(1)Vernetztes, raucharmes und halogenfreies Polyethylen (XLPE)-Dämmmaterial:
XLPE-Dämmstoff wird durch Compoundieren und Granulieren von Polyethylen (PE) und Ethylen-Vinylacetat (EVA) als Basismatrix mit verschiedenen Additiven wie halogenfreien Flammschutzmitteln, Gleitmitteln, Antioxidantien usw. hergestellt. Nach der Bestrahlung wandelt sich PE von einer linearen Molekularstruktur in eine dreidimensionale Struktur um und wird so vom thermoplastischen zum unlöslichen Duroplast.
XLPE-Isolierkabel weisen gegenüber herkömmlichem thermoplastischem PE mehrere Vorteile auf:
1. Verbesserte Beständigkeit gegen thermische Verformung, verbesserte mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen und verbesserte Beständigkeit gegen umweltbedingte Spannungsrisse und thermische Alterung.
2. Verbesserte chemische Stabilität und Lösungsmittelbeständigkeit, reduziertes Kaltfließen und erhaltene elektrische Eigenschaften. Die Betriebstemperaturen im Langzeitbetrieb können 125 °C bis 150 °C erreichen. Nach der Vernetzung kann die Kurzschlusstemperatur von PE auf 250 °C erhöht werden, wodurch eine deutlich höhere Strombelastbarkeit für Kabel gleicher Dicke ermöglicht wird.
3. XLPE-isolierte Kabel weisen zudem hervorragende mechanische, wasserdichte und strahlungsbeständige Eigenschaften auf und eignen sich daher für verschiedene Anwendungen, wie z. B. die interne Verdrahtung von Elektrogeräten, Motorleitungen, Beleuchtungsleitungen, Niederspannungs-Signalsteuerleitungen für Kraftfahrzeuge, Lokomotivleitungen, U-Bahn-Kabel, umweltfreundliche Bergbaukabel, Schiffskabel, 1E-Kabel für Kernkraftwerke, Tauchpumpenkabel und Stromübertragungskabel.
Zu den aktuellen Entwicklungsrichtungen von XLPE-Isoliermaterialien gehören strahlungsvernetzte PE-Stromkabelisolierungen, strahlungsvernetzte PE-Luftleitungsisolierungen und strahlungsvernetzte, flammhemmende Polyolefin-Mantelmaterialien.
(2)Vernetztes Polypropylen (XL-PP) Dämmstoff:
Polypropylen (PP) ist ein weit verbreiteter Kunststoff mit Eigenschaften wie geringem Gewicht, reichlich vorhandenen Rohstoffen, Kosteneffizienz, ausgezeichneter chemischer Korrosionsbeständigkeit, einfacher Formbarkeit und Recyclingfähigkeit. Allerdings weist er auch Nachteile wie geringe Festigkeit, schlechte Hitzebeständigkeit, starke Schrumpfung, geringe Kriechfestigkeit, Sprödigkeit bei niedrigen Temperaturen und geringe Beständigkeit gegenüber Hitze- und Sauerstoffalterung auf. Diese Einschränkungen haben seine Verwendung in Kabelanwendungen begrenzt. Forscher arbeiten daher an der Modifizierung von Polypropylenmaterialien, um dessen Gesamtleistung zu verbessern. Bestrahlungsvernetztes, modifiziertes Polypropylen (XL-PP) hat diese Einschränkungen erfolgreich überwunden.
XL-PP-isolierte Drähte erfüllen die Anforderungen der UL VW-1-Flammprüfung und die UL-Normen für Drähte bis 150 °C. In der praktischen Anwendung wird EVA häufig mit PE, PVC, PP und anderen Materialien gemischt, um die Eigenschaften der Kabelisolierung anzupassen.
Ein Nachteil der strahlungsvernetzten PP-Vernetzung besteht darin, dass zwischen der Bildung ungesättigter Endgruppen durch Abbauprozesse und Vernetzungsreaktionen zwischen stimulierten Molekülen und großen freien Radikalen konkurrierende Reaktionen ablaufen. Studien haben gezeigt, dass das Verhältnis von Abbau- zu Vernetzungsreaktionen bei der strahlungsvernetzten PP-Vernetzung mit Gammastrahlung etwa 0,8 beträgt. Um effektive Vernetzungsreaktionen in PP zu erzielen, müssen Vernetzungsbeschleuniger zugesetzt werden. Darüber hinaus ist die effektive Vernetzungsdicke durch die Eindringtiefe der Elektronenstrahlen während der Bestrahlung begrenzt. Die Bestrahlung führt zur Gasbildung und Schaumbildung, was zwar für die Vernetzung dünner Produkte vorteilhaft ist, aber die Verwendung dickwandiger Kabel einschränkt.
(3) Isoliermaterial aus vernetztem Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (XL-EVA):
Mit steigenden Anforderungen an die Kabelsicherheit hat die Entwicklung halogenfreier, flammhemmender, vernetzter Kabel rasant zugenommen. EVA, das Vinylacetat-Monomere in die Molekülkette einbaut, weist im Vergleich zu PE eine geringere Kristallinität auf. Dies führt zu verbesserter Flexibilität, Schlagfestigkeit, Füllstoffverträglichkeit und Heißsiegelfähigkeit. Generell hängen die Eigenschaften von EVA-Harz vom Gehalt an Vinylacetat-Monomeren in der Molekülkette ab. Ein höherer Vinylacetat-Gehalt bewirkt erhöhte Transparenz, Flexibilität und Zähigkeit. EVA-Harz zeichnet sich durch hervorragende Füllstoffverträglichkeit und Vernetzbarkeit aus und findet daher zunehmend Verwendung in halogenfreien, flammhemmenden, vernetzten Kabeln.
EVA-Harz mit einem Vinylacetatgehalt von ca. 12 % bis 24 % wird häufig zur Isolierung von Drähten und Kabeln verwendet. In der Praxis wird EVA oft mit PE, PVC, PP und anderen Materialien gemischt, um die Eigenschaften der Kabelisolierung anzupassen. EVA-Komponenten fördern die Vernetzung und verbessern so die Kabeleigenschaften nach der Vernetzung.
(4) Vernetztes Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (XL-EPDM)-Isoliermaterial:
XL-EPDM ist ein Terpolymer aus Ethylen-, Propylen- und nicht-konjugierten Dienmonomeren, das durch Bestrahlung vernetzt wird. XL-EPDM-Kabel vereinen die Vorteile von polyolefinisolierten und herkömmlichen gummiisolierten Kabeln:
1. Flexibilität, Elastizität, Nicht-Adhäsion bei hohen Temperaturen, Langzeitbeständigkeit gegenüber Alterung und Beständigkeit gegenüber rauen Klimabedingungen (-60 °C bis 125 °C).
2. Ozonbeständigkeit, UV-Beständigkeit, elektrische Isolationsleistung und Beständigkeit gegen chemische Korrosion.
3. Die Beständigkeit gegenüber Öl und Lösungsmitteln ist vergleichbar mit der von handelsüblicher Chloroprenkautschukisolierung. Es kann mit gängigen Heißextrusionsverfahren hergestellt werden und ist daher kostengünstig.
XL-EPDM-isolierte Kabel haben ein breites Anwendungsspektrum, darunter unter anderem Niederspannungs-Stromkabel, Schiffskabel, Zündkabel für Kraftfahrzeuge, Steuerkabel für Kältekompressoren, mobile Kabel für den Bergbau, Bohrgeräte und medizinische Geräte.
Zu den Hauptnachteilen von XL-EPDM-Kabeln gehören die geringe Reißfestigkeit sowie die schwachen Klebe- und Selbstklebeeigenschaften, die die Weiterverarbeitung beeinträchtigen können.
(5) Silikonkautschuk-Isoliermaterial
Silikonkautschuk zeichnet sich durch Flexibilität und hervorragende Beständigkeit gegenüber Ozon, Koronaentladungen und Flammen aus und ist daher ein ideales Material für die elektrische Isolierung. Hauptanwendungsgebiet in der Elektroindustrie sind Drähte und Kabel. Silikonkautschukdrähte und -kabel eignen sich besonders gut für den Einsatz in Umgebungen mit hohen Temperaturen und anspruchsvollen Bedingungen und weisen eine deutlich längere Lebensdauer im Vergleich zu Standardkabeln auf. Typische Anwendungsbereiche sind Hochtemperaturmotoren, Transformatoren, Generatoren, elektronische und elektrische Geräte, Zündkabel in Transportfahrzeugen sowie Schiffsstrom- und Steuerkabel.
Aktuell werden silikonisolierte Kabel typischerweise entweder durch Heißluft unter Atmosphärendruck oder durch Hochdruckdampf vernetzt. Auch die Vernetzung von Silikonkautschuk mittels Elektronenstrahlbestrahlung wird erforscht, ist aber in der Kabelindustrie noch nicht weit verbreitet. Dank der jüngsten Fortschritte in der Bestrahlungsvernetzungstechnologie bietet sich eine kostengünstigere, effizientere und umweltfreundlichere Alternative für Silikonkautschuk-Isoliermaterialien. Durch Elektronenstrahlbestrahlung oder andere Strahlungsquellen lässt sich eine effiziente Vernetzung der Silikonkautschuk-Isolierung erzielen, wobei die Vernetzungstiefe und der Vernetzungsgrad präzise gesteuert werden können, um spezifische Anwendungsanforderungen zu erfüllen.
Die Anwendung der Bestrahlungsvernetzungstechnologie für Silikonkautschuk-Isoliermaterialien birgt daher großes Potenzial für die Draht- und Kabelindustrie. Diese Technologie verspricht, die Produktionskosten zu senken, die Produktionseffizienz zu steigern und zur Reduzierung negativer Umweltauswirkungen beizutragen. Zukünftige Forschungs- und Entwicklungsarbeiten könnten den Einsatz der Bestrahlungsvernetzungstechnologie für Silikonkautschuk-Isoliermaterialien weiter vorantreiben und deren Anwendungsmöglichkeiten für die Herstellung von Hochtemperatur-Hochleistungsdrähten und -kabeln in der Elektroindustrie erweitern. Dies wird zuverlässigere und langlebigere Lösungen für verschiedene Anwendungsbereiche ermöglichen.
Veröffentlichungsdatum: 28. September 2023