Filferros i cables amb aïllament de cautxú: tipus, avantatges i inconvenients, materials, tecnologia de producció
Els cables i cables aïllats amb cautxú s'utilitzen per connectar pantògrafs i distribuir electricitat en xarxes de corrent elèctric secundària, i també s'utilitzen àmpliament a la indústria, l'agricultura, el transport, la construcció i la vida quotidiana.
Tipus de cables i fils amb aïllament de goma
Els cables, cables i cables amb aïllament de cautxú es poden dividir en els següents grups:
- cables d'instal·lació, filferros i cables;
- cables d'alimentació;
- cables de control;
- cables i cables flexibles per a mànegues;
- cables i filferros marins;
- cables corporals;
- cables per a material mòbil elèctric;
- cables d'avions, automòbils i tractors.
L'ús d'aïllament de cautxú o plàstic no es produeix tant per la voluntat d'obtenir un cable flexible, sinó per facilitar i simplificar els terminals del cable.
L'ús d'una funda de plom no permet utilitzar l'augment de la flexibilitat de la capa d'aïllament del cable i, per tant, en els casos en què es necessita un cable amb una major flexibilitat, no s'utilitza plom, sinó jaquetes de mànega de cautxú vulcanitzat o plàstic. utilitzat.
L'alta resistència dielèctrica mitjana de l'aïllament de cautxú en la majoria dels casos no es pot utilitzar a causa de la presència de punts febles a la capa d'aïllament, que requereix un augment del gruix de la capa d'aïllament en comparació, per exemple, amb l'aïllament de paper impregnat i condueix a un consum excessiu de materials de protecció recobriments.per augmentar el diàmetre del cable.
L'etapa inicial de producció és l'estirament de cables multinucli per a filferros, cables i cordes a partir de filferros de coure estanyats i sense estany.
Tecnologia per a la producció de fils i cables amb aïllament de cautxú
Les principals operacions del procés inclouen la producció de cautxú i plàstic i la seva aplicació a un nucli o filferro. La producció de cautxú inclou cautxú plastificant i la introducció de càrregues (guix, talc), suavitzants, millorants i vulcanitzants.
El compost de cautxú s'aplica al nucli mitjançant premsat en calent sobre premses de cuc o premsat en fred sobre rodets especials perfilats. El gruix de l'aïllament de goma depèn de la mida de la secció transversal del cable i de la tensió nominal del cable o cable, mentre que el gruix de la camisa de la mànega està determinat pel diàmetre del cable.
El gruix de la funda pot variar d'1 a 8 mm per a mànegues de cautxú i de 2 a 4 mm per a jaquetes de vinil PVC.
L'aïllament de cautxú, després d'aplicar-lo al nucli mitjançant un mètode en fred o calent, es vulcanitza per donar a la capa d'aïllament les propietats físiques necessàries: resistència mecànica i elasticitat. Els embolcalls de plàstic no requereixen vulcanització.
A la part superior de la capa d'aïllament de cautxú dels cables, s'aplica una trena de fil de cotó, que es pot impregnar amb betum o una altra composició o coberta amb una capa de nitrolaca (fills d'avions i automòbils).
La resta d'operacions tecnològiques, com torçar un cable i col·locar cobertes protectores, es realitzen de la mateixa manera que les altres. productes de cable.
Avantatges i desavantatges de l'aïllament de cautxú
Les altes característiques elèctriques i mecàniques de l'aïllament de cautxú van permetre la realització d'una sèrie d'estructures de filferro i cable que funcionen en condicions de treball extremadament difícils (tall, tala, excavadores, etc.).
Una àmplia gamma de valors de resistivitat (de 1013 a 1017 omcm) i una variació considerable constant dielèctrica depenent de la composició del cautxú i la tecnologia de la seva producció, ofereixen la possibilitat de producció aïllament de fils i cables de diversos tipus.
Juntament amb les qualitats positives de l'aïllament del cautxú, també n'hi ha de negatives, les més característiques són les següents:
- la presència de bombolles d'aire i pel·lícules a la capa d'aïllament;
- inestabilitat del cautxú vulcanitzat contra l'ozó;
- la influència de les forces i tensions mecàniques sobre la rigidesa dielèctrica de l'aïllament;
- reducció de les característiques mecàniques i elèctriques del cautxú quan s'escalfa;
- heterogeneïtat de la macroestructura (presència de grans de farciments, impureses, etc.);
- notable permeabilitat a la humitat i absorció d'humitat;
- baixa resistència als efectes dels productes derivats del petroli i olis minerals;
- pèrdua de propietats mecàniques en funció de la durada de l'escalfament en presència d'oxigen atmosfèric (envelliment tèrmic).
Materials aïllants de cautxú i característiques tecnològiques
El cautxú vulcanitzat sobre el cautxú natural i sintètic s'utilitza per fabricar diversos tipus de productes de cable i, per tant, té un paper important en la fabricació de cables.
Les dificultats més grans es troben quan s'utilitza l'aïllament de cautxú per a la producció de fils i cables de corrent altern d'alta tensió, per exemple, per a cables d'alimentació de 6 i 10 kV que subministren electricitat a excavadores en moviment, drages, màquines de torba, tractors elèctrics, etc.
La resistència insuficient a l'ozó del cautxú condueix a una ràpida destrucció i una forta reducció de la vida útil d'aquest cable. En aquests casos, s'utilitza un cautxú especial resistent a l'ozó, que és menys susceptible a l'acció de l'ozó, i la closca està envernissada com a recobriment protector.
S'han desenvolupat receptes de cautxú resistents al petroli i a la gasolina que permeten la producció d'aïllament de cautxú per a cossos de cable que operen en pous de petroli a altes temperatures en condicions especialment severes. Els cables d'encesa d'alta tensió funcionen amb una intensitat de camp elèctric elevada i en un ampli rang de temperatures de -50 a + 150 ° C.
La composició de l'aïllament de cautxú inclou els següents materials bàsics:
- Cautxú - natural (NK) o sintètic (SK);
- Farcits: guix, caolí, talc, etc.
- Emol·lients: àcid esteàric, parafina, vaselina, betum, etc.
- Els reforços milloren les propietats mecàniques dels compostos de cautxú (negre de fum).
La quantitat de cautxú en compostos de cautxú utilitzats en la producció de filferros i cables varia (en pes) en el rang del 25 al 60%, i la quantitat total de tots els farcits - del 70 al 35% / Al voltant del 2% cau en suavitzants i aproximadament 1,5% per a vulcanitzadors (sofre).
Actualment, el cautxú s'utilitza àmpliament per aïllar filferros i cables, la vulcanització dels quals es realitza a causa del sofre alliberat durant la vulcanització durant la descomposició de determinats compostos de sofre, per exemple, el disulfur de tetrametilthiuram (thiuram). Aquests pneumàtics "sense sofre" tenen una major resistència a la calor i, per tant, una llarga vida útil. Les propietats mecàniques d'aquest cautxú són lleugerament inferiors a les del cautxú vulcanitzat amb sofre.
Cal tenir en compte especialment que els cautxús sense sofre o, com s'anomenen, resistents a la calor no tenen un efecte destructiu sobre els conductors de coure d'un fil o cable i, per tant, no és necessari l'estany del fil i conductors que entrar a la producció de filferros i cables aïllats amb cautxú.
Juntament amb els cautxús, com s'ha esmentat anteriorment, s'utilitzen àmpliament els materials termoplàstics sintètics, també anomenats elastòmers.
Entre ells, en primer lloc, s'ha d'incloure una barreja plàstica molt comuna feta de resina de PVC, que s'utilitza àmpliament en la indústria del cable, principalment per a la producció de cables de baixa tensió i recobriments protectors de cables (mànegues).
La resina de PVC s'obté per polimerització de clorur de vinil. L'elàstic s'obté barrejant resina finament dividida amb plastificants, estabilitzador i farcit.
El negre de carboni blanc, el caolí s'utilitzen més sovint com a farcits i el fosfat de tricrisil, el ftalat de dibutida, etc., com a plastificants.A més del PVC, també s'utilitzen copolímers de clorur de vinil, per exemple amb acetat de vinil.
Els principals desavantatges de l'aïllament de PVC:
- propietats elèctriques insuficients (resistència d'aïllament insuficient i un gran valor de la tangent de l'angle de pèrdua dielèctrica), que s'explica per la presència de plastificants, així com per la facilitat d'eliminació de l'ió Cl a la resina de PVC;
- resistència insuficient a les gelades.
Amb una selecció adequada de plastificants, es poden aconseguir característiques elèctriques satisfactòries.
Les propietats positives del PVC inclouen:
- alta resistència a l'envelliment per calor;
- resistència als efectes dels olis i qualsevol tipus de lubricant;
- alta resistència al desgast;
- resistència a l'aigua;
- resistència a diversos dissolvents, àcids i bases, excepte àcid sulfúric al 93% i àcid acètic glacial; el benzè es veu afectat negativament pels dissolvents, la qual cosa redueix la resistència a la tracció del compost plàstic exposat a l'acció del benzè durant 12 dies en més de 7 vegades, i la resistència específica del volum en 2-2,5 vegades;
- no inflamabilitat.
El polietilè s'utilitza àmpliament per a la producció d'aïllament d'alta qualitat de filferros i cables... És un material relativament tou (quan s'escalfa a 70 ° C, la seva densitat disminueix uniformement), que té una bona resistència a les gelades i a l'ozó, i és àmpliament utilitzat per a l'aïllament com a energia (Cables aïllats XLPE) i cables i cables d'alta freqüència.
La qualitat del compost plàstic ve determinada no només per les propietats del polímer bàsic, sinó, en gran mesura, per la selecció correcta i la qualitat dels farcits i plastificants.L'elecció de farcits i plastificants és un gran repte per als fabricants que volen obtenir les propietats requerides.
Totes les tasques més difícils en termes tècnics i econòmics, per exemple, l'obtenció de cautxú resistent a l'ozó, etc., es resolen escollint el plàstic bàsic o el material sintètic amb les propietats necessàries.
Amb l'estat actual de la química, es pot esperar l'aparició d'una sèrie de materials sintètics en un futur proper, l'ús dels quals permetrà resoldre completament els problemes encara no resolts amb l'aïllament de cables i cables.