(1)Usieciowany polietylen o niskiej zawartości dymu i bezhalogenowy (XLPE).:
Materiał izolacyjny XLPE jest wytwarzany przez zmieszanie polietylenu (PE) i etylenu i octanu winylu (EVA) jako matrycy podstawowej, wraz z różnymi dodatkami, takimi jak bezhalogenowe środki zmniejszające palność, smary, 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 kilka zalet w porównaniu ze zwykłym termoplastycznym PE:
1. Poprawiona odporność na odkształcenia termiczne, ulepszone właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach i poprawiona odporność na pękanie naprężeniowe w środowisku i starzenie termiczne.
2. Zwiększona stabilność chemiczna i odporność na rozpuszczalniki, zmniejszone płynięcie na zimno i zachowane właściwości elektryczne. Długotrwałe temperatury pracy mogą sięgać od 125°C do 150°C. Po procesie sieciowania temperaturę zwarcia PE można podnieść do 250°C, co pozwala na znacznie wyższą obciążalność prądową kabli o tej samej grubości.
3. Kable w izolacji XLPE wykazują również doskonałe właściwości mechaniczne, wodoodporne i odporne na promieniowanie, dzięki czemu nadają się do różnych zastosowań, takich jak wewnętrzne okablowanie w urządzeniach elektrycznych, przewody silników, przewody oświetleniowe, przewody sterujące sygnałami niskiego napięcia w samochodach, przewody lokomotyw , kable metra, przyjazne dla środowiska kable górnicze, kable okrętowe, kable klasy 1E dla elektrowni jądrowych, kable do pomp głębinowych i kable do przesyłu energii.
Obecne kierunki rozwoju materiałów izolacyjnych XLPE obejmują materiały izolacyjne z PE usieciowane napromienianiem do kabli zasilających, materiały izolacyjne z PE usieciowane napromieniowaniem oraz materiały osłonowe z poliolefiny usieciowanej napromieniowaniem.
(2)Materiał izolacyjny z polipropylenu sieciowanego (XL-PP).:
Polipropylen (PP), jako powszechne tworzywo sztuczne, charakteryzuje się niską wagą, obfitymi źródłami surowców, opłacalnością, doskonałą odpornością na korozję chemiczną, łatwością formowania i możliwością recyklingu. Ma jednak ograniczenia, takie jak niska wytrzymałość, słaba odporność na ciepło, znaczne odkształcenie skurczowe, słaba odporność na pełzanie, kruchość w niskiej temperaturze oraz słaba odporność na starzenie cieplne i tlenowe. Ograniczenia te ograniczyły jego zastosowanie w zastosowaniach kablowych. Naukowcy pracowali nad modyfikacją materiałów polipropylenowych w celu poprawy ich ogólnej wydajności, a modyfikowany polipropylen usieciowany napromieniowaniem (XL-PP) skutecznie przezwyciężył te ograniczenia.
Przewody izolowane XL-PP spełniają wymagania testów płomienia UL VW-1 i standardów przewodów UL do 150°C. W praktycznych zastosowaniach kabli EVA jest często mieszana z PE, PVC, PP i innymi materiałami w celu dostosowania wydajności warstwy izolacyjnej kabla.
Jedną z wad PP usieciowanego napromienianiem jest to, że wiąże się on z reakcją konkurencyjną pomiędzy tworzeniem nienasyconych grup końcowych w wyniku reakcji degradacji i reakcjami sieciowania pomiędzy stymulowanymi cząsteczkami i wolnymi rodnikami wielkocząsteczkowymi. Badania wykazały, że stosunek reakcji degradacji do reakcji sieciowania w sieciowaniu PP przez napromieniowanie wynosi w przybliżeniu 0,8 przy zastosowaniu napromieniowania promieniami gamma. Aby uzyskać skuteczne reakcje sieciowania w PP, należy dodać promotory sieciowania w celu sieciowania przez napromienianie. Dodatkowo efektywna grubość usieciowania jest ograniczona zdolnością penetracji wiązek elektronów podczas napromieniania. Napromienianie powoduje powstawanie gazów i pienienie, co jest korzystne przy sieciowaniu cienkich produktów, ale ogranicza stosowanie grubościennych kabli.
(3) Materiał izolacyjny usieciowanego kopolimeru etylenu i octanu winylu (XL-EVA):
Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na bezpieczeństwo kabli, szybko rozwija się rozwój bezhalogenowych, uniepalnionych kabli usieciowanych. W porównaniu do PE, EVA, która wprowadza monomery octanu winylu do łańcucha molekularnego, ma niższą krystaliczność, co skutkuje lepszą elastycznością, odpornością na uderzenia, kompatybilnością z wypełniaczami i właściwościami zgrzewania. Generalnie właściwości żywicy EVA zależą od zawartości monomerów octanu winylu w łańcuchu molekularnym. Wyższa zawartość octanu winylu prowadzi do zwiększonej przezroczystości, elastyczności i wytrzymałości. Żywica EVA ma doskonałą kompatybilność z wypełniaczami i zdolność sieciowania, dzięki czemu jest coraz bardziej popularna w bezhalogenowych, usieciowanych kablach zmniejszających palność.
Żywica EVA o zawartości octanu winylu wynoszącej 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 wydajności warstwy izolacyjnej kabla. Komponenty EVA mogą sprzyjać sieciowaniu, poprawiając wydajność kabla po sieciowaniu.
(4) Materiał izolacyjny usieciowanego monomeru etylenowo-propylenowo-dienowego (XL-EPDM):
XL-EPDM to terpolimer składający się z etylenu, propylenu i niesprzężonych monomerów dienowych, usieciowany poprzez napromienianie. Kable XL-EPDM łączą w sobie zalety kabli w izolacji poliolefinowej i zwykłych kabli w izolacji gumowej:
1. Elastyczność, sprężystość, brak przyczepności w wysokich temperaturach, długoterminowa odporność na starzenie i odporność na trudne warunki klimatyczne (-60°C do 125°C).
2. Odporność na ozon, odporność na promieniowanie UV, izolacyjność elektryczna i odporność na korozję chemiczną.
3. Odporność na oleje i rozpuszczalniki porównywalna z izolacją z gumy chloroprenowej ogólnego przeznaczenia. Można go wytwarzać przy użyciu typowego sprzętu do wytłaczania na gorąco, co czyni go opłacalnym.
Kable w izolacji XL-EPDM mają szeroki zakres zastosowań, w tym między innymi kable zasilające niskiego napięcia, kable okrętowe, kable zapłonowe w samochodach, kable sterujące do sprężarek chłodniczych, kable do pojazdów górniczych, sprzęt wiertniczy i urządzenia medyczne.
Do głównych wad kabli XL-EPDM należy słaba odporność na rozdarcie oraz słabe właściwości adhezyjne i samoprzylepne, które mogą 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 gumy silikonowej szczególnie dobrze nadają się do stosowania w wysokich temperaturach i wymagających środowiskach, charakteryzując się znacznie dłuższą żywotnością w porównaniu do standardowych kabli. Typowe zastosowania obejmują silniki wysokotemperaturowe, transformatory, generatory, sprzęt elektroniczny i elektryczny, kable zapłonowe w pojazdach transportowych oraz morskie kable zasilające i sterujące.
Obecnie kable izolowane gumą silikonową są zazwyczaj sieciowane przy użyciu ciśnienia atmosferycznego za pomocą gorącego powietrza lub pary pod wysokim ciśnieniem. Prowadzone są również badania nad wykorzystaniem napromieniania wiązką elektronów do sieciowania gumy silikonowej, chociaż nie stało się to jeszcze powszechne w przemyśle kablowym. Dzięki najnowszym postępom w technologii sieciowania za pomocą promieniowania stanowi tańszą, wydajniejszą i przyjazną dla środowiska alternatywę dla materiałów izolacyjnych z kauczuku silikonowego. Poprzez napromieniowanie wiązką elektronów lub inne źródła promieniowania można osiągnąć skuteczne sieciowanie izolacji z kauczuku silikonowego, jednocześnie umożliwiając kontrolę głębokości i stopnia usieciowania w celu spełnienia określonych wymagań aplikacji.
Dlatego też zastosowanie technologii sieciowania radiacyjnego w materiałach izolacyjnych z kauczuku silikonowego jest obiecujące w branży przewodów i kabli. Oczekuje się, że technologia ta obniży koszty produkcji, poprawi efektywność produkcji i przyczyni się do ograniczenia niekorzystnego wpływu na środowisko. Przyszłe wysiłki badawczo-rozwojowe mogą w dalszym ciągu napędzać wykorzystanie technologii sieciowania radiacyjnego w materiałach izolacyjnych z kauczuku silikonowego, dzięki czemu będą one szerzej stosowane do produkcji wysokotemperaturowych, wysokowydajnych przewodów i kabli w przemyśle elektrycznym. Zapewni to bardziej niezawodne i trwałe rozwiązania dla różnych obszarów zastosowań.
Czas publikacji: 28 września 2023 r