双壁热缩管在汽车铝线防腐中的应用

01 先容

热缩管在加热时会径向紧缩，广泛运用于电子、汽车、航空等各个工业领域，用于电线接头的绝缘保护、管道的防堕落等多种用场。

自1964年以来，住友电工株式会社一贯在生产和发卖以SUMITUBE为牌号的热缩管。
在20世纪80年代，该公司开拓了由热熔胶内层和热缩外层组成的双层热缩管，并开始生产供应这种管材。
当管材加热紧缩时，热熔胶层会熔化并贴合被覆物体的不平整表面，从而展现出高绝缘保护和防水性能。
由于这些显著特性，双层管现在被用于汽车、电子产品、航空和其他各种工业产品中。

特殊是在汽车领域，近年来为了应对二氧化碳排放规定，提高燃油效率和减轻车辆重量的需求日益增长。
作为减轻车辆重量的手段，电线的铜导体已被广泛更换为铝导体。
与此干系的一个问题是如何保护连接到铝导体的铜端子，防止在铝/铜接头处发生异种金属堕落。
本文报告了新型双层管的开拓，该管可用于须要保护端子免受堕落的铝电线。

02 开拓的背景和目标

直到现在，我们已经生产并供应了紧张用于防水PVC2涂层和聚乙烯涂层电线的单对单、单对多和多对多配置的接线接头的热熔胶管。
同时，随着铝电线在汽车中的广泛利用，各种尺寸的铝线和各种形状的连接器正在被设计出来。
与大尺寸、高电流铝线干系的问题，例如用作电池电缆的铝线，紧张是它们的防腐处理困难，由于涂覆在连接点上的粘合剂须要韶光固化。

图1. 用热缩管覆盖带端子的铝电线的示意图

除了(1) 防止由于铝导体和铜端子之间的异种金属堕落导致的铝溶出外，当用热缩管覆盖大尺寸铝线时，还应把稳以下两点（图1）：

(2) 防止热熔胶从管子中流出，进入利用环境中的螺栓紧固孔，以及 (3) 选择最适宜电线尺寸和端子形状的管子，以防止在利用中由于电线边缘和/或端子边缘的应力集中导致管子分裂。

由于热缩管需在大规模生产根本上自动紧缩以提高工效并肃清保护性能的颠簸，因此有必要通过利用紧缩机（见表1）来确坚持续的加工性和重复性。

表1：新研制油管与常规油管的差异

为了知足客户在-40至120C温度环境下利用铝线的需求，热缩管的外层须要由一种材料制成，该材料能在利用环境中保持其形状，并且在电线在紧缩过程中不会退化的温度下紧缩。
此外，粘合剂须要保持对电线和端子的粘附力，并且在120C下不会流出管外。
表2展示了材料选择的开拓目标，表3显示了热缩管的目标性能。

表2：材料选择的发展目标

表3：新管道的目标特性列表

管道的堕落保护性能可以通过检讨是否存在水溶液从外部进入铝导体和铜端子之间的连接处的路子来评估，该连接处被管道覆盖。
在耐久性测试之后，对管子进行了气密性测试，通过检讨其防水性能来评估其堕落保护性能。

03 油管外层

热缩管的制造方法和紧缩事理

热缩管的生产涉及三个过程：挤出、电子束辐照和扩展。
在挤出过程中，树脂被形成为管状，然后在电子束辐照过程中进行交联。
在扩展过程中，交联后的管子被加热软化，通过施加内部压力径向扩展，然后冷却成型为热缩管的形状（见图2）。
对付内壁带有热熔胶的双层热缩管，在挤出过程中会挤出一个内侧添加了胶粘层的两层管。

图2：热缩管的制造方法

图3展示了管材如何发展出热缩性的事理。
当由结晶区和非晶区组成的结晶树脂被电子束辐照时，非晶区形成了分子相互连接的交联点。
结果，树脂变成了交联树脂。

图3所示：热紧缩发生事理

通过加热，交联树脂得到扩展，并通过冷却固定形状，以产生扩展的交联树脂。
当扩展的交联树脂被加热到即是或高于结晶区的熔点时，晶体就会熔化并软化。
在这个过程中，由于交联点的存在（形状影象效应），树脂会发生热紧缩，直到其形状规复到扩展前的状态。

材料开拓

在考虑到对亲水性电池液的抵抗性、对刹车油的抵抗性、通过电子束辐照进行交联的可能性以及生产本钱后，我们将可用于新型热缩管的材料缩小到聚乙烯树脂。
如图4所示，市情上有不同熔点的聚乙烯树脂可供选择。
随着密度和晶体数量的增加，它们提高了熔点、弹性系数、撕裂强度以及其他机器性能。
利用温度的上限是120C。

图4所示：不同类型聚乙烯的弹性模量对熔点的依赖性

由于热缩管应在此温度范围内可靠地保护电线，因此当考虑到一定的余量时，外层材料的熔点须要达到125C或更高。
只管高密度聚乙烯（HDPE）估量会表现出高强度（穿刺、撕裂等），但其熔点高达约130C。
这个高熔点可能会阻挡由这种树脂制成的管材在加热到所需的135C并保持一分钟时紧缩到指定的直径。

为了开拓出一种在加热到135C时能够紧缩到指定直径的材料，我们通过将HDPE与各种聚乙烯材料进行聚合物共混来优化材料的熔点（见图5）。

图5所示：热紧缩比的温度依赖性

新开拓材料在125C下的撕裂强度也得到了确认，该温度高于利用温度，其强度为7.6 N/mm。
这一强度是传统利用材料的两倍或更多。

04 内层热熔胶

聚合物合金

作为内层利用的热熔胶须要具有足够的粘合强度，以便能够粘附于铝电线、导体、端子和外层管材。
聚酰胺树脂作为一种热熔胶，因其对PVC包覆电线的良好粘附性而得到广泛运用，并且设计自由度高。
然而，这种树脂并不粘附于聚乙烯。
为了在这两种树脂之间开拓粘合性，我们采取了聚合物合金技能。
我们测试了一种聚合物合金，个中纳米至微米尺寸的烯烃橡胶分散在聚酰胺树脂中（见图6）。
测试结果证明，添加少量烯烃橡胶对付提高对聚乙烯的高粘合性是有效的，同时保持了对PVC和金属的高粘合性。

图6所示：聚合物合金与大略添加烯烃橡胶的聚酰胺树脂之间的粘附性差异

流动性优化

为了确定热熔胶的目标粘度，我们利用选定的外层材料和具有不同粘度的聚酰胺树脂制作了双层热缩管的原型。
我们在-40C到120C的利用温度范围内进行了热循环测试，以检讨粘合剂的流动性。
结果显示，在120C下，粘合剂的熔体粘度为5,000 Pas或更高，并且在此温度下没有流动化。
终极，我们决定开拓一种新的双层热缩管，利用内层材料的粘度曲线如图7所示。

图7所示：新型双壁热缩管用热熔胶粘度的温度依赖性

05 原型双壁管的评估结果

我们利用新开拓的外层材料和内层热熔胶制作了双层管（紧缩前：内径=17.8毫米；内层壁厚+外层壁厚=0.8毫米；紧缩后：内径=4.5毫米，内层壁厚=1.4毫米，外层壁厚=1.0毫米）。
原型管的物理性能和其他性能达到了目标值（表4）。

表4：新研制双壁油管评价结果

图8显示了管子在经历1,000个热循环后的状冠。
在端子或电线的边缘处没有不雅观察到管子的撕裂，或者粘合剂向螺栓紧固孔流动。
因此，创造原型管保持了与上述热循环暴露前相同水平的防水性能。
同时确认，通过优化调度我们的带式运送机型紧缩机的紧缩条件，新开拓的双层管可以连续地热缩装置到带端子的电线上（照片1）。

图8所示：热循环试验后的油管

照片1所示：皮带运送机式紧缩机

06 用于其他电线

新开拓的双壁热缩管包括内粘接层，不仅可用于铝线的防腐，也可用于pvc包覆线和聚乙烯包覆线的防水。
此外，在某些情形下，热缩管可用于装有繁芜形状端子的两根或多根电线。
为了用含有内粘接层的热紧缩管保护这些电线免受堕落和水的侵害，在紧缩管和利用紧缩线时，必须将管粘在导体周围的构件上，不能有缝隙。
如果仅用粘接层难以补充油管的空隙，则可以通过在油管紧缩时在导体或电线中额外插入补充粘接管来补偿油管的防水性能不敷(图2)。

照片2所示：赞助胶管

07 结论

我们研制出了可用于汽车铝电线防腐的双壁热缩管。
这种新型管材在-40C到120C的温度变革下具有很高的耐堕落性。
随着自动驾驶技能的发展，汽车行业须要利用比以往更多种类的电线。
利用热缩管的防腐技能有望进一步发展，未来将得到更广泛的运用。