De prestaties van isolatiematerialen hebben een directe invloed op de kwaliteit, de verwerkingsefficiëntie en het toepassingsgebied van draden en kabels. De prestaties van isolatiematerialen hebben een directe invloed op de kwaliteit, de verwerkingsefficiëntie en het toepassingsgebied van draden en kabels.
1. PVC-draden en -kabels (polyvinylchloride)
Polyvinylchloride (hierna aangeduid alsPVCIsolatiematerialen van PVC zijn mengsels waaraan stabilisatoren, weekmakers, vlamvertragers, smeermiddelen en andere additieven worden toegevoegd aan PVC-poeder. De formule wordt aangepast aan de verschillende toepassingen en specifieke eisen van draden en kabels. Na decennia van productie en toepassing is de productie- en verwerkingstechnologie van PVC inmiddels zeer volwassen. PVC-isolatiemateriaal heeft een breed scala aan toepassingen in de draad- en kabelindustrie en beschikt over eigen, onderscheidende eigenschappen.
A. De productietechnologie is volwassen, gemakkelijk te vormen en te verwerken. Vergeleken met andere soorten kabelisolatiematerialen heeft het niet alleen een lage kostprijs, maar kan het ook effectief de kleurverschillen, glans, bedrukking, verwerkingsefficiëntie, zachtheid en hardheid van het draadoppervlak, de hechting van de geleider, evenals de mechanische en fysische eigenschappen en de elektrische eigenschappen van de draad zelf beheersen.
B. Het heeft uitstekende brandvertragende eigenschappen, waardoor PVC-geïsoleerde draden gemakkelijk voldoen aan de brandvertragende eisen van diverse normen.
C. Wat betreft temperatuurbestendigheid omvatten de momenteel gangbare soorten PVC-isolatie, door optimalisatie en verbetering van de materiaalsamenstellingen, hoofdzakelijk de volgende drie categorieën:
Wat de nominale spanning betreft, wordt het over het algemeen gebruikt bij spanningsniveaus van 1000V wisselstroom en lager, en kan het breed worden toegepast in industrieën zoals huishoudelijke apparaten, instrumenten en meters, verlichting en netwerkcommunicatie.
PVC heeft echter ook een aantal inherente nadelen die de toepassingsmogelijkheden beperken:
A. Door het hoge chloorgehalte produceert het bij verbranding een grote hoeveelheid dikke rook, wat verstikking kan veroorzaken, het zicht kan belemmeren en kankerverwekkende stoffen en HCl-gas kan vrijgeven, met ernstige gevolgen voor het milieu. Met de ontwikkeling van rookarme, halogeenvrije isolatiematerialen is de geleidelijke vervanging van PVC-isolatie een onvermijdelijke trend geworden in de kabelontwikkeling.
B. Gewone PVC-isolatie is slecht bestand tegen zuren en basen, hete olie en organische oplosmiddelen. Volgens het chemische principe dat gelijksoortige stoffen elkaar oplossen, zijn PVC-draden zeer gevoelig voor beschadiging en scheuren in de genoemde omgevingen. Desondanks worden PVC-kabels, dankzij hun uitstekende verwerkbaarheid en lage kosten, nog steeds veel gebruikt in huishoudelijke apparaten, verlichting, mechanische apparatuur, instrumenten en meters, netwerkcommunicatie, gebouwbekabeling en andere toepassingen.
2. Draden en kabels van verknoopt polyethyleen
Verknoopt PE (hierna aangeduid alsXLPEPolyethyleen (LPG) is een type polyethyleen dat onder bepaalde omstandigheden, onder invloed van hoogenergetische straling of verknopingsmiddelen, kan transformeren van een lineaire moleculaire structuur naar een driedimensionale structuur. Tegelijkertijd transformeert het van thermoplastisch naar onoplosbaar thermohardend plastic.
Momenteel worden er bij de toepassing van draad- en kabelisolatie hoofdzakelijk drie verknopingsmethoden gebruikt:
A. Peroxide-verknoping: Hierbij wordt eerst polyethyleenhars gebruikt in combinatie met geschikte verknopingsmiddelen en antioxidanten, waarna naar behoefte andere componenten worden toegevoegd om verknopbare polyethyleenmengseldeeltjes te produceren. Tijdens het extrusieproces vindt de verknoping plaats door middel van hete stoomleidingen.
B. Silaanverknoping (verknoping met warm water): Dit is ook een methode voor chemische verknoping. Het belangrijkste mechanisme is het verknopen van organosiloxaan en polyethyleen onder specifieke omstandigheden.
En de mate van dwarsverbinding kan over het algemeen ongeveer 60% bedragen.
C. Bestralingscrosslinking: Hierbij worden hoogenergetische stralen zoals R-stralen, alfastralen en elektronenstralen gebruikt om de koolstofatomen in polyethyleenmacromoleculen te activeren en crosslinking te veroorzaken. De hoogenergetische stralen die gewoonlijk in draden en kabels worden gebruikt, zijn elektronenstralen die worden gegenereerd door elektronenversnellers. Omdat deze crosslinking afhankelijk is van fysieke energie, valt het onder de fysieke crosslinking.
De bovenstaande drie verschillende verknopingsmethoden hebben elk hun eigen kenmerken en toepassingen:
In vergelijking met thermoplastisch polyethyleen (PVC) heeft XLPE-isolatie de volgende voordelen:
A. Het heeft de weerstand tegen warmtevervorming vergroot, de mechanische eigenschappen bij hoge temperaturen verbeterd en de weerstand tegen spanningscorrosie door omgevingsinvloeden en warmteveroudering vergroot.
B. Het heeft een verbeterde chemische stabiliteit en oplosmiddelbestendigheid, een verminderde kruipstroom en behoudt in principe de oorspronkelijke elektrische prestaties. De bedrijfstemperatuur kan oplopen tot 125℃ en 150℃. De met verknoopt polyethyleen geïsoleerde draad en kabel hebben ook een verbeterde kortsluitvastheid en de kortstondige temperatuurbestendigheid kan oplopen tot 250℃. Voor draden en kabels van dezelfde dikte is het stroomvoerend vermogen van verknoopt polyethyleen aanzienlijk groter.
C. Het heeft uitstekende mechanische, waterdichte en stralingsbestendige eigenschappen, waardoor het op grote schaal wordt gebruikt in diverse sectoren. Zoals: interne verbindingsdraden voor elektrische apparaten, motorkabels, verlichtingskabels, laagspanningssignaalbekabeling voor auto's, locomotiefkabels, kabels voor metro's, milieubekabeling voor mijnen, scheepskabels, kabels voor kerncentrales, hoogspanningskabels voor televisies, hoogspanningskabels voor röntgenapparatuur en stroomtransmissiekabels, enz.
XLPE-geïsoleerde draden en kabels hebben aanzienlijke voordelen, maar ook enkele inherente nadelen die hun toepassing beperken:
A. Slechte hittebestendige hechting. Bij verwerking en gebruik van draden boven hun nominale temperatuur kunnen de draden gemakkelijk aan elkaar kleven. In ernstige gevallen kan dit leiden tot beschadiging van de isolatie en kortsluiting.
B. Slechte warmtegeleidingsweerstand. Bij temperaturen boven de 200℃ wordt de isolatie van draden extreem zacht. Wanneer deze wordt blootgesteld aan externe krachten zoals knijpen of botsen, is de kans groot dat de draden doorsnijden en kortsluiting veroorzaken.
C. Het is moeilijk om kleurverschillen tussen batches te beheersen. Problemen zoals krassen, verkleuring en loslatende gedrukte tekens kunnen tijdens de verwerking voorkomen.
D. De XLPE-isolatie met een temperatuurbestendigheidsklasse van 150℃ is volledig halogeenvrij en kan de VW-1-verbrandingstest volgens de UL1581-normen doorstaan, terwijl de uitstekende mechanische en elektrische eigenschappen behouden blijven. Er zijn echter nog steeds bepaalde knelpunten in de productietechnologie en de kosten zijn hoog.
3. Siliconenrubberen draden en kabels
De polymeermoleculen van siliconenrubber zijn ketenstructuren gevormd door SI-O (silicium-zuurstof) bindingen. De SI-O binding heeft een energie van 443,5 kJ/mol, wat veel hoger is dan de CC bindingsenergie (355 kJ/mol). De meeste siliconenrubberdraden en -kabels worden geproduceerd door middel van koudextrusie en vulkanisatie bij hoge temperaturen. Van de verschillende synthetische rubberdraden en -kabels heeft siliconenrubber, dankzij zijn unieke moleculaire structuur, superieure prestaties ten opzichte van andere gangbare rubbersoorten.
A. Het is extreem zacht, heeft een goede elasticiteit, is geurloos en niet-giftig, en is bestand tegen hoge temperaturen en extreme kou. Het bedrijfstemperatuurbereik ligt tussen -90 en 300 °C. Siliconenrubber heeft een veel betere hittebestendigheid dan gewoon rubber. Het kan continu gebruikt worden bij 200 °C en gedurende een bepaalde tijd bij 350 °C.
B. Uitstekende weerbestendigheid. Zelfs na langdurige blootstelling aan ultraviolette straling en andere klimatologische omstandigheden zijn de fysieke eigenschappen slechts minimaal veranderd.
C. Siliconenrubber heeft een zeer hoge soortelijke weerstand en deze weerstand blijft stabiel over een breed temperatuur- en frequentiebereik.
Siliconenrubber heeft bovendien een uitstekende weerstand tegen corona-ontladingen en vlambogen bij hoge spanningen. Siliconenrubber-geïsoleerde draden en kabels hebben deze voordelen en worden veelvuldig gebruikt in hoogspanningskabels voor televisies, hittebestendige kabels voor magnetrons, kabels voor inductiekookplaten, kabels voor koffiezetapparaten, aansluitdraden voor lampen, UV-apparatuur, halogeenlampen, interne aansluitdraden voor ovens en ventilatoren, met name in de sector van kleine huishoudelijke apparaten.
Sommige van zijn eigen tekortkomingen beperken echter ook de bredere toepasbaarheid ervan. Bijvoorbeeld:
A. Slechte scheurweerstand. Tijdens de verwerking of het gebruik is het materiaal gevoelig voor beschadiging door externe krachten zoals knijpen, krassen en schuren, wat kortsluiting kan veroorzaken. De huidige beschermingsmaatregel is het toevoegen van een laag glasvezel of hittebestendige polyestervezel aan de buitenkant van de siliconenisolatie. Desondanks is het tijdens de verwerking nog steeds belangrijk om beschadiging door externe krachten zoveel mogelijk te voorkomen.
B. De vulkanisatiemiddelen die momenteel het meest worden gebruikt bij vulkanisatievormen zijn dubbel, twee en vier. Deze vulkanisatiemiddelen bevatten chloor. Volledig halogeenvrije vulkanisatiemiddelen (zoals platinavulkanisatiemiddelen) stellen strenge eisen aan de temperatuur van de productieomgeving en zijn kostbaar. Daarom moet bij de verwerking van kabelbomen rekening worden gehouden met de volgende punten: de druk van het drukwiel mag niet te hoog zijn. Het is het beste om rubbermateriaal te gebruiken om breuk tijdens het productieproces te voorkomen, wat kan leiden tot een slechte drukbestendigheid.
4. Verknoopt ethyleenpropyleendieenmonomeer (EPDM) rubber (XLEPDM) draad
Verknoopt ethyleenpropyleendieenmonomeer (EPDM) rubber is een terpolymeer van ethyleen, propyleen en een niet-geconjugeerd dieen, dat door middel van chemische of bestralingsmethoden is verknoopt. Verknoopt EPDM-rubber isolatiedraad combineert de voordelen van zowel polyolefine isolatiedraad als gewoon rubber isolatiedraad:
A. Zacht, flexibel, elastisch, antikleef bij hoge temperaturen, bestand tegen langdurige veroudering en bestand tegen extreme weersomstandigheden (-60 tot 125℃).
B. Bestand tegen ozon, UV-straling, elektrische isolatie en chemische corrosie.
C. De olie- en oplosmiddelbestendigheid is vergelijkbaar met die van algemene chloropreenrubberisolatie. Het wordt verwerkt met behulp van gewone warmte-extrusieapparatuur en er wordt gebruikgemaakt van bestralingsvernetting, wat eenvoudig te verwerken en goedkoop is. Vernet ethyleenpropyleendieenmonomeer (EPDM) rubbergeïsoleerde draden hebben de bovengenoemde talrijke voordelen en worden veelvuldig gebruikt in toepassingen zoals koelcompressorleidingen, waterdichte motorleidingen, transformatorleidingen, mobiele kabels in mijnen, boorinstallaties, auto's, medische apparatuur, schepen en algemene interne bedrading van elektrische apparaten.
De belangrijkste nadelen van XLEPDM-kabels zijn:
A. Net als XLPE- en PVC-draden heeft het een relatief lage scheurweerstand.
B. Slechte hechting en zelfklevende eigenschappen beïnvloeden de daaropvolgende verwerkbaarheid.
5. Fluorplastische draden en kabels
In vergelijking met gangbare polyethyleen- en polyvinylchloridekabels hebben fluorplastickabels de volgende opvallende kenmerken:
A. Hittebestendige fluorpolymeren hebben een buitengewone thermische stabiliteit, waardoor fluorpolymerkabels bestand zijn tegen hoge temperaturen van 150 tot 250 graden Celsius. Bij geleiders met dezelfde doorsnede kunnen fluorpolymerkabels een grotere toelaatbare stroomsterkte geleiden, waardoor het toepassingsgebied van dit type geïsoleerde draad aanzienlijk wordt vergroot. Dankzij deze unieke eigenschap worden fluorpolymerkabels vaak gebruikt voor interne bedrading en aansluitdraden in vliegtuigen, schepen, ovens met hoge temperaturen en elektronische apparatuur.
B. Goede brandvertragende eigenschappen: Fluorplastics hebben een hoge zuurstofindex en bij verbranding is de vlamverspreiding beperkt, waardoor er minder rook ontstaat. Draad gemaakt van fluorplastics is geschikt voor toepassingen en plaatsen waar strenge eisen aan brandvertragendheid gelden. Denk bijvoorbeeld aan computernetwerken, metro's, voertuigen, hoge gebouwen en andere openbare ruimtes. Bij brand hebben mensen de tijd om te evacueren zonder door dikke rook te worden overweldigd, waardoor kostbare reddingstijd wordt gewonnen.
C. Uitstekende elektrische prestaties: Vergeleken met polyethyleen hebben fluorpolymeren een lagere diëlektrische constante. Daardoor hebben fluorpolymeren kabels, vergeleken met coaxkabels met een vergelijkbare structuur, minder demping en zijn ze beter geschikt voor hoogfrequente signaaloverdracht. Het toenemende gebruik van kabels is tegenwoordig een trend. Dankzij de hoge temperatuurbestendigheid worden fluorpolymeren veelvuldig gebruikt als interne bedrading voor transmissie- en communicatieapparatuur, als verbindingskabels tussen draadloze transmissielijnen en zenders, en als video- en audiokabels. Bovendien hebben fluorpolymeren kabels een goede diëlektrische sterkte en isolatieweerstand, waardoor ze geschikt zijn als stuurkabels voor belangrijke instrumenten en meters.
D. Perfecte mechanische en chemische eigenschappen: Fluorplasten hebben een hoge chemische bindingsenergie, een hoge stabiliteit, worden vrijwel niet beïnvloed door temperatuurschommelingen en bezitten een uitstekende weerstand tegen weersinvloeden en veroudering, evenals een hoge mechanische sterkte. Bovendien worden ze niet aangetast door diverse zuren, basen en organische oplosmiddelen. Daarom zijn ze geschikt voor omgevingen met aanzienlijke klimaatschommelingen en corrosieve omstandigheden, zoals de petrochemische industrie, olieraffinaderijen en de instrumentatiecontrole van oliebronnen.
E. Vereenvoudigt lasverbindingen. In elektronische instrumenten worden veel verbindingen gemaakt door middel van lassen. Vanwege het lage smeltpunt van gangbare kunststoffen smelten deze gemakkelijk bij hoge temperaturen, waardoor vakkundige lasvaardigheden vereist zijn. Bovendien hebben sommige laspunten een bepaalde lastijd nodig, wat ook de reden is waarom fluorplastic kabels populair zijn. Denk bijvoorbeeld aan de interne bedrading van communicatieapparatuur en elektronische instrumenten.
Fluorplastics hebben uiteraard nog steeds enkele nadelen die hun gebruik beperken:
A. De prijs van grondstoffen is hoog. Momenteel is de binnenlandse productie nog grotendeels afhankelijk van import (Daikin uit Japan en DuPont uit de Verenigde Staten). Hoewel de binnenlandse fluorpolymeren zich de afgelopen jaren snel hebben ontwikkeld, is het productaanbod nog steeds beperkt. Vergeleken met geïmporteerde materialen is er nog steeds een aanzienlijk verschil in thermische stabiliteit en andere algemene eigenschappen.
B. Vergeleken met andere isolatiematerialen is het productieproces complexer, de productie-efficiëntie laag, de bedrukte tekens laten gemakkelijk los en het verlies is groot, waardoor de productiekosten relatief hoog zijn.
Samenvattend kan worden gesteld dat de toepassing van alle bovengenoemde soorten isolatiematerialen, met name hittebestendige isolatiematerialen met een temperatuurbestendigheid van meer dan 105℃, in China nog in een overgangsfase verkeert. Zowel bij de draadproductie als bij de verwerking van kabelbomen is er sprake van een volwassen proces, maar ook van een proces waarbij de voor- en nadelen van dit type draad rationeel worden begrepen.
Geplaatst op: 27 mei 2025