Характеристики ізоляційних матеріалів безпосередньо впливають на якість, ефективність обробки та сферу застосування проводів і кабелів. Характеристики ізоляційних матеріалів безпосередньо впливають на якість, ефективність обробки та сферу застосування проводів і кабелів.
1. Дроти та кабелі з полівінілхлориду ПВХ
Полівінілхлорид (далі –ПВХ) ізоляційні матеріали – це суміші, до яких до порошку ПВХ додаються стабілізатори, пластифікатори, антипірени, мастила та інші добавки. Відповідно до різних застосувань та вимог до характеристик проводів і кабелів, формула відповідно коригується. Після десятиліть виробництва та застосування технологія виробництва та обробки ПВХ стала дуже зрілою. Ізоляційний матеріал з ПВХ має дуже широке застосування в галузі проводів і кабелів і має свої власні відмінні характеристики:
A. Технологія виробництва є зрілою, легко формується та обробляється. Порівняно з іншими типами матеріалів для ізоляції кабелів, вона не тільки має низьку вартість, але й дозволяє ефективно контролювати різницю в кольорі, блиск, друк, ефективність обробки, м'якість та твердість поверхні дроту, адгезію провідника, а також механічні та фізичні властивості та електричні властивості самого дроту.
B. Він має чудові вогнестійкі властивості, тому дроти з ПВХ-ізоляцією можуть легко відповідати вимогам до вогнестійкості, передбаченим різними стандартами.
C. Щодо термостійкості, завдяки оптимізації та вдосконаленню формул матеріалів, наразі широко використовувані типи ПВХ-ізоляції включають переважно такі три категорії:
Що стосується номінальної напруги, то він зазвичай використовується для рівнів напруги 1000 В змінного струму і нижче, і може широко застосовуватися в таких галузях, як побутова техніка, прилади та лічильники, освітлення та мережевий зв'язок.
ПВХ також має деякі притаманні недоліки, які обмежують його застосування:
A. Через високий вміст хлору, під час горіння виділяється велика кількість густого диму, який може спричинити задуху, погіршити видимість, а також утворювати деякі канцерогени та газоподібний HCl, що завдає серйозної шкоди навколишньому середовищу. З розвитком технології виробництва ізоляційних матеріалів з низьким вмістом диму та нульовим вмістом галогенів, поступова заміна ПВХ-ізоляції стала неминучою тенденцією в розвитку кабелів.
B. Звичайна ПВХ-ізоляція має низьку стійкість до кислот і лугів, теплового масла та органічних розчинників. Згідно з хімічним принципом «подібне розчиняється в подібному», ПВХ-дроти дуже схильні до пошкоджень і розтріскування в зазначеному конкретному середовищі. Однак, завдяки чудовим технологічним характеристикам та низькій вартості, ПВХ-кабелі все ще широко використовуються в побутовій техніці, освітлювальних приладах, механічному обладнанні, приладах та лічильниках, мережевому зв'язку, електропроводці будівель та інших галузях.
2. Дроти та кабелі із зшитого поліетилену
Зшитий ПЕ (далі –XLPE) – це тип поліетилену, який за певних умов під дією високоенергетичних променів або зшиваючих агентів може переходити з лінійної молекулярної структури в тривимірну. Водночас він перетворюється з термопластичного на нерозчинний термореактивний пластик.
Наразі, при застосуванні ізоляції проводів та кабелів, існують переважно три методи зшивання:
A. Пероксидне зшивання: воно передбачає спочатку використання поліетиленової смоли в поєднанні з відповідними зшиваючими агентами та антиоксидантами, а потім додавання інших компонентів за потреби для отримання зшивних частинок поліетиленової суміші. Під час процесу екструзії зшивання відбувається за допомогою труб гарячої пари.
B. Зшивання силану (зшивання в теплій воді): це також метод хімічного зшивання. Його основний механізм полягає у зшиванні органосилоксану та поліетилену за певних умов,
а ступінь зшивання зазвичай може досягати близько 60%.
C. Опромінення зшивання: воно використовує високоенергетичні промені, такі як R-промені, альфа-промені та електронні промені, для активації атомів вуглецю в макромолекулах поліетилену та утворення зшивання. Високоенергетичні промені, що зазвичай використовуються в дротах і кабелях, - це електронні промені, що генеруються прискорювачами електронів. Оскільки це зшивання залежить від фізичної енергії, воно належить до фізичного зшивання.
Вищезазначені три різні методи зшивання мають різні характеристики та застосування:
Порівняно з термопластичним поліетиленом (ПВХ), ізоляція з XLPE має такі переваги:
A. Це покращило стійкість до теплової деформації, покращило механічні властивості за високих температур та покращило стійкість до розтріскування під впливом навколишнього середовища та теплового старіння.
B. Він має підвищену хімічну стабільність та стійкість до розчинників, знижує текучість при низьких температурах та в основному зберігає початкові електричні характеристики. Тривала робоча температура може досягати 125℃ та 150℃. Дріт та кабель з ізоляцією із зшитого поліетилену також покращують стійкість до короткого замикання, а короткочасна температурна стійкість може досягати 250℃. Для проводів та кабелів однакової товщини струмопровідна здатність зшитого поліетилену значно вища.
C. Він має чудові механічні, водонепроникні та радіаційно стійкі властивості, тому широко використовується в різних галузях. Наприклад: дроти внутрішнього з'єднання для електроприладів, дроти для двигунів, дроти для освітлення, низьковольтні дроти керування сигналами для автомобілів, дроти для локомотивів, дроти та кабелі для метро, кабелі для захисту навколишнього середовища для шахт, морські кабелі, кабелі для прокладання атомних електростанцій, високовольтні дроти для телебачення, високовольтні дроти для рентгенівського випромінювання, дроти та кабелі для передачі електроенергії тощо.
Проводи та кабелі з ізоляцією з зшитого поліетилену (XPE) мають значні переваги, але також мають деякі притаманні недоліки, які обмежують їх застосування:
A. Погана термостійка адгезія. Під час обробки та використання проводів за температури, що перевищує їх номінальну, вони легко злипаються. У важких випадках це може призвести до пошкодження ізоляції та короткого замикання.
B. Поганий опір теплопровідності. За температур понад 200℃ ізоляція проводів стає надзвичайно м’якою. Під впливом зовнішньої сили, стискання або зіткнення, вона схильна до перерізання проводів та короткого замикання.
C. Важко контролювати різницю в кольорі між партіями. Під час обробки можуть виникати такі проблеми, як подряпини, побіління та відшаровування друкованих символів.
D. Ізоляція з XLPE з температуростійкістю 150℃ повністю не містить галогенів і може пройти випробування на горіння VW-1 відповідно до стандартів UL1581, зберігаючи при цьому відмінні механічні та електричні властивості. Однак, у виробничій технології все ще існують певні вузькі місця, а вартість є високою.
3. Дроти та кабелі з силіконової гуми
Молекули полімерів силіконового каучуку являють собою ланцюгові структури, утворені зв'язками SI-O (кремній-кисень). Енергія зв'язку SI-O становить 443,5 кДж/моль, що значно вище за енергію зв'язку CC (355 кДж/моль). Більшість дротів та кабелів із силіконового каучуку виготовляються методами холодної екструзії та вулканізації за високих температур. Серед різноманітних дротів та кабелів із синтетичного каучуку, завдяки своїй унікальній молекулярній структурі, силіконовий каучук має кращі характеристики порівняно з іншими звичайними каучуками.
A. Він надзвичайно м'який, має добру еластичність, не має запаху та нетоксичний, не боїться високих температур і може витримувати сильний холод. Робочий діапазон температур становить від -90 до 300℃. Силіконова гума має набагато кращу термостійкість, ніж звичайна гума. Її можна використовувати безперервно при 200℃ та протягом певного часу при 350℃.
B. Відмінна стійкість до погодних умов. Навіть після тривалого впливу ультрафіолетових променів та інших кліматичних умов його фізичні властивості зазнали лише незначних змін.
C. Силіконова гума має дуже високий питомий опір, і її опір залишається стабільним у широкому діапазоні температур і частот.
Тим часом, силіконова гума має чудову стійкість до високовольтного коронного розряду та дугового розряду. Проводи та кабелі з силіконовою гумовою ізоляцією мають вищезазначені переваги та широко використовуються в проводах високовольтних пристроїв для телевізорів, стійких до високих температур проводах для мікрохвильових печей, проводах для індукційних плит, проводах для кавоварок, проводах для ламп, ультрафіолетового обладнання, галогенних ламп, проводах внутрішнього з'єднання для духовок та вентиляторів, особливо в галузі дрібної побутової техніки.
Однак деякі його власні недоліки також обмежують його ширше застосування. Наприклад:
A. Погана стійкість до розриву. Під час обробки або використання він схильний до пошкоджень через зовнішнє стискання, подряпини та шліфування, що може спричинити коротке замикання. Поточний захисний захід полягає у додаванні шару скловолокна або високотемпературного поліефірного волокна, обплетеного зовні силіконовою ізоляцією. Однак під час обробки все ще необхідно максимально уникати травм, спричинених зовнішнім стисканням.
B. Вулканізуючий агент, який зараз в основному використовується у вулканізаційному лиття, є подвійним, двома, чотирма. Цей вулканізуючий агент містить хлор. Повністю безгалогенні вулканізуючі агенти (такі як платиновий вулканізуючий агент) мають суворі вимоги до температури виробничого середовища та є дорогими. Тому під час обробки джгутів проводів слід враховувати наступне: тиск притискного колеса не повинен бути занадто високим. Найкраще використовувати гумовий матеріал, щоб запобігти розтріскуванню під час виробничого процесу, що може призвести до низької стійкості до тиску.
4. Дріт з зшитого етиленпропілендієнового мономеру (EPDM) гуми (XLEPDM)
Зшитий етиленпропілендієновий мономер (EPDM) каучук – це терполімер етилену, пропілену та неспряженого дієну, який зшивається хімічними або опромінювальними методами. Зшитий EPDM гумовий ізольований дріт поєднує в собі переваги як поліолефінового ізольованого дроту, так і звичайного гумового ізольованого дроту:
A. М'який, гнучкий, еластичний, не прилипає до високих температур, має тривалу стійкість до старіння та стійкий до суворих погодних умов (від -60 до 125 ℃).
B. Стійкість до озону, стійкість до ультрафіолетового випромінювання, стійкість до електроізоляції та хімічна корозійна стійкість.
C. Стійкість до олії та розчинників порівнянна зі стійкістю хлоропренової гумової ізоляції загального призначення. Вона обробляється за допомогою звичайного обладнання для гарячої екструзії та використовується опромінення зшиванням, що є простим в обробці та низькою вартістю. Зшиті дроти з гумовою ізоляцією з мономеру етиленпропілендієну (EPDM) мають вищезгадані численні переваги та широко використовуються в таких галузях, як дроти холодильних компресорів, водонепроникні дроти двигунів, дроти трансформаторів, мобільні кабелі в шахтах, буріння, автомобілі, медичні прилади, судна та загальна внутрішня проводка електроприладів.
Основні недоліки проводів XLEPDM:
A. Як і дроти з XLPE та ПВХ, він має відносно низьку стійкість до розриву.
B. Погана адгезія та самоклейкість впливають на подальшу оброблюваність.
5. Фторопластикові дроти та кабелі
Порівняно зі звичайними поліетиленовими та полівінілхлоридними кабелями, фторопластові кабелі мають такі важливі характеристики:
A. Фторопластики, стійкі до високих температур, мають надзвичайну термостабільність, що дозволяє їм адаптуватися до високотемпературного середовища від 150 до 250 градусів Цельсія. За умови використання провідників з однаковою площею поперечного перерізу, фторопластові кабелі можуть пропускати більший допустимий струм, тим самим значно розширюючи діапазон застосування цього типу ізольованого дроту. Завдяки цій унікальній властивості, фторопластові кабелі часто використовуються для внутрішньої проводки та підвідних проводів у літаках, кораблях, високотемпературних печах та електронному обладнанні.
B. Добра вогнестійкість: Фторопласти мають високий кисневий індекс, і під час горіння дальність поширення полум'я невелика, що призводить до утворення менше диму. Дріт, виготовлений з нього, підходить для інструментів та місць із суворими вимогами до вогнестійкості. Наприклад: комп'ютерні мережі, метро, транспортні засоби, висотні будівлі та інші громадські місця тощо. Після виникнення пожежі люди мають деякий час для евакуації, не будучи збитими густим димом, що дозволяє їм виграти дорогоцінний час для рятування.
C. Відмінні електричні характеристики: Порівняно з поліетиленом, фторопласти мають нижчу діелектричну проникність. Тому, порівняно з коаксіальними кабелями аналогічної структури, фторопластові кабелі мають менше затухання та більше підходять для передачі високочастотних сигналів. Сьогодні зростання частоти використання кабелів стало тенденцією. Тим часом, завдяки високій термостійкості фторопластів, вони зазвичай використовуються як внутрішня проводка для передавального та комунікаційного обладнання, перемички між бездротовими передавальними фідерами та передавачами, а також відео- та аудіокабелі. Крім того, фторопластові кабелі мають добру діелектричну міцність та опір ізоляції, що робить їх придатними для використання як контрольні кабелі для важливих приладів та вимірювальних приладів.
D. Ідеальні механічні та хімічні властивості: Фторопласти мають високу енергію хімічного зв'язку, високу стабільність, майже не піддаються змінам температури, мають чудову стійкість до старіння та механічну міцність. Також вони не піддаються впливу різних кислот, лугів та органічних розчинників. Тому вони підходять для середовищ зі значними кліматичними змінами та агресивними умовами, таких як нафтохімічна промисловість, нафтопереробка та керування приладами для нафтових свердловин.
E. Полегшує зварювальні з'єднання. В електронних приладах багато з'єднань виконується зварюванням. Через низьку температуру плавлення загальних пластмас, вони легко плавляться за високих температур, що вимагає професійних навичок зварювання. Крім того, деякі точки зварювання потребують певного часу зварювання, що також є причиною популярності фторопластових кабелів. Наприклад, у внутрішній проводці комунікаційного обладнання та електронних приладів.
Звичайно, фторопласти все ж мають деякі недоліки, що обмежують їх використання:
A. Ціна на сировину висока. Наразі вітчизняне виробництво все ще переважно залежить від імпорту (Daikin з Японії та DuPont зі США). Хоча вітчизняні фторопласти швидко розвивалися в останні роки, їх виробництво все ще є однотипним. Порівняно з імпортними матеріалами, все ще існує певна різниця в термостійкості та інших комплексних властивостях матеріалів.
B. Порівняно з іншими ізоляційними матеріалами, виробничий процес складніший, ефективність виробництва низька, друковані символи схильні до відшаровування, а втрати великі, що робить собівартість виробництва відносно високою.
На завершення, застосування всіх вищезгаданих типів ізоляційних матеріалів, особливо спеціальних високотемпературних ізоляційних матеріалів з термостійкістю понад 105 ℃, у Китаї все ще перебуває на перехідному етапі. Чи то виробництво дроту, чи то обробка джгутів, існує не лише зрілий процес, але й процес раціонального розуміння переваг і недоліків цього типу дроту.
Час публікації: 27 травня 2025 р.