Характеристики изоляционных материалов напрямую влияют на качество, эффективность обработки и область применения проводов и кабелей. Характеристики изоляционных материалов напрямую влияют на качество, эффективность обработки и область применения проводов и кабелей.
1. Провода и кабели из поливинилхлорида ПВХ
Поливинилхлорид (далее именуемыйПВХ) изоляционные материалы представляют собой смеси, в которых к порошку ПВХ добавляют стабилизаторы, пластификаторы, антипирены, смазочные вещества и другие добавки. Формула корректируется в соответствии с различными сферами применения и требованиями к характеристикам проводов и кабелей. За десятилетия производства и применения технология производства и переработки ПВХ достигла высокого уровня совершенства. Изоляционный материал из ПВХ широко применяется в производстве проводов и кабелей и обладает уникальными характеристиками:
A. Технология производства отработана, проста в формовке и обработке. По сравнению с другими типами кабельных изоляционных материалов, она не только отличается низкой стоимостью, но и позволяет эффективно контролировать цветовую разницу, блеск, печать, эффективность обработки, мягкость и твёрдость поверхности провода, адгезию проводника, а также механические, физические и электрические свойства самого провода.
B. Он обладает превосходными характеристиками огнестойкости, поэтому провода с ПВХ-изоляцией могут легко соответствовать классам огнестойкости, предусмотренным различными стандартами.
C. С точки зрения термостойкости, за счет оптимизации и усовершенствования формул материалов, в настоящее время наиболее часто используемые типы ПВХ-изоляции включают в себя в основном следующие три категории:
Что касается номинального напряжения, то оно обычно используется при уровнях напряжения 1000 В переменного тока и ниже и может широко применяться в таких отраслях, как производство бытовой техники, приборов и счетчиков, освещения и сетевых коммуникаций.
ПВХ также имеет некоторые недостатки, которые ограничивают его применение:
A. Из-за высокого содержания хлора при горении выделяется большое количество густого дыма, который может вызывать удушье, ухудшать видимость, а также выделять некоторые канцерогены и газ HCl, нанося серьёзный вред окружающей среде. С развитием технологий производства малодымных и безгалогеновых изоляционных материалов постепенная замена ПВХ-изоляции стала неизбежной тенденцией в развитии кабелей.
B. Обычная ПВХ-изоляция обладает низкой устойчивостью к кислотам и щелочам, горячему маслу и органическим растворителям. В соответствии с химическим принципом растворения подобного в подобном, ПВХ-провода подвержены повреждениям и растрескиванию в указанных условиях. Однако, благодаря отличным эксплуатационным характеристикам и низкой стоимости, ПВХ-кабели по-прежнему широко используются в бытовой технике, осветительных приборах, механическом оборудовании, приборах и счётчиках, сетевых коммуникациях, электропроводке зданий и других областях.
2. Провода и кабели из сшитого полиэтилена
Сшитый ПЭ (далее именуемыйСшитый полиэтилен) — тип полиэтилена, способного при определённых условиях под действием высокоэнергетического излучения или сшивающих агентов переходить из линейной молекулярной структуры в объёмную трёхмерную. При этом из термопластичного он превращается в нерастворимый термореактивный пластик.
В настоящее время при изготовлении изоляции проводов и кабелей применяются в основном три метода сшивки:
A. Пероксидная сшивка: сначала используется полиэтиленовая смола в сочетании с подходящими сшивающими агентами и антиоксидантами, а затем добавляются другие компоненты по мере необходимости для получения частиц сшиваемой полиэтиленовой смеси. В процессе экструзии сшивка происходит в трубах для сшивки горячим паром.
Б. Силановая сшивка (сшивка в тёплой воде): это также метод химической сшивки. Его основной механизм заключается в сшивании органосилоксана и полиэтилена в определённых условиях.
а степень сшивки обычно может достигать около 60%.
C. Сшивка под действием облучения: она использует высокоэнергетическое излучение, такое как рентгеновское, альфа- и электронное, для активации атомов углерода в макромолекулах полиэтилена и образования поперечных связей. Высокоэнергетическое излучение, обычно используемое в проводах и кабелях, – это электронное излучение, генерируемое электронными ускорителями. Поскольку для такой сшивки используется физическая энергия, она относится к физическим сшивкам.
Вышеуказанные три различных метода сшивания имеют различные характеристики и области применения:
По сравнению с термопластичным полиэтиленом (ПВХ) изоляция из сшитого полиэтилена имеет следующие преимущества:
A. Он повысил устойчивость к термической деформации, улучшил механические свойства при высоких температурах, а также повысил устойчивость к растрескиванию под воздействием окружающей среды и тепловому старению.
B. Он обладает повышенной химической стабильностью и стойкостью к растворителям, пониженной хладотекучестью и в целом сохраняет исходные электрические характеристики. Длительная рабочая температура может достигать 125–150 °C. Провода и кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена также обладают повышенной стойкостью к короткому замыканию, а их кратковременная термостойкость может достигать 250 °C. Для проводов и кабелей той же толщины токопроводящая способность сшитого полиэтилена значительно выше.
C. Обладает превосходными механическими, водонепроницаемыми и радиационностойкими свойствами, благодаря чему широко используется в различных областях. Например, для внутренних соединительных проводов электроприборов, выводов двигателей, осветительных проводов, низковольтных сигнальных проводов управления для автомобилей, локомотивных проводов, проводов и кабелей для метрополитена, кабелей для защиты окружающей среды в шахтах, морских кабелей, кабелей для прокладки атомных электростанций, высоковольтных телевизионных проводов, высоковольтных проводов для рентгеновских установок, а также для линий электропередачи и т. д.
Провода и кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена обладают существенными преимуществами, но им присущи и некоторые недостатки, ограничивающие их применение:
А. Низкая термостойкость и адгезия. При обработке и эксплуатации проводов вне пределов их номинальных температур возможно их слипание. В тяжёлых случаях это может привести к повреждению изоляции и коротким замыканиям.
B. Низкая теплопроводность. При температуре выше 200°C изоляция проводов становится чрезвычайно мягкой. При сжатии или ударе извне она может привести к перерезу проводов и короткому замыканию.
C. Сложно контролировать разницу в цвете между партиями. В процессе обработки часто возникают такие проблемы, как царапины, побеление и отслоение напечатанных символов.
D. Изоляция из сшитого полиэтилена (XLPE) с температурной стойкостью 150 °C полностью не содержит галогенов и может пройти испытание на горение VW-1 в соответствии со стандартом UL1581, сохраняя при этом превосходные механические и электрические свойства. Однако в технологии производства всё ещё существуют определённые узкие места, а стоимость высока.
3. Провода и кабели из силиконовой резины
Молекулы полимеров силиконового каучука представляют собой цепочечные структуры, образованные кремний-кислородными связями (SI-O). Энергия связи SI-O составляет 443,5 кДж/моль, что значительно выше энергии связи C-C (355 кДж/моль). Большинство проводов и кабелей из силиконового каучука производятся методами холодной экструзии и высокотемпературной вулканизации. Среди различных видов синтетических каучуков, проводов и кабелей, силиконовый каучук благодаря своей уникальной молекулярной структуре обладает превосходными эксплуатационными характеристиками по сравнению с другими обычными каучуками.
A. Он чрезвычайно мягок, обладает хорошей эластичностью, не имеет запаха и нетоксичен, не боится высоких температур и выдерживает сильный холод. Диапазон рабочих температур составляет от -90 до 300 °C. Силиконовый каучук обладает гораздо лучшей термостойкостью, чем обычная резина. Его можно использовать непрерывно при температуре 200 °C и кратковременно при температуре 350 °C.
B. Отличная устойчивость к атмосферным воздействиям. Даже после длительного воздействия ультрафиолетового излучения и других климатических условий его физические свойства претерпевают лишь незначительные изменения.
C. Силиконовый каучук имеет очень высокое удельное сопротивление, и его сопротивление остается стабильным в широком диапазоне температур и частот.
Между тем, силиконовая резина обладает превосходной стойкостью к высоковольтному коронному разряду и дуговому разряду. Провода и кабели с силиконовой изоляцией обладают перечисленными выше преимуществами и широко используются в качестве высоковольтных кабелей для телевизоров, термостойких проводов для микроволновых печей, индукционных плит, проводов для кофеварок, выводов для ламп, УФ-оборудования, галогенных ламп, внутренних соединительных проводов для духовок и вентиляторов, особенно в области мелкой бытовой техники.
Однако некоторые его недостатки также ограничивают его более широкое применение. Например:
A. Низкая прочность на разрыв. В процессе обработки или эксплуатации он подвержен повреждениям, вызванным внешним воздействием (сжатием, царапинами и истиранием), что может привести к короткому замыканию. В настоящее время для защиты используется слой стекловолокна или высокотемпературного полиэфирного волокна, оплетённого снаружи силиконовой изоляции. Тем не менее, во время обработки по-прежнему необходимо максимально избегать травм, вызванных внешним воздействием (сжатием).
B. В настоящее время в вулканизации в основном используются двух-, двух- и четырёхкомпонентные вулканизирующие агенты. Этот вулканизирующий агент содержит хлор. Полностью безгалогеновые вулканизирующие агенты (например, платиновые) предъявляют строгие требования к температуре производственной среды и являются дорогостоящими. Поэтому при обработке жгутов проводов следует учитывать следующее: давление прижимного колеса не должно быть слишком высоким. Рекомендуется использовать резину, чтобы предотвратить образование трещин в процессе производства, что может привести к снижению стойкости к давлению.
4. Провод из сшитого этиленпропилендиенового мономера (ЭПДМ) (XLEPDM)
Сшитый этиленпропилендиеновый каучук (EPDM) представляет собой тройной сополимер этилена, пропилена и несопряженного диена, сшитый химическим или радиационным способом. Провод с изоляцией из сшитого EPDM-каучука сочетает в себе преимущества проводов с полиолефиновой изоляцией и проводов с обычной резиновой изоляцией:
А. Мягкий, гибкий, эластичный, не прилипает при высоких температурах, устойчив к длительному старению и устойчив к суровым погодным условиям (от -60 до 125 ℃).
Б. Озоностойкость, стойкость к ультрафиолетовому излучению, сопротивление электроизоляции и стойкость к химической коррозии.
C. Стойкость к воздействию масел и растворителей сопоставима с стойкостью изоляции из хлоропренового каучука общего назначения. Изоляция производится на обычном оборудовании для горячей экструзии с применением метода радиационной сшивки, что обеспечивает простоту обработки и низкую стоимость. Провода с изоляцией из сшитого этиленпропилендиенового мономера (EPDM) обладают многочисленными преимуществами и широко используются в таких областях, как провода холодильных компрессоров, водонепроницаемые провода двигателей, провода трансформаторов, мобильные кабели в шахтах, бурение, автомобили, медицинское оборудование, суда и общая внутренняя проводка электроприборов.
Основными недостатками проводов XLEPDM являются:
A. Как и провода из сшитого полиэтилена и ПВХ, он имеет относительно низкую устойчивость к разрыву.
Б. Плохая адгезия и самоприклеиваемость ухудшают последующую перерабатываемость.
5. Фторопластовые провода и кабели
По сравнению с обычными кабелями из полиэтилена и поливинилхлорида фторопластовые кабели обладают следующими существенными особенностями:
A. Высокотемпературные фторопласты обладают исключительной термостойкостью, что позволяет фторопластовым кабелям адаптироваться к воздействию высоких температур от 150 до 250 градусов Цельсия. При одинаковом сечении проводников фторопластовые кабели могут пропускать больший допустимый ток, что значительно расширяет область применения изолированных проводов этого типа. Благодаря этому уникальному свойству фторопластовые кабели часто используются для внутренней электропроводки и в качестве токоподводящих проводов в самолетах, на судах, высокотемпературных печах и электронном оборудовании.
B. Высокая огнестойкость: фторопласты обладают высоким кислородным индексом, а при горении пламя распространяется нешироко, образуя меньше дыма. Изготовленная из них проволока подходит для инструментов и мест с повышенными требованиями к огнестойкости. Например, в компьютерных сетях, метрополитене, транспортных средствах, высотных зданиях и других общественных местах. После возникновения пожара у людей есть время эвакуироваться, не будучи сбитыми с ног густым дымом, что позволяет сэкономить драгоценное время для спасательных работ.
C. Отличные электрические характеристики: по сравнению с полиэтиленом фторопласты имеют более низкую диэлектрическую проницаемость. Поэтому, по сравнению с коаксиальными кабелями аналогичной структуры, фторопластовые кабели обладают меньшим затуханием и лучше подходят для передачи высокочастотных сигналов. В настоящее время наблюдается тенденция к увеличению использования кабелей. Благодаря высокой термостойкости фторопластов, они широко используются в качестве внутренних кабелей для передающего и коммуникационного оборудования, перемычек между беспроводными фидерами и передатчиками, а также в качестве видео- и аудиокабелей. Кроме того, фторопластовые кабели обладают высокой диэлектрической прочностью и сопротивлением изоляции, что делает их пригодными для использования в качестве кабелей управления для важных приборов и измерительных приборов.
D. Отличные механические и химические свойства: фторопласты обладают высокой энергией химической связи, высокой стабильностью, практически не подвержены изменениям температуры, обладают превосходной стойкостью к атмосферному старению и механической прочностью. Они также устойчивы к воздействию различных кислот, щелочей и органических растворителей. Поэтому они подходят для использования в средах с резкими изменениями климата и коррозионными условиями, таких как нефтехимическая промышленность, нефтепереработка и контрольно-измерительные приборы нефтяных скважин.
E. Облегчает сварные соединения. В электронных приборах многие соединения выполняются сваркой. Из-за низкой температуры плавления обычных пластиков они легко плавятся при высоких температурах, что требует квалифицированных сварочных навыков. Более того, сварка некоторых точек занимает определённое время, что также является причиной популярности фторопластовых кабелей, например, для внутренней проводки коммуникационного оборудования и электронных приборов.
Конечно, фторопласты имеют и некоторые недостатки, ограничивающие их применение:
A. Стоимость сырья высока. В настоящее время отечественное производство по-прежнему в основном зависит от импорта (Daikin, Япония, и DuPont, США). Несмотря на бурное развитие отечественного производства фторопластов в последние годы, ассортимент выпускаемой продукции по-прежнему ограничен. По сравнению с импортными материалами сохраняется определённый разрыв в термостойкости и других комплексных свойствах материалов.
B. По сравнению с другими изоляционными материалами процесс производства более сложен, эффективность производства низкая, напечатанные символы склонны к осыпанию, а потери велики, что делает стоимость производства относительно высокой.
В заключение следует отметить, что применение всех вышеперечисленных типов изоляционных материалов, особенно высокотемпературных специальных изоляционных материалов с температурной стойкостью свыше 105°C, в Китае всё ещё находится в переходном периоде. Как в производстве проводов, так и в производстве жгутов, существует не только отработанный процесс, но и рациональное понимание преимуществ и недостатков этого типа проводов.
Время публикации: 27 мая 2025 г.