Провода и кабели, являющиеся основными носителями энергии и информации, обладают характеристиками, напрямую зависящими от процессов изоляции и покрытия оболочки. В условиях разнообразия требований современной промышленности к характеристикам кабелей, четыре основных процесса — экструзия, продольная обмотка, спиральная обмотка и погружное нанесение покрытия — демонстрируют уникальные преимущества в различных сценариях. В данной статье подробно рассматриваются выбор материалов, технологический процесс и сценарии применения каждого из этих процессов, что обеспечивает теоретическую основу для проектирования и выбора кабелей.
1. Процесс экструзии
1.1 Материальные системы
В процессе экструзии в основном используются термопластичные или термореактивные полимерные материалы:
① Поливинилхлорид (ПВХ): Недорогой, простой в обработке, подходит для обычных низковольтных кабелей (например, кабелей стандарта UL 1061), но обладает низкой термостойкостью (температура длительного использования ≤70°C).
②Сшитый полиэтилен (XLPE)Благодаря сшиванию перекисью или облучению, температурный диапазон повышается до 90°C (стандарт IEC 60502), что используется для силовых кабелей среднего и высокого напряжения.
③ Термопластичный полиуретан (ТПУ): Износостойкость соответствует стандарту ISO 4649 класса А, используется для тросов цепей роботов.
④ Фторпластики (например, FEP): высокая термостойкость (200°C) и стойкость к химической коррозии, соответствуют требованиям MIL-W-22759 для аэрокосмических кабелей.
1.2 Характеристики процесса
Для обеспечения непрерывного нанесения покрытия используется шнековый экструдер:
① Контроль температуры: Для производства XLPE требуется трехступенчатый контроль температуры (зона подачи 120 °C → зона сжатия 150 °C → зона гомогенизации 180 °C).
② Контроль толщины: эксцентриситет должен быть ≤5% (как указано в GB/T 2951.11).
③ Метод охлаждения: Градиентное охлаждение в водяном желобе для предотвращения образования кристаллических трещин под воздействием напряжения.
1.3 Сценарии применения
① Передача электроэнергии: кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE) напряжением 35 кВ и ниже (GB/T 12706).
② Автомобильные жгуты проводов: тонкостенная ПВХ-изоляция (стандарт ISO 6722, толщина 0,13 мм).
③ Специальные кабели: коаксиальные кабели с изоляцией из ПТФЭ (ASTM D3307).
2. Процесс продольной упаковки
2.1 Выбор материалов
① Металлические полоски: 0,15 ммоцинкованная стальная лента(Требования GB/T 2952), алюминиевая лента с пластиковым покрытием (структура Al/PET/Al).
② Водоотталкивающие материалы: Водоотталкивающая лента с покрытием из термоплавкого клея (степень набухания ≥500%).
③ Сварочные материалы: алюминиевая сварочная проволока ER5356 для аргонодуговой сварки (стандарт AWS A5.10).
2.2 Ключевые технологии
Процесс продольной обмотки включает три основных этапа:
① Формирование полосы: Изгибание плоских полос в U-образную → O-образную форму посредством многоступенчатой прокатки.
② Непрерывная сварка: высокочастотная индукционная сварка (частота 400 кГц, скорость 20 м/мин).
③ Онлайн-проверка: искровой тестер (испытательное напряжение 9 кВ/мм).
2.3 Типичные области применения
① Подводные кабели: двухслойная продольная обмотка из стальной полосы (механическая прочность по стандарту IEC 60840 ≥400 Н/мм²).
② Горнодобывающие кабели: Гофрированная алюминиевая оболочка (прочность на сжатие MT 818.14 ≥20 МПа).
③ Коммуникационные кабели: Алюминиево-пластиковый композитный продольный экранирующий кабель (потери при передаче ≤0,1 дБ/м на частоте 1 ГГц).
3. Процесс спиральной обмотки
3.1 Комбинации материалов
① Слюдяная лента: содержание мусковита ≥95% (GB/T 5019.6), температура огнестойкости 1000°C/90 мин.
② Полупроводниковая лента: содержание сажи 30%–40% (объемное удельное сопротивление 10²–10³ Ом·см).
③ Композитные ленты: полиэфирная пленка + нетканый материал (толщина 0,05 мм ±0,005 мм).
3.2 Параметры процесса
① Угол обмотки: 25°–55° (меньший угол обеспечивает лучшее сопротивление изгибу).
② Коэффициент перекрытия: 50%–70% (для огнестойких кабелей требуется 100% перекрытие).
③ Регулировка натяжения: 0,5–2 Н/мм² (управление с обратной связью с помощью сервомотора).
3.3 Инновационные приложения
① Атомные силовые кабели: трехслойная обмотка из слюдяной ленты (соответствует стандарту IEEE 383 по испытаниям на падение тепловых потоков).
② Сверхпроводящие кабели: обмотка из полупроводниковой водонепроницаемой ленты (критическая степень сохранения тока ≥98%).
③ Высокочастотные кабели: обмотка из ПТФЭ-пленки (диэлектрическая постоянная 2,1 при 1 МГц).
4. Процесс нанесения покрытия методом погружения.
4.1 Системы покрытий
① Асфальтовые покрытия: глубина проникновения 60–80 (0,1 мм) при 25°C (GB/T 4507).
② Полиуретан: двухкомпонентная система (NCO∶OH = 1,1∶1), адгезия ≥3B (ASTM D3359).
③ Нанопокрытия: модифицированная SiO₂ эпоксидная смола (испытание солевым туманом >1000 ч).
4.2 Улучшение процессов
① Вакуумная пропитка: давление 0,08 МПа поддерживается в течение 30 мин (степень заполнения пор >95%).
② УФ-отверждение: длина волны 365 нм, интенсивность 800 мДж/см².
③ Градиентная сушка: 40°C × 2 ч → 80°C × 4 ч → 120°C × 1 ч.
4.3 Специальные приложения
① Воздушные проводники: антикоррозионное покрытие, модифицированное графеном (плотность солевых отложений снижена на 70%).
② Судовые кабели: Самовосстанавливающееся полиуретановое покрытие (время заживления трещин <24 ч).
③ Подземные кабели: полупроводниковое покрытие (сопротивление заземления ≤5 Ом·км).
5. Заключение
Благодаря разработке новых материалов и интеллектуального оборудования, процессы нанесения покрытий развиваются в направлении композитизации и цифровизации. Например, комбинированная технология экструзии и продольной обмотки позволяет осуществлять интегрированное производство трехслойных соэкструзионно-алюминиевых оболочек, а в кабелях связи 5G используется композитная изоляция с нанопокрытием и обмоткой. Будущие инновации в процессах должны найти оптимальный баланс между контролем затрат и повышением производительности, что будет способствовать высококачественному развитию кабельной промышленности.
Дата публикации: 31 декабря 2025 г.