(1)Materiał izolacyjny z usieciowanego polietylenu o niskiej emisji dymu i zerowej zawartości halogenu (XLPE):
Materiał izolacyjny XLPE powstaje w procesie mieszania polietylenu (PE) i kopolimeru etylenu z octanem winylu (EVA) jako matrycy bazowej, wraz z różnymi dodatkami, takimi jak bezhalogenowe środki zmniejszające palność, środki smarujące, przeciwutleniacze itp., w procesie mieszania i granulowania. Po napromieniowaniu PE przekształca się z liniowej struktury molekularnej w strukturę trójwymiarową, zmieniając się z materiału termoplastycznego w nierozpuszczalne tworzywo termoutwardzalne.
Kable izolacyjne XLPE mają szereg zalet w porównaniu ze zwykłym termoplastycznym PE:
1. Zwiększona odporność na odkształcenia termiczne, ulepszone właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach, zwiększona odporność na pękanie naprężeniowe i starzenie termiczne.
2. Zwiększona stabilność chemiczna i odporność na rozpuszczalniki, zmniejszony płynięcie na zimno oraz zachowane właściwości elektryczne. Długotrwała temperatura pracy może sięgać od 125°C do 150°C. Po procesie sieciowania, temperatura zwarcia PE może wzrosnąć do 250°C, co pozwala na znacznie wyższą obciążalność prądową kabli o tej samej grubości.
3. Kable izolowane XLPE charakteryzują się również doskonałymi właściwościami mechanicznymi, wodoodpornością i odpornością na promieniowanie, dzięki czemu nadają się do różnych zastosowań, takich jak wewnętrzne okablowanie urządzeń elektrycznych, przewody silników, przewody oświetleniowe, przewody sterowania sygnałami niskiego napięcia w pojazdach samochodowych, przewody lokomotyw, kable metra, przyjazne dla środowiska kable górnicze, kable okrętowe, kable klasy 1E do elektrowni jądrowych, kable pomp zanurzalnych i kable przesyłowe.
Obecne kierunki rozwoju materiałów izolacyjnych XLPE obejmują materiały izolacyjne z polietylenu usieciowanego radiacyjnie do kabli energetycznych, materiały izolacyjne z polietylenu usieciowanego radiacyjnie do przewodów napowietrznych oraz materiały osłonowe z poliolefiny trudnopalnej usieciowanej radiacyjnie.
(2)Materiał izolacyjny z usieciowanego polipropylenu (XL-PP):
Polipropylen (PP), jako powszechnie stosowane tworzywo sztuczne, charakteryzuje się lekkością, dostępnością surowców, opłacalnością, doskonałą odpornością na korozję chemiczną, łatwością formowania i możliwością recyklingu. Ma jednak pewne ograniczenia, takie jak niska wytrzymałość, słaba odporność termiczna, znaczne odkształcenia skurczowe, niska odporność na pełzanie, kruchość w niskich temperaturach oraz słaba odporność na starzenie cieplne i tlenowe. Ograniczenia te ograniczyły jego zastosowanie w zastosowaniach kablowych. Naukowcy pracują nad modyfikacją materiałów polipropylenowych w celu poprawy ich ogólnej wydajności, a polipropylen modyfikowany usieciowany radiacyjnie (XL-PP) skutecznie przezwyciężył te ograniczenia.
Przewody izolowane XL-PP spełniają normy UL VW-1 dotyczące testów palności i UL dla przewodów w temperaturze 150°C. W praktycznych zastosowaniach kablowych, EVA jest często mieszana z PE, PVC, PP i innymi materiałami w celu dostosowania właściwości warstwy izolacyjnej kabla.
Jedną z wad polipropylenu usieciowanego napromieniowaniem jest to, że wiąże się to z reakcją konkurencyjną między tworzeniem nienasyconych grup końcowych poprzez reakcje degradacji a reakcjami sieciowania między stymulowanymi cząsteczkami i dużymi wolnymi rodnikami cząsteczkowymi. Badania wykazały, że stosunek reakcji degradacji do sieciowania w sieciowaniu napromieniowaniem PP wynosi około 0,8 przy zastosowaniu napromieniowania promieniami gamma. Aby uzyskać efektywne reakcje sieciowania w PP, konieczne jest dodanie promotorów sieciowania do sieciowania napromieniowaniem. Ponadto efektywna grubość sieciowania jest ograniczona przez zdolność penetracji wiązek elektronów podczas napromieniowania. Napromieniowanie prowadzi do wytwarzania gazu i spieniania, co jest korzystne w przypadku sieciowania cienkich produktów, ale ogranicza stosowanie kabli o grubych ściankach.
(3) Materiał izolacyjny z usieciowanego kopolimeru etylenu i octanu winylu (XL-EVA):
Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na bezpieczeństwo kabli, dynamicznie rozwijają się bezhalogenowe, uniepalniające kable sieciowane. W porównaniu z PE, żywica EVA, która wprowadza monomery octanu winylu do łańcucha molekularnego, charakteryzuje się niższą krystalicznością, co przekłada się na lepszą elastyczność, odporność na uderzenia, kompatybilność z wypełniaczami oraz właściwości zgrzewania. Zasadniczo właściwości żywicy EVA zależą od zawartości monomerów octanu winylu w łańcuchu molekularnym. Wyższa zawartość octanu winylu przekłada się na zwiększoną przezroczystość, elastyczność i wytrzymałość. Żywica EVA charakteryzuje się doskonałą kompatybilnością z wypełniaczami i podatnością na sieciowanie, co czyni ją coraz bardziej popularną w bezhalogenowych, uniepalniających kablach sieciowanych.
Żywica EVA o zawartości octanu winylu wynoszącej od około 12% do 24% jest powszechnie stosowana do izolacji przewodów i kabli. W rzeczywistych zastosowaniach kablowych, EVA jest często mieszana z PE, PVC, PP i innymi materiałami w celu dostosowania właściwości warstwy izolacyjnej kabla. Składniki EVA mogą wspomagać sieciowanie, poprawiając parametry kabla po usieciowaniu.
(4) Materiał izolacyjny z usieciowanego monomeru etylenowo-propylenowo-dienu (XL-EPDM):
XL-EPDM to terpolimer składający się z monomerów etylenu, propylenu i niesprzężonego dienu, usieciowanych poprzez napromieniowanie. Kable XL-EPDM łączą zalety kabli z izolacją poliolefinową i zwykłych kabli z izolacją gumową:
1. Elastyczność, wytrzymałość, nieprzywieranie w wysokich temperaturach, długotrwała odporność na starzenie i odporność na trudne warunki klimatyczne (od -60°C do 125°C).
2. Odporność na ozon, odporność na promieniowanie UV, wydajność izolacji elektrycznej i odporność na korozję chemiczną.
3. Odporność na oleje i rozpuszczalniki porównywalna z izolacją z gumy chloroprenowej ogólnego zastosowania. Można ją wytwarzać przy użyciu standardowych urządzeń do wytłaczania na gorąco, co czyni ją ekonomiczną.
Kable izolowane XL-EPDM mają szeroki zakres zastosowań, w tym m.in. w kablach energetycznych niskiego napięcia, kablach okrętowych, kablach zapłonowych samochodów, kablach sterujących do sprężarek chłodniczych, kablach górniczych, kablach do urządzeń wiertniczych i urządzeniach medycznych.
Do głównych wad kabli XL-EPDM zalicza się słabą wytrzymałość na rozdarcie oraz słabe właściwości klejące i samoprzylepne, co może mieć wpływ na późniejszą obróbkę.
(5) Materiał izolacyjny z gumy silikonowej
Kauczuk silikonowy charakteryzuje się elastycznością i doskonałą odpornością na ozon, wyładowania koronowe i płomienie, co czyni go idealnym materiałem do izolacji elektrycznej. Jego głównym zastosowaniem w przemyśle elektrycznym są przewody i kable. Przewody i kable z kauczuku silikonowego są szczególnie odpowiednie do stosowania w wysokich temperaturach i wymagających warunkach, charakteryzując się znacznie dłuższą żywotnością w porównaniu ze standardowymi kablami. Typowe zastosowania obejmują silniki wysokotemperaturowe, transformatory, generatory, sprzęt elektroniczny i elektryczny, przewody zapłonowe w pojazdach transportowych oraz morskie przewody zasilające i sterujące.
Obecnie kable z izolacją z gumy silikonowej są zazwyczaj sieciowane za pomocą ciśnienia atmosferycznego z użyciem gorącego powietrza lub pary wodnej pod wysokim ciśnieniem. Trwają również badania nad wykorzystaniem napromieniowania wiązką elektronów do sieciowania gumy silikonowej, choć metoda ta nie jest jeszcze powszechnie stosowana w branży kablowej. Dzięki najnowszym osiągnięciom w technologii sieciowania radiacyjnego, oferuje ona tańszą, bardziej wydajną i przyjazną dla środowiska alternatywę dla materiałów izolacyjnych z gumy silikonowej. Poprzez napromieniowanie wiązką elektronów lub inne źródła promieniowania można uzyskać efektywne sieciowanie izolacji z gumy silikonowej, jednocześnie umożliwiając kontrolę głębokości i stopnia usieciowania, aby spełnić specyficzne wymagania aplikacji.
W związku z tym zastosowanie technologii sieciowania radiacyjnego w materiałach izolacyjnych z gumy silikonowej stwarza duże nadzieje w branży przewodów i kabli. Oczekuje się, że technologia ta obniży koszty produkcji, zwiększy jej wydajność oraz przyczyni się do ograniczenia negatywnego wpływu na środowisko. Przyszłe prace badawczo-rozwojowe mogą dodatkowo przyspieszyć wykorzystanie technologii sieciowania radiacyjnego w materiałach izolacyjnych z gumy silikonowej, zwiększając ich przydatność do produkcji wysokotemperaturowych przewodów i kabli o wysokiej wydajności w przemyśle elektrycznym. Pozwoli to na zapewnienie bardziej niezawodnych i trwałych rozwiązań dla różnych obszarów zastosowań.
Czas publikacji: 28.09.2023