Fire și cabluri cu izolație din cauciuc: tipuri, avantaje și dezavantaje, materiale, tehnologie de producție

Firele și cablurile izolate cu cauciuc sunt utilizate pentru conectarea pantografelor și distribuirea energiei electrice în rețelele secundare de curent electric și sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în industrie, agricultură, transporturi, construcții și viața de zi cu zi.

Tipuri de cabluri și fire cu izolație din cauciuc

Cablurile, firele și cablurile cu izolație din cauciuc pot fi împărțite în următoarele grupe:

• cabluri de instalare, fire și cabluri;
• cabluri de alimentare;
• cabluri de control;
• Cabluri și fire flexibile pentru furtunuri;
• cabluri și fire marine;
• cabluri de caroserie;
• fire pentru material rulant electric;
• fire pentru avioane, automobile și tractor.

Utilizarea izolației din cauciuc sau plastic este cauzată nu atât de dorința de a obține un cablu flexibil, cât se face pentru a facilita și simplifica bornele cablurilor.

Utilizarea unei mantale de plumb nu face posibilă utilizarea flexibilității sporite a stratului izolator al cablului și, prin urmare, în cazurile în care este nevoie de un cablu cu flexibilitate sporită, nu sunt plumb, ci mantale de furtun din cauciuc vulcanizat sau plastic. folosit.

Rezistenta dielectrica medie ridicata a izolatiei cauciucului in majoritatea cazurilor nu poate fi utilizata din cauza prezentei unor puncte slabe in stratul de izolatie, ceea ce necesita o crestere a grosimii stratului de izolatie in comparatie, de exemplu, cu izolatia din hartie impregnata si duce la un consumul excesiv de materiale de protecție acoperiri.pentru a crește diametrul cablului.

Etapa inițială a producției este întinderea firelor cu mai multe miezuri pentru fire, cabluri și snururi din fire de cupru cositorite și fără cositor.

Tehnologie pentru producerea de fire și cabluri cu izolație din cauciuc

Principalele operațiuni de proces includ producția de cauciuc și plastic și aplicarea acestora pe un miez sau sârmă.Producția de cauciuc include cauciuc plastifiant și introducerea de umpluturi (cretă, talc), de dedurizare, amelioratori și agenți de vulcanizare.

Compusul de cauciuc este aplicat pe miez prin presare la cald pe prese cu melc sau presare la rece pe role profilate speciale. Grosimea izolației de cauciuc depinde de dimensiunea secțiunii transversale a firului și de tensiunea nominală a firului sau cablului, în timp ce grosimea mantalei furtunului este determinată de diametrul cablului.

Grosimea tecii poate varia de la 1 la 8 mm pentru furtunurile de cauciuc și de la 2 la 4 mm pentru mantale din PVC de vinil.

Izolația de cauciuc, după aplicarea pe miez prin metodă la rece sau la cald, este vulcanizată pentru a conferi stratului izolator proprietățile fizice necesare: rezistență mecanică și elasticitate. Ambalajele din plastic nu necesită vulcanizare.

Pe partea superioară a stratului de izolație de cauciuc al firelor se aplică o împletitură din fire de bumbac, care poate fi impregnată cu bitum sau altă compoziție sau acoperită cu un strat de nitro-lac (sârme de aeronave și automobile).

Restul operațiunilor tehnologice, precum răsucirea într-un cablu și așezarea capacelor de protecție, se desfășoară în același mod ca și pentru celelalte. produse prin cablu.

Avantajele și dezavantajele izolației din cauciuc

Caracteristicile electrice și mecanice ridicate ale izolației din cauciuc au făcut posibilă realizarea unui număr de structuri de sârmă și cablu care funcționează în condiții de lucru extrem de dificile (tăieri, tăiere, excavatoare etc.).

O gamă largă de valori de rezistivitate (de la 1013 la 1017 omcm) și variații considerabile constantă dielectrică în funcție de compoziția cauciucului și de tehnologia producției sale, oferă posibilitatea de producție izolarea firelor și cablurilor de diferite tipuri.

Alături de calitățile pozitive ale izolației cauciucului, există și unele negative, dintre care cele mai caracteristice sunt următoarele:

• prezența bulelor de aer și a peliculelor în stratul izolator;
• instabilitatea cauciucului vulcanizat împotriva ozonului;
• influența forțelor mecanice și a tensiunilor asupra rezistenței dielectrice a izolației;
• reducerea caracteristicilor mecanice și electrice ale cauciucului la încălzire;
• eterogenitatea macrostructurii (prezența granulelor de umplutură, impurități etc.);
• permeabilitate vizibilă la umiditate și absorbție de umiditate;
• rezistență scăzută la efectele produselor petroliere și uleiurilor minerale;
• pierderea proprietăților mecanice în funcție de durata încălzirii în prezența oxigenului atmosferic (îmbătrânire termică).

Materiale izolante din cauciuc și caracteristici tehnologice

Cauciucul vulcanizat peste cauciucul natural și sintetic este utilizat pentru fabricarea diferitelor tipuri de produse de cablu și, astfel, joacă un rol semnificativ în fabricarea cablurilor.

Cele mai mari dificultăți se întâlnesc la utilizarea izolației din cauciuc pentru producerea de fire și cabluri de înaltă tensiune AC, de exemplu, pentru cablurile de alimentare de 6 și 10 kV care furnizează energie electrică excavatoarelor în mișcare, dragelor, mașinilor de turbă, tractoarelor electrice etc.

Rezistența insuficientă la ozon a cauciucului duce la distrugerea rapidă și la o reducere bruscă a duratei de viață a unui astfel de cablu. În aceste cazuri, se folosește un cauciuc special rezistent la ozon, care este mai puțin susceptibil la acțiunea ozonului, iar carcasa este lăcuită ca un strat protector.

Au fost dezvoltate rețete de cauciuc rezistente la petrol și benzină care permit producerea de izolație din cauciuc pentru corpurile de cablu care funcționează în puțuri de petrol la temperaturi ridicate în condiții deosebit de severe. Firele de aprindere de înaltă tensiune funcționează la intensitate mare a câmpului electric și într-un interval larg de temperatură de la -50 la + 150 ° C.

Compoziția izolației din cauciuc include următoarele materiale de bază:

• Cauciuc - natural (NK) sau sintetic (SK);
• Umpluturi - cretă, caolin, talc etc.
• Emolienți - acid stearic, parafină, vaselină, bitum etc.
• Armăturile îmbunătățesc proprietățile mecanice ale compușilor de cauciuc (negru de fum).

Cantitatea de cauciuc din compușii de cauciuc utilizate în producția de fire și cabluri variază (în funcție de greutate) în intervalul de la 25 la 60%, iar cantitatea totală a tuturor materialelor de umplutură - de la 70 la 35% / Aproximativ 2% cade pe dedurizatori și aproximativ 1,5% pentru vulcanizatoare (sulf).

În prezent, cauciucul este utilizat pe scară largă pentru a izola firele și cablurile, a căror vulcanizare se realizează datorită sulfului eliberat în timpul vulcanizării în timpul descompunerii anumitor compuși ai sulfului, de exemplu, disulfura de tetrametilthiuram (thiuram). Astfel de anvelope „fără sulf” au o rezistență crescută la căldură și, prin urmare, o durată de viață lungă. Proprietățile mecanice ale acestui cauciuc sunt puțin mai mici decât cele ale cauciucului vulcanizat cu sulf.

Trebuie remarcat în special că cauciucurile fără sulf sau, așa cum se numesc, rezistente la căldură nu au un efect distructiv asupra conductorilor de cupru ai unui fir sau cablu și, prin urmare, nu este nevoie de cositorizare a firului și a conductorilor care intră în producția de fire și cabluri izolate cu cauciuc.

Alături de cauciucuri, așa cum am menționat mai devreme, materialele termoplastice sintetice, numite și elastomeri, sunt utilizate pe scară largă.

Printre acestea, în primul rând, ar trebui inclus un amestec de plastic foarte comun din rășină PVC, care este utilizat pe scară largă în industria cablurilor, în principal pentru producția de fire de joasă tensiune și acoperiri de protecție a cablurilor (furtunuri).

Rășina PVC este obținută prin polimerizarea clorurii de vinil. Elasticul se obține prin amestecarea rășinii fin divizate cu plastifianți, stabilizator și umplutură.

Negru de fum alb, caolinul sunt cel mai adesea folosite ca umpluturi, iar fosfatul de tricrisil, ftalatul de dibutidă etc. sunt utilizați ca plastifianți.Pe lângă PVC, sunt utilizați și copolimeri de clorură de vinil, de exemplu cu acetat de vinil.

Principalele dezavantaje ale izolației PVC:

• proprietăți electrice insuficiente (rezistență de izolație insuficientă și o valoare mare a tangentei unghiului de pierdere dielectrică), care se explică prin prezența plastifianților, precum și prin ușurința eliminării ionului Cl din rășina PVC;
• rezistență insuficientă la îngheț.

Cu o alegere adecvată a plastifianților, pot fi obținute caracteristici electrice satisfăcătoare.

Proprietățile pozitive ale PVC includ:

• rezistență ridicată la îmbătrânirea termică;
• rezistență la efectele uleiurilor și a oricăror lubrifianți;
• rezistență ridicată la uzură;
• Rezistenta la apa;
• rezistență la un număr de solvenți, acizi și baze, cu excepția acidului sulfuric 93% și acidului acetic glacial; benzenul este afectat negativ de solvenți, ceea ce reduce rezistența la tracțiune a compusului plastic expus la acțiunea benzenului timp de 12 zile de mai mult de 7 ori, iar rezistența specifică a volumului de 2-2,5 ori;
• neinflamabilitate.

Polietilena este utilizată pe scară largă pentru producția de izolație de înaltă calitate a firelor și cablurilor... Este un material relativ moale (când este încălzit la 70 ° C, densitatea sa scade uniform), care are o bună rezistență la îngheț și ozon și este utilizat pe scară largă pentru izolare ca energie (Cabluri izolate XLPE) și fire și cabluri de înaltă frecvență.

Calitatea compusului plastic este determinată nu numai de proprietățile polimerului de bază, ci, în mare măsură, de selecția și calitatea corectă a materialelor de umplutură și plastifianților.Alegerea materialelor de umplutură și plastifianților este o provocare majoră pentru producătorii care doresc să obțină proprietățile necesare.

Toate sarcinile cele mai dificile din punct de vedere tehnic și economic, de exemplu, obținerea cauciucului rezistent la ozon etc., sunt rezolvate prin alegerea materialului plastic de bază sau sintetic cu proprietățile necesare.

Cu starea actuală a chimiei, se poate aștepta apariția unui număr de materiale sintetice în viitorul apropiat, a căror utilizare va face posibilă rezolvarea completă a problemelor încă nerezolvate cu izolarea firelor și cablurilor.