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有机硅材料在新能源汽车线缆上的应用优势

挤出件2020-07-31 12:29:26

机硅材料是汽车制造中不可缺少的重要材料之一,不仅可优化汽车生产制造过程,也可提高汽车的性能和安全性,目前已广泛应用于汽车的各种零部件,如安全气囊涂层,动力传动密封件、垫圈、软管、挡风玻璃内衬、汽车发动机密封、点火线及线圈护套、汽车涡轮增压管冷却管、汽车元器件的密封和保护、高压电缆及线束密封等。

图 有机硅材料在汽车上的应用,图片来自埃肯


今天,我们主要来介绍一下有机硅中的硅橡胶材料在新能源汽车线缆上的应用。


一、什么是硅橡胶?


硅橡胶是一种有机硅弹性体材料,与来自石油基的高分子材料不同,它来源于地壳中的硅酸盐矿石。硅橡胶广泛应用于数码电子、家电配件、母婴用品、食品接触、医疗器械、汽车配件、电力输送,电线电缆等领域。通过特定的配方设计,硅橡胶在新能源汽车线缆领域展现出其特殊优势。

那么究竟什么是硅橡胶?

硅橡胶是指主链由硅和氧原子交替构成,硅原子上通常连有两个有机基团的橡胶。普通的硅橡胶主要由含有甲基和少量乙烯基的硅氧链节组成,苯基的引入可提高硅橡胶的耐高、低温性能,三氟丙基及氰基的引入则可提高硅橡胶的耐温及耐油性能。

根据固化方式和基础聚合物粘度的不同,硅橡胶除热固化和冷固化外,还可分为以下类别:

固体硅橡胶(HTV)、液体硅橡胶(LSR)、双组分室温硫化硅橡胶(RTV-2)、单组分室温硫化硅橡胶(RTV-1)、有机硅凝胶等。

图 硅橡胶的基本组成,资料来自埃肯


硅橡胶耐低温性能良好,一般在-55℃下仍能工作,引入苯基后可达-73℃。

硅橡胶的耐热性能也很突出,在180℃下可长期工作,稍高于200℃也能承受数周或更长时间仍有弹性,瞬时可耐300℃以上的温度。

硅橡胶的透气性好,氧气透过率在合成聚合物中是最高的。


二、硅橡胶为何应用在新能源汽车线缆上?


随着全球能源日趋紧张,以及环境恶化问题的日益严重化,节能减排使得新能源汽车成为全球汽车行业发展的方向,新能源汽车包括混合动力汽车(HEV)、纯电动汽车(BEV)、燃料电池汽车(FCEV)、氢发动机汽车以及燃气汽车、醇醚汽车等等。

混合动力与纯电动汽车相对于传统的燃料汽车,增加很多高压配件,如动力电池、高压配电盒、驱动电机、电机控制器等,这就对汽车用电缆也提出了新的要求。由于这些电缆布置在前舱发动机与底盘区域, 温度高、空间狭小,需要电缆柔软、转弯半径小、耐高低温性能好;其次道路工况复杂,电缆的耐磨性必须要好且机械强度高;另外车速时高时低,特别是满载爬坡等恶劣工况,瞬间大电流要求电缆线具有短时过载能力。

综上,新能源车电缆必须有:良好的电绝缘性能;热稳定性,耐候性;具有抗腐蚀性,耐油疏水性,阻燃性能优异;综合机械性能优越,有高度柔软性同时高抗撕裂等等。

目前汽车动力电缆绝缘材料有交联聚烯烃、热塑性弹性体。其中交联聚烯烃材料耐热可达150℃,但该材料线缆比较硬,在狭小的车体空间内安装不便,且需要辐照交联,工艺复杂,不适合大截面线缆。而热塑性弹性体材料耐热不超过125℃,用于动力线缆温度等级偏低,而且热塑性弹性体材料的线缆长期使用会有开裂的风险。

而硅橡胶具有耐高低温、耐臭氧、耐候以及优良电绝缘性;硅橡胶线载流量大,节省导体截面,可以应对长时间满负荷运行要求;可以通过添加阻燃剂达到耐火性能要求;具有高度柔软性,易于有限空间内的安装;高抗撕硅橡胶,裤型撕裂可达25N/mm。因此,硅橡胶材料可以在综合交联聚烯烃、热塑性弹性体材料优点的同时弥补它们的不足,而且硅橡胶可以减轻汽车重量和二氧化碳排放,是适用于汽车动力电缆的优质选择。

图 TPE、XLPO与硅橡胶材料性能对比,资料来自埃肯


三、有哪些生产企业?


行业内生产有机硅或者硅橡胶的企业非常之多,但是据了解,能够生产新能源电缆胶的企业确比较少。这既有技术瓶颈的突破的关系,也和企业业务领域范围有关。我们国家大多数硅橡胶企业仍是中低端产品占主导,如合盛、东爵、新东方、宏达等等,而道康宁、迈图、瓦克、罗迪亚等跨国企业拥有较长的有机硅发展史,而埃肯收购的罗迪亚,在中高端产品上占有一定优势。国内如新安天玉等企业,前身是深圳天玉,93年开始研发混炼硅橡胶,定位中高档产品。

目前,国内已知量产应用于新能源线缆的硅橡胶企业有埃肯和新安天玉等,而德国瓦克化学、美国道康宁、美国迈图等跨国企业也应有所布局。


1. 埃肯




埃肯是全球环保产品材料的领军企业之一。主要产品有硅、有机硅、硅铁、铸造合金、碳材料和硅微粉。公司的业务分为四大领域,共有6100名员工。

2017年11月15日,埃肯集团宣布并购中国的两家工厂,原先由中国蓝星集团直接管理的蓝星星火有机硅厂和永登硅材料厂并入埃肯集团,同时法国蓝星有机硅更名为埃肯有机硅。此举进一步拓展了埃肯的有机硅一体化产业链,囊括了从上游的金属硅和有机硅,到下游特种有机硅产品。

官网:https://www.elkem.com


2. 浙江新安天玉有机硅有限公司



新安天玉有机硅有限公司是浙江新安化工集团股份有限公司的全资子公司,成立于2008年,主要产品为各种用途的混炼硅橡胶、液体硅橡胶,产品应用于电力通信、生活用品、电线电缆、工业制品、办公自动化等领域。

官网:http://tinyo.wynca.com/


3. 迈图高新材料集团


 

迈图高新材料集团成立于2006年,是全球第二大的有机硅产品及其关联产品的生产商,同时在石英及陶瓷材料行业也拥有世界领先的地位。有机硅产品有基础硅氧烷聚合物以及一系列添加剂,包括硅烷、特种硅油和聚氨酯添加剂,以及有机硅配方产品,包括有机硅弹性体和有机硅涂层材料等,广泛应用于汽车、电子、个人护理、消费品、航空航天和建筑等行业。

官网:https://www.momentive.com


4. 瓦克化学



瓦克化学成立于1914年,是一家在硅和乙烯化学领域具有国际领先水平的跨国企业,生产的有机硅产品超过3000种,是全球最大的硅烷和有机硅生产商之一,有机硅的主要应用领域包括有工程、电子、化学品、化妆品、纺织品和纸张。

官网:https://www.wacker.com


5. 道康宁


 

道康宁(Dow Corning)成立于1943年,最初由陶氏化学公司和康宁公司合资成立,现在由陶氏杜邦拥有,专门从事有机硅和硅基技术,是世界上最大的有机硅产品生产商。

官网:https://www.dowcorning.com


注:文章参考埃肯、瓦克化学、新安天玉等企业资料,来源:艾邦高分子



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