Los alambres y cables producidos mediante el método de reticulación por irradiación tienen resistencia al calor, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, alta resistencia a la tracción y resistencia al hierro. En comparación con otros métodos de procesamiento de reticulación, tienen un mejor rendimiento de aislamiento y no se degradarán con catalizadores que no hayan reaccionado, lo que puede mejorar el rendimiento eléctrico, la resistencia al envejecimiento térmico y la estabilidad del material. La reticulación por radiación es un proceso y método de producción ideal para diversos alambres flexibles, cables para equipos eléctricos, alambres y cables resistentes a altas-temperaturas y{3}}ignífugos.
El material de aislamiento de la mayoría de los cables no solo debe tener una alta resistencia de aislamiento, resistencia al voltaje o baja pérdida dieléctrica, sino que también debe tener buenas propiedades físicas y mecánicas, como resistencia a la tracción, resistencia a la flexión, resistencia a la vibración, resistencia a la torsión, etc. Los materiales aislantes para los cables reticulados -irradiados incluyen principalmente cloruro de polivinilo, fluoroplásticos, polietileno reticulado, polipropileno y caucho EPDM reticulado.
1, material aislante que contiene halógenos
(1) Material aislante de cloruro de polivinilo (PVC)
El material aislante de PVC es una mezcla de plastificantes, estabilizadores, retardantes de llama, lubricantes y otros aditivos añadidos al polvo de PVC según diferentes fórmulas. Después de décadas de producción y uso, la tecnología de fabricación, ajuste de fórmulas y procesamiento de PVC se ha vuelto muy madura para diferentes aplicaciones y requisitos característicos de los cables. Con su excelente rendimiento de procesamiento y bajo costo, los cables aislados con PVC se usan ampliamente en electrodomésticos, equipos mecánicos, comunicaciones de redes, cableado de edificios y otros campos, y tienen importantes características de rendimiento:
1. Tecnología de fabricación madura, fácil de formar y procesar. En comparación con otros tipos de materiales de aislamiento de cables, no sólo tiene un bajo costo, sino que también puede controlar eficazmente la diferencia de color de la superficie, la opacidad óptica, la impresión, la eficiencia del procesamiento, la suavidad y dureza, la adhesión de los conductores, las propiedades mecánicas y físicas del propio cable y las propiedades eléctricas.
2. Tiene excelentes propiedades retardantes de llama, por lo que los cables aislados con PVC pueden cumplir fácilmente con los niveles de retardante de llama especificados en varias normas.
3. En términos de voltaje nominal, generalmente se usa para niveles de voltaje de 1000 VCA e inferiores.
El PVC también tiene algunos inconvenientes inherentes que limitan su uso, manifestados principalmente como:
Debido al alto contenido de cloro, durante la combustión se emitirá una gran cantidad de humo espeso, que puede provocar asfixia, afectar la visibilidad y producir algunos carcinógenos y gas HC1, lo que supone una grave amenaza para el medio ambiente. Con el desarrollo de la tecnología de fabricación de materiales aislantes con bajo contenido de humo y libres de halógenos-, la sustitución gradual del aislamiento tradicional de PVC se ha convertido en una tendencia inevitable en el desarrollo de cables.
2. El aislamiento de PVC común tiene poca resistencia a ácidos y álcalis, calor, aceite y solventes orgánicos. De acuerdo con el principio químico de solubilidad similar, el alambre de PVC es propenso a dañarse y agrietarse en el entorno específico.
Generalmente, esto se logra optimizando y mejorando la fórmula del material, -reticulando mediante irradiación y transformando el PVC termoplástico ordinario en plástico termoestable insoluble, haciendo que su estructura molecular sea más estable y mejorando su resistencia mecánica de aislamiento. La temperatura del cortocircuito-se puede aumentar hasta 250 grados.
Cuando se irradia PVC, se descompondrá cuando la dosis de irradiación sea demasiado alta. Las moléculas de PVC puro se reticulan por radiación, pero es difícil obtener materiales valiosos debido a la deshidrocloración, reacciones de ruptura de enlaces y decoloración. Agregar sensibilizadores con monómeros insaturados multifuncionales-puede reducir la rotura de enlaces y la decoloración de las cadenas moleculares de PVC, lo que contribuye significativamente a la formación de redes entrecruzadas.
En presencia de monómeros multifuncionales como TMPTM y TMPTA, el rendimiento del PVC ha mejorado enormemente después de la irradiación a una dosis inferior a 10 kGy, y puede usarse como material aislante y una variedad de accesorios para tuberías (como la preparación de cables retardantes de llama con resistencia al calor de 105 grados). A la misma dosis de radiación, el contenido de gel del sistema con sensibilizador es entre un 5% y un 10% mayor que el del sistema sin sensibilizador; Para lograr el mismo contenido de gel, el sistema que agrega sensibilizador requiere una pequeña dosis de radiación. La adición de sensibilizador puede reducir la dosis de radiación en más del 50% y al mismo tiempo aumentar el contenido de gel. La reducción de la dosis de radiación puede evitar defectos causados por el aumento de la temperatura del material cuando la dosis es demasiado alta. En la actualidad, la dirección de desarrollo de los materiales aislantes de PVC incluye principalmente materiales para cables de PVC reticulados -flexibles, materiales para cables transparentes y materiales para cables de PVC-sin plomo.
(2) Fluoroplástico
Los materiales aislantes de la serie fluoroplásticos se utilizan ampliamente en el campo de los cables, con un rendimiento sobresaliente en diversos aspectos, como PTFE, ETFE, PVDF, etc. Entre ellos, el PTFE puede funcionar en un ambiente de 200 grados durante mucho tiempo. Su peso ligero, excelente resistencia a la corrosión y propiedades mecánicas, así como excelentes propiedades dieléctricas y resistencia al desgaste, lo hacen ampliamente utilizado en los campos de la aviación y el aeroespacial.
La mayoría de los fluoroplásticos, especialmente el PTFE, generalmente se consideran materiales degradables por radiación. El PTFE puede sufrir agrietamiento y generar micropolvo de PTFE en diferentes condiciones. Bajo irradiación al vacío o en atmósfera inerte a una temperatura de 330 grados ~ 340 grados, que es más alta que el punto de fusión del PTFE, se puede lograr la reticulación del PTFE. La resistencia a la radiación y al desgaste de los materiales de PTFE reticulados mejoran enormemente, lo que compensa con precisión los defectos de los materiales de PTFE no reticulados. Sin embargo, debido al hecho de que el PTFE sólo puede reticularse en su estado fundido, la aplicación del PTFE reticulado en cables es limitada.
Entre otras variedades de fluoroplásticos, el ETFE y el PVDF tienen buena resistencia a la radiación, pero su temperatura de uso es más baja que la del PTFB. Después de la reticulación por irradiación, se puede aumentar su temperatura de uso. Después de la reticulación del haz de electrones-, el nivel de temperatura de los cables de ETFE se puede elevar de 150 grados a 200 grados, mientras que otras excelentes características permanecen sin cambios. Los cables aislados XL-ETFE son uno de los dos tipos de cables más utilizados en la aviación actual.
El cable aislado XL-ETFE está hecho de un material aislante especial de ETFE reticulable, que se extruye en un cable y se reticula mediante irradiación con haz de electrones. Las moléculas de ETFE contienen unidades estructurales de etileno, por lo que tienden a entrecruzarse bajo la irradiación. Sin embargo, el grado de reticulación no es suficiente y es necesario añadir sensibilizadores de reticulación especiales para promover la reticulación. Además, el proceso de reticulación por irradiación de ETFE se ve afectado por la atmósfera de oxígeno y el grado de reticulación es inestable. El uso de reticulación por irradiación en una atmósfera de gas inerte a temperaturas más altas es beneficioso para la estabilidad de la reticulación del alambre.
En comparación con los cables comunes de PE y PVC, los cables fluoroplásticos tienen las siguientes ventajas destacadas:
1. Resistencia a altas temperaturas
Los fluoroplásticos tienen una estabilidad térmica extraordinaria y los cables fluoroplásticos pueden adaptarse a entornos de alta temperatura que oscilan entre 150 grados y 250 grados. En otras palabras, bajo las mismas-condiciones de sección transversal del conductor, los cables fluoroplásticos pueden transmitir corrientes permitidas más grandes, lo que mejora en gran medida el rango de uso de este tipo de cable aislado. Debido a su rendimiento único, los cables fluoroplásticos se pueden utilizar para cableado interno, cables conductores, etc. en aviones, barcos, hornos de alta-temperatura y dispositivos electrónicos.
2. Buen retardo de llama
Los fluoroplásticos tienen un alto índice de oxígeno y generalmente son difíciles de quemar, con un rango pequeño de difusión de la llama durante la combustión. El alambre fabricado con él es adecuado para herramientas y lugares con requisitos estrictos de retardo de llama. Por ejemplo, lugares públicos como redes informáticas, metro, vehículos, aviones, etc. Una vez que ocurre un incendio, las personas pueden tener una cierta cantidad de tiempo para evacuar de manera segura y brindar primeros auxilios al personal.
3. Excelente rendimiento eléctrico
En comparación con el PE, los fluoroplásticos tienen una constante dieléctrica más baja. Por lo tanto, en comparación con los cables coaxiales con estructuras similares, los cables fluoroplásticos tienen menos atenuación y son más adecuados para la transmisión de señales de alta-frecuencia. La creciente frecuencia del uso de cables se ha convertido en una tendencia hoy en día y, debido a la resistencia a altas temperaturas de los fluoroplásticos, se usan comúnmente como cableado interno para equipos de comunicación de transmisión, puentes entre alimentadores y transmisores de transmisión inalámbrica y cables de video y audio. Además, los cables fluoroplásticos tienen buena rigidez dieléctrica y resistencia de aislamiento, lo que los hace adecuados para su uso como cables de control para instrumentos importantes.
4. Excelentes propiedades mecánicas y químicas.
Los fluoroplásticos tienen una alta energía de enlace químico, una alta estabilidad y casi no se ven afectados por los cambios de temperatura. Tienen excelente resistencia al envejecimiento a la intemperie y resistencia mecánica; Y no se ve afectado por diversos ácidos, bases y disolventes orgánicos. Por lo tanto, es adecuado para entornos con cambios climáticos significativos y propiedades corrosivas, como petroquímicos, refinerías y control de instrumentos de pozos petroleros.
5. Propicio para soldar y conectar cables.
En los instrumentos electrónicos, muchas conexiones se realizan mediante métodos de soldadura. Debido a la baja temperatura de fusión de los plásticos en general, son propensos a fundirse a altas temperaturas, lo que requiere técnicas de soldadura especializadas. Algunos puntos de soldadura requieren una cierta cantidad de tiempo de soldadura, lo que también se ha convertido en la razón por la que los cables fluoroplásticos son populares, como el cableado interno de equipos de comunicación e instrumentos electrónicos.
Los fluoroplásticos también presentan algunos inconvenientes que limitan su uso:
1. Los precios de las materias primas de los fluoroplásticos son caros y actualmente la producción nacional depende principalmente de las importaciones (Daikin de Japón y DuPont de Estados Unidos). Aunque la industria nacional de producción de fluoroplásticos se ha desarrollado rápidamente en los últimos años, las variedades de producción son relativamente únicas y los materiales todavía tienen una cierta brecha en la estabilidad térmica y otras propiedades integrales en comparación con los materiales importados.
2. En comparación con otros materiales aislantes, el proceso de producción es más difícil, la eficiencia de producción es baja, la impresión se cae fácilmente y el consumo es grande, lo que aumenta el costo de producción.
3. Los fluoroplásticos de PTFE tienen poca resistencia a la radiación. Por ejemplo, a temperatura ambiente o en presencia de aire, cuando la dosis de irradiación alcanza varios Mrad, la irradiación con haz de electrones del acelerador puede provocar la rotura de la cadena principal de carbono de las moléculas de PTFE, lo que provoca el agrietamiento del PTPE y una rápida descomposición del PTFE.
2, material aislante libre de halógenos-
(1) Material aislante de polietileno (XLPE) reticulado, libre de halógenos y -bajo en humo
Se utilizan polietileno (PE) y acetato de etilenvinilo (EVA) como matriz, y se añaden diversos aditivos, como retardantes de llama libres de halógenos, lubricantes, antioxidantes, etc., mediante la combinación y granulación de caucho para producir material aislante de polietileno. Después del procesamiento por irradiación, el polietileno puede transformarse de una estructura molecular lineal a una estructura tridimensional en masa. Transformación simultánea de termoplástico a plástico termoendurecible insoluble. En comparación con el polietileno termoplástico ordinario, los cables aislados XLPE tienen las siguientes ventajas:
1. Resistencia mejorada a la deformación por calor, propiedades mecánicas mejoradas a altas temperaturas y resistencia mejorada al agrietamiento por tensión ambiental y al envejecimiento por calor.
2. Estabilidad química mejorada y resistencia a los solventes, flujo en frío reducido y básicamente mantuvo el rendimiento eléctrico original. La temperatura de trabajo-a largo plazo puede alcanzar los 125 grados y los 150 grados. Después del procesamiento de reticulación, la temperatura de cortocircuito del polietileno se puede aumentar a 250 grados. Para cables del mismo espesor, la capacidad de carga de corriente del polietileno reticulado aumenta significativamente.
Los cables aislados con XLPE tienen excelentes propiedades mecánicas, impermeables y de resistencia a la radiación, lo que los hace ampliamente utilizados en diversos campos. Por ejemplo, en industrias como líneas de conexión eléctrica interna, cables de motores, cables de iluminación, líneas de control de señales de bajo-voltaje automotriz, cables de locomotoras, cables de metro, cables de protección ambiental para minería, cables marinos, cables de grado 1E para plantas de energía nuclear, cables de bombas sumergibles y cables de transmisión de energía.
En la actualidad, la dirección de desarrollo de los materiales aislantes XLPE incluye principalmente materiales aislantes de cables eléctricos de polietileno reticulado irradiado-, materiales aislantes superiores de polietileno reticulado irradiado-reticulados y materiales de revestimiento de poliolefina retardantes de llama-reticulados irradiados.
(2) Material aislante de polipropileno reticulado (XL-PP)
El polipropileno (PP), como plástico universal, tiene las características de peso ligero, abundantes fuentes de materia prima, rentabilidad-superior, excelente resistencia a la corrosión química, fácil moldeado y reciclabilidad. Sin embargo, debido a defectos tales como baja resistencia, mala resistencia al calor, gran deformación por contracción, mala resistencia a la fluencia, fragilidad a bajas temperaturas y mala resistencia al envejecimiento por calor y oxígeno, la aplicación de los cables es muy limitada. Los investigadores se han comprometido a modificar los materiales de polipropileno para mejorar su rendimiento integral, y el polipropileno modificado con reticulación por irradiación (XL-PP) ha superado eficazmente estos problemas. Hay resultados de investigaciones que indican que los cables aislados XL-PP pueden cumplir con los requisitos estándar de la prueba de combustión UL VW-1 y los cables con clasificación UL de 150 grados. Al mismo tiempo, sus propiedades mecánicas, como la resistencia a la tracción y la prueba de corte UL a temperatura nominal, son superiores al aislamiento de polipropileno reticulado.
La desventaja de la modificación de la reticulación por irradiación del polipropileno es que hay una reacción de craqueo que forma grupos terminales insaturados y una reacción competitiva entre las moléculas estimuladas y los radicales libres moleculares grandes durante la reticulación por irradiación del PP. El craqueo domina cuando la dosis de radiación es baja y la reticulación domina cuando la dosis aumenta. Múltiples estudios han demostrado que durante la reticulación por radiación del PP, la eficiencia de reticulación es muy baja debido a la ocurrencia simultánea de degradación y reticulación. La relación de degradación a reacción de reticulación del PP isotáctico después de la irradiación con rayos y-es 0,8. Para lograr una reacción de reticulación efectiva del PP, es necesario agregar aceleradores de reticulación para la reticulación por irradiación. Al mismo tiempo, el espesor de reticulación efectivo está limitado por la capacidad de penetración del haz de electrones y las cargas residuales durante la irradiación se espuman debido a la generación de gas, lo que sólo facilita la reticulación de productos delgados y limita su uso en cables de paredes gruesas.
(3) Material aislante de copolímero de etileno y acetato de vinilo (XL-EVA) reticulado
Con la creciente demanda de seguridad de los cables, los cables reticulados-retardantes de llama-sin halógenos-se han desarrollado rápidamente. En comparación con el polietileno, el EVA reduce la cristalinidad, mejora la flexibilidad, la resistencia al impacto, la compatibilidad con el relleno y el rendimiento del termosellado al introducir monómero de acetato de vinilo en su cadena molecular. En términos generales, el rendimiento de la resina EVA depende principalmente del contenido de acetato de vinilo en la cadena molecular. Debido a la proporción de composición ajustable para satisfacer las diferentes necesidades de aplicación, cuanto mayor sea el contenido de acetato de vinilo, mayor será su transparencia, suavidad y dureza. La resina EVA tiene buena capacidad de inclusión de relleno y reticulación, por lo que se utiliza cada vez más en cables reticulados-retardantes de llama-libres de halógenos-. Además, la resina EVA también se utiliza para fabricar fundas para algunos cables especiales. La resina EVA utilizada en alambres y cables generalmente tiene un contenido de acetato de vinilo del 12% al 24%. En aplicaciones prácticas de cables, el EVA a menudo se mezcla y procesa con PE, PVC, PP, etc. para ajustar el rendimiento de la capa de aislamiento del cable. En el material mezclado, el componente EVA puede promover la reticulación, lo que mejora el rendimiento del cable después de la reticulación.
(4) Material aislante de caucho de etileno propileno dieno (XL-EPDM) reticulado
XL-EPDM es un copolímero ternario de etileno, propileno y dieno no conjugado, obtenido mediante reticulación por irradiación. El alambre XL-EPDM combina las ventajas del alambre aislado con poliolefina y el alambre aislado con caucho ordinario:
1. Suave, flexible, elástico, no adhesivo a altas temperaturas, resistencia al envejecimiento a largo plazo-y resistencia a condiciones climáticas adversas (-60 grados ~ 125 grados).
2. Resistencia al ozono, resistencia a los rayos UV, resistencia al aislamiento eléctrico y resistencia a la corrosión química.
3. El rendimiento de resistencia al aceite y a los disolventes es comparable al del aislamiento de caucho de cloropreno de uso general-. Puede producirse y fabricarse mediante equipos ordinarios de procesamiento de extrusión en caliente, utilizando reticulación por radiación, que es fácil de procesar y rentable-.
Los cables aislados XL-EPDM se utilizan ampliamente en el aislamiento de cables eléctricos y cables marinos por debajo de 35 kV. Ahora han sido reemplazados por este material y se han aplicado en campos como cables de compresores de refrigeración, automoción, cables de motores impermeables, cables de transformadores, cables móviles de minería, perforación y equipos médicos.
Las principales desventajas del cable XL-EPDM son:
1. Mala resistencia al desgarro.
2. Mala adherencia y autoadhesividad, afectando el procesamiento posterior.
(5) Material aislante de caucho de silicona
El caucho de silicona tiene flexibilidad, resistencia al ozono, la corona y las llamas, y un buen rendimiento de aislamiento. Su principal aplicación en la industria eléctrica es para alambres y cables. Los alambres y cables de caucho de silicona son particularmente adecuados para su uso en ambientes hostiles y con altas temperaturas, y su vida útil es mucho más larga que la de los cables comunes. Los cables universales con aislamiento de caucho de silicona se pueden utilizar actualmente en motores de alta-temperatura, transformadores, generadores, equipos electrónicos y eléctricos, cables de encendido para motores de vehículos de transporte, cables de control y energía marina.
En la actualidad, los alambres aislados con caucho de silicona utilizados en-cables reticulados generalmente están reticulados-por aire caliente atmosférico o vapor a alta-presión. También hay estudios sobre la reticulación del caucho de silicona por irradiación de haces de electrones, pero aún no se ha utilizado ampliamente en la industria del cable. Con el desarrollo de la tecnología de reticulación por irradiación en los últimos años, el costo de la reticulación por irradiación es menor y la eficiencia de reticulación es mayor; Desde una perspectiva medioambiental, tiene ventajas irremplazables. Por lo tanto, la aplicación de la tecnología de reticulación por irradiación para materiales aislantes de caucho de silicona es la dirección de investigación para la reticulación de alambres de caucho de silicona en el futuro.
