Эксплуатационные характеристики изоляционных материалов напрямую влияют на качество, эффективность обработки и сферу применения проводов и кабелей.
1. Провода и кабели из поливинилхлорида (ПВХ).
Поливинилхлорид (далее именуемый)ПВХИзоляционные материалы на основе ПВХ представляют собой смеси, в которые к порошку ПВХ добавляют стабилизаторы, пластификаторы, антипирены, смазки и другие добавки. В зависимости от различных областей применения и требований к характеристикам проводов и кабелей, формула корректируется соответствующим образом. После десятилетий производства и применения технология изготовления и обработки ПВХ достигла высокой степени зрелости. Изоляционный материал на основе ПВХ имеет очень широкое применение в области проводов и кабелей и обладает своими отличительными характеристиками:
А. Технология производства отработана, материал легко формуется и обрабатывается. По сравнению с другими типами изоляционных материалов для кабелей, он не только имеет низкую стоимость, но и позволяет эффективно контролировать цветовые различия, блеск, печать, эффективность обработки, мягкость и твердость поверхности провода, адгезию проводника, а также механические, физические и электрические свойства самого провода.
В. Он обладает превосходными огнестойкими свойствами, поэтому провода с ПВХ-изоляцией легко соответствуют классам огнестойкости, установленным различными стандартами.
C. Что касается термостойкости, то благодаря оптимизации и усовершенствованию составов материалов, в настоящее время наиболее распространенные типы ПВХ-изоляции в основном включают следующие три категории:
Что касается номинального напряжения, то оно обычно используется при напряжении 1000 В переменного тока и ниже, и может широко применяться в таких отраслях, как бытовая техника, приборы и измерительные устройства, освещение и сетевая связь.
ПВХ также имеет ряд существенных недостатков, ограничивающих его применение:
А. Из-за высокого содержания хлора при горении выделяется большое количество густого дыма, который может вызвать удушье, ухудшить видимость, а также выделять канцерогены и соляную кислоту, нанося серьезный вред окружающей среде. С развитием технологий производства изоляционных материалов с низким дымовыделением и нулевым содержанием галогенов, постепенная замена ПВХ-изоляции стала неизбежной тенденцией в развитии кабелей.
B. Обычная ПВХ-изоляция обладает низкой устойчивостью к кислотам и щелочам, нагревательным маслам и органическим растворителям. Согласно химическому принципу «подобное растворяется в подобном», ПВХ-провода очень подвержены повреждениям и растрескиванию в указанных условиях. Однако благодаря отличным технологическим характеристикам и низкой стоимости, ПВХ-кабели по-прежнему широко используются в бытовой технике, осветительных приборах, механическом оборудовании, приборах и измерительных устройствах, сетевой связи, электропроводке зданий и других областях.
2. Провода и кабели из сшитого полиэтилена
Сшитый полиэтилен (далее именуемый...)СХПЭЭто тип полиэтилена, который при определенных условиях под действием высокоэнергетических лучей или сшивающих агентов может трансформироваться из линейной молекулярной структуры в трехмерную. Одновременно он трансформируется из термопластичного в нерастворимый термореактивный пластик.
В настоящее время при применении изоляции проводов и кабелей используются три основных метода сшивания:
А. Перекисное сшивание: Этот метод включает в себя сначала использование полиэтиленовой смолы в сочетании с соответствующими сшивающими агентами и антиоксидантами, а затем добавление других компонентов по мере необходимости для получения сшиваемых частиц полиэтиленовой смеси. В процессе экструзии сшивание происходит через трубы с горячим паром.
Б. Силановое сшивание (сшивание в теплой воде): это также метод химического сшивания. Его основной механизм заключается в сшивании органосилоксана и полиэтилена в определенных условиях.
Степень сшивания обычно достигает примерно 60%.
C. Сшивание под действием излучения: В этом процессе используются высокоэнергетические лучи, такие как R-лучи, альфа-лучи и электронные лучи, для активации атомов углерода в макромолекулах полиэтилена и образования поперечных связей. Высокоэнергетические лучи, обычно используемые в проводах и кабелях, — это электронные лучи, генерируемые электронными ускорителями. Поскольку это сшивание основано на физической энергии, оно относится к физическому сшиванию.
Три описанных выше метода сшивания имеют различные характеристики и области применения:
По сравнению с термопластичным полиэтиленом (ПВХ), изоляция из сшитого полиэтилена (XLPE) обладает следующими преимуществами:
А. Это повысило стойкость к термической деформации, улучшило механические свойства при высоких температурах, а также повысило устойчивость к растрескиванию под воздействием окружающей среды и термическому старению.
B. Он обладает повышенной химической стабильностью и устойчивостью к растворителям, сниженной текучестью при низких температурах и в основном сохраняет исходные электрические характеристики. Длительная рабочая температура может достигать 125℃ и 150℃. Изоляция проводов и кабелей из сшитого полиэтилена также улучшает сопротивление короткому замыканию, а его кратковременная термостойкость может достигать 250℃, при этом для проводов и кабелей одинаковой толщины токонесущая способность сшитого полиэтилена значительно выше.
C. Обладает превосходными механическими, водонепроницаемыми и радиационно-стойкими свойствами, поэтому широко используется в различных областях. Например: внутренние соединительные провода для электроприборов, провода для двигателей, провода для освещения, низковольтные сигнальные провода управления для автомобилей, провода для локомотивов, провода и кабели для метрополитена, кабели для защиты окружающей среды в шахтах, морские кабели, кабели для прокладки ядерных энергетических установок, высоковольтные провода для телевидения, высоковольтные провода для рентгеновского излучения, а также провода и кабели для передачи электроэнергии и т. д.
Провода и кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE) обладают значительными преимуществами, но также имеют некоторые присущие им недостатки, ограничивающие их применение:
А. Низкая термостойкость и адгезия. При обработке и использовании проводов, температура которых превышает номинальную, они легко слипаются. В тяжелых случаях это может привести к повреждению изоляции и короткому замыканию.
В. Низкая теплопроводность. При температурах выше 200℃ изоляция проводов становится чрезвычайно мягкой. При воздействии внешних сил, сжатия или ударов, это может привести к перерезанию проводов и короткому замыканию.
C. Трудно контролировать разницу в цвете между партиями. В процессе обработки могут возникать такие проблемы, как царапины, побеление и отслоение напечатанных символов.
D. Изоляция из сшитого полиэтилена (XLPE) с термостойкостью до 150℃ полностью не содержит галогенов и может пройти испытание на воспламеняемость VW-1 в соответствии со стандартами UL1581, сохраняя при этом превосходные механические и электрические свойства. Однако в технологии производства все еще существуют определенные узкие места, а стоимость высока.
3. Провода и кабели из силиконовой резины
Полимерные молекулы силиконовой резины представляют собой цепные структуры, образованные связями SI-O (кремний-кислород). Энергия связи SI-O составляет 443,5 кДж/моль, что значительно выше энергии связи C–C (355 кДж/моль). Большинство проводов и кабелей из силиконовой резины производятся методом холодной экструзии и высокотемпературной вулканизации. Среди различных проводов и кабелей из синтетической резины, благодаря своей уникальной молекулярной структуре, силиконовая резина обладает превосходными характеристиками по сравнению с другими обычными каучуками.
А. Он чрезвычайно мягкий, обладает хорошей эластичностью, не имеет запаха и нетоксичен, не боится высоких температур и выдерживает сильный холод. Диапазон рабочих температур составляет от -90 до 300℃. Силиконовая резина обладает гораздо лучшей термостойкостью, чем обычная резина. Ее можно использовать непрерывно при 200℃ и в течение определенного времени при 350℃.
В. Превосходная устойчивость к атмосферным воздействиям. Даже после длительного воздействия ультрафиолетовых лучей и других климатических условий его физические свойства претерпевают лишь незначительные изменения.
C. Силиконовая резина обладает очень высоким удельным сопротивлением, и её сопротивление остаётся стабильным в широком диапазоне температур и частот.
Между тем, силиконовая резина обладает превосходной устойчивостью к высоковольтным коронным разрядам и дуговым разрядам. Провода и кабели с изоляцией из силиконовой резины обладают вышеперечисленными преимуществами и широко используются в проводах для высоковольтных устройств, таких как телевизоры, высокотемпературные провода для микроволновых печей, провода для индукционных плит, провода для кофеварок, провода для ламп, УФ-оборудования, галогенных ламп, внутренние соединительные провода для духовок и вентиляторов, особенно в области мелкой бытовой техники.
Однако некоторые его недостатки также ограничивают его более широкое применение. Например:
А. Низкая износостойкость. В процессе обработки или эксплуатации материал подвержен повреждениям из-за внешнего сжатия, царапин и истирания, что может привести к короткому замыканию. В настоящее время защитной мерой является добавление слоя стекловолокна или высокотемпературного полиэфирного волокна, оплетенного снаружи силиконовой изоляции. Однако в процессе обработки все же необходимо максимально избегать травм, вызванных внешним сжатием.
В. В настоящее время в вулканизационном формовании в основном используются вулканизирующие агенты типа «двойной», «два», «четыре». Эти вулканизирующие агенты содержат хлор. Полностью безгалогенные вулканизирующие агенты (например, платиновые вулканизирующие) предъявляют строгие требования к температуре производственной среды и являются дорогостоящими. Поэтому при обработке жгутов проводов следует учитывать следующие моменты: давление прижимного колеса не должно быть слишком высоким. Лучше всего использовать резиновый материал, чтобы предотвратить растрескивание в процессе производства, которое может привести к низкой устойчивости к давлению.
4. Сшитая проволока из этиленпропилендиенового мономера (EPDM) (XLEPDM).
Сшитый этиленпропилендиеновый мономер (EPDM) каучук представляет собой терполимер этилена, пропилена и неконъюгированного диена, сшитый химическими методами или облучением. Изолированный провод из сшитого EPDM каучука сочетает в себе преимущества как полиолефинового изолированного провода, так и обычного резинового изолированного провода:
А. Мягкий, гибкий, эластичный, обладает антипригарными свойствами при высоких температурах, устойчив к длительному старению и суровым погодным условиям (от -60 до 125℃).
В. Устойчивость к озону, ультрафиолетовому излучению, электроизоляционные свойства и химическая коррозионная стойкость.
C. Масло- и растворостойкость сопоставима с стойкостью изоляции из хлоропренового каучука общего назначения. Изготовление осуществляется с использованием обычного оборудования для горячей экструзии и радиационного сшивания, что делает процесс простым и недорогим. Провода с изоляцией из сшитого этиленпропилендиенового мономера (EPDM) обладают многочисленными преимуществами, перечисленными выше, и широко используются в таких областях, как провода для холодильных компрессоров, водонепроницаемые провода для двигателей, провода для трансформаторов, мобильные кабели в шахтах, буровых установках, автомобилях, медицинском оборудовании, судах и в качестве внутренней проводки электроприборов.
Основные недостатки проводов XLEPDM заключаются в следующем:
А. Как и провода из сшитого полиэтилена (XLPE) и ПВХ, он обладает относительно низкой прочностью на разрыв.
В. Плохая адгезия и самоклеящиеся свойства влияют на последующую технологичность.
5. Фторопластичные провода и кабели
По сравнению с обычными кабелями из полиэтилена и поливинилхлорида, фторопластовые кабели обладают следующими важными характеристиками:
А. Высокотемпературные фторпластики обладают исключительной термической стабильностью, что позволяет фторпластиковым кабелям адаптироваться к высоким температурам в диапазоне от 150 до 250 градусов Цельсия. При одинаковой площади поперечного сечения проводники могут пропускать больший допустимый ток, что значительно расширяет область применения этого типа изолированных проводов. Благодаря этому уникальному свойству фторпластиковые кабели часто используются для внутренней проводки и выводных проводов в самолетах, судах, высокотемпературных печах и электронном оборудовании.
В. Хорошая огнестойкость: фторпластики обладают высоким кислородным индексом, и при горении радиус распространения пламени невелик, что приводит к меньшему образованию дыма. Провода из них подходят для инструментов и мест со строгими требованиями к огнестойкости. Например: компьютерные сети, метро, транспорт, высотные здания и другие общественные места и т. д. В случае возникновения пожара у людей будет время для эвакуации, не будучи сбитыми густым дымом, что позволит выиграть драгоценное время для спасательных работ.
C. Превосходные электрические характеристики: по сравнению с полиэтиленом, фторпластики имеют более низкую диэлектрическую постоянную. Поэтому, по сравнению с коаксиальными кабелями аналогичной структуры, фторпластиковые кабели обладают меньшим затуханием и лучше подходят для передачи высокочастотных сигналов. В настоящее время наблюдается тенденция к увеличению частоты использования кабелей. В то же время, благодаря высокой термостойкости фторпластиков, они широко используются в качестве внутренней проводки для передающего и коммуникационного оборудования, перемычек между беспроводными передающими линиями и передатчиками, а также видео- и аудиокабелей. Кроме того, фторпластиковые кабели обладают хорошей диэлектрической прочностью и сопротивлением изоляции, что делает их пригодными для использования в качестве контрольных кабелей для важных приборов и измерительных устройств.
D. Превосходные механические и химические свойства: фторпластики обладают высокой энергией химической связи, высокой стабильностью, практически не подвержены влиянию перепадов температуры, обладают отличной устойчивостью к атмосферному старению и механической прочностью. Кроме того, они не подвержены воздействию различных кислот, щелочей и органических растворителей. Поэтому они подходят для сред со значительными климатическими изменениями и коррозионными условиями, таких как нефтехимическая промышленность, нефтепереработка и контроль оборудования на нефтяных скважинах.
E. Облегчает сварку соединений. В электронных приборах многие соединения выполняются сваркой. Из-за низкой температуры плавления обычных пластмасс они легко плавятся при высоких температурах, что требует высокого уровня сварочных навыков. Кроме того, для некоторых точек сварки требуется определенное время, поэтому фторопластовые кабели так популярны. Например, внутренняя проводка коммуникационного оборудования и электронных приборов.
Конечно, фторпластики по-прежнему имеют некоторые недостатки, ограничивающие их использование:
А. Цена на сырье высока. В настоящее время отечественное производство по-прежнему в основном зависит от импорта (японская компания Daikin и американская DuPont). Хотя в последние годы отечественные фторпластики быстро развиваются, ассортимент продукции по-прежнему однороден. По сравнению с импортными материалами, сохраняется определенный разрыв в термической стабильности и других комплексных свойствах материалов.
В. По сравнению с другими изоляционными материалами, процесс производства более сложен, эффективность производства низкая, напечатанные символы склонны к отклеиванию, а потери велики, что делает себестоимость производства относительно высокой.
В заключение следует отметить, что применение всех вышеупомянутых типов изоляционных материалов, особенно высокотемпературных специальных изоляционных материалов с термостойкостью более 105℃, в Китае все еще находится на переходном этапе. Будь то производство проводов или обработка жгутов проводов, существует не только отработанный процесс, но и процесс рационального понимания преимуществ и недостатков данного типа проводов.
Дата публикации: 27 мая 2025 г.