陳 淳，田 夢，單黎婷

（上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

1 導線特性

汽車導線大多為單芯線，主要由兩個元素組成，分別是金屬導體和絕緣層，如圖1所示。根據不同電氣器件的工作環(huán)境及要求，實現功能所需要的導線規(guī)格不盡相同。不同規(guī)格的導線，所對應的金屬導體種類和結構以及絕緣層的材料也不相同。對于金屬導體，主要技術參數有金屬材料、單根金屬絲直徑、金屬絲總數量以及金屬絲的絞合方式；對于絕緣層，主要技術參數有絕緣層材料、厚度、外徑、顏色等。汽車用導線一般采用多根金屬絲絞合的結構，以便提高其機械可靠性，包括拉拔力及抗振動能力。

圖1 汽車用單芯導線的結構

2 柔性導線特性

柔性導線，顧名思義，相比于傳統(tǒng)汽車導線，具有更好的彎曲能力。導線的彎曲能力主要由兩部分決定，分別是金屬導體芯和絕緣層材料。其中金屬導體芯的參考參數可以分為導體材料和絞合方式。本文接下來將分別從導體材料、絞合方式以及絕緣材料3個方面，并從電氣特性和機械特性的角度，對柔性導線進行研究分析。

2.1 導體材料

汽車用導線的導體材料主要有3種，分別是銅、鋁以及銅合金。合金導線的材料一般以銅錫合金和銅鎂合金為主。不同導體材料的機械特性對比如表1所示。

表1 不同導體材料的機械特性對比

從表1可以看出，和合金導線相比，純銅導線和純鋁導線具有較好的斷裂延伸率，但不具有出色的抗拉強度和拉伸強度。其中，抗拉強度反映的是材料的斷裂抗力，拉伸強度反映的是材料產生最大塑性形變的應力，而斷裂延伸率反映的則是柔韌性能和彈性性能，斷裂延伸率越大，則表示導線的柔韌性能和彈性越好，是評價導體柔韌性的關鍵指標。雖然銅和鋁都具有相同的斷裂延伸率，但是和鋁相比，銅具有更好的導電性能、更高的熔點及熱傳導率、更低的電阻率、更好的穩(wěn)定性能、更好的抗拉強度以及拉伸強度，并且如今鋁導線的加工存在一定的技術難點，需要克服才能大范圍使用。因此，汽車用柔性導線的材料主要為純銅。

2.2 絞合形式

導線的線芯如果采用單根實心的金屬材料制成，勢必會影響導線的柔韌性而不能隨意彎曲，截面積越大，彎曲越困難，這樣會給生產安裝帶來無法克服的困難。因此，采用呈一定角度螺旋形式的多股絞合作為線芯的結構是最優(yōu)的選擇。

多股絞合的結構可以增加銅絲的柔韌性，并且可以使彎曲時的曲度不集中在一處，而是分布在每一根的銅絲上，每根銅絲的直徑越小，彎曲時產生的彎曲應力也就越小，因此在允許彎曲半徑的情況下不會發(fā)生塑性形變，從而不會導致導線絕緣層的損壞。

汽車用導線的絞合形式主要可以分為3種，形式A、形式B和形式C，如圖2所示。

圖2 汽車用導線的絞合形式

1）形式A結構為對稱導體結構，又稱正規(guī)絞合，是由多根同一直徑的單絲，按同心圓的方式，一層一層有規(guī)律地絞合。常用于線徑較小的導線，具有結構簡單，穩(wěn)定性高等特點。

2）形式B結構為不對稱導體結構，又稱非正規(guī)絞合，是由多根同一直徑的單絲，不按絞合規(guī)律一起絞合，各單絲之間的位置相互不固定，外形也很難保持為圓形。常用于線徑較大的導線，在彎曲時，相比于形式A，各單絲之間的滑動余量更大，抗彎曲力更小，擁有更好的柔韌性且易加工。

3）形式C結構為不對稱細線多股導體結構，又稱復合正規(guī)絞合。由于該絞合形式下單根銅絲數量較多，單根銅絲最大直徑較小，因此先部分絞合成單股，再進行一次整體絞合。相比于形式A和形式B，形式C具有導體外徑小、填充系數大等優(yōu)點，其柔韌性遠優(yōu)于前兩種絞合形式。

不同絞合形式的銅絲數量及直徑不同，如表2所示。

表2 不同絞合形式的銅絲數量及直徑對比

從表2可見，導線的線徑越大，銅絲數量越多且銅絲的直徑越大。通過對比可以得出，導線線徑相同的情況下，C型絞合形式的銅絲數量最多，并且單根銅絲的直徑最小。

一般而言，導線內單絲的直徑越小，單絲的數量越多，柔韌性則越好。綜上所述，C型絞合形式具有最好的柔韌性。因此，汽車用柔性導線的絞合方式主要以C型絞合形式為主。

2.3 絕緣層材料

導線的外圍均勻地包裹了一層不導電的材料，即為絕緣層，作用是防止導電體和外界接觸造成安全事故。汽車用導線的絕緣材料主要可以分為3種，分別是熱塑性聚合物（PVC、PE、PP等）、熱塑性彈性體 （TPE-U、TPE-O等）以及交聯塑料 （PE-X等）。絕緣層機械特性的設計參數主要有拉伸強度和斷裂延伸率，這兩個參數同時也用于評價金屬導體的機械特性，電氣特性的設計參數主要有介電強度和介電常數。其中介電強度定義為材料被擊穿時，單位厚度所承受的最大電壓，介電強度越大，絕緣的品質越好；介電常數代表了電介質的極化程度，介電常數越大，對電荷的束縛能力越強，材料的絕緣性能則越好。不同絕緣層材料的電氣及機械特性對比如表3所示。

表3 不同絕緣層材料的電氣及機械特性對比

可以看出，相比于熱塑性聚合物和交聯塑料，熱塑性彈性體TPE材料具有更好的斷裂延伸率。目前汽車上所使用導線的絕緣層材料大多是PVC，能夠滿足一般區(qū)域的常規(guī)柔韌性要求，并且相比于PE、PP材料擁有更好的絕緣品質及性能；交聯塑料各方面性能居中，但設備投資及生產成本較高；TPE材料具有出色的柔韌性和彈性，能夠滿足某些對柔韌性有特殊需求的區(qū)域。此外，TPE材料還擁有良好的耐高、低溫性，耐油性等，并且加工工藝簡單。因此，汽車用柔性導線的絕緣層材料主要以TPE和PVC為主。

2.4 本章小結

通過分析對比柔性導線的3個元素，可以得出在導體原材料不變的情況下，使用C型絞合形式以及TPE作為絕緣層材料，可以使導線擁有較好的柔韌性。

對于柔韌性的程度，絞合形式所占的比重要大于絕緣層的材料。因此C型絞合形式是柔性導線的首要滿足條件，至于絕緣層的影響更多則是涉及使用溫度要求以及成本等各方面的考量。從具體絕緣層材料來看，PVC可以滿足常規(guī)柔韌性的要求，但相較于C型絞合形式所帶來柔韌性的程度較低。TPE材料相較于PVC在柔韌性程度方面更加優(yōu)秀，并且其最高溫度等級為125℃，在一些對柔韌性高需求、高溫度的場合可以選用。因此，可以得出如下結論。

1）同一導體，使用C型絞合形式，無論使用哪種絕緣層材料，都是柔性導線。

2）絕緣層材料對于柔韌性的影響程度小于絞合形式，TPE比PVC擁有更好的柔韌性和耐高溫性。

3 柔性導線應用范圍

3.1 使用區(qū)域

汽車上存在很多運動區(qū)域，這些區(qū)域的導線會經常處于運動的狀態(tài)。如果在這些區(qū)域使用普通導線，在經過一定次數的彎曲拉折后，容易發(fā)生絕緣層破損及內部導體絲斷裂的問題，輕則引起電氣功能失效，重則引起火災等安全問題。因此，對于這些區(qū)域，使用具有較強機械特性的柔性導線可以減緩導線在連續(xù)往返移動中的磨損，解決處在頻繁運動條件下的導線疲勞耐久問題，從而使導線連接的可靠性得到加強，進而提升整車線束的可靠性。

目前汽車上柔性導線的應用范圍可以分為如下幾個區(qū)域。

1）四門與車身連接處。汽車四門會經常處于開、關的狀態(tài)，該區(qū)域的線束通過橡膠件與車身線束對接，頻繁開關車門會使連接處的線束處于往復運動的狀態(tài)，包括普通車門和移門。

2）轉向管柱區(qū)域。汽車在行駛過程中，需要用轉向管柱來控制行駛方向，連接在轉向管柱上的線束會經常處于旋轉運動的狀態(tài)。

3）四輪ABS線束。固定在車身與副車架之間的ABS線束會隨著車輛的行駛過程而產生長時間的運動，對導線而言需要更高的疲勞耐久性能。

4）前蓋和后蓋。汽車前蓋和后蓋會經常處于開、關的狀態(tài)，線束通過橡膠件從車身連至前蓋和后蓋，對長期處于翻轉狀態(tài)的線束需要更好的彎曲性能。

5）座椅線束。汽車座椅的功能日漸增多，根據乘客的需求，座椅可以進行相應的移動、調節(jié)，連接到座椅的線束需要擁有較好的柔韌性。

6）車燈內部。某些車型車燈內部區(qū)域空間小且溫度高，對導線的走線以及導線材料具有較高的要求，需要導線具有高柔韌性的同時，絕緣層具有耐高溫性。

整車柔性導線的使用區(qū)域如圖3所示。

圖3 整車柔性導線的適用范圍

3.2 生產及成本

由于柔性導線和普通導線的區(qū)別僅僅在于絞合形式，即導體單絲的直徑。因此不論是在生產制造、制線工藝、生產模具還是絕緣層粒子擠壓成型方面，和普通導線都是沒有區(qū)別的。然而，在整體機械特性優(yōu)于普通導線的情況下，柔性導線并沒有覆蓋到整車所有的導線，主要原因在于成本。0.5mm2普通導線和柔性導線的成本對比如表4所示。

表4 普通導線和柔性導線的成本

可以得出如下結論。

1）對于同種絕緣層材料，C型絞合 （柔性導線）的成本高于A型和B型絞合 （普通導線）。

2）對于同種絞合形式，TPE絕緣層的成本高于PVC。

由此，除了在特殊的情況下，使用柔性導線來滿足所需求的機械特性以外，整車其余導線的使用還是以普通導線為主，以獲得高的經濟效益。

4 總結與展望

本文先是分解了導線的組成元素，再從導體材料、絞合形式以及絕緣層材料3個方面對比柔性導線與普通導線的區(qū)別，從而確定柔性導線的定義以及其擁有的特殊屬性。目前汽車上在同樣的電氣特性及機械特性的要求下，主要使用的還是普通導線，柔性導線僅僅應用在運動區(qū)域，因其較高的成本以及復雜的工藝制作要求。隨著現代汽車車載功能的增加、高新技術的引用，整車電氣及機械自動化的程度將大幅提高，相比于傳統(tǒng)汽車，運動區(qū)域的數量將會有所增加，柔性導線在汽車上的應用也會越來越廣泛。對于滿足多種運動區(qū)域的更柔韌導線材料的開發(fā)，是將來主要的研究方向。