Die Leistung von Isoliermaterialien wirkt sich direkt auf die Qualität, Verarbeitungseffizienz und den Anwendungsbereich von Drähten und Kabeln aus. Die Leistung von Isoliermaterialien wirkt sich direkt auf die Qualität, Verarbeitungseffizienz und den Anwendungsbereich von Drähten und Kabeln aus.
1. PVC-Polyvinylchloriddrähte und -kabel
Polyvinylchlorid (nachfolgend bezeichnet alsPVC) Isoliermaterialien sind Mischungen, denen PVC-Pulver Stabilisatoren, Weichmacher, Flammschutzmittel, Gleitmittel und weitere Additive zugesetzt werden. Die Rezeptur wird den unterschiedlichen Anwendungen und Anforderungen an die Eigenschaften von Drähten und Kabeln entsprechend angepasst. Nach Jahrzehnten der Produktion und Anwendung ist die Herstellungs- und Verarbeitungstechnologie von PVC mittlerweile sehr ausgereift. PVC-Isoliermaterial findet im Bereich der Drähte und Kabel vielfältige Anwendungsmöglichkeiten und zeichnet sich durch besondere Eigenschaften aus:
A. Die Fertigungstechnologie ist ausgereift und lässt sich leicht formen und verarbeiten. Im Vergleich zu anderen Kabelisolationsmaterialien ist es nicht nur kostengünstig, sondern ermöglicht auch eine effektive Kontrolle von Farbunterschieden, Glanz, Druck, Verarbeitungseffizienz, Weichheit und Härte der Drahtoberfläche, der Leiterhaftung sowie der mechanischen, physikalischen und elektrischen Eigenschaften des Drahtes selbst.
B. Es verfügt über eine hervorragende Flammschutzleistung, sodass PVC-isolierte Drähte problemlos die in verschiedenen Normen festgelegten Flammschutzklassen erfüllen können.
C. In Bezug auf die Temperaturbeständigkeit lassen sich durch Optimierung und Verbesserung der Materialformeln die derzeit gebräuchlichen PVC-Isolierungsarten hauptsächlich in die folgenden drei Kategorien einteilen:
In Bezug auf die Nennspannung wird es im Allgemeinen bei Spannungspegeln von 1000 V AC und darunter verwendet und kann in Branchen wie Haushaltsgeräten, Instrumenten und Messgeräten, Beleuchtung und Netzwerkkommunikation breit eingesetzt werden.
PVC weist auch einige inhärente Nachteile auf, die seine Anwendung einschränken:
A. Aufgrund des hohen Chlorgehalts entsteht beim Verbrennen starker Rauch, der Erstickungsgefahr und Sichtbeeinträchtigung verursachen kann. Zudem entstehen Karzinogene und HCl-Gas, was die Umwelt ernsthaft schädigt. Mit der Entwicklung von Technologien zur Herstellung halogenfreier und raucharmer Isoliermaterialien ist der schrittweise Ersatz von PVC-Isolierungen zu einem unvermeidlichen Trend in der Kabelentwicklung geworden.
B. Gewöhnliche PVC-Isolierung weist eine geringe Beständigkeit gegen Säuren und Laugen, Heizöl und organische Lösungsmittel auf. Aufgrund des chemischen Prinzips „Gleiches löst Gleiches“ sind PVC-Leitungen in der genannten Umgebung sehr anfällig für Beschädigungen und Risse. Dank ihrer hervorragenden Verarbeitungseigenschaften und niedrigen Kosten werden PVC-Kabel jedoch weiterhin häufig in Haushaltsgeräten, Beleuchtungskörpern, mechanischen Geräten, Instrumenten und Messgeräten, der Netzwerkkommunikation, der Gebäudeverkabelung und anderen Bereichen eingesetzt.
2. Vernetzte Polyethylendrähte und -kabel
Vernetztes PE (nachfolgend bezeichnet alsXLPE) ist eine Art Polyethylen, das sich unter bestimmten Bedingungen unter Einwirkung energiereicher Strahlen oder Vernetzungsmittel von einer linearen Molekülstruktur in eine dreidimensionale Struktur umwandeln kann. Gleichzeitig wandelt es sich von einem thermoplastischen zu einem unlöslichen duroplastischen Kunststoff um.
Derzeit gibt es bei der Anwendung von Draht- und Kabelisolierungen hauptsächlich drei Vernetzungsmethoden:
A. Peroxidvernetzung: Dabei wird zunächst Polyethylenharz mit geeigneten Vernetzungsmitteln und Antioxidantien kombiniert und anschließend nach Bedarf weitere Komponenten hinzugefügt, um vernetzbare Polyethylenmischungspartikel zu erzeugen. Während des Extrusionsprozesses erfolgt die Vernetzung durch Heißdampf-Vernetzungsrohre.
B. Silanvernetzung (Warmwasservernetzung): Auch hier handelt es sich um eine Methode der chemischen Vernetzung. Der Hauptmechanismus besteht darin, Organosiloxane und Polyethylen unter bestimmten Bedingungen zu vernetzen.
und der Vernetzungsgrad kann im Allgemeinen etwa 60 % erreichen.
C. Bestrahlungsvernetzung: Dabei werden hochenergetische Strahlen wie α-, α- und Elektronenstrahlen genutzt, um die Kohlenstoffatome in Polyethylen-Makromolekülen zu aktivieren und eine Vernetzung zu bewirken. Die in Drähten und Kabeln üblicherweise verwendeten hochenergetischen Strahlen sind Elektronenstrahlen, die von Elektronenbeschleunigern erzeugt werden. Da diese Vernetzung auf physikalischer Energie beruht, zählt sie zur physikalischen Vernetzung.
Die drei oben genannten Vernetzungsmethoden haben unterschiedliche Eigenschaften und Anwendungen:
Im Vergleich zu thermoplastischem Polyethylen (PVC) bietet die XLPE-Isolierung folgende Vorteile:
A. Es hat die Wärmeverformungsbeständigkeit verbessert, die mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen verbessert und die Beständigkeit gegen umweltbedingte Spannungsrisse und Wärmealterung verbessert.
B. Es weist eine verbesserte chemische Stabilität und Lösungsmittelbeständigkeit auf, reduziert den Kaltfluss und behält im Wesentlichen die ursprüngliche elektrische Leistung. Die langfristige Betriebstemperatur kann 125 °C bis 150 °C erreichen. Die mit vernetztem Polyethylen isolierten Drähte und Kabel verbessern zudem die Kurzschlussfestigkeit und ihre Kurzzeittemperaturbeständigkeit kann bis zu 250 °C erreichen. Bei Drähten und Kabeln gleicher Dicke ist die Strombelastbarkeit von vernetztem Polyethylen deutlich höher.
C. Es verfügt über hervorragende mechanische, wasserdichte und strahlungsbeständige Eigenschaften und wird daher in verschiedenen Bereichen eingesetzt. Zum Beispiel: interne Verbindungskabel für Elektrogeräte, Motorkabel, Beleuchtungskabel, Niederspannungs-Signalsteuerkabel für Autos, Lokomotivkabel, Drähte und Kabel für U-Bahnen, Umweltschutzkabel für Bergwerke, Schiffskabel, Kabel für die Verlegung von Kernkraftwerken, Hochspannungskabel für Fernseher, Hochspannungskabel für Röntgenstrahlen und Stromübertragungskabel und -kabel usw.
XLPE-isolierte Drähte und Kabel haben erhebliche Vorteile, aber auch einige inhärente Nachteile, die ihre Anwendung einschränken:
A. Schlechte hitzebeständige Haftung. Bei der Verarbeitung und Verwendung von Drähten über ihre Nenntemperatur hinaus können die Drähte leicht aneinander kleben. In schweren Fällen kann dies zu Isolationsschäden und Kurzschlüssen führen.
B. Schlechter Wärmeleitwiderstand. Bei Temperaturen über 200 °C wird die Isolierung von Drähten extrem weich. Bei äußerer Krafteinwirkung, Quetschung oder Kollision kann es zu Durchtrennungen und Kurzschlüssen kommen.
C. Es ist schwierig, den Farbunterschied zwischen den Chargen zu kontrollieren. Probleme wie Kratzer, Weißfärbung und das Ablösen gedruckter Zeichen treten während der Verarbeitung häufig auf.
D. Die XLPE-Isolierung mit einer Temperaturbeständigkeit von 150 °C ist vollständig halogenfrei und besteht den VW-1-Verbrennungstest gemäß UL1581-Standard unter Beibehaltung hervorragender mechanischer und elektrischer Eigenschaften. Es gibt jedoch noch gewisse Engpässe in der Fertigungstechnologie und die Kosten sind hoch.
3. Drähte und Kabel aus Silikonkautschuk
Die Polymermoleküle von Silikonkautschuk sind Kettenstrukturen, die durch SI-O-Bindungen (Silizium-Sauerstoff-Bindungen) gebildet werden. Die SI-O-Bindungsenergie beträgt 443,5 kJ/mol und ist damit deutlich höher als die CC-Bindungsenergie (355 kJ/mol). Die meisten Drähte und Kabel aus Silikonkautschuk werden durch Kaltextrusion und Hochtemperaturvulkanisation hergestellt. Unter den verschiedenen synthetischen Gummidrähten und -kabeln weist Silikonkautschuk aufgrund seiner einzigartigen Molekularstruktur eine überlegene Leistung im Vergleich zu anderen herkömmlichen Gummiarten auf.
A. Es ist extrem weich, elastisch, geruchsneutral und ungiftig. Es ist temperaturbeständig und hält auch starker Kälte stand. Der Betriebstemperaturbereich liegt zwischen -90 und 300 °C. Silikonkautschuk ist deutlich hitzebeständiger als herkömmlicher Kautschuk. Es kann dauerhaft bei 200 °C und zeitweise bei 350 °C verwendet werden.
B. Hervorragende Witterungsbeständigkeit. Selbst nach längerer Einwirkung von UV-Strahlen und anderen klimatischen Bedingungen haben sich seine physikalischen Eigenschaften nur geringfügig verändert.
C. Silikonkautschuk hat einen sehr hohen spezifischen Widerstand und sein Widerstand bleibt über einen weiten Temperatur- und Frequenzbereich stabil.
Silikonkautschuk weist eine hervorragende Beständigkeit gegen Hochspannungskoronaentladungen und Lichtbogenentladungen auf. Silikonkautschukisolierte Drähte und Kabel weisen die oben genannten Vorteile auf und werden häufig in Hochspannungskabeln für Fernseher, hochtemperaturbeständigen Kabeln für Mikrowellenherde, Kabeln für Induktionsherde, Kabeln für Kaffeemaschinen, Leitungen für Lampen, UV-Geräte, Halogenlampen, internen Anschlusskabeln für Backöfen und Ventilatoren, insbesondere im Bereich kleiner Haushaltsgeräte, verwendet.
Allerdings schränken auch einige seiner Mängel seine breitere Anwendung ein. Zum Beispiel:
A. Geringe Reißfestigkeit. Während der Verarbeitung oder des Gebrauchs kann es durch äußere Krafteinwirkung, Quetschen, Kratzen und Schleifen beschädigt werden, was zu Kurzschlüssen führen kann. Die aktuelle Schutzmaßnahme besteht darin, eine Schicht aus Glasfaser oder hitzebeständiger Polyesterfaser außerhalb der Silikonisolierung zu flechten. Dennoch ist es während der Verarbeitung wichtig, Verletzungen durch äußere Krafteinwirkung so weit wie möglich zu vermeiden.
B. Das derzeit hauptsächlich beim Vulkanisationsformen verwendete Vulkanisationsmittel ist Doppel-, Zwei- und Vierfachvulkanisationsmittel. Dieses Vulkanisationsmittel enthält Chlor. Vollständig halogenfreie Vulkanisationsmittel (wie Platinvulkanisationsmittel) stellen hohe Anforderungen an die Temperatur der Produktionsumgebung und sind teuer. Daher ist bei der Verarbeitung von Kabelbäumen Folgendes zu beachten: Der Druck des Druckrads sollte nicht zu hoch sein. Es empfiehlt sich, Gummimaterial zu verwenden, um Brüche während des Produktionsprozesses zu vermeiden, die zu einer schlechten Druckbeständigkeit führen können.
4. Draht aus vernetztem Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM)-Kautschuk (XLEPDM)
Vernetzter Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM)-Kautschuk ist ein Terpolymer aus Ethylen, Propylen und einem nichtkonjugierten Dien, das durch chemische oder Bestrahlungsmethoden vernetzt wird. Vernetzter EPDM-Kautschuk-Isolierdraht vereint die Vorteile von Polyolefin-Isolierdraht und herkömmlichem Gummi-Isolierdraht:
A. Weich, flexibel, elastisch, antihaftbeschichtet bei hohen Temperaturen, langfristig alterungsbeständig und beständig gegen raue Wetterbedingungen (-60 bis 125 °C).
B. Ozonbeständigkeit, UV-Beständigkeit, elektrische Isolationsbeständigkeit und chemische Korrosionsbeständigkeit.
C. Die Öl- und Lösungsmittelbeständigkeit ist vergleichbar mit der von Chloropren-Kautschuk-Isolierungen für allgemeine Anwendungen. Die Verarbeitung erfolgt mittels herkömmlicher Heißextrusionsanlagen und mittels Strahlenvernetzung, was die Verarbeitung vereinfacht und kostengünstig macht. Isolierte Leitungen aus vernetztem Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM)-Kautschuk bieten zahlreiche Vorteile und finden breite Anwendung in Bereichen wie Kältekompressorleitungen, wasserdichten Motorleitungen, Transformatorleitungen, mobilen Kabeln im Bergbau, Bohranlagen, Automobilen, medizinischen Geräten, Schiffen und der allgemeinen Innenverkabelung von Elektrogeräten.
Die Hauptnachteile von XLEPDM-Drähten sind:
A. Wie XLPE- und PVC-Drähte weist es eine relativ geringe Reißfestigkeit auf.
B. Eine schlechte Haftung und Selbstklebefähigkeit beeinträchtigen die spätere Verarbeitbarkeit.
5. Fluorkunststoffdrähte und -kabel
Im Vergleich zu herkömmlichen Polyethylen- und Polyvinylchloridkabeln weisen Fluorkunststoffkabel folgende herausragende Merkmale auf:
A. Hochtemperaturbeständige Fluorkunststoffe zeichnen sich durch eine außergewöhnliche thermische Stabilität aus, die es Fluorkunststoffkabeln ermöglicht, sich an Hochtemperaturumgebungen von 150 bis 250 Grad Celsius anzupassen. Bei gleichem Leiterquerschnitt können Fluorkunststoffkabel einen höheren zulässigen Strom übertragen, wodurch sich der Anwendungsbereich dieser Art von isolierten Leitungen erheblich erweitert. Aufgrund dieser einzigartigen Eigenschaft werden Fluorkunststoffkabel häufig für interne Verkabelungen und Anschlussleitungen in Flugzeugen, Schiffen, Hochtemperaturöfen und elektronischen Geräten verwendet.
B. Gute Flammhemmung: Fluorkunststoffe haben einen hohen Sauerstoffindex, und beim Verbrennen ist die Flammenausbreitungsbreite gering, wodurch weniger Rauch entsteht. Der daraus hergestellte Draht eignet sich für Werkzeuge und Orte mit hohen Anforderungen an die Flammhemmung. Beispiele hierfür sind Computernetzwerke, U-Bahnen, Fahrzeuge, Hochhäuser und andere öffentliche Orte. Bei einem Brand haben die Menschen etwas Zeit, sich zu retten, ohne von dichtem Rauch erdrückt zu werden, wodurch wertvolle Rettungszeit gewonnen wird.
C. Hervorragende elektrische Eigenschaften: Fluorkunststoffe haben im Vergleich zu Polyethylen eine niedrigere Dielektrizitätskonstante. Daher weisen Fluorkunststoffkabel im Vergleich zu Koaxialkabeln ähnlicher Struktur eine geringere Dämpfung auf und eignen sich besser für die Hochfrequenzsignalübertragung. Die zunehmende Verwendung von Kabeln ist ein Trend. Aufgrund ihrer hohen Temperaturbeständigkeit werden Fluorkunststoffe häufig als interne Verkabelung für Übertragungs- und Kommunikationsgeräte, als Überbrückungskabel zwischen drahtlosen Übertragungsleitungen und Sendern sowie als Video- und Audiokabel verwendet. Darüber hinaus verfügen Fluorkunststoffkabel über eine gute Durchschlagfestigkeit und Isolationsbeständigkeit und eignen sich daher auch als Steuerkabel für wichtige Instrumente und Messgeräte.
D. Perfekte mechanische und chemische Eigenschaften: Fluorkunststoffe verfügen über eine hohe chemische Bindungsenergie, hohe Stabilität, sind nahezu unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen und verfügen über eine ausgezeichnete Witterungsbeständigkeit und mechanische Festigkeit. Zudem werden sie durch verschiedene Säuren, Laugen und organische Lösungsmittel nicht angegriffen. Daher eignen sie sich für Umgebungen mit starken Klimaschwankungen und korrosiven Bedingungen, wie z. B. in der Petrochemie, der Ölraffination und der Instrumentensteuerung von Ölquellen.
E. Erleichtert Schweißverbindungen. In elektronischen Geräten werden viele Verbindungen durch Schweißen hergestellt. Aufgrund des niedrigen Schmelzpunkts allgemeiner Kunststoffe neigen diese dazu, bei hohen Temperaturen leicht zu schmelzen, was gute Schweißkenntnisse erfordert. Zudem benötigen manche Schweißpunkte eine gewisse Schweißzeit, was auch der Grund für die Beliebtheit von Fluorkunststoffkabeln ist. Beispielsweise für die interne Verkabelung von Kommunikationsgeräten und elektronischen Instrumenten.
Natürlich weisen Fluorkunststoffe dennoch einige Nachteile auf, die ihren Einsatz einschränken:
A. Die Rohstoffpreise sind hoch. Die inländische Produktion basiert derzeit noch hauptsächlich auf Importen (Daikin aus Japan und DuPont aus den USA). Obwohl sich inländische Fluorkunststoffe in den letzten Jahren rasant entwickelt haben, sind die produzierten Sorten immer noch einheitlich. Im Vergleich zu importierten Materialien weisen die Materialien noch immer gewisse Unterschiede in der thermischen Stabilität und anderen umfassenden Eigenschaften auf.
B. Im Vergleich zu anderen Isoliermaterialien ist der Produktionsprozess schwieriger, die Produktionseffizienz ist gering, die gedruckten Zeichen neigen zum Abfallen und der Verlust ist groß, was die Produktionskosten relativ hoch macht.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich die Anwendung aller oben genannten Isoliermaterialien, insbesondere von Hochtemperatur-Spezialisoliermaterialien mit einer Temperaturbeständigkeit von über 105 °C, in China noch in der Übergangsphase befindet. Ob Kabelherstellung oder Kabelbaumverarbeitung – es gibt nicht nur einen ausgereiften Prozess, sondern auch ein rationales Verständnis der Vor- und Nachteile dieser Kabelart.
Veröffentlichungszeit: 27. Mai 2025