Провода и кабели, полученные методом радиационной сшивки, обладают термостойкостью, износостойкостью, коррозионной стойкостью, высокой прочностью на разрыв и стойкостью к железу. По сравнению с другими методами обработки сшивки, они обладают лучшими изоляционными характеристиками и не разрушаются непрореагировавшими катализаторами, что может улучшить электрические характеристики, стойкость к термическому старению и стабильность материала. Радиационное сшивание — идеальный процесс и метод производства различных гибких проводов, кабелей для электрооборудования, высоко-температуростойких и огнестойких-проводов и кабелей.
Изоляционный материал большинства кабелей должен не только обладать высоким сопротивлением изоляции, прочностью по напряжению или низкими диэлектрическими потерями, но также обладать хорошими физико-механическими свойствами, такими как прочность на растяжение, сопротивление изгибу, вибростойкость, сопротивление кручению и т. д. Изоляционные материалы для облученных сшитых кабелей в основном включают поливинилхлорид, фторопласты, сшитый полиэтилен, полипропилен и сшитый каучук EPDM.
1. Галогенсодержащий изоляционный материал
(1) Изоляционный материал из поливинилхлорида (ПВХ).
Изоляционный материал ПВХ представляет собой смесь пластификаторов, стабилизаторов, антипиренов, смазок и других добавок, добавляемых в порошок ПВХ по разным формулам. После десятилетий производства и использования производство ПВХ, корректировка рецептуры и технологии обработки стали очень зрелыми для различных применений и характерных требований к кабелям. Благодаря превосходным технологическим характеристикам и низкой стоимости кабели с ПВХ-изоляцией широко используются в бытовой технике, механическом оборудовании, сетевой связи, проводке зданий и других областях и обладают значительными эксплуатационными характеристиками:
1. Продуманная технология производства, легкость формования и обработки. По сравнению с другими типами изоляционных материалов для кабелей он не только имеет низкую стоимость, но также может эффективно контролировать разницу цвета поверхности, оптическую тусклость, печать, эффективность обработки, мягкость и твердость, адгезию проводников, механические и физические свойства самого провода, а также электрические свойства.
2. Он обладает превосходными огнезащитными свойствами, поэтому провода с ПВХ-изоляцией могут легко соответствовать уровням огнестойкости, указанным в различных стандартах.
3. Что касается номинального напряжения, оно обычно используется для уровней напряжения 1000 В переменного тока и ниже.
ПВХ также имеет некоторые присущие ему недостатки, ограничивающие его использование, в основном проявляющиеся в следующем:
Из-за высокого содержания хлора при горении выделяется большое количество густого дыма, что может привести к удушью, ухудшению видимости, а также к образованию некоторых канцерогенов и газа HC1, что представляет серьезную угрозу для окружающей среды. С развитием технологий производства изоляционных материалов с низким содержанием дыма и галогенов-постепенная замена традиционной изоляции из ПВХ стала неизбежной тенденцией в разработке кабелей.
2. Обычная изоляция из ПВХ имеет низкую стойкость к кислотам и щелочам, теплу и маслу, а также органическим растворителям. Согласно химическому принципу схожей растворимости, проволока из ПВХ склонна к повреждению и растрескиванию в конкретной среде.
Как правило, это достигается за счет оптимизации и улучшения формулы материала, сшивания-под действием облучения и превращения обычного термопластичного ПВХ в нерастворимый термореактивный пластик, что делает его молекулярную структуру более стабильной и повышает механическую прочность изоляции. Температура короткого-замыкания может быть увеличена до 250 градусов.
Когда ПВХ подвергается облучению, он разлагается, если доза облучения слишком высока. Молекулы чистого ПВХ подвергаются радиационному сшиванию, но получить ценные материалы сложно из-за дегидрохлорирования, реакций разрыва связей и обесцвечивания. Добавление сенсибилизаторов с многофункциональными-функциональными ненасыщенными мономерами позволяет уменьшить разрыв связей и обесцвечивание молекулярных цепей ПВХ, внося значительный вклад в образование сшитых сетей.
В присутствии многофункциональных мономеров, таких как TMPTM и TMPTA, характеристики ПВХ значительно улучшаются после облучения дозой ниже 10 кГр, и его можно использовать в качестве изоляционного материала и различных трубопроводных фитингов (например, для изготовления огнестойкого кабеля с термостойкостью 105 градусов). При той же дозе облучения содержание геля в системе с сенсибилизатором на 5–10% выше, чем в системе без сенсибилизатора; Для достижения того же содержания геля система добавления сенсибилизатора требует небольшой дозы облучения. Добавление сенсибилизатора позволяет снизить дозу облучения более чем на 50% при одновременном увеличении содержания геля. Снижение дозы радиации позволяет избежать дефектов, вызванных повышением температуры материала при слишком высокой дозе. В настоящее время направление развития изоляционных материалов из ПВХ в основном включает кабельные материалы из гибкого сшитого ПВХ, прозрачные кабельные материалы и кабельные материалы из ПВХ, не содержащие свинца.
(2) Фторопласт
Изоляционные материалы серии фторопласта широко используются в области кабелей и обладают выдающимися характеристиками в различных аспектах, таких как ПТФЭ, ЭТФЭ, ПВДФ и т. д. Среди них ПТФЭ может работать в среде при температуре 200 градусов в течение длительного времени. Его легкий вес, отличная коррозионная стойкость и механические свойства, а также выдающиеся диэлектрические свойства и устойчивость к износу делают его широко используемым в авиационной и аэрокосмической областях.
Большинство фторопластов, особенно ПТФЭ, обычно считаются материалами, разлагаемыми радиацией. ПТФЭ может подвергаться растрескиванию и образовывать микропорошок ПТФЭ при различных условиях. При облучении в вакууме или инертной атмосфере при температуре 330–340 градусов, что выше температуры плавления ПТФЭ, может быть достигнута сшивка ПТФЭ. Радиационная стойкость и износостойкость материалов из сшитого ПТФЭ значительно улучшаются, что точно компенсирует дефекты несшитых материалов из ПТФЭ. Однако из-за того, что ПТФЭ может сшиваться только в расплавленном состоянии, применение сшитого ПТФЭ в кабелях ограничено.
Среди других разновидностей фторопласта ЭТФЭ и ПВДФ обладают хорошей радиационной стойкостью, но температура их применения ниже, чем у ПТФБ. После сшивки облучением температуру использования можно повысить. После сшивки электронным лучом-температура проводов из ЭТФЭ может быть повышена со 150 до 200 градусов, в то время как другие превосходные характеристики остаются неизменными. Провода с изоляцией XL-ETFE — один из двух наиболее часто используемых сегодня типов проводов в авиации.
Провод с изоляцией XL-ETFE изготовлен из специального сшиваемого изоляционного материала ETFE, который экструдируется в провод и сшивается электронно-лучевым облучением. Молекулы ЭТФЭ содержат структурные единицы этилена, поэтому они имеют тенденцию к сшиванию под воздействием облучения. Однако степень сшивания недостаточна, и для ускорения сшивания необходимо добавлять специальные сенсибилизаторы. Кроме того, на процесс сшивки облучением ЭТФЭ влияет кислородная атмосфера, и степень сшивки нестабильна. Использование радиационной сшивки в атмосфере инертного газа при более высоких температурах полезно для стабильности сшивки проволоки.
По сравнению с обычными кабелями из ПЭ и ПВХ, кабели из фторопласта имеют следующие выдающиеся преимущества:
1. Устойчивость к высоким температурам
Фторопласты обладают исключительной термической стабильностью, а кабели из фторопласта могут адаптироваться к воздействию высоких температур от 150 до 250 градусов. Другими словами, при одинаковых условиях сечения -проводников фторопластовые кабели могут передавать большие допустимые токи, что значительно расширяет диапазон использования этого типа изолированного провода. Благодаря своим уникальным характеристикам кабели из фторопласта можно использовать для внутренней проводки, подводящих проводов и т. д. в самолетах, кораблях, высоко-печах и электронных устройствах.
2. Хорошая огнестойкость.
Фторопласты имеют высокий кислородный индекс и, как правило, трудно горят, а диапазон распространения пламени во время горения небольшой. Проволока из него пригодна для инструментов и мест с жесткими требованиями к огнестойкости. Например, общественные места, такие как компьютерные сети, метро, транспортные средства, самолеты и т. д. После возникновения пожара у людей может быть определенное количество времени для безопасной эвакуации и оказания первой помощи персоналу.
3. Отличные электрические характеристики.
По сравнению с ПЭ фторопласты имеют более низкую диэлектрическую проницаемость. Поэтому по сравнению с коаксиальными кабелями аналогичной конструкции фторопластовые кабели имеют меньшее затухание и больше подходят для передачи высокочастотных сигналов. В настоящее время все более частое использование кабелей стало тенденцией, и из-за высокой термостойкости фторопласта они обычно используются в качестве внутренней проводки для передающего оборудования связи, перемычек между фидерами беспроводной передачи и передатчиками, а также видео- и аудиокабелей. Кроме того, кабели из фторопласта обладают хорошей диэлектрической прочностью и сопротивлением изоляции, что делает их пригодными для использования в качестве кабелей управления важными приборами.
4. Отличные механические и химические свойства.
Фторопласты обладают высокой энергией химической связи, высокой стабильностью и практически не подвержены влиянию температурных изменений. Они обладают превосходной устойчивостью к атмосферному старению и механической прочностью; И на него не влияют различные кислоты, основания и органические растворители. Поэтому он подходит для сред со значительным изменением климата и коррозионными свойствами, таких как нефтехимические, нефтеперерабатывающие заводы и контроль приборов на нефтяных скважинах.
5. Благоприятен для сварки и подключения проводов.
В электронных приборах многие соединения выполняются методами сварки. Из-за низкой температуры плавления обычных пластиков они склонны к плавлению при высоких температурах, что требует квалифицированной сварки. Некоторые точки сварки требуют определенного времени сварки, что также стало причиной популярности фторопластовых кабелей, например, для внутренней проводки средств связи и электронных приборов.
Фторопласты имеют и некоторые недостатки, ограничивающие их применение:
1. Цены на сырье для производства фторопласта дорогие, и в настоящее время внутреннее производство в основном опирается на импорт (Daikin из Японии и DuPont из США). Хотя отечественная промышленность по производству фторопласта в последние годы развивается быстрыми темпами, разновидности выпускаемой продукции относительно едины, а материалы по-прежнему имеют определенный отставание по термостойкости и другим комплексным свойствам по сравнению с импортными материалами.
2. По сравнению с другими изоляционными материалами производственный процесс более сложен, эффективность производства низкая, печать легко отпадает, а расход большой, что повышает себестоимость производства.
3. Фторопласты ПТФЭ обладают плохой радиационной стойкостью. Например, при комнатной температуре или в присутствии воздуха, когда доза облучения достигает нескольких Мрад, облучение пучком электронов ускорителя может вызвать разрыв углеродной основной цепи молекул ПТФЭ, что приводит к растрескиванию ПТФЭ и быстрому разложению ПТФЭ.
2. Изоляционный материал, не содержащий галогенов-
(1) Изоляционный материал из сшитого полиэтилена с низким дымовыделением, не содержащего галогенов-(XLPE).
В качестве матрицы используются полиэтилен (ПЭ) и этиленвинилацетат (ЭВА), а различные добавки, такие как безгалогеновые -антипирены, смазочные материалы, антиоксиданты и т. д., добавляются посредством резиновой смеси и грануляции для получения полиэтиленового изоляционного материала. После радиационной обработки полиэтилен может трансформироваться из линейной молекулярной структуры в трехмерную объемную структуру. Одновременно трансформируется из термопласта в нерастворимый термореактивный пластик. По сравнению с обычным термопластичным полиэтиленом кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена имеют следующие преимущества:
1. Улучшенная стойкость к тепловой деформации, улучшенные механические свойства при высоких температурах и повышенная устойчивость к растрескиванию под воздействием окружающей среды и тепловому старению.
2. Повышенная химическая стабильность и стойкость к растворителям, снижение хладотекучести и сохранение первоначальных электрических характеристик. Долгосрочная-рабочая температура может достигать 125 и 150 градусов. После обработки-сшивки температура короткого-замыкания полиэтилена может быть увеличена до 250 градусов. Для кабелей одинаковой толщины токовая нагрузка сшитого полиэтилена значительно увеличивается.
Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена обладают превосходными механическими, водонепроницаемыми и радиационными свойствами, что позволяет широко использовать их в различных областях. Например, в таких отраслях, как внутренние электрические соединительные линии, провода двигателей, провода освещения, автомобильные линии управления сигналами низкого-сигнала, локомотивные провода, кабели метро, кабели для защиты окружающей среды в горнодобывающей промышленности, морские кабели, кабели класса 1E для атомных электростанций, кабели для погружных насосов и кабели для передачи электроэнергии.
В настоящее время направление развития изоляционных материалов из сшитого полиэтилена в основном включает в себя изоляционные материалы для силовых кабелей из облученного сшитого полиэтилена, изоляционные материалы для верхних кабелей из облученного сшитого полиэтилена, а также материалы для оболочки из облученного сшитого-огнестойкого-полиолефина.
(2) Изоляционный материал из сшитого полипропилена (XL-PP).
Полипропилен (ПП), как универсальный пластик, отличается легким весом, богатым сырьем, превосходной-экономической эффективностью, превосходной стойкостью к химической коррозии, легкостью формования и возможностью вторичной переработки. Однако из-за таких дефектов, как низкая прочность, плохая термостойкость, большая усадочная деформация, плохое сопротивление ползучести, хрупкость при низких температурах и плохая стойкость к тепловому и кислородному старению, применение кабелей сильно ограничено. Исследователи стремились модифицировать полипропиленовые материалы для улучшения их комплексных характеристик, а модифицированный полипропилен, модифицированный радиационной сшивкой (XL-PP), эффективно решил эти проблемы. Результаты исследований показывают, что провода с изоляцией XL-PP могут соответствовать стандартным требованиям испытаний на горение UL VW-1 и проводов с рейтингом UL 150 градусов. В то же время их механические свойства, такие как прочность на разрыв и испытание на прорезывание UL при номинальной температуре, превосходят изоляцию из сшитого полипропилена.
Недостатком модификации полипропилена радиационной сшивкой является то, что во время радиационной сшивки ПП происходит реакция крекинга с образованием ненасыщенных концевых групп и конкурентная реакция между стимулированными молекулами и крупномолекулярными свободными радикалами. Растрескивание преобладает при низкой дозе облучения, а сшивание – при увеличении дозы. Многочисленные исследования показали, что при радиационной сшивке ПП эффективность сшивки очень низкая из-за одновременного возникновения деградации и сшивки. Отношение деградации к реакции сшивки изотактического ПП после облучения у-лучами составляет 0,8. Для достижения эффективной реакции сшивки ПП необходимо добавить ускорители сшивки для сшивки облучением. В то же время эффективная толщина сшивки ограничена проникающей способностью электронного луча, а остаточные заряды при облучении вспениваются за счет выделения газа, что лишь облегчает сшивку тонких изделий и ограничивает их применение на толстостенных кабелях.
(3) Изоляционный материал из сшитого сополимера этилена и винилацетата (XL-EVA).
В связи с растущим спросом на безопасность кабелей быстро развиваются кабели с-безогнестойкими-сшитыми-сшитыми кабелями. По сравнению с полиэтиленом, ЭВА снижает кристалличность, улучшает гибкость, ударопрочность, совместимость с наполнителями и эффективность термосваривания за счет введения мономера винилацетата в его молекулярную цепь. Вообще говоря, характеристики смолы ЭВА в основном зависят от содержания винилацетата в молекулярной цепи. Благодаря регулируемому соотношению состава для удовлетворения различных потребностей применения, чем выше содержание винилацетата, тем выше будет его прозрачность, мягкость и прочность. ЭВА-смола обладает хорошими показателями включения наполнителей и способностью к сшиванию, поэтому ее все чаще используют в галогенных-беспламенных-стойких-сшитых кабелях. Кроме того, смола ЭВА также используется для изготовления оболочек некоторых специальных кабелей. Смола ЭВА, используемая в проводах и кабелях, обычно имеет содержание винилацетата от 12% до 24%. В практическом применении кабелей ЭВА часто смешивают и обрабатывают с ПЭ, ПВХ, ПП и т. д. для регулирования характеристик изоляционного слоя кабеля. В смешанном материале компонент EVA может способствовать сшиванию, что улучшает характеристики кабеля после сшивки.
(4) Изоляционный материал из сшитого этилен-пропилен-диенового каучука (XL-EPDM).
XL-EPDM представляет собой тройной сополимер этилена, пропилена и несопряженного диена, полученный путем сшивания облучением. Провод XL-EPDM сочетает в себе преимущества провода с полиолефиновой изоляцией и провода с обычной резиновой изоляцией:
1. Мягкий, гибкий, эластичный, не клейкий при высоких температурах, долгосрочная-стойкость к старению и устойчивость к суровым погодным условиям (-60–125 градусов).
2. Устойчивость к озону, устойчивость к ультрафиолетовому излучению, электрическая изоляция и стойкость к химической коррозии.
3. Устойчивость к маслам и растворителям сравнима с изоляцией общего-из хлоропренового каучука. Его можно производить с помощью обычного оборудования для горячей экструзии с использованием радиационной сшивки, которое легко обрабатывать и-экономично.
Провода с изоляцией XL-EPDM широко используются для изоляции силовых и морских кабелей напряжением ниже 35 кВ. В настоящее время они заменены этим материалом и применяются в таких областях, как провода для холодильных компрессоров, автомобилестроение, водонепроницаемые провода для двигателей, выводы трансформаторов, мобильные кабели для горнодобывающей промышленности, бурение и медицинское оборудование.
Основными недостатками кабеля XL-EPDM являются:
1. Плохая устойчивость к разрыву.
2. Плохая адгезия и самоклеящаяся способность, влияющая на последующую обработку.
(5) Изоляционный материал из силиконовой резины
Силиконовая резина обладает гибкостью, устойчивостью к озону, короне и огню, а также хорошими изоляционными характеристиками. Его основное применение в электротехнической промышленности — для проводов и кабелей. Провода и кабели из силиконовой резины особенно подходят для использования в условиях высоких температур и суровых условий, а срок их службы намного дольше, чем у обычных кабелей. Универсальные кабели с изоляцией из силиконовой резины в настоящее время могут использоваться в высокотемпературных-двигателях, трансформаторах, генераторах, электронном и электрическом оборудовании, кабелях зажигания для двигателей транспортных средств, морских силовых и контрольных кабелях.
В настоящее время провода с изоляцией из силиконовой резины, используемые в сшитых кабелях,-обычно сшиваются-горячим атмосферным воздухом или паром под высоким-давлением. Также проводятся исследования по сшиванию силиконового каучука электронно-лучевым излучением, но оно еще не получило широкого применения в кабельной промышленности. С развитием технологии радиационной сшивки в последние годы стоимость радиационной сшивки стала ниже, а эффективность сшивки выше; С экологической точки зрения он имеет незаменимые преимущества. Таким образом, применение технологии радиационной сшивки для изоляционных материалов из силиконовой резины является направлением исследований для сшивки проводов из силиконовой резины в будущем.
