I fili e i cavi prodotti mediante il metodo di reticolazione per irradiazione hanno resistenza al calore, resistenza all'usura, resistenza alla corrosione, elevata resistenza alla trazione e resistenza al ferro. Rispetto ad altri metodi di lavorazione della reticolazione, hanno migliori prestazioni di isolamento e non vengono degradati da catalizzatori non reagiti, il che può migliorare le prestazioni elettriche, la resistenza all'invecchiamento termico e la stabilità del materiale. La reticolazione con radiazioni è un processo e un metodo di produzione ideale per vari fili flessibili, cavi per apparecchiature elettriche, fili e cavi resistenti alle alte-temperature e-ritardanti di fiamma.
Il materiale isolante della maggior parte dei cavi non deve solo avere un'elevata resistenza di isolamento, resistenza alla tensione o bassa perdita dielettrica, ma anche buone proprietà fisiche e meccaniche, come resistenza alla trazione, resistenza alla flessione, resistenza alle vibrazioni, resistenza alla torsione, ecc. I materiali isolanti per i cavi reticolati irradiati-comprendono principalmente cloruro di polivinile, fluoroplastica, polietilene reticolato, polipropilene e gomma EPDM reticolata.
1, materiale isolante contenente alogeni
(1) Materiale isolante in cloruro di polivinile (PVC).
Il materiale isolante in PVC è una miscela di plastificanti, stabilizzanti, ritardanti di fiamma, lubrificanti e altri additivi aggiunti alla polvere di PVC secondo diverse formule. Dopo decenni di produzione e utilizzo, la produzione del PVC, la regolazione della formula e la tecnologia di lavorazione sono diventate molto mature per le diverse applicazioni e requisiti caratteristici dei cavi. Con le loro eccellenti prestazioni di lavorazione e il basso costo, i cavi isolati in PVC sono ampiamente utilizzati negli elettrodomestici, nelle apparecchiature meccaniche, nelle comunicazioni di rete, nei cablaggi degli edifici e in altri campi e presentano caratteristiche prestazionali significative:
1. Tecnologia di produzione matura, facile da formare ed elaborare. Rispetto ad altri tipi di materiali isolanti per cavi, non solo ha un costo contenuto, ma può anche controllare efficacemente la differenza di colore della superficie, l'opacità ottica, la stampa, l'efficienza di lavorazione, la morbidezza e la durezza, l'adesione dei conduttori, le proprietà meccaniche e fisiche del filo stesso e le proprietà elettriche.
2. Ha eccellenti proprietà ritardanti di fiamma, quindi i fili isolati in PVC possono facilmente soddisfare i livelli di ritardante di fiamma specificati in vari standard.
3. In termini di tensione nominale, viene generalmente utilizzata per livelli di tensione di 1000 V CA e inferiori.
Il PVC presenta inoltre alcuni inconvenienti intrinseci che ne limitano l’utilizzo, manifestati principalmente come:
A causa dell'elevato contenuto di cloro, durante la combustione verrà emessa una grande quantità di fumo denso che può causare soffocamento, compromettere la visibilità e produrre alcuni agenti cancerogeni e gas HC1, rappresentando una seria minaccia per l'ambiente. Con lo sviluppo della tecnologia di produzione di materiali isolanti a basso contenuto di fumi e privi di alogeni-, la sostituzione graduale del tradizionale isolamento in PVC è diventata una tendenza inevitabile nello sviluppo dei cavi.
2. L'isolamento ordinario in PVC ha una scarsa resistenza agli acidi e agli alcali, al calore, all'olio e ai solventi organici. Secondo il principio chimico di solubilità simile, il filo in PVC è soggetto a danni e screpolature nell'ambiente specifico.
In genere, ciò si ottiene ottimizzando e migliorando la formula del materiale, reticolando-attraverso l'irradiazione e trasformando il comune PVC termoplastico in plastica termoindurente insolubile, rendendo la sua struttura molecolare più stabile e migliorando la resistenza meccanica dell'isolamento. La temperatura di cortocircuito-può essere aumentata fino a 250 gradi.
Quando il PVC viene irradiato, si decompone quando la dose di irradiazione è troppo elevata. Le molecole di PVC puro subiscono reticolazione mediante radiazione, ma è difficile ottenere materiali pregiati a causa della deidroclorurazione, delle reazioni di rottura dei legami e dello scolorimento. L'aggiunta di sensibilizzanti con monomeri insaturi multi-funzionali può ridurre la rottura dei legami e lo scolorimento delle catene molecolari del PVC, fornendo un contributo significativo alla formazione di reti reticolate.
In presenza di monomeri multifunzionali come TMPTM e TMPTA, le prestazioni del PVC sono state notevolmente migliorate dopo l'irradiazione a una dose inferiore a 10 kGy e può essere utilizzato come materiale isolante e una varietà di raccordi per tubi (come la preparazione di cavi ignifughi con resistenza al calore di 105 gradi). Alla stessa dose di radiazioni, il contenuto di gel del sistema con sensibilizzatore è superiore del 5%~10% rispetto a quello del sistema senza sensibilizzatore; Per ottenere lo stesso contenuto di gel, il sistema che aggiunge il sensibilizzante richiede una piccola dose di radiazioni. L'aggiunta di sensibilizzante può ridurre la dose di radiazioni di oltre il 50% aumentando il contenuto di gel. La riduzione della dose di radiazioni può evitare difetti causati dall'aumento della temperatura del materiale quando la dose è troppo elevata. Al momento, la direzione di sviluppo dei materiali isolanti in PVC comprende principalmente materiali flessibili per cavi in PVC reticolato, materiali per cavi trasparenti e materiali per cavi in PVC senza piombo.
(2) Fluoroplastica
I materiali isolanti della serie fluoroplastica sono ampiamente utilizzati nel campo dei cavi, con prestazioni eccezionali sotto vari aspetti come PTFE, ETFE, PVDF, ecc. Tra questi, il PTFE può funzionare a lungo in un ambiente di 200 gradi. La sua leggerezza, l'eccellente resistenza alla corrosione e le proprietà meccaniche, nonché le eccezionali proprietà dielettriche e resistenza all'usura, lo rendono ampiamente utilizzato nei campi aeronautico e aerospaziale.
La maggior parte dei fluoroplastici, in particolare il PTFE, sono generalmente considerati materiali degradabili dalle radiazioni. Il PTFE può subire fessurazioni e generare micropolvere di PTFE in diverse condizioni. Sotto vuoto o irradiazione in atmosfera inerte a una temperatura di 330 gradi ~ 340 gradi, che è superiore al punto di fusione del PTFE, è possibile ottenere la reticolazione del PTFE. La resistenza alle radiazioni e la resistenza all'usura dei materiali PTFE reticolati sono notevolmente migliorate, il che compensa con precisione i difetti dei materiali PTFE non reticolati. Tuttavia, poiché il PTFE può reticolare solo allo stato fuso, l'applicazione del PTFE reticolato nei cavi è limitata.
Tra le altre varietà fluoroplastiche, ETFE e PVDF hanno una buona resistenza alle radiazioni, ma la loro temperatura di utilizzo è inferiore a quella del PTFB. Dopo la reticolazione per irradiazione, la sua temperatura di utilizzo può essere aumentata. Dopo la reticolazione del fascio di elettroni-, il livello di temperatura dei fili in ETFE può essere aumentato da 150 gradi a 200 gradi, mentre altre eccellenti caratteristiche rimangono invariate. I cavi isolati XL-ETFE sono uno dei due tipi di cavi più comunemente utilizzati oggi nell'aviazione.
Il cavo isolato XL-ETFE è costituito da uno speciale materiale isolante ETFE reticolabile, che viene estruso in un filo e reticolato mediante irradiazione con fascio di elettroni. Le molecole di ETFE contengono unità strutturali di etilene, quindi hanno la tendenza a reticolare sotto irradiazione. Tuttavia, il grado di reticolazione non è sufficiente ed è necessario aggiungere speciali sensibilizzatori di reticolazione per promuovere la reticolazione. Inoltre, il processo di reticolazione per irradiazione dell'ETFE è influenzato dall'atmosfera di ossigeno e il grado di reticolazione è instabile. L'utilizzo della reticolazione per irradiazione in un'atmosfera di gas inerte a temperature più elevate è vantaggioso per la stabilità della reticolazione del filo.
Rispetto ai comuni cavi in PE e PVC, i cavi in fluoroplastica presentano i seguenti eccezionali vantaggi:
1. Resistenza alle alte temperature
I fluoroplastici hanno una straordinaria stabilità termica e i cavi fluoroplastici possono adattarsi ad ambienti ad alta temperatura che vanno da 150 gradi a 250 gradi. In altre parole, nelle stesse condizioni del conduttore-sezionale, i cavi fluoroplastici possono trasmettere correnti consentite maggiori, migliorando notevolmente la gamma di utilizzo di questo tipo di filo isolato. Grazie alle loro prestazioni uniche, i cavi in fluoroplastica possono essere utilizzati per cablaggi interni, conduttori, ecc. in aerei, navi, forni ad alta-temperatura e dispositivi elettronici.
2. Buona resistenza alla fiamma
I fluoroplastici hanno un elevato indice di ossigeno e sono generalmente difficili da bruciare, con un piccolo intervallo di diffusione della fiamma durante la combustione. Il filo che ne deriva è adatto per utensili e luoghi con severi requisiti di resistenza alla fiamma. Ad esempio, luoghi pubblici come reti di computer, metropolitane, veicoli, aerei, ecc. Una volta che si verifica un incendio, le persone possono avere un certo tempo per evacuare in sicurezza e fornire il primo soccorso al personale.
3. Prestazione elettrica eccellente
Rispetto al PE, i fluoroplastici hanno una costante dielettrica inferiore. Pertanto, rispetto ai cavi coassiali con strutture simili, i cavi fluoroplastici hanno un'attenuazione inferiore e sono più adatti per la trasmissione di segnali ad alta-frequenza. La crescente frequenza di utilizzo dei cavi è diventata una tendenza al giorno d'oggi e, a causa della resistenza alle alte temperature dei fluoroplastici, vengono comunemente utilizzati come cablaggio interno per apparecchiature di comunicazione e trasmissione, ponticelli tra alimentatori e trasmettitori di trasmissione wireless e cavi video e audio. Inoltre, i cavi in fluoroplastica hanno una buona rigidità dielettrica e resistenza di isolamento, che li rende adatti all'uso come cavi di controllo per strumenti importanti.
4. Eccellenti proprietà meccaniche e chimiche
I fluoroplastici hanno un'elevata energia di legame chimico, un'elevata stabilità e sono quasi insensibili ai cambiamenti di temperatura. Hanno un'ottima resistenza all'invecchiamento atmosferico e resistenza meccanica; E non è influenzato da vari acidi, basi e solventi organici. Pertanto, è adatto per ambienti con cambiamenti climatici significativi e proprietà corrosive, come i settori petrolchimici, le raffinerie e il controllo degli strumenti dei pozzi petroliferi.
5. Favorevole alla saldatura e al collegamento dei fili
Negli strumenti elettronici, molte connessioni vengono effettuate utilizzando metodi di saldatura. A causa della bassa temperatura di fusione delle plastiche generiche, queste tendono a sciogliersi ad alte temperature, richiedendo tecniche di saldatura specializzate. Alcuni punti di saldatura richiedono un certo tempo di saldatura, che è diventato anche il motivo per cui i cavi fluoroplastici sono popolari, come il cablaggio interno delle apparecchiature di comunicazione e degli strumenti elettronici.
I fluoroplastici presentano anche alcuni inconvenienti che ne limitano l’utilizzo:
1. I prezzi delle materie prime dei fluoroplastici sono elevati e attualmente la produzione nazionale si basa principalmente sulle importazioni (Daikin dal Giappone e DuPont dagli Stati Uniti). Sebbene l'industria della produzione nazionale di fluoroplastica si sia sviluppata rapidamente negli ultimi anni, le varietà di produzione sono relativamente singole e i materiali presentano ancora un certo divario nella stabilità termica e in altre proprietà complete rispetto ai materiali importati.
2. Rispetto ad altri materiali isolanti, il processo di produzione è più difficile, l'efficienza produttiva è bassa, la stampa è facile da staccare e il consumo è elevato, il che aumenta i costi di produzione.
3. I fluoroplastici PTFE hanno una scarsa resistenza alle radiazioni. Ad esempio, a temperatura ambiente o in presenza di aria, quando la dose di irradiazione raggiunge diversi Mrad, l'irradiazione con fascio di elettroni dell'acceleratore può causare la rottura della catena principale di carbonio delle molecole di PTFE, portando alla rottura del PTPE e alla rapida decomposizione del PTFE.
2, materiale isolante privo di alogeni-
(1) Materiale isolante in polietilene (XLPE) a bassa emissione di fumi reticolati, privo di alogeni-
Come matrice vengono utilizzati polietilene (PE) ed etilene vinil acetato (EVA) e vari additivi come ritardanti di fiamma privi di alogeni-, lubrificanti, antiossidanti, ecc. vengono aggiunti attraverso la mescola della gomma e la granulazione per produrre materiale isolante in polietilene. Dopo il trattamento con irradiazione, il polietilene può trasformarsi da una struttura molecolare lineare a una struttura volumetrica tridimensionale. Trasformazione simultanea da plastica termoplastica a plastica termoindurente insolubile. Rispetto al comune polietilene termoplastico, i cavi isolati XLPE presentano i seguenti vantaggi:
1. Migliore resistenza alla deformazione termica, migliori proprietà meccaniche alle alte temperature e migliore resistenza alle fessurazioni da stress ambientale e all'invecchiamento termico.
2. Stabilità chimica e resistenza ai solventi migliorate, flusso freddo ridotto e sostanzialmente mantenimento delle prestazioni elettriche originali. La temperatura di lavoro a lungo-termine può raggiungere 125 gradi e 150 gradi. Dopo il processo di reticolazione-, la temperatura di corto-circuito del polietilene può essere aumentata fino a 250 gradi. Per cavi dello stesso spessore, la capacità di carico di corrente del polietilene reticolato è notevolmente aumentata.
I cavi isolati XLPE hanno eccellenti proprietà meccaniche, impermeabili e di resistenza alle radiazioni, che li rendono ampiamente utilizzati in vari campi. Ad esempio, in settori quali linee di collegamento elettriche interne, cavi di motori, cavi di illuminazione, linee di controllo di segnali a bassa-tensione per automobili, cavi di locomotive, cavi della metropolitana, cavi di protezione ambientale per miniere, cavi marini, cavi di grado 1E per centrali nucleari, cavi per pompe sommergibili e cavi di trasmissione di energia.
Al momento, la direzione di sviluppo dei materiali isolanti XLPE comprende principalmente materiali isolanti per cavi elettrici in polietilene reticolato irradiato, materiali isolanti soprastanti in polietilene reticolato irradiato e materiali per guaine poliolefiniche ritardanti di fiamma irradiati.
(2) Materiale isolante in polipropilene reticolato (XL-PP).
Il polipropilene (PP), in quanto plastica universale, ha le caratteristiche di leggerezza, abbondanti fonti di materie prime, rapporto costi-superiore, eccellente resistenza alla corrosione chimica, facilità di stampaggio e riciclabilità. Tuttavia, a causa di difetti quali bassa resistenza, scarsa resistenza al calore, grande deformazione da ritiro, scarsa resistenza allo scorrimento, fragilità alle basse temperature e scarsa resistenza all'invecchiamento da calore e ossigeno, l'applicazione dei cavi è notevolmente limitata. I ricercatori si sono impegnati a modificare i materiali in polipropilene per migliorarne le prestazioni complessive e il polipropilene modificato con reticolazione per irradiazione (XL-PP) ha effettivamente superato questi problemi. Alcuni risultati di ricerca indicano che i cavi isolati XL-PP possono soddisfare i requisiti standard del test di combustione UL VW-1 e dei cavi a 150 gradi classificati UL. Allo stesso tempo, le loro proprietà meccaniche, come la resistenza alla trazione e il test di taglio UL alla temperatura nominale, sono superiori all'isolamento in polipropilene reticolato.
Lo svantaggio della modifica della reticolazione con irradiazione del polipropilene è che vi è una reazione di cracking che forma gruppi terminali insaturi e una reazione competitiva tra molecole stimolate e grandi radicali liberi molecolari durante la reticolazione con irradiazione del PP. Il cracking prevale quando la dose di radiazioni è bassa, mentre la reticolazione prevale quando la dose viene aumentata. Numerosi studi hanno dimostrato che durante la reticolazione con radiazioni del PP, l'efficienza di reticolazione è molto bassa a causa del verificarsi simultaneo di degradazione e reticolazione. Il rapporto tra degradazione e reazione di reticolazione del PP isotattico dopo l'irradiazione con raggi y- è 0,8. Per ottenere una reazione di reticolazione efficace del PP, è necessario aggiungere acceleratori di reticolazione per la reticolazione per irradiazione. Allo stesso tempo, lo spessore di reticolazione effettivo è limitato dalla capacità di penetrazione del fascio di elettroni e le cariche residue durante l'irradiazione vengono schiumate a causa della generazione di gas, che facilita solo la reticolazione di prodotti sottili e ne limita l'uso su cavi a pareti spesse.
(3) Materiale isolante in copolimero di etilene vinil acetato reticolato (XL-EVA).
Con la crescente domanda di sicurezza dei cavi, i cavi reticolati-senza alogeni-ritardanti di fiamma-si sono sviluppati rapidamente. Rispetto al polietilene, l'EVA riduce la cristallinità, migliora la flessibilità, la resistenza agli urti, la compatibilità dei riempitivi e le prestazioni di termosaldatura introducendo il monomero di acetato di vinile nella sua catena molecolare. In generale, le prestazioni della resina EVA dipendono principalmente dal contenuto di acetato di vinile nella catena molecolare. A causa del rapporto di composizione regolabile per soddisfare le diverse esigenze applicative, maggiore è il contenuto di acetato di vinile, maggiore sarà la sua trasparenza, morbidezza e tenacità. La resina EVA ha una buona inclusività del riempitivo e reticolazione, quindi viene sempre più utilizzata nei cavi reticolati-senza alogeni-ritardanti di fiamma-. Inoltre la resina EVA viene utilizzata anche per realizzare le guaine di alcuni cavi speciali. La resina EVA utilizzata nei fili e nei cavi ha generalmente un contenuto di acetato di vinile compreso tra il 12% e il 24%. Nelle applicazioni pratiche dei cavi, l'EVA viene spesso miscelato e lavorato con PE, PVC, PP, ecc. per regolare le prestazioni dello strato isolante del cavo. Nel materiale miscelato, il componente EVA può favorire la reticolazione, che migliora le prestazioni del cavo dopo la reticolazione.
(4) Materiale isolante in gomma etilene propilene diene reticolata (XL-EPDM)
XL-EPDM è un copolimero ternario di etilene, propilene e diene non coniugato, ottenuto mediante reticolazione per irradiazione. Il filo XL-EPDM combina i vantaggi del filo isolato in poliolefina e del filo isolato in gomma ordinaria:
1. Morbido, flessibile, elastico, non adesivo alle alte temperature, resistenza all'invecchiamento a lungo-termine e resistenza alle condizioni atmosferiche avverse (-60 gradi ~125 gradi).
2. Resistenza all'ozono, resistenza ai raggi UV, resistenza all'isolamento elettrico e resistenza alla corrosione chimica.
3. Le prestazioni di resistenza a olio e solventi sono paragonabili a quelle dell'isolamento in gomma cloroprene-per uso generale. Può essere prodotto e fabbricato tramite normali apparecchiature di lavorazione per estrusione a caldo, utilizzando la reticolazione con radiazioni, che è facile da lavorare ed economicamente vantaggioso.
I cavi isolati XL-EPDM sono ampiamente utilizzati nell'isolamento di cavi di alimentazione e cavi marini inferiori a 35 kV. Ora sono stati sostituiti da questo materiale e sono stati applicati in campi quali cavi di compressori di refrigerazione, automobili, cavi di motori impermeabili, cavi di trasformatori, cavi mobili minerari, perforazione e apparecchiature mediche.
I principali svantaggi del cavo XL-EPDM sono:
1. Scarsa resistenza allo strappo.
2. Scarsa adesione e autoadesività, che influiscono sulla successiva lavorazione.
(5) Materiale isolante in gomma siliconica
La gomma siliconica ha flessibilità, resistenza all'ozono, all'effetto corona e alle fiamme e buone prestazioni di isolamento. La sua applicazione principale nell'industria elettrica è per fili e cavi. I fili e i cavi in gomma siliconica sono particolarmente adatti per l'uso in ambienti difficili e ad alta temperatura e la loro durata è molto più lunga rispetto ai cavi normali. I cavi universali isolati in gomma siliconica possono attualmente essere utilizzati in motori ad alta temperatura-, trasformatori, generatori, apparecchiature elettroniche ed elettriche, cavi di accensione per motori di veicoli da trasporto, cavi di alimentazione e controllo marini.
Attualmente, i fili isolati in gomma siliconica utilizzati nei cavi reticolati-sono generalmente reticolati-tramite aria calda atmosferica o vapore ad alta-pressione. Esistono anche studi sulla reticolazione tramite irradiazione con fascio di elettroni-della gomma siliconica, ma non è ancora stata ampiamente utilizzata nell'industria dei cavi. Con lo sviluppo della tecnologia di reticolazione per irradiazione negli ultimi anni, il costo della reticolazione per irradiazione è inferiore e l'efficienza di reticolazione è maggiore; Dal punto di vista ambientale presenta vantaggi insostituibili. Pertanto, l'applicazione della tecnologia di reticolazione per irradiazione per i materiali isolanti in gomma siliconica è la direzione di ricerca per la reticolazione futura dei fili in gomma siliconica.
