(1)Vernetztes, raucharmes und halogenfreies Polyethylen (XLPE)-Isoliermaterial:
XLPE-Dämmmaterial wird durch die Verbindung von Polyethylen (PE) und Ethylenvinylacetat (EVA) als Basismatrix sowie verschiedenen Additiven wie halogenfreien Flammschutzmitteln, Schmiermitteln, Antioxidantien usw. durch einen Compoundier- und Pelletierprozess hergestellt. Nach der Bestrahlung wandelt sich PE von einer linearen Molekülstruktur in eine dreidimensionale Struktur um und verwandelt sich von einem thermoplastischen Material in einen unlöslichen Duroplast.
XLPE-Isolierkabel haben im Vergleich zu herkömmlichem thermoplastischem PE mehrere Vorteile:
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, reduzierter Kaltfluss und gleichbleibende elektrische Eigenschaften. Die Langzeitbetriebstemperaturen können 125 °C bis 150 °C erreichen. Nach der Vernetzung kann die Kurzschlusstemperatur von PE auf 250 °C erhöht werden, was eine deutlich höhere Strombelastbarkeit bei gleicher Kabeldicke ermöglicht.
3. XLPE-isolierte Kabel weisen außerdem hervorragende mechanische, wasserdichte und strahlungsbeständige Eigenschaften auf, sodass sie sich für verschiedene Anwendungen eignen, z. B. für die interne Verkabelung von Elektrogeräten, Motorleitungen, Beleuchtungsleitungen, Niederspannungs-Signalsteuerleitungen für Kraftfahrzeuge, Lokomotivleitungen, U-Bahn-Kabel, umweltfreundliche Bergbaukabel, Schiffskabel, Kabel der Klasse 1E für Kernkraftwerke, Kabel für Tauchpumpen und Stromübertragungskabel.
Zu den aktuellen Entwicklungsrichtungen von XLPE-Isoliermaterialien gehören strahlenvernetzte PE-Isoliermaterialien für Stromkabel, strahlenvernetzte PE-Luftisolierungsmaterialien und strahlenvernetzte flammhemmende Polyolefin-Ummantelungsmaterialien.
(2)Isoliermaterial aus vernetztem Polypropylen (XL-PP):
Polypropylen (PP) ist ein gängiger Kunststoff und zeichnet sich durch sein geringes Gewicht, seine reichhaltigen Rohstoffquellen, seine Wirtschaftlichkeit, seine hervorragende chemische Korrosionsbeständigkeit, seine einfache Formbarkeit und seine Recyclingfähigkeit aus. Es weist jedoch auch Nachteile auf, wie geringe Festigkeit, geringe Hitzebeständigkeit, erhebliche Schrumpfverformung, geringe Kriechfestigkeit, Kältesprödigkeit sowie geringe Beständigkeit gegen Hitze- und Sauerstoffalterung. Diese Einschränkungen haben seinen Einsatz in Kabelanwendungen eingeschränkt. Forscher arbeiten daran, Polypropylenmaterialien zu modifizieren, um deren Gesamtleistung zu verbessern. Strahlenvernetztes modifiziertes Polypropylen (XL-PP) hat diese Einschränkungen erfolgreich überwunden.
XL-PP-isolierte Leitungen erfüllen die UL VW-1-Flammtests und die UL-Normen für 150 °C. In praktischen Kabelanwendungen wird EVA häufig mit PE, PVC, PP und anderen Materialien gemischt, um die Leistung der Kabelisolationsschicht anzupassen.
Ein Nachteil von strahlenvernetztem PP besteht in der Konkurrenzreaktion zwischen der Bildung ungesättigter Endgruppen durch Abbaureaktionen und der Vernetzung zwischen stimulierten Molekülen und großen Molekülradikalen. Studien haben gezeigt, dass das Verhältnis von Abbau- zu Vernetzungsreaktionen bei der PP-Strahlenvernetzung unter Einsatz von Gammastrahlen etwa 0,8 beträgt. Um effektive Vernetzungsreaktionen in PP zu erreichen, müssen Vernetzungspromotoren für die Strahlenvernetzung zugesetzt werden. Zudem wird die effektive Vernetzungsdicke durch die Durchdringungsfähigkeit der Elektronenstrahlen während der Bestrahlung begrenzt. Bestrahlung führt zur Gasbildung und Schaumbildung, was für die Vernetzung dünner Produkte vorteilhaft ist, aber die Verwendung dickwandiger Kabel einschränkt.
(3) Isoliermaterial aus vernetztem Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (XL-EVA):
Mit den steigenden Anforderungen an die Kabelsicherheit hat die Entwicklung halogenfreier, flammhemmender, vernetzter Kabel rasant zugenommen. Im Vergleich zu PE weist EVA, dessen Molekülkette Vinylacetatmonomere enthält, eine geringere Kristallinität auf, was zu verbesserter Flexibilität, Schlagzähigkeit, Füllstoffverträglichkeit und Heißsiegeleigenschaften führt. Die Eigenschaften von EVA-Harz hängen grundsätzlich vom Gehalt an Vinylacetatmonomeren in der Molekülkette ab. Ein höherer Vinylacetatgehalt führt zu erhöhter Transparenz, Flexibilität und Zähigkeit. EVA-Harz weist eine hervorragende Füllstoffverträglichkeit und Vernetzungsfähigkeit auf und wird daher zunehmend für halogenfreie, flammhemmende, vernetzte Kabel verwendet.
EVA-Harz mit einem Vinylacetat-Gehalt von etwa 12 % bis 24 % wird häufig in der Isolierung von Drähten und Kabeln verwendet. In der Praxis wird EVA häufig mit PE, PVC, PP und anderen Materialien gemischt, um die Leistung der Kabelisolationsschicht anzupassen. EVA-Komponenten können die Vernetzung fördern und so die Kabelleistung nach der Vernetzung verbessern.
(4) Isoliermaterial aus vernetztem Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (XL-EPDM):
XL-EPDM ist ein Terpolymer aus Ethylen, Propylen und nichtkonjugierten Dienmonomeren, das durch Bestrahlung vernetzt wird. XL-EPDM-Kabel vereinen die Vorteile von Polyolefin-isolierten Kabeln und herkömmlichen gummiisolierten Kabeln:
1. Flexibilität, Elastizität, Nichthaftung bei hohen Temperaturen, langfristige Alterungsbeständigkeit und Beständigkeit gegenüber rauem Klima (-60 °C bis 125 °C).
2. Ozonbeständigkeit, UV-Beständigkeit, elektrische Isolationsleistung und Beständigkeit gegen chemische Korrosion.
3. Die Beständigkeit gegen Öl und Lösungsmittel ist mit der von Chloropren-Kautschuk vergleichbar. Die Herstellung erfolgt mit herkömmlichen Heißextrusionsanlagen, was die Kosteneffizienz erhöht.
XL-EPDM-isolierte Kabel haben ein breites Anwendungsspektrum, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Niederspannungskabel, Schiffskabel, Zündkabel für Kraftfahrzeuge, Steuerkabel für Kühlkompressoren, mobile Kabel für den Bergbau, Bohrgeräte und medizinische Geräte.
Zu den Hauptnachteilen von XL-EPDM-Kabeln zählen eine geringe Reißfestigkeit sowie schwache Klebe- und Selbstklebeeigenschaften, die die nachfolgende Verarbeitung beeinträchtigen können.
(5) Silikonkautschuk-Isoliermaterial
Silikonkautschuk ist flexibel und weist eine hervorragende Beständigkeit gegen Ozon, Koronaentladung und Flammen auf. Damit ist er ein ideales Material für elektrische Isolierungen. In der Elektroindustrie wird er vor allem für Drähte und Kabel verwendet. Drähte und Kabel aus Silikonkautschuk eignen sich besonders gut für den Einsatz in anspruchsvollen Umgebungen mit hohen Temperaturen und hoher Beanspruchung und haben im Vergleich zu Standardkabeln eine deutlich längere Lebensdauer. Zu den gängigen Anwendungen gehören Hochtemperaturmotoren, Transformatoren, Generatoren, elektronische und elektrische Geräte, Zündkabel in Transportfahrzeugen sowie Strom- und Steuerkabel für die Schifffahrt.
Derzeit werden silikonisolierte Kabel üblicherweise entweder mit atmosphärischem Druck, Heißluft oder Hochdruckdampf vernetzt. Auch die Elektronenbestrahlung zur Vernetzung von Silikonkautschuk wird derzeit erforscht, hat sich in der Kabelindustrie jedoch noch nicht durchgesetzt. Die jüngsten Fortschritte in der Strahlenvernetzungstechnologie bieten eine kostengünstigere, effizientere und umweltfreundlichere Alternative zu Silikonkautschuk-Isoliermaterialien. Durch Elektronenbestrahlung oder andere Strahlungsquellen lässt sich eine effiziente Vernetzung der Silikonkautschukisolierung erreichen und gleichzeitig Tiefe und Grad der Vernetzung gezielt steuern, um spezifischen Anwendungsanforderungen gerecht zu werden.
Daher ist die Anwendung der Strahlenvernetzungstechnologie für Silikonkautschuk-Isoliermaterialien in der Draht- und Kabelindustrie vielversprechend. Diese Technologie soll die Produktionskosten senken, die Produktionseffizienz verbessern und zur Verringerung negativer Umweltauswirkungen beitragen. Zukünftige Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen könnten den Einsatz der Strahlenvernetzungstechnologie für Silikonkautschuk-Isoliermaterialien weiter vorantreiben und deren Anwendung für die Herstellung von Hochtemperatur- und Hochleistungsdrähten und -kabeln in der Elektroindustrie erweitern. Dies ermöglicht zuverlässigere und langlebigere Lösungen für verschiedene Anwendungsbereiche.
Veröffentlichungszeit: 28. September 2023