Drähte und Kabel, die als zentrale Träger für Energieübertragung und Informationskommunikation dienen, weisen eine Leistungsfähigkeit auf, die direkt von den Isolierungs- und Ummantelungsverfahren abhängt. Angesichts der vielfältigen Anforderungen moderner Industrien an die Kabelleistung zeigen vier gängige Verfahren – Extrusion, Längswicklung, Spiralwicklung und Tauchbeschichtung – in unterschiedlichen Anwendungsfällen jeweils spezifische Vorteile. Dieser Artikel befasst sich mit der Materialauswahl, dem Prozessablauf und den Anwendungsszenarien jedes Verfahrens und liefert damit eine theoretische Grundlage für die Kabelkonstruktion und -auswahl.
1. Extrusionsprozess
1.1 Materialsysteme
Beim Extrusionsverfahren werden vorwiegend thermoplastische oder duroplastische Polymermaterialien verwendet:
① Polyvinylchlorid (PVC): Kostengünstig, einfach zu verarbeiten, geeignet für herkömmliche Niederspannungskabel (z. B. Kabel nach UL 1061-Standard), jedoch mit schlechter Wärmebeständigkeit (langfristige Einsatztemperatur ≤ 70 °C).
②Vernetztes Polyethylen (XLPE)Durch Peroxid- oder Bestrahlungsvernetzung wird die Temperaturbeständigkeit auf 90°C erhöht (IEC 60502-Norm), die für Mittel- und Hochspannungskabel verwendet wird.
③ Thermoplastisches Polyurethan (TPU): Die Abriebfestigkeit entspricht der Norm ISO 4649 Standard Grade A und wird für Roboter-Schleppkettenkabel verwendet.
④ Fluorkunststoffe (z. B. FEP): Hohe Temperaturbeständigkeit (200 °C) und chemische Korrosionsbeständigkeit, Erfüllung der Anforderungen der Luft- und Raumfahrtkabelnorm MIL-W-22759.
1.2 Prozessmerkmale
Verwendet einen Schneckenextruder, um eine kontinuierliche Beschichtung zu erzielen:
① Temperaturregelung: XLPE erfordert eine dreistufige Temperaturregelung (Zuführzone 120°C → Kompressionszone 150°C → Homogenisierungszone 180°C).
② Dickenkontrolle: Die Exzentrizität muss ≤5% betragen (wie in GB/T 2951.11 spezifiziert).
③ Kühlmethode: Gradientenkühlung in einem Wasserbad zur Vermeidung von Kristallisationsspannungsrissen.
1.3 Anwendungsszenarien
① Energieübertragung: 35 kV und darunter XLPE-isolierte Kabel (GB/T 12706).
② Kfz-Kabelbäume: Dünnwandige PVC-Isolierung (ISO 6722 Standard 0,13 mm Dicke).
③ Spezialkabel: PTFE-isolierte Koaxialkabel (ASTM D3307).
2. Längswickelverfahren
2.1 Materialauswahl
① Metallstreifen: 0,15 mmverzinktes Stahlband(Anforderungen gemäß GB/T 2952), kunststoffbeschichtetes Aluminiumband (Al/PET/Al-Struktur).
② Wasserabweisende Materialien: Mit Heißschmelzkleber beschichtetes wasserabweisendes Klebeband (Quellrate ≥500%).
③ Schweißmaterialien: ER5356 Aluminium-Schweißdraht für das Argon-Lichtbogenschweißen (AWS A5.10-Standard).
2.2 Schlüsseltechnologien
Der Längswickelprozess umfasst drei Kernschritte:
① Bandformung: Biegen von Flachstreifen in U-Form → O-Form durch mehrstufiges Walzen.
② Kontinuierliches Schweißen: Hochfrequenz-Induktionsschweißen (Frequenz 400 kHz, Geschwindigkeit 20 m/min).
③ Online-Inspektion: Funkenprüfer (Prüfspannung 9 kV/mm).
2.3 Typische Anwendungen
① Unterseekabel: Doppellagige Längsumwicklung aus Stahlband (mechanische Festigkeit nach IEC 60840 ≥400 N/mm²).
② Bergbaukabel: Wellmantel aus Aluminium (Druckfestigkeit MT 818.14 ≥20 MPa).
③ Kommunikationskabel: Längsschirmung aus Aluminium-Kunststoff-Verbundmaterial (Übertragungsdämpfung ≤0,1 dB/m bei 1 GHz).
3. Spiralwickelverfahren
3.1 Materialkombinationen
① Glimmerband: Muskovitgehalt ≥95% (GB/T 5019.6), Feuerbeständigkeitstemperatur 1000°C/90 min.
② Halbleitendes Band: Rußgehalt 30%～40% (Volumenwiderstand 10²～10³ Ω·cm).
③ Verbundbänder: Polyesterfolie + Vliesstoff (Dicke 0,05 mm ±0,005 mm).
3.2 Prozessparameter
① Wickelwinkel: 25°～55° (ein kleinerer Winkel bietet eine bessere Biegefestigkeit).
② Überlappungsverhältnis: 50%～70% (feuerbeständige Kabel erfordern eine 100%ige Überlappung).
③ Spannungsregelung: 0,5～2 N/mm² (Servomotor-Regelkreis).
3.3 Innovative Anwendungen
① Kernkraftwerkskabel: Dreilagige Glimmerbandumwicklung (IEEE 383-Standard LOCA-Test-qualifiziert).
② Supraleitende Kabel: Umwicklung mit halbleitendem, wasserundurchlässigem Band (kritische Stromerhaltungsrate ≥98%).
③ Hochfrequenzkabel: PTFE-Folienumwicklung (Dielektrizitätskonstante 2,1 bei 1 MHz).
4 Tauchbeschichtungsverfahren
4.1 Beschichtungssysteme
① Asphaltbeschichtungen: Penetration 60～80 (0,1 mm) @25°C (GB/T 4507).
② Polyurethan: Zweikomponentensystem (NCO:OH = 1,1:1), Haftung ≥3B (ASTM D3359).
③ Nano-Beschichtungen: SiO₂-modifiziertes Epoxidharz (Salzsprühtest >1000 h).
4.2 Prozessverbesserungen
① Vakuumimprägnierung: Druck von 0,08 MPa wird 30 Minuten lang aufrechterhalten (Porenfüllungsgrad >95%).
② UV-Härtung: Wellenlänge 365 nm, Intensität 800 mJ/cm².
③ Gradiententrocknung: 40°C × 2 h → 80°C × 4 h → 120°C × 1 h.
4.3 Besondere Anwendungen
① Freileitungsleiter: Graphenmodifizierte Korrosionsschutzbeschichtung (Reduzierung der Salzablagerungsdichte um 70%).
② Schiffskabel: Selbstheilende Polyurea-Beschichtung (Rissheilungszeit <24 h).
③ Erdkabel: Halbleitende Beschichtung (Erdungswiderstand ≤5 Ω·km).
5. Schlussfolgerung
Mit der Entwicklung neuer Materialien und intelligenter Anlagen schreiten die Ummantelungsprozesse hin zu Kompositbildung und Digitalisierung voran. So ermöglicht beispielsweise die Kombination aus Extrusion und Längswicklung die integrierte Produktion von dreilagigen Coextrusions- und Aluminiummantel-Systemen, und 5G-Kommunikationskabel nutzen eine Nano-Beschichtung in Kombination mit einer Ummantelung aus Verbundisolierung. Zukünftige Prozessinnovationen müssen ein optimales Gleichgewicht zwischen Kostenkontrolle und Leistungssteigerung finden, um die qualitativ hochwertige Entwicklung der Kabelindustrie voranzutreiben.
Veröffentlichungsdatum: 31. Dezember 2025