Trådarna och kablarna som produceras genom bestrålningstvärbindningsmetoden har värmebeständighet, slitstyrka, korrosionsbeständighet, hög draghållfasthet och järnbeständighet. Jämfört med andra tvärbindningsmetoder har de bättre isoleringsprestanda och kommer inte att försämras av oreagerade katalysatorer, vilket kan förbättra elektrisk prestanda, termisk åldringsbeständighet och materialstabilitet. Strålningstvärbindning är en idealisk process och produktionsmetod för olika flexibla ledningar, kablar för elektrisk utrustning, hög-temperaturbeständig och flam-ledningar och kablar.
Isoleringsmaterialet i de flesta kablar måste inte bara ha hög isolationsresistans, spänningshållfasthet eller låg dielektrisk förlust, utan även ha goda fysikaliska och mekaniska egenskaper, såsom draghållfasthet, böjmotstånd, vibrationsbeständighet, torsionsmotstånd, etc. Isoleringsmaterialen för bestrålade tvär-kablar inkluderar huvudsakligen polyvinylklorid, poly{2}fluoroplaster, polyvinylklorid, poly{2}fluoroplaster, polypropylen tvär-länkat EPDM-gummi.
1, halogeninnehållande isoleringsmaterial
(1) Isoleringsmaterial av polyvinylklorid (PVC).
PVC-isoleringsmaterial är en blandning av mjukgörare, stabilisatorer, flamskyddsmedel, smörjmedel och andra tillsatser som läggs till PVC-pulver enligt olika formler. Efter årtionden av produktion och användning har PVC-tillverkning, formeljustering och bearbetningsteknik blivit mycket mogen för olika applikationer och karakteristiska krav för kablar. Med sin utmärkta bearbetningsprestanda och låga kostnad används PVC-isolerade kablar i stor utsträckning i hushållsapparater, mekanisk utrustning, nätverkskommunikation, byggnadsledningar och andra områden och har betydande prestandaegenskaper:
1. Mogen tillverkningsteknik, lätt att forma och bearbeta. Jämfört med andra typer av kabelisoleringsmaterial har det inte bara låg kostnad, utan kan också effektivt kontrollera ytfärgsskillnaden, optisk matthet, utskrift, bearbetningseffektivitet, mjukhet och hårdhet, vidhäftning av ledare, mekaniska och fysiska egenskaper hos själva tråden och elektriska egenskaper.
2. Den har utmärkta flamskyddsegenskaper, så PVC-isolerade ledningar kan enkelt uppfylla de flamskyddsmedelsnivåer som anges i olika standarder.
3. När det gäller märkspänning används den vanligtvis för spänningsnivåer på 1000V AC och lägre.
PVC har också några inneboende nackdelar som begränsar dess användning, huvudsakligen manifesterad som:
På grund av den höga halten klor kommer en stor mängd tjock rök att avges vid förbränning, vilket kan orsaka kvävning, påverka sikten och producera vissa cancerframkallande ämnen och HC1-gas, vilket utgör ett allvarligt hot mot miljön. Med utvecklingen av tillverkningsteknik för låg rök- och halogenfria -isoleringsmaterial, har gradvis ersättning av traditionell PVC-isolering blivit en oundviklig trend inom kabelutveckling.
2. Vanlig PVC-isolering har dålig motståndskraft mot syra och alkali, värme och olja och organiska lösningsmedel. Enligt den kemiska principen om liknande löslighet är PVC-tråd benägen att skadas och spricka i den specifika miljön.
I allmänhet uppnås detta genom att optimera och förbättra materialformeln, tvärbinda genom bestrålning och omvandla vanlig termoplastisk PVC till olöslig härdplast, vilket gör dess molekylära struktur stabilare och förbättrar dess isoleringsmekaniska styrka. Kortslutningstemperaturen kan ökas med upp till 250 grader.
När PVC bestrålas kommer det att sönderfalla när bestrålningsdosen är för hög. Rena PVC-molekyler genomgår strålningstvärbindning, men det är svårt att få fram värdefulla material på grund av dehydroklorering, bindningsbrytande reaktioner och missfärgning. Att lägga till sensibilisatorer med multi-funktionella omättade monomerer kan minska bindningsbrytningen och missfärgningen av PVC-molekylkedjor, vilket ger ett betydande bidrag till bildandet av tvärbundna nätverk.
I närvaro av multifunktionella monomerer som TMPTM och TMPTA har prestandan hos PVC förbättrats avsevärt efter bestrålning vid en dos lägre än 10kGy, och den kan användas som isoleringsmaterial och en mängd olika rördelar (som att förbereda flamskyddskabel med värmebeständighet på 105 grader). Vid samma stråldos är gelinnehållet i systemet med sensibilisator 5% ~ 10% högre än i systemet utan sensibilisator; För att uppnå samma gelinnehåll kräver systemet som tillsätter sensibilisator en liten stråldos. Tillsats av sensibiliseringsmedel kan minska stråldosen med mer än 50 % samtidigt som gelhalten ökar. Reduktionen av stråldosen kan undvika defekter orsakade av stigande materialtemperatur när dosen är för hög. För närvarande omfattar utvecklingsriktningen för PVC-isoleringsmaterial huvudsakligen flexibla tvär-länkade PVC-kabelmaterial, transparenta kabelmaterial och blyfria PVC-kabelmaterial.
(2) Fluoroplast
Isoleringsmaterial av fluoroplastiska serier används ofta inom kablar, med enastående prestanda i olika aspekter som PTFE, ETFE, PVDF, etc. Bland dem kan PTFE arbeta i en miljö på 200 grader under lång tid. Dess lätta, utmärkta korrosionsbeständighet och mekaniska egenskaper, såväl som enastående dielektriska egenskaper och motståndskraft mot slitage, gör den flitigt använd inom flyg- och rymdområdet.
De flesta fluorplaster, särskilt PTFE, anses allmänt vara strålningsnedbrytbara material. PTFE kan genomgå sprickbildning och generera PTFE-mikropulver under olika förhållanden. Under vakuum eller inert atmosfärbestrålning vid en temperatur på 330 grader ~ 340 grader, vilket är högre än smältpunkten för PTFE, kan tvärbindning av PTFE uppnås. Strålningsbeständigheten och slitstyrkan hos tvärbundna PTFE-material är avsevärt förbättrade, vilket exakt kompenserar för defekterna hos icke-tvärbundna PTFE-material. Men på grund av det faktum att PTFE endast kan tvärbinda i sitt smälta tillstånd, är tillämpningen av tvärbunden PTFE i kablar begränsad.
Bland andra fluoroplastiska varianter har ETFE och PVDF god strålningsbeständighet, men deras användningstemperatur är lägre än PTFB. Efter bestrålningstvärbindning kan dess användningstemperatur ökas. Efter korslänkning av elektronstråle- kan temperaturnivån för ETFE-ledningar höjas från 150 grader till 200 grader, medan andra utmärkta egenskaper förblir oförändrade. XL-ETFE-isolerade ledningar är en av de två vanligaste typerna av ledningar inom flyget idag.
XL-ETFE-isolerad tråd är gjord av speciellt tvärbindbart ETFE-isoleringsmaterial, som extruderas till en tråd och tvärbinds med elektronstrålebestrålning. ETFE-molekyler innehåller etenstrukturella enheter, så de har en tendens att tvärbinda under bestrålning. Graden av tvärbindning är emellertid inte tillräcklig, och speciella tvärbindningssensibilisatorer måste tillsättas för att främja tvärbindning. Dessutom påverkas tvärbindningsprocessen för ETFE-bestrålning av syreatmosfären och tvärbindningsgraden är instabil. Användning av bestrålningstvärbindning i en inert gasatmosfär vid högre temperaturer är fördelaktigt för stabiliteten av trådtvärbindning.
Jämfört med vanliga PE- och PVC-kablar har fluorplastkablar följande enastående fördelar:
1. Hög temperaturbeständighet
Fluoroplaster har extraordinär termisk stabilitet, och fluoroplastiska kablar kan anpassa sig till högtemperaturmiljöer från 150 grader till 250 grader. Med andra ord, under samma-tvärsnittsledarförhållanden kan fluoroplastiska kablar överföra större tillåtna strömmar, vilket avsevärt förbättrar användningsområdet för denna typ av isolerad tråd. På grund av dess unika prestanda kan fluoroplastiska kablar användas för interna ledningar, ledningar etc. i flygplan, fartyg, högtemperaturugnar och elektroniska enheter.
2. Bra flamskydd
Fluoroplaster har ett högt syreindex och är i allmänhet svåra att bränna, med ett litet intervall av flamdiffusion under förbränning. Tråden som tillverkas av den är lämplig för verktyg och platser med stränga krav på flamskydd. Till exempel offentliga platser som datornätverk, tunnelbanor, fordon, flygplan etc. När en brand väl uppstår kan människor ha en viss tid på sig att evakuera säkert och ge första hjälpen till personalen.
3. Utmärkt elektrisk prestanda
Jämfört med PE har fluoroplaster en lägre dielektricitetskonstant. Därför, jämfört med koaxialkablar med liknande strukturer, har fluoroplastiska kablar mindre dämpning och är mer lämpade för högfrekvent signalöverföring. Den ökande frekvensen av kabelanvändning har blivit en trend nuförtiden, och på grund av den höga temperaturbeständigheten hos fluoroplaster används de vanligtvis som interna ledningar för överföringskommunikationsutrustning, byglar mellan trådlösa överföringsmatare och sändare, och video- och ljudkablar. Dessutom har fluorplastkablar god dielektrisk hållfasthet och isoleringsresistans, vilket gör dem lämpliga att använda som styrkablar för viktiga instrument.
4. Utmärkta mekaniska och kemiska egenskaper
Fluoroplaster har hög kemisk bindningsenergi, hög stabilitet och är nästan opåverkade av temperaturförändringar. De har utmärkt väderbeständighet och mekanisk styrka; Och det påverkas inte av olika syror, baser och organiska lösningsmedel. Därför är den lämplig för miljöer med betydande klimatförändringar och korrosiva egenskaper, såsom petrokemikalier, raffinaderier och kontroll av oljekällor.
5. Befrämjar svetsning och anslutningstrådar
I elektroniska instrument görs många anslutningar med hjälp av svetsmetoder. På grund av den låga smälttemperaturen hos allmänna plaster är de benägna att smälta vid höga temperaturer, vilket kräver skickliga svetstekniker. Vissa svetspunkter kräver en viss svetstid, vilket också har blivit anledningen till att fluoroplastiska kablar är populära, till exempel intern ledning av kommunikationsutrustning och elektroniska instrument.
Fluoroplaster har också några nackdelar som begränsar deras användning:
1. Råvarupriserna på fluorplaster är dyra och för närvarande är den inhemska produktionen huvudsakligen beroende av import (Daikin från Japan och DuPont från USA). Även om den inhemska fluorplastproduktionsindustrin har utvecklats snabbt under de senaste åren, är produktionsvarianterna relativt enkla, och materialen har fortfarande ett visst gap i termisk stabilitet och andra omfattande egenskaper jämfört med importerade material.
2. Jämfört med andra isoleringsmaterial är produktionsprocessen svårare, produktionseffektiviteten är låg, utskriften är lätt att falla av och förbrukningen är stor, vilket gör produktionskostnaden högre.
3. PTFE-fluorplaster har dålig strålningsbeständighet. Till exempel, vid rumstemperatur eller i närvaro av luft, när bestrålningsdosen når flera Mrad, kan acceleratorelektronstrålning orsaka att kolhuvudkedjan av PTFE-molekyler bryts, vilket leder till sprickbildning av PTPE och snabb nedbrytning av PTFE.
2, halogenfritt-isoleringsmaterial
(1) Tvärlänkat lågrökhalogen-fritt polyeten (XLPE) isoleringsmaterial
Polyeten (PE) och etenvinylacetat (EVA) används som matris, och olika tillsatser som halogen-fria flamskyddsmedel, smörjmedel, antioxidanter etc. tillsätts genom gummiblandning och granulering för att producera polyetenisoleringsmaterial. Efter bestrålningsbearbetning kan polyeten omvandlas från en linjär molekylstruktur till en tre-dimensionell bulkstruktur. Samtidigt förvandlas från termoplast till olöslig härdplast. Jämfört med vanlig termoplastisk polyeten har XLPE-isolerade kablar följande fördelar:
1. Förbättrad motståndskraft mot värmedeformation, förbättrade mekaniska egenskaper vid höga temperaturer och förbättrad motståndskraft mot sprickbildning i miljön och värmeåldring.
2. Förbättrad kemisk stabilitet och lösningsmedelsbeständighet, minskat kallflöde och i princip bibehållit den ursprungliga elektriska prestandan. Den långa-arbetstemperaturen kan nå 125 grader och 150 grader. Efter tvärbindningsbearbetning kan kortslutningstemperaturen- för polyeten ökas till 250 grader. För kablar av samma tjocklek ökar strömbärförmågan för tvärbunden polyeten avsevärt.
XLPE-isolerade kablar har utmärkta mekaniska, vattentäta och strålningsbeständiga egenskaper, vilket gör dem allmänt använda inom olika områden. Till exempel inom industrier som interna elektriska anslutningsledningar, motorkablar, belysningsledningar, signalledningar för låg-lågspänning för fordon, lokkablar, tunnelbanekablar, miljöskyddskablar för gruvdrift, marina kablar, 1E-kablar för kärnkraftverk, dränkbara pumpkablar och kraftöverföringskablar.
För närvarande omfattar utvecklingsriktningen för XLPE-isoleringsmaterial huvudsakligen bestrålat tvär-isoleringsmaterial för kraftkabel av polyeten, bestrålat tvär-överliggande polyetenisoleringsmaterial och bestrålat tvär-flamskyddande-polyolefinhölje.
(2) Tvärbunden polypropen (XL-PP) isoleringsmaterial
Polypropen (PP), som en universalplast, har egenskaperna av låg vikt, rikliga råmaterialkällor, överlägsen kostnadseffektivitet-, utmärkt kemisk korrosionsbeständighet, enkel formning och återvinningsbarhet. På grund av defekter som låg hållfasthet, dålig värmebeständighet, stor krympningsdeformation, dålig krypmotstånd, låg temperatur sprödhet och dålig värme- och syreåldringsbeständighet är dock användningen av kablar mycket begränsad. Forskare har engagerat sig i att modifiera polypropenmaterial för att förbättra deras omfattande prestanda, och bestrålningstvärbindande modifierad polypropen (XL-PP) har effektivt övervunnit dessa problem. Det finns forskningsresultat som indikerar att XL-PP-isolerade ledningar kan uppfylla standardkraven för UL VW-1 förbränningstest och UL-klassade 150 graders ledningar. Samtidigt är deras mekaniska egenskaper såsom draghållfasthet och UL-genomskärningstest vid nominell temperatur överlägsna tvärbunden polypropenisolering.
Nackdelen med polypropenbestrålningstvärbindningsmodifiering är att det finns en krackningsreaktion som bildar omättade ändgrupper och en kompetitiv reaktion mellan stimulerade molekyler och stora molekylära fria radikaler under PP-bestrålningstvärbindning. Sprickbildning dominerar när stråldosen är låg, och tvärbindning dominerar när dosen ökas. Flera studier har visat att under tvärbindning med PP-strålning är tvärbindningseffektiviteten mycket låg på grund av den samtidiga förekomsten av nedbrytning och tvärbindning. Förhållandet mellan nedbrytning och tvärbindningsreaktion av isotaktisk PP efter bestrålning med y-strålar är 0,8. För att uppnå effektiv tvärbindningsreaktion av PP måste tvärbindningsacceleratorer tillsättas för bestrålningstvärbindning. Samtidigt begränsas den effektiva tvärbindningstjockleken av elektronstrålens penetrationsförmåga, och de kvarvarande laddningarna under bestrålning skummas på grund av genereringen av gas, vilket endast underlättar tvärbindningen av tunna produkter och begränsar deras användning på kablar med tjockvägg.
(3) Tvärbunden etenvinylacetatsampolymer (XL-EVA) isoleringsmaterial
Med den ökande efterfrågan på kabelsäkerhet har halogen-fria flamskyddade-korsbundna-kablar utvecklats snabbt. Jämfört med polyeten minskar EVA kristallinitet, förbättrar flexibilitet, slaghållfasthet, fyllmedelskompatibilitet och värmeförseglingsprestanda genom att introducera vinylacetatmonomer i dess molekylkedja. Generellt sett beror prestandan hos EVA-harts huvudsakligen på innehållet av vinylacetat i molekylkedjan. På grund av det justerbara sammansättningsförhållandet för att möta olika applikationsbehov, ju högre innehållet av vinylacetat, desto högre blir dess transparens, mjukhet och seghet. EVA-harts har god fyllnadsinneslutning och tvärbindningsförmåga, så det används alltmer i halogen-fria flamskyddade-korsbundna-kablar. Dessutom används EVA-harts även för att göra mantlar för vissa specialkablar. EVA-hartset som används i ledningar och kablar har i allmänhet en vinylacetathalt på 12 % till 24 %. I praktiska kabelapplikationer blandas och bearbetas EVA ofta med PE, PVC, PP, etc. för att justera kabelns isoleringsskiktsprestanda. I det blandade materialet kan EVA-komponenten främja tvärbindning, vilket förbättrar kabelns prestanda efter tvärbindning.
(4) Tvärbunden etylenpropylen-diengummi (XL-EPDM) isoleringsmaterial
XL-EPDM är en ternär sampolymer av eten, propen och icke-konjugerad dien, erhållen genom bestrålningstvärbindning. XL-EPDM-tråd kombinerar fördelarna med polyolefinisolerad tråd och vanlig gummiisolerad tråd:
1. Mjuk, flexibel, elastisk, icke vidhäftande vid höga temperaturer, långtids-åldringsbeständighet och motståndskraft mot tuffa väderförhållanden (-60 grader ~125 grader).
2. Ozonbeständighet, UV-beständighet, elektrisk isoleringsbeständighet och kemisk korrosionsbeständighet.
3. Olje- och lösningsmedelsbeständigheten är jämförbar med den för allmän-kloroprengummiisolering. Den kan produceras och tillverkas genom vanlig varmsträngsprutningsutrustning, med hjälp av strålningstvärbindning, vilket är lätt att bearbeta och kostnadseffektivt-.
XL-EPDM-isolerade ledningar används ofta för isolering av strömkablar och marina kablar under 35 kV. De har nu ersatts av detta material och har använts inom områden som kylkompressorledningar, bilar, vattentäta motorledningar, transformatorledningar, mobilkablar för gruvdrift, borrning och medicinsk utrustning.
De största nackdelarna med XL-EPDM-kabel är:
1. Dålig rivhållfasthet.
2. Dålig vidhäftning och självhäftning, vilket påverkar efterföljande bearbetning.
(5) Silikongummiisoleringsmaterial
Silikongummi har flexibilitet, motståndskraft mot ozon, korona och lågor och god isoleringsförmåga. Dess huvudsakliga tillämpning inom elindustrin är för ledningar och kablar. Silikongummitrådar och kablar är särskilt lämpliga för användning i höga temperaturer och tuffa miljöer, och deras livslängd är mycket längre än vanliga kablar. Universella silikongummiisolerade kablar kan för närvarande användas i hög-temperaturmotorer, transformatorer, generatorer, elektronisk och elektrisk utrustning, tändkablar för transportfordonsmotorer, marina kraft- och styrkablar.
För närvarande är de silikongummiisolerade trådarna som används i tvär-kablar i allmänhet tvärbundna- av atmosfärisk varmluft eller högtrycksånga-. Det finns också studier på tvärbindning av silikongummi med elektronstrålebestrålning, men det har ännu inte använts i stor utsträckning inom kabelindustrin. Med utvecklingen av bestrålningstvärbindningsteknologi under de senaste åren är kostnaden för bestrålningstvärbindning lägre och tvärbindningseffektiviteten är högre; Ur ett miljöperspektiv har det oersättliga fördelar. Därför är tillämpningen av bestrålningstvärbindningsteknik för silikongummiisoleringsmaterial forskningsriktningen för tvärbindning av silikongummitrådar i framtiden.
