Провід і кабелі, виготовлені методом опромінення, мають термостійкість, зносостійкість, корозійну стійкість, високу міцність на розрив і стійкість до заліза. Порівняно з іншими методами зшивання, вони мають кращі ізоляційні характеристики та не погіршуються каталізаторами, що не прореагували, що може покращити електричні характеристики, стійкість до термічного старіння та стабільність матеріалу. Радіаційне зшивання є ідеальним процесом і методом виробництва для різноманітних гнучких проводів, кабелів для електрообладнання, стійких до високих-температур і вогнестійких-дротів і кабелів.
Ізоляційний матеріал більшості кабелів повинен мати не тільки високий опір ізоляції, міцність напруги або низькі діелектричні втрати, але й хороші фізико-механічні властивості, такі як міцність на розтягування, стійкість до вигину, стійкість до вібрації, стійкість до кручення тощо. Ізоляційні матеріали для опромінених поперечно{1}}зв’язаних кабелів переважно включають полівінілхлорид, фторопласт, поперечно-зшитий поліетилен, поліпропілен та поперечно-зшита гума EPDM.
1, ізоляційний матеріал, що містить галоген
(1) Ізоляційний матеріал з полівінілхлориду (ПВХ).
ПВХ-ізоляційний матеріал - це суміш пластифікаторів, стабілізаторів, антипіренів, мастил та інших добавок, доданих до порошку ПВХ за різними формулами. Після десятиліть виробництва та використання, виробництво ПВХ, коригування формули та технології обробки стали дуже зрілими для різних застосувань та характерних вимог кабелів. Завдяки відмінним характеристикам обробки та низькій вартості, кабелі з ПВХ-ізоляцією широко використовуються в побутових приладах, механічному обладнанні, мережевому зв’язку, будівельній електропроводці та інших сферах і мають значні робочі характеристики:
1. Зріла технологія виробництва, проста у формуванні та обробці. У порівнянні з іншими типами ізоляційних матеріалів кабелю, він не тільки має низьку вартість, але також може ефективно контролювати різницю кольору поверхні, оптичну тьмяність, друк, ефективність обробки, м’якість і твердість, адгезію провідників, механічні та фізичні властивості самого дроту та електричні властивості.
2. Він має чудові вогнезахисні властивості, тому дроти з ПВХ-ізоляцією можуть легко відповідати рівням вогнезахисних властивостей, зазначеним у різних стандартах.
3. З точки зору номінальної напруги, він зазвичай використовується для рівнів напруги 1000 В змінного струму та нижче.
ПВХ також має деякі властиві недоліки, які обмежують його використання, головним чином проявляються як:
Через високий вміст хлору під час горіння буде виділятися велика кількість густого диму, який може спричинити задуху, вплинути на видимість та виробити деякі канцерогени та газ HC1, що становить серйозну загрозу для навколишнього середовища. З розвитком технології виробництва ізоляційних матеріалів із низьким вмістом диму та безгалогенних-матеріалів поступова заміна традиційної ПВХ-ізоляції стала неминучою тенденцією у розвитку кабелів.
2. Звичайна ПВХ-ізоляція має низьку стійкість до кислот і лугів, тепла та масел, а також органічних розчинників. Відповідно до хімічного принципу подібної розчинності дріт з ПВХ схильний до пошкоджень і розтріскування в певному середовищі.
Загалом це досягається оптимізацією та вдосконаленням формули матеріалу, перехресним -зв’язуванням через опромінення та перетворенням звичайного термопластичного ПВХ на нерозчинний термореактивний пластик, що робить його молекулярну структуру більш стабільною та покращує механічну міцність ізоляції. Температуру короткого-замикання можна збільшити до 250 градусів.
Коли ПВХ опромінюється, він розкладається, коли доза опромінення занадто висока. Чисті молекули ПВХ зазнають радіаційного зшивання, але важко отримати цінні матеріали через дегідрохлорування, реакції розриву зв’язків і знебарвлення. Додавання сенсибілізаторів із багато-функціональними ненасиченими мономерами може зменшити розрив зв’язків і зміну кольору молекулярних ланцюгів ПВХ, роблячи значний внесок у формування зшитої мережі.
У присутності багатофункціональних мономерів, таких як TMPTM і TMPTA, продуктивність ПВХ була значно покращена після опромінення в дозі, нижчій за 10 кГр, і його можна використовувати як ізоляційний матеріал і різноманітні трубні фітинги (наприклад, для виготовлення вогнезахисного кабелю з термостійкістю 105 градусів). За тієї самої дози випромінювання вміст гелю в системі з сенсибілізатором на 5%~10% вище, ніж у системі без сенсибілізатора; Щоб досягти такого ж вмісту гелю, системі, що додає сенсибілізатор, потрібна невелика доза радіації. Додавання сенсибілізатора може знизити дозу опромінення більш ніж на 50% при збільшенні вмісту гелю. Зменшення дози випромінювання може уникнути дефектів, викликаних підвищенням температури матеріалу, коли доза занадто висока. На даний момент напрямок розробки ізоляційних матеріалів із ПВХ в основному включає гнучкі -зшиті кабельні матеріали з ПВХ, прозорі кабельні матеріали та безсвинцеві кабельні матеріали з ПВХ.
(2) Фторопласт
Ізоляційні матеріали фторопластової серії широко використовуються в галузі кабелів із видатними характеристиками в різних аспектах, таких як PTFE, ETFE, PVDF тощо. Серед них PTFE може працювати в середовищі 200 градусів протягом тривалого часу. Його легка вага, чудова стійкість до корозії та механічні властивості, а також видатні діелектричні властивості та стійкість до зношування роблять його широко використовуваним в авіаційній та аерокосмічній сферах.
Більшість фторопластів, особливо PTFE, зазвичай вважаються радіаційно розкладаними матеріалами. PTFE може розтріскуватися та генерувати мікропорошок PTFE за різних умов. Під вакуумом або опроміненням інертної атмосфери при температурі 330 градусів ~ 340 градусів, що вище, ніж температура плавлення PTFE, можна досягти зшивання PTFE. Радіаційна стійкість і зносостійкість зшитого PTFE матеріалів значно покращені, що точно компенсує дефекти незшитого PTFE матеріалів. Однак через те, що PTFE може зшиватися лише в розплавленому стані, застосування зшитого PTFE в кабелях обмежене.
Серед інших різновидів фторопласту ETFE і PVDF мають гарну радіаційну стійкість, але температура їх використання нижча, ніж у PTFB. Після зшивання опромінення температуру використання можна збільшити. Після перехресного -зшивання електронного променя рівень температури проводів ETFE можна підняти зі 150 градусів до 200 градусів, а інші чудові характеристики залишаються незмінними. Дроти з ізоляцією XL-ETFE є одним із двох найпоширеніших типів проводів сьогодні в авіації.
XL-Ізоляційний провід ETFE виготовляється зі спеціального ізоляційного матеріалу ETFE, що зшивається, який екструдується в дріт і зшивається опроміненням електронним променем. Молекули ETFE містять етиленові структурні одиниці, тому вони мають тенденцію до зшивання під дією опромінення. Однак ступінь зшивання недостатній, і для сприяння зшиванню необхідно додати спеціальні сенсибілізатори зшивання. Крім того, на процес зшивання опромінення ETFE впливає атмосфера кисню, і ступінь зшивання є нестабільним. Використання радіаційного зшивання в атмосфері інертного газу при більш високих температурах є корисним для стабільності зшивання дроту.
У порівнянні зі звичайними поліетиленовими та поліетиленовими кабелями, фторопластові кабелі мають такі видатні переваги:
1. Стійкість до високих температур
Фторопласт має надзвичайну термічну стабільність, а фторопластові кабелі можуть адаптуватися до середовища з високою температурою від 150 до 250 градусів. Іншими словами, за однакових умов поперечного-перерізу провідника фторопластові кабелі можуть пропускати більші допустимі струми, що значно покращує діапазон використання цього типу ізольованого проводу. Завдяки своїм унікальним характеристикам фторопластові кабелі можна використовувати для внутрішньої електропроводки, свинцевих проводів тощо в літаках, кораблях, високо-температурних печах та електронних пристроях.
2. Хороша вогнестійкість
Фторопласт має високий кисневий індекс і, як правило, важко горить, з малим діапазоном поширення полум’я під час горіння. Провід з нього підходить для інструментів і місць з жорсткими вимогами до вогнестійкості. Наприклад, громадські місця, такі як комп’ютерні мережі, метро, транспортні засоби, літаки тощо. Після виникнення пожежі люди можуть мати певний час для безпечної евакуації та надання першої допомоги персоналу.
3. Відмінні електричні характеристики
У порівнянні з ПЕ фторопласт має меншу діелектричну проникність. Таким чином, у порівнянні з коаксіальними кабелями з подібною структурою, фторопластові кабелі мають менше загасання та більш придатні для високо-передачі сигналу. Збільшення частоти використання кабелю стало тенденцією в даний час, і через високу термостійкість фторопласту вони зазвичай використовуються як внутрішня проводка для передавального комунікаційного обладнання, перемички між фідерами бездротової передачі та передавачами, а також відео- та аудіокабелями. Крім того, фторопластові кабелі мають хорошу діелектричну міцність і опір ізоляції, що робить їх придатними для використання в якості кабелів управління для важливих приладів.
4. Відмінні механічні та хімічні властивості
Фторопласт має високу енергію хімічного зв'язку, високу стабільність і майже не піддається впливу температурних перепадів. Вони мають чудову стійкість до атмосферного старіння та механічну міцність; І не піддається впливу різноманітних кислот, лугів, органічних розчинників. Таким чином, він підходить для середовищ зі значною зміною клімату та корозійними властивостями, таких як нафтохімія, нафтопереробні заводи та прилади контролю нафтових свердловин.
5. Сприяє зварюванню та з'єднанню проводів
В електронних приладах багато з'єднань виконуються за допомогою методів зварювання. Через низьку температуру плавлення звичайних пластмас вони схильні до плавлення при високих температурах, що вимагає кваліфікованої техніки зварювання. Деякі точки зварювання вимагають певного часу, що також стало причиною популярності фторопластових кабелів, таких як внутрішня проводка комунікаційного обладнання та електронних приладів.
Також фторопласт має деякі недоліки, які обмежують його використання:
1. Ціни на сировину для фторопласту є дорогими, і в даний час внутрішнє виробництво в основному залежить від імпорту (Daikin з Японії та DuPont зі Сполучених Штатів). Незважаючи на те, що вітчизняна індустрія виробництва фторопласту швидко розвивається в останні роки, виробничі сорти є відносно єдиними, і матеріали все ще мають певний розрив у термічній стабільності та інших комплексних властивостях порівняно з імпортними матеріалами.
2. У порівнянні з іншими ізоляційними матеріалами виробничий процес складніший, ефективність виробництва низька, друк легко відпадає, а споживання велике, що робить його виробничу вартість вищою.
3. Фторопласт PTFE має низьку радіаційну стійкість. Наприклад, при кімнатній температурі або в присутності повітря, коли доза опромінення досягає кількох Мрад, опромінення електронним променем прискорювача може призвести до розриву основного ланцюга вуглецю в молекулах PTFE, що призводить до розтріскування PTPE та швидкого розкладання PTFE.
2, ізоляційний матеріал без-галогенів
(1) Ізоляційний матеріал із зшитого поліетилену (XLPE) із низьким вмістом диму, що не містить галогенів
Поліетилен (PE) і етиленвінілацетат (EVA) використовуються як матриця, а різні добавки, як-от безгалогенні -антипірени, мастила, антиоксиданти тощо, додаються шляхом змішування гуми та гранулювання для отримання поліетиленового ізоляційного матеріалу. Після обробки опроміненням поліетилен може перетворюватися з лінійної молекулярної структури на три-об’ємну структуру. Одночасно перетворюючись із термопласту в нерозчинний термореактивний пластик. Порівняно зі звичайним термопластичним поліетиленом кабелі з ізольованим поліетиленом мають наступні переваги:
1. Покращена стійкість до теплової деформації, покращені механічні властивості при високих температурах, а також покращена стійкість до розтріскування під впливом зовнішнього середовища та теплового старіння.
2. Підвищена хімічна стабільність і стійкість до розчинників, зменшений холодний потік і в основному збережені оригінальні електричні характеристики. Тривала -робоча температура може досягати 125 градусів і 150 градусів. Після перехресної -зшивки температуру короткого-замикання поліетилену можна підвищити до 250 градусів. Для кабелів однакової товщини пропускна здатність зшитого поліетилену значно збільшується.
Кабелі з ізоляцією з сшитого поліетилену (XLPE) мають відмінні механічні, водонепроникні та радіаційні властивості, що робить їх широко використовуваними в різних сферах. Наприклад, у таких галузях промисловості, як внутрішні електричні з’єднувальні лінії, кабелі електродвигунів, кабелі освітлення, лінії керування сигналами низької-напруги для автомобілів, дроти локомотивів, кабелі метро, кабелі для захисту навколишнього середовища, морські кабелі, кабелі класу 1E для атомних електростанцій, кабелі занурювальних насосів і кабелі для передачі електроенергії.
На даний момент напрямок розробки ізоляційних матеріалів із зшитого поліетилену (XLPE) в основному включає ізоляційні матеріали з опроміненого поперечно-поліетилену, ізоляційні матеріали з опроміненого поперечно{1}}поліетилену та вогнестійкі-матеріали оболонки з опроміненого поперечно-зшитого поліетилену.
(2) Ізоляційний матеріал із зшитого поліпропілену (XL-PP).
Поліпропілен (PP), як універсальний пластик, має такі характеристики, як легка вага, багаті джерела сировини, чудова економічна-ефективність, чудова стійкість до хімічної корозії, легке формування та можливість переробки. Однак через такі дефекти, як низька міцність, низька термостійкість, велика деформація при усадці, поганий опір повзучості, крихкість при низьких температурах і низька стійкість до старіння під дією тепла та кисню, застосування кабелів значно обмежене. Дослідники присвятили себе модифікації поліпропіленових матеріалів, щоб покращити їх всебічні характеристики, і модифікований поліпропілен (XL-PP), зшитий опроміненням, ефективно подолав ці проблеми. Є результати досліджень, які вказують на те, що дроти з ізоляцією XL-PP можуть відповідати стандартним вимогам UL VW-1 тесту на горіння та проводів з рейтингом UL 150 градусів. У той же час їх механічні властивості, такі як міцність на розрив і випробування UL на прорізання при номінальній температурі, перевершують ізоляцію із зшитого поліпропілену.
Недоліком модифікації зшивання опромінення поліпропілену є те, що під час зшивання опромінення ПП відбувається реакція крекінгу, яка утворює ненасичені кінцеві групи, і конкурентна реакція між стимульованими молекулами та великими молекулярними вільними радикалами. При низькій дозі опромінення домінує розтріскування, а при збільшенні дози — зшивання. Численні дослідження показали, що під час радіаційного зшивання ПП ефективність зшивання дуже низька через одночасне виникнення деградації та зшивання. Відношення деградації до реакції зшивання ізотактичного ПП після опромінення у-променями становить 0,8. Щоб досягти ефективної реакції зшивання ПП, необхідно додати прискорювачі зшивання для зшивання опроміненням. У той же час ефективна товщина зшивання обмежена здатністю проникнення електронного променя, а залишкові заряди під час опромінення спінюються за рахунок утворення газу, що лише полегшує зшивання тонких виробів і обмежує їх використання на товстостінних кабелях.
(3) Ізоляційний матеріал із зшитого сополімеру етиленвінілацетату (XL-EVA)
Із зростаючим попитом на безпеку кабелів швидко розвиваються-безгалогенові-вогнестійкі-з’єднані кабелі. Порівняно з поліетиленом EVA знижує кристалічність, покращує гнучкість, стійкість до ударів, сумісність з наповнювачем і ефективність термозварювання завдяки введенню в його молекулярний ланцюг мономеру вінілацетату. Взагалі кажучи, продуктивність смоли EVA в основному залежить від вмісту вінілацетату в молекулярному ланцюзі. Завдяки регульованому співвідношенню складу для задоволення різних потреб застосування, чим вищий вміст вінілацетату, тим вищою буде його прозорість, м’якість і міцність. Смола EVA добре містить наповнювач і зшивається, тому її все частіше використовують у-безгалогенних-вогнестійких-з’єднаних кабелях. Крім того, смола EVA також використовується для виготовлення оболонок деяких спеціальних кабелів. Смола EVA, яка використовується в проводах і кабелях, зазвичай має вміст вінілацетату від 12% до 24%. У практичних застосуваннях кабелів ЕВА часто змішують і обробляють ПЕ, ПВХ, ПП тощо, щоб відрегулювати характеристики ізоляційного шару кабелю. У змішаному матеріалі компонент EVA може сприяти зшиванню, що покращує продуктивність кабелю після зшивання.
(4) Ізоляційний матеріал із зшитого етиленпропілендієнового каучуку (XL-EPDM)
XL-EPDM – це потрійний сополімер етилену, пропілену та некон’югованого дієну, отриманий шляхом зшивання опроміненням. Провід XL-EPDM поєднує в собі переваги дроту з поліолефіновою ізоляцією та звичайного дроту з гумовою ізоляцією:
1. М’який, гнучкий, еластичний, не клеїться за високих температур, довго-стійкість до старіння та стійкість до суворих погодних умов (-60 градусів ~125 градусів).
2. Озоностійкість, стійкість до ультрафіолетового випромінювання, стійкість до електричної ізоляції та стійкість до хімічної корозії.
3. Стійкість до масла та розчинників можна порівняти з ізоляцією з хлоропренового каучуку загального призначення. Його можна виготовляти за допомогою звичайного гарячого екструзійного обладнання з використанням радіаційного зшивання, яке є простим у обробці та є економічно-ефективним.
Проводи з ізоляцією XL-EPDM широко використовуються в ізоляції силових кабелів і морських кабелів нижче 35 кВ. Тепер вони замінені цим матеріалом і застосовуються в таких галузях, як кабелі холодильних компресорів, автомобілебудування, водонепроникні кабелі двигунів, кабелі трансформаторів, мобільні кабелі для шахт, буріння та медичне обладнання.
Основними недоліками кабелю XL-EPDM є:
1. Погана стійкість до розриву.
2. Погана адгезія та самоклейність, що впливає на подальшу обробку.
(5) Ізоляційний матеріал із силіконової гуми
Силіконова гума має гнучкість, стійкість до озону, коронного розряду та полум’я, а також хороші ізоляційні характеристики. Його основне застосування в електротехнічній промисловості - для проводів і кабелів. Силіконові каучукові дроти та кабелі особливо підходять для використання в умовах високої температури та суворих умов, а їх термін служби значно довший, ніж у звичайних кабелів. Універсальні кабелі з силіконовою гумовою ізоляцією наразі можуть використовуватися у високо{3}}температурних двигунах, трансформаторах, генераторах, електронному та електричному обладнанні, кабелях запалювання для двигунів транспортних засобів, суднових кабелях живлення та керування.
Наразі дроти з силіконовою гумовою ізоляцією, які використовуються в поперечно-кабелях, зазвичай з’єднуються-за допомогою атмосферного гарячого повітря або високого{2}}тиску пари. Існують також дослідження поперечного-зшивання силіконової гуми за допомогою електронного променя, але воно ще не знайшло широкого застосування в кабельній промисловості. З розвитком технології зшивання опроміненням в останні роки вартість зшивання опромінення нижча, а ефективність зшивання вища; З екологічної точки зору він має незамінні переваги. Таким чином, застосування технології зшивання опроміненням для ізоляційних матеріалів із силіконової гуми є напрямком досліджень для зшивання проводів із силіконової гуми в майбутньому.
