Дроти та кабелі, що слугують основними носіями енергії для передачі енергії та передачі інформації, мають характеристики, які безпосередньо залежать від процесів ізоляції та покриття оболонкою. Зі зростанням сучасних вимог галузі до характеристик кабелів, чотири основні процеси – екструзія, поздовжнє обгортання, спіральне обгортання та нанесення покриття зануренням – демонструють унікальні переваги в різних сценаріях. У цій статті детально розглядається вибір матеріалу, технологічний процес та сценарії застосування кожного процесу, надаючи теоретичну основу для проектування та вибору кабелів.
1 Процес екструзії
1.1 Матеріальні системи
У процесі екструзії переважно використовуються термопластичні або термореактивні полімерні матеріали:
① Полівінілхлорид (ПВХ): Низька вартість, легка обробка, підходить для звичайних низьковольтних кабелів (наприклад, кабелів стандарту UL 1061), але має низьку термостійкість (тривала температура використання ≤70°C).
②Зшитий поліетилен (XLPE)Завдяки зшиванню пероксидом або опроміненням, допустима температура підвищується до 90°C (стандарт IEC 60502), використовується для силових кабелів середньої та високої напруги.
③ Термопластичний поліуретан (ТПУ): стійкість до стирання відповідає стандарту ISO 4649, клас A, використовується для тросів ланцюгів для роботів.
④ Фторопласти (наприклад, FEP): стійкість до високих температур (200°C) та хімічної корозії, що відповідає вимогам MIL-W-22759 для аерокосмічних кабелів.
1.2 Характеристики процесу
Використовує шнековий екструдер для досягнення безперервного покриття:
① Контроль температури: XLPE потребує триступеневого контролю температури (зона подачі 120°C → зона стиснення 150°C → зона гомогенізації 180°C).
② Контроль товщини: Ексцентриситет має бути ≤5% (як зазначено в GB/T 2951.11).
③ Спосіб охолодження: Градієнтне охолодження у водяному жолобі для запобігання кристалізаційному розтріскуванню від напруги.
1.3 Сценарії застосування
① Передача електроенергії: кабелі з ізоляцією XLPE на напругу 35 кВ і нижче (GB/T 12706).
② Автомобільні джгути проводів: Тонкостінна ПВХ ізоляція (стандарт ISO 6722 товщиною 0,13 мм).
③ Спеціальні кабелі: коаксіальні кабелі з ізоляцією з PTFE (ASTM D3307).
2 Процес поздовжнього обгортання
2.1 Вибір матеріалу
① Металеві смужки: 0,15 ммоцинкована сталева стрічка(вимоги GB/T 2952), алюмінієва стрічка з пластиковим покриттям (структура Al/PET/Al).
② Водоблокувальні матеріали: Водоблокувальна стрічка з термоклейким покриттям (коефіцієнт набухання ≥500%).
③ Зварювальні матеріали: алюмінієвий зварювальний дріт ER5356 для аргонодугового зварювання (стандарт AWS A5.10).
2.2 Ключові технології
Процес поздовжнього обгортання включає три основні етапи:
① Формування смуг: Згинання плоских смуг у U-подібну форму → O-подібну форму шляхом багатоступеневого прокату.
② Безперервне зварювання: високочастотне індукційне зварювання (частота 400 кГц, швидкість 20 м/хв).
③ Онлайн-перевірка: Іскровий тестер (випробувальна напруга 9 кВ/мм2).
2.3 Типові застосування
① Підводні кабелі: двошарова поздовжня обмотка сталевою стрічкою (стандартна механічна міцність згідно з IEC 60840 ≥400 Н/мм²).
② Гірничодобувні кабелі: гофрована алюмінієва оболонка (міцність на стиск MT 818.14 ≥20 МПа).
③ Комунікаційні кабелі: алюмінієво-пластиковий композитний поздовжній екран (втрати передачі ≤0,1 дБ/м при 1 ГГц).
3. Процес спірального обгортання
3.1 Комбінації матеріалів
① Слюдяна стрічка: вміст мусковіту ≥95% (GB/T 5019.6), температура вогнестійкості 1000°C/90 хв.
② Напівпровідникова стрічка: вміст сажі 30%～40% (об'ємний питомий опір 10²～10³ Ом·см).
③ Композитні стрічки: поліефірна плівка + неткане полотно (товщина 0,05 мм ± 0,005 мм).
3.2 Параметри процесу
① Кут обгортання: 25°～55° (менший кут забезпечує кращу стійкість до вигину).
② Коефіцієнт перекриття: 50%～70% (для вогнестійких кабелів потрібне 100% перекриття).
③ Контроль натягу: 0,5～2 Н/мм² (керування серводвигуном із замкнутим контуром).
3.3 Інноваційні застосування
① Кабелі для ядерної енергетики: тришарова обмотка слюдяною стрічкою (відповідає стандарту IEEE 383 для випробувань LOCA).
② Надпровідні кабелі: Напівпровідникова водонепроникна стрічка (критичний коефіцієнт утримання струму ≥98%).
③ Високочастотні кабелі: обгортка з PTFE-плівки (діелектрична проникність 2,1 при 1 МГц).
4 Процес нанесення покриття зануренням
4.1 Системи покриттів
① Асфальтові покриття: проникнення 60～80 (0,1 мм) за температури 25°C (GB/T 4507).
② Поліуретан: Двокомпонентна система (NCO∶OH = 1,1∶1), адгезія ≥3B (ASTM D3359).
③ Нанопокриття: модифікована епоксидна смола SiO₂ (випробування в сольовому тумані >1000 год).
4.2 Удосконалення процесів
① Вакуумне просочення: Тиск 0,08 МПа підтримувався протягом 30 хвилин (швидкість заповнення пор >95%).
② УФ-затвердіння: довжина хвилі 365 нм, інтенсивність 800 мДж/см².
③ Градієнтне сушіння: 40°C × 2 год → 80°C × 4 год → 120°C × 1 год.
4.3 Спеціальні застосування
① Повітряні провідники: антикорозійне покриття, модифіковане графеном (щільність сольових відкладень зменшена на 70%).
② Корабельні кабелі: Самовідновлювальне полісечовинне покриття (час загоєння тріщин <24 год).
③ Підземні кабелі: Напівпровідникове покриття (опір заземлення ≤5 Ом·км).
5 Висновок
З розвитком нових матеріалів та інтелектуального обладнання, процеси покриття розвиваються в напрямку композитизації та цифровізації. Наприклад, комбінована технологія екструзії та поздовжнього обгортання дозволяє інтегроване виробництво тришарової коекструзії + алюмінієвої оболонки, а кабелі зв'язку 5G використовують нанопокриття + композитну ізоляцію з обгортання. Майбутні інновації в процесах повинні знайти оптимальний баланс між контролем витрат та підвищенням продуктивності, що сприятиме високоякісному розвитку кабельної промисловості.
Час публікації: 31 грудня 2025 р.