流动经过模具挤包在导体上形成，具有不可分离特性。一次挤出保证产品的偏芯度、同心度，又可确保两种材料更好地结合在一起，保证两种材料的契合性，在左右弯曲过程中不会产生皱褶；避免由于分层挤出导致产品停放时间造成半导电屏蔽层表面受到污染和损伤等问题的出现，提升了产品质量[8]。

双层共挤工艺与一般工艺的对比如表2～3所示。使用双层共挤工艺，相临的两层之间（或两种颜色）的结合紧密，双层之间的偏芯度较好，弯曲性更优良，保证了产品的结构稳定性和产品质量。

表2 偏芯度对比

表3 车内高压电缆弯曲性能对比

5 两种工艺工序对比

（1）一般工艺。绝缘层挤包导体上，经过电子束辐照交联，再挤出半导体屏蔽层，再进行电子束辐照交联，其工序繁琐和转工序时浪费的人力资源、时间成本、电力、材料资源等会增加企业的竞争成本，对于企业的发展有不同程度的影响。

（2）双层共挤工艺。能制造具有更好偏芯度、弯曲性能的车内高压电缆，对比一般工艺可简化工序、减少时间、充分利用资源、降低企业的竞争成本，可让企业在市场竞争中占得先机。

6 结束语

采用双层 （或双色） 挤出新工艺,对于提高电线电缆产品的质量和各种新产品的开发，提高产品的造假难度,节约原材料和库存资金等都有着很好的作用。在往后的车内高压电缆生产过程中，这一技术势必会得到更为广泛的利用，与此相关的设备及技术也势必会得到相应的改进与更新，从而使得这一技术能够在不同类别的电线电缆生产领域发挥相应的作用，为中国电线电缆企业的长久稳定发展及电力供应稳定性及安全性的提高起到促进作用。