(1)Изоляционный материал из сшитого малодымного и безгалогенового полиэтилена (XLPE):
Изоляционный материал из сшитого полиэтилена (СПЭ) производится путём компаундирования полиэтилена (ПЭ) и этиленвинилацетата (ЭВА) в качестве базовой матрицы с различными добавками, такими как безгалогеновые антипирены, смазочные вещества, антиоксиданты и т. д., посредством процесса компаундирования и гранулирования. После облучения ПЭ преобразуется из линейной молекулярной структуры в трёхмерную, превращаясь из термопластичного материала в нерастворимый термореактивный пластик.
Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена имеют ряд преимуществ по сравнению с обычным термопластичным полиэтиленом:
1. Повышенная стойкость к термической деформации, улучшенные механические свойства при высоких температурах, а также улучшенная стойкость к растрескиванию под воздействием окружающей среды и термическому старению.
2. Повышенная химическая стабильность и стойкость к растворителям, сниженная хладотекучесть и сохранение электрических свойств. Длительная рабочая температура может достигать 125–150 °C. После сшивания температура короткого замыкания полиэтилена может быть повышена до 250 °C, что позволяет значительно увеличить допустимую нагрузку по току для кабелей той же толщины.
3. Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена также обладают превосходными механическими, водонепроницаемыми и радиационно-стойкими свойствами, что делает их пригодными для различных применений, таких как внутренняя проводка в электроприборах, провода двигателей, провода освещения, автомобильные низковольтные сигнальные провода управления, провода локомотивов, кабели метрополитена, экологически чистые шахтерские кабели, судовые кабели, кабели класса 1E для атомных электростанций, кабели погружных насосов и кабели для передачи электроэнергии.
Текущие направления разработки изоляционных материалов из сшитого полиэтилена включают изоляционные материалы для силовых кабелей из сшитого под действием облучения полиэтилена, изоляционные материалы для воздушных линий из сшитого под действием облучения полиэтилена и огнестойкие материалы для оболочки из сшитого под действием облучения полиолефина.
(2)Изоляционный материал из сшитого полипропилена (XL-PP):
Полипропилен (ПП), будучи распространённым пластиком, обладает такими характеристиками, как лёгкость, доступность сырья, экономичность, отличная стойкость к химической коррозии, простота формования и пригодность к вторичной переработке. Однако он имеет ряд ограничений, таких как низкая прочность, низкая термостойкость, значительная усадочная деформация, низкое сопротивление ползучести, низкотемпературная хрупкость и низкая стойкость к тепловому и кислородному старению. Эти ограничения ограничивают его применение в кабельной промышленности. Исследователи работают над модификацией полипропиленовых материалов для улучшения их общих характеристик, и радиационно-сшитый модифицированный полипропилен (XL-PP) успешно преодолевает эти ограничения.
Провода с изоляцией XL-PP соответствуют требованиям испытаний на огнестойкость UL VW-1 и стандартам UL для проводов с температурой 150 °C. В кабельной промышленности ЭВА часто смешивают с полиэтиленом, ПВХ, полипропиленом и другими материалами для регулирования характеристик изоляционного слоя кабеля.
Одним из недостатков сшитого облучением полипропилена является то, что он включает в себя конкурентную реакцию между образованием ненасыщенных концевых групп посредством реакций деградации и реакций сшивания между стимулированными молекулами и свободными радикалами крупных молекул. Исследования показали, что соотношение реакций деградации к реакциям сшивания при сшивании ПП под действием облучения составляет приблизительно 0,8 при использовании гамма-облучения. Для достижения эффективных реакций сшивания в ПП необходимо добавлять промоторы сшивания для сшивания под действием облучения. Кроме того, эффективная толщина сшивки ограничена проникающей способностью электронных пучков во время облучения. Облучение приводит к образованию газа и вспениванию, что выгодно для сшивания тонких изделий, но ограничивает использование толстостенных кабелей.
(3) Изоляционный материал на основе сшитого сополимера этилена и винилацетата (XL-EVA):
В связи с растущим спросом на безопасность кабелей, разработка огнестойких сшитых кабелей без содержания галогенов стремительно развивается. По сравнению с полиэтиленом (ПЭ), ЭВА, в молекулярную цепь которого введены мономеры винилацетата, обладает меньшей кристалличностью, что обеспечивает повышенную гибкость, ударопрочность, совместимость с наполнителями и термосвариваемость. В целом, свойства смолы ЭВА зависят от содержания мономеров винилацетата в молекулярной цепи. Более высокое содержание винилацетата обеспечивает повышенную прозрачность, гибкость и прочность. Смола ЭВА обладает превосходной совместимостью с наполнителями и способностью к сшиванию, что делает её всё более популярной в производстве огнестойких сшитых кабелей без содержания галогенов.
ЭВА-смола с содержанием винилацетата примерно от 12% до 24% обычно используется для изоляции проводов и кабелей. В реальных кабельных системах ЭВА часто смешивают с полиэтиленом, ПВХ, полипропиленом и другими материалами для регулирования характеристик изоляционного слоя кабеля. Компоненты ЭВА могут способствовать сшивке, улучшая эксплуатационные характеристики кабеля после сшивки.
(4) Изоляционный материал на основе сшитого этилен-пропилен-диенового мономера (XL-EPDM):
XL-EPDM — это тройной сополимер, состоящий из этилена, пропилена и несопряженных диеновых мономеров, сшитых под действием облучения. Кабели XL-EPDM сочетают в себе преимущества кабелей с полиолефиновой изоляцией и обычных кабелей с резиновой изоляцией:
1. Гибкость, упругость, отсутствие адгезии при высоких температурах, длительная устойчивость к старению и устойчивость к суровым климатическим условиям (от -60°C до 125°C).
2. Озоностойкость, стойкость к ультрафиолетовому излучению, электроизоляционные свойства и стойкость к химической коррозии.
3. Стойкость к воздействию масел и растворителей сопоставима с стойкостью к воздействию хлоропренового каучука общего назначения. Материал может быть изготовлен на обычном оборудовании для горячей экструзии, что делает его экономически эффективным.
Кабели с изоляцией XL-EPDM имеют широкий спектр применения, включая, помимо прочего, низковольтные силовые кабели, судовые кабели, автомобильные кабели зажигания, кабели управления для холодильных компрессоров, горнодобывающие мобильные кабели, буровое оборудование и медицинские приборы.
Основными недостатками кабелей XL-EPDM являются низкая прочность на разрыв, а также слабые адгезионные и самоклеящиеся свойства, что может повлиять на последующую переработку.
(5) Изоляционный материал из силиконовой резины
Силиконовая резина обладает гибкостью и превосходной стойкостью к озону, коронному разряду и пламени, что делает её идеальным материалом для электроизоляции. В электротехнической промышленности она в основном применяется для производства проводов и кабелей. Провода и кабели из силиконовой резины особенно хорошо подходят для использования в условиях высоких температур и сложных условиях, обладая значительно более длительным сроком службы по сравнению со стандартными кабелями. К распространенным областям применения относятся высокотемпературные двигатели, трансформаторы, генераторы, электронное и электрическое оборудование, кабели зажигания транспортных средств, а также морские силовые и управляющие кабели.
В настоящее время кабели с изоляцией из силиконовой резины обычно сшиваются либо горячим воздухом под атмосферным давлением, либо паром высокого давления. Также ведутся исследования использования электронно-лучевого облучения для сшивания силиконовой резины, хотя этот метод пока не получил широкого распространения в кабельной промышленности. Благодаря последним достижениям в технологии сшивания облучением, он представляет собой более экономичную, эффективную и экологически безопасную альтернативу изоляционным материалам из силиконовой резины. С помощью электронно-лучевого облучения или других источников излучения можно добиться эффективного сшивания изоляции из силиконовой резины, позволяя контролировать глубину и степень сшивания в соответствии с конкретными требованиями.
Таким образом, применение технологии радиационной сшивки для изоляционных материалов из силиконовой резины имеет значительные перспективы в кабельной промышленности. Ожидается, что эта технология позволит снизить производственные затраты, повысить эффективность производства и снизить негативное воздействие на окружающую среду. Дальнейшие исследования и разработки могут способствовать дальнейшему развитию технологии радиационной сшивки для изоляционных материалов из силиконовой резины, что сделает их более широко применимыми для производства высокотемпературных и высокопроизводительных проводов и кабелей в электротехнической промышленности. Это позволит обеспечить более надежные и долговечные решения для различных областей применения.
Время публикации: 28 сентября 2023 г.