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 Stabilisatoren, Weichmacher, Flammschutzmittel, Schmiermittel und andere Additive zu PVC-Pulver 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 ein breites Anwendungsspektrum und weist besondere Eigenschaften auf:
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 Haftung des Leiters sowie der mechanischen und physikalischen Eigenschaften 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 umfassen die derzeit üblicherweise verwendeten Arten von PVC-Isolierungen durch Optimierung und Verbesserung der Materialformeln hauptsächlich die folgenden drei Kategorien:
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 eine große Menge dichter Rauch, der zum Ersticken führen, die Sicht beeinträchtigen und einige Karzinogene sowie HCl-Gas freisetzen kann, was der Umwelt ernsthaften Schaden zufügt. Mit der Entwicklung von Technologien zur Herstellung von raucharmen, halogenfreien Isoliermaterialien ist der schrittweise Ersatz von PVC-Isolierungen zu einem unvermeidlichen Trend bei der Entwicklung von Kabeln geworden.
B. Gewöhnliche PVC-Isolierung weist eine schlechte Beständigkeit gegenüber Säuren und Laugen, Heizöl und organischen Lösungsmitteln auf. Aufgrund des chemischen Prinzips „Gleiches löst Gleiches“ sind PVC-Kabel in der genannten Umgebung sehr anfällig für Beschädigungen und Risse. Dank der hervorragenden Verarbeitungseigenschaften und der geringen Kosten werden PVC-Kabel jedoch nach wie vor 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 von energiereichen Strahlen oder Vernetzungsmitteln von einer linearen Molekülstruktur in eine dreidimensionale Struktur umwandeln kann. Gleichzeitig wandelt es sich von thermoplastischem zu unlöslichem duroplastischem 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. Anschließend werden nach Bedarf weitere Komponenten hinzugefügt, um vernetzbare Polyethylen-Mischpartikel 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, Organosiloxan und Polyethylen unter bestimmten Bedingungen zu vernetzen.
und der Vernetzungsgrad kann im Allgemeinen etwa 60 % erreichen.
C. Bestrahlungsvernetzung: Dabei werden hochenergetische Strahlen wie Röntgenstrahlen, Alphastrahlen und Elektronenstrahlen eingesetzt, 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 auch die Kurzschlussfestigkeit und ihre kurzfristige Temperaturbeständigkeit 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 das Fernsehen, 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 haften. 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 immer 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, hat eine gute Elastizität, ist geruchlos und ungiftig, hat keine Angst vor hohen Temperaturen und hält starker Kälte stand. Der Betriebstemperaturbereich liegt zwischen -90 und 300 °C. Silikonkautschuk hat eine viel bessere Hitzebeständigkeit als gewöhnlicher Kautschuk. Es kann kontinuierlich bei 200 °C und für einen bestimmten Zeitraum 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 Hochspannungs-Koronaentladungen und Lichtbogenentladungen auf. Mit Silikonkautschuk isolierte Drähte und Kabel weisen die oben genannten Vorteile auf und werden häufig in Hochspannungskabeln für Fernsehgeräte, hochtemperaturbeständigen Kabeln für Mikrowellenherde, Kabeln für Induktionsherde, Kabeln für Kaffeemaschinen, Leitungen für Lampen, UV-Geräte, Halogenlampen, internen Verbindungskabeln für Backöfen und Ventilatoren, insbesondere im Bereich kleiner Haushaltsgeräte, verwendet.
Allerdings schränken auch einige seiner eigenen Mängel seine breitere Anwendung ein. Zum Beispiel:
A. Geringe Reißfestigkeit. Während der Verarbeitung oder Verwendung 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 Hochtemperatur-Polyesterfaser hinzuzufügen, die außerhalb der Silikonisolierung geflochten ist. Während der Verarbeitung ist es jedoch weiterhin notwendig, 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 strenge Anforderungen an die Temperatur der Produktionsumgebung und sind teuer. Daher sollten bei der Verarbeitung von Kabelbäumen folgende Punkte beachtet werden: 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. Isolierte Leitungen aus vernetztem EPDM-Kautschuk vereinen die Vorteile von Polyolefin- und herkömmlichen gummiisolierten Leitungen:
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 Zwecke. Die Verarbeitung erfolgt mit herkömmlichen Heißextrusionsanlagen und erfolgt durch Bestrahlungsvernetzung, 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 Bergwerk, beim Bohren, in 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 die folgenden herausragenden 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. Unter der Voraussetzung von Leitern mit gleichem Querschnitt können Fluorkunststoffkabel einen höheren zulässigen Strom übertragen, wodurch der Anwendungsbereich dieser Art von isolierten Leitungen erheblich erweitert wird. 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 strengen Anforderungen an die Flammhemmung. Beispiele sind Computernetzwerke, U-Bahnen, Fahrzeuge, Hochhäuser und andere öffentliche Orte usw. Bei einem Brand haben die Menschen etwas Zeit, sich zu evakuieren, ohne von dichtem Rauch niedergedrückt zu werden, wodurch wertvolle Rettungszeit gewonnen wird.
C. Hervorragende elektrische Leistung: Im Vergleich zu Polyethylen haben Fluorkunststoffe 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 haben eine hohe chemische Bindungsenergie, hohe Stabilität, sind nahezu unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen und verfügen über eine ausgezeichnete Witterungsbeständigkeit und mechanische Festigkeit. Zudem werden sie nicht durch verschiedene Säuren, Laugen und organische Lösungsmittel angegriffen. Daher eignen sie sich für Umgebungen mit erheblichen 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 herkömmlicher Kunststoffe neigen diese dazu, bei hohen Temperaturen leicht zu schmelzen, was gute Schweißkenntnisse erfordert. Darüber hinaus benötigen einige Schweißpunkte eine gewisse Schweißzeit, was auch der Grund für die Beliebtheit von Fluorkunststoffkabeln ist. Beispielsweise für die interne Verkabelung von Kommunikationsgeräten und elektronischen Geräten.
Natürlich weisen Fluorkunststoffe dennoch einige Nachteile auf, die ihren Einsatz einschränken:
A. Die Rohstoffpreise sind hoch. Die Inlandsproduktion basiert derzeit noch überwiegend 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 immer noch 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 fallen leicht ab 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 es sich um die Herstellung von Kabeln oder die Verarbeitung von Kabelbäumen handelt, es gibt nicht nur einen ausgereiften Prozess, sondern auch einen Prozess, um die Vor- und Nachteile dieser Kabeltypen rational zu verstehen.
Veröffentlichungszeit: 27. Mai 2025