(1)Izolační materiál ze síťovaného polyethylenu (XLPE) s nízkým obsahem kouře a nulovým obsahem halogenů:
Izolační materiál XLPE se vyrábí smícháním polyethylenu (PE) a ethylenvinylacetátu (EVA) jako základní matrice spolu s různými přísadami, jako jsou bezhalogenové zpomalovače hoření, maziva, antioxidanty atd., procesem míchání a peletizace. Po ozáření se PE transformuje z lineární molekulární struktury na trojrozměrnou strukturu, čímž se mění z termoplastického materiálu na nerozpustný termosetový plast.
Izolační kabely s XLPE mají oproti běžnému termoplastickému PE několik výhod:
1. Zlepšená odolnost proti tepelné deformaci, vylepšené mechanické vlastnosti při vysokých teplotách a zlepšená odolnost proti praskání v důsledku vlivů prostředí a tepelnému stárnutí.
2. Zvýšená chemická stabilita a odolnost vůči rozpouštědlům, snížený tok za studena a zachované elektrické vlastnosti. Dlouhodobé provozní teploty mohou dosáhnout 125 °C až 150 °C. Po zpracování zesíťováním lze zkratovou teplotu PE zvýšit na 250 °C, což umožňuje výrazně vyšší proudovou únosnost kabelů stejné tloušťky.
3. Kabely s XLPE izolací vykazují také vynikající mechanické, vodotěsné a radiačně odolné vlastnosti, díky čemuž jsou vhodné pro různé aplikace, jako jsou vnitřní kabeláže v elektrických spotřebičích, vodiče pro motory, vodiče pro osvětlení, vodiče pro řízení automobilových signálů nízkého napětí, vodiče pro lokomotivy, kabely pro metro, ekologické důlní kabely, lodní kabely, kabely třídy 1E pro jaderné elektrárny, kabely pro ponorná čerpadla a kabely pro přenos energie.
Současné směry ve vývoji izolačních materiálů z XLPE zahrnují izolační materiály z PE zesítěného ozařováním, izolační materiály z PE zesítěného ozařováním pro anténní izolace a plášťové materiály z polyolefinu zesítěného ozařováním zpomalujícího hoření.
(2)Izolační materiál ze síťovaného polypropylenu (XL-PP):
Polypropylen (PP) jako běžný plast má vlastnosti, jako je nízká hmotnost, bohaté zdroje surovin, cenová efektivita, vynikající chemická odolnost proti korozi, snadné tvarování a recyklovatelnost. Má však omezení, jako je nízká pevnost, nízká tepelná odolnost, výrazná deformace smršťováním, nízká odolnost proti tečení, křehkost za nízkých teplot a nízká odolnost vůči stárnutí teplem a kyslíkem. Tato omezení omezují jeho použití v kabelových aplikacích. Výzkumníci pracují na modifikaci polypropylenových materiálů za účelem zlepšení jejich celkového výkonu a modifikovaný polypropylen zesítěný ozářením (XL-PP) tato omezení účinně překonal.
Izolované vodiče XL-PP splňují normy UL VW-1 pro zkoušky plamenem a normy UL pro vodiče s teplotou do 150 °C. V praktických kabelových aplikacích se EVA často mísí s PE, PVC, PP a dalšími materiály pro úpravu výkonu izolační vrstvy kabelu.
Jednou z nevýhod ozařováním zesíťovaného PP je, že zahrnuje konkurenční reakci mezi tvorbou nenasycených koncových skupin degradačními reakcemi a zesíťovacími reakcemi mezi stimulovanými molekulami a volnými radikály s velkými molekulami. Studie ukázaly, že poměr degradačních a zesíťovacích reakcí při ozařování PP je při použití gama záření přibližně 0,8. Pro dosažení účinných zesíťovacích reakcí v PP je třeba pro ozařování přidat promotory zesíťování. Efektivní tloušťka zesíťování je navíc omezena penetrační schopností elektronových paprsků během ozařování. Ozařování vede k tvorbě plynu a pěnění, což je výhodné pro zesíťování tenkých výrobků, ale omezuje použití silnostěnných kabelů.
(3) Izolační materiál ze síťovaného ethylenvinylacetátového kopolymeru (XL-EVA):
S rostoucí poptávkou po bezpečnosti kabelů prudce vzrostl vývoj bezhalogenových zesíťovaných kabelů s nehořlavou úpravou. Ve srovnání s PE má EVA, která do molekulárního řetězce zavádí monomery vinylacetátu, nižší krystalinitu, což má za následek lepší flexibilitu, odolnost proti nárazu, kompatibilitu s plnivy a tepelné spojovací vlastnosti. Vlastnosti pryskyřice EVA obecně závisí na obsahu monomerů vinylacetátu v molekulárním řetězci. Vyšší obsah vinylacetátu vede ke zvýšené transparentnosti, flexibilitě a houževnatosti. Pryskyřice EVA má vynikající kompatibilitu s plnivy a síťovatelnost, díky čemuž je stále oblíbenější v bezhalogenových zesíťovaných kabelech s nehořlavou úpravou.
Pryskyřice EVA s obsahem vinylacetátu přibližně 12 % až 24 % se běžně používá v izolaci vodičů a kabelů. V reálných kabelových aplikacích se EVA často mísí s PE, PVC, PP a dalšími materiály, aby se upravil výkon izolační vrstvy kabelu. Složky EVA mohou podporovat zesíťování a zlepšovat tak výkon kabelu po zesíťování.
(4) Izolační materiál ze síťovaného ethylen-propylen-dienu (XL-EPDM):
XL-EPDM je terpolymer složený z ethylenových, propylenových a nekonjugovaných dienových monomerů, zesítěných ozářením. Kabely XL-EPDM kombinují výhody kabelů s polyolefinovou izolací a běžných kabelů s pryžovou izolací:
1. Flexibilita, odolnost, nepřilnavost při vysokých teplotách, dlouhodobá odolnost proti stárnutí a odolnost vůči drsnému klimatu (-60 °C až 125 °C).
2. Odolnost vůči ozonu, odolnost vůči UV záření, elektrická izolace a odolnost vůči chemické korozi.
3. Odolnost vůči olejům a rozpouštědlům srovnatelná s univerzální chloroprenovou pryžovou izolací. Lze ji vyrábět běžným zařízením pro horkou extruzi, což ji činí nákladově efektivní.
Kabely s izolací XL-EPDM mají širokou škálu použití, mimo jiné včetně nízkonapěťových silových kabelů, lodních kabelů, kabelů pro zapalování automobilů, ovládacích kabelů pro chladicí kompresory, mobilních kabelů pro těžební zařízení, vrtacích zařízení a zdravotnických prostředků.
Mezi hlavní nevýhody kabelů XL-EPDM patří nízká odolnost proti roztržení a slabé adhezní a samolepicí vlastnosti, což může ovlivnit následné zpracování.
(5) Silikonový kaučukový izolační materiál
Silikonová pryž se vyznačuje flexibilitou a vynikající odolností vůči ozonu, korónovému výboji a plamenům, což z ní činí ideální materiál pro elektrickou izolaci. V elektrotechnickém průmyslu se primárně uplatňuje pro výrobu drátů a kabelů. Dráty a kabely ze silikonové pryže jsou obzvláště vhodné pro použití ve vysokoteplotním a náročném prostředí s výrazně delší životností ve srovnání se standardními kabely. Mezi běžné aplikace patří vysokoteplotní motory, transformátory, generátory, elektronická a elektrická zařízení, zapalovací kabely v dopravních prostředcích a lodní silové a ovládací kabely.
V současné době se kabely s izolací ze silikonové pryže obvykle zesíťují buď horkým vzduchem za atmosférického tlaku, nebo vysokotlakou párou. Probíhá také výzkum využití ozařování elektronovým paprskem pro zesíťování silikonové pryže, ačkoli se v kabelovém průmyslu dosud nerozšířilo. Díky nedávnému pokroku v technologii zesíťování ozařováním se nabízí levnější, efektivnější a ekologičtější alternativa k izolačním materiálům ze silikonové pryže. Prostřednictvím ozařování elektronovým paprskem nebo jiných zdrojů záření lze dosáhnout účinného zesíťování izolace ze silikonové pryže a zároveň je možné kontrolovat hloubku a stupeň zesíťování tak, aby splňovaly specifické požadavky aplikace.
Proto je aplikace technologie ozařování pro izolační materiály ze silikonového kaučuku v odvětví výroby drátů a kabelů značně slibná. Očekává se, že tato technologie sníží výrobní náklady, zlepší efektivitu výroby a přispěje ke snížení nepříznivých dopadů na životní prostředí. Budoucí výzkumné a vývojové úsilí může dále podpořit používání technologie ozařování pro izolační materiály ze silikonového kaučuku, čímž se tyto technologie stanou širšími pro výrobu vysokoteplotních, vysoce výkonných drátů a kabelů v elektrotechnickém průmyslu. To poskytne spolehlivější a odolnější řešení pro různé oblasti použití.
Čas zveřejnění: 28. září 2023