Tính chất của vật liệu cách điện ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng, hiệu quả gia công và phạm vi ứng dụng của dây và cáp.
1. Dây và cáp PVC polyvinyl clorua
Polyvinyl clorua (sau đây gọi làPVCVật liệu cách điện là hỗn hợp bột PVC được thêm chất ổn định, chất hóa dẻo, chất chống cháy, chất bôi trơn và các chất phụ gia khác. Công thức được điều chỉnh theo các ứng dụng và yêu cầu đặc tính khác nhau của dây và cáp. Sau nhiều thập kỷ sản xuất và ứng dụng, công nghệ sản xuất và gia công PVC hiện đã rất hoàn thiện. Vật liệu cách điện PVC có ứng dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực dây và cáp và có những đặc điểm riêng biệt:
A. Công nghệ sản xuất tiên tiến, dễ dàng định hình và gia công. So với các loại vật liệu cách điện cáp khác, sản phẩm này không chỉ có chi phí thấp mà còn có thể kiểm soát hiệu quả độ chênh lệch màu sắc, độ bóng, độ in, hiệu suất gia công, độ mềm và độ cứng của bề mặt dây, độ bám dính của ruột dẫn, cũng như các tính chất cơ lý và điện của bản thân dây.
B. Có khả năng chống cháy tuyệt vời nên dây cách điện PVC có thể dễ dàng đáp ứng các tiêu chuẩn chống cháy theo quy định.
C. Về khả năng chịu nhiệt, thông qua việc tối ưu hóa và cải tiến công thức vật liệu, các loại vật liệu cách nhiệt PVC thông dụng hiện nay chủ yếu bao gồm ba loại sau:
Về mặt điện áp định mức, nó thường được sử dụng ở mức điện áp định mức 1000V AC trở xuống và có thể được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như thiết bị gia dụng, dụng cụ và đồng hồ đo, chiếu sáng và truyền thông mạng.
PVC cũng có một số nhược điểm cố hữu hạn chế khả năng ứng dụng của nó:
A. Do hàm lượng clo cao, khi cháy sẽ thải ra lượng khói dày đặc, có thể gây ngạt thở, ảnh hưởng đến tầm nhìn, đồng thời sản sinh ra một số chất gây ung thư và khí HCl, gây hại nghiêm trọng đến môi trường. Với sự phát triển của công nghệ sản xuất vật liệu cách nhiệt ít khói, không halogen, việc dần thay thế vật liệu cách nhiệt PVC đã trở thành xu hướng tất yếu trong quá trình phát triển cáp điện.
B. Lớp cách điện PVC thông thường có khả năng chống axit, kiềm, dầu chịu nhiệt và dung môi hữu cơ kém. Theo nguyên lý hóa học "giống nhau thì hòa tan giống nhau", dây PVC rất dễ bị hư hỏng và nứt vỡ trong môi trường cụ thể đã đề cập. Tuy nhiên, với hiệu suất xử lý tuyệt vời và chi phí thấp, cáp PVC vẫn được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị gia dụng, thiết bị chiếu sáng, thiết bị cơ khí, dụng cụ và đồng hồ đo, truyền thông mạng, hệ thống dây điện tòa nhà và các lĩnh vực khác.
2. Dây và cáp polyethylene liên kết ngang
PE liên kết chéo (sau đây gọi làXLPE) là một loại polyethylene có thể chuyển đổi từ cấu trúc phân tử tuyến tính sang cấu trúc không gian ba chiều trong một số điều kiện nhất định dưới tác động của tia năng lượng cao hoặc tác nhân liên kết ngang. Đồng thời, nó chuyển đổi từ nhựa nhiệt dẻo sang nhựa nhiệt rắn không hòa tan.
Hiện nay, trong ứng dụng cách điện dây và cáp, chủ yếu có ba phương pháp liên kết chéo:
A. Liên kết ngang bằng peroxide: Đầu tiên, nhựa polyethylene được sử dụng kết hợp với các tác nhân liên kết ngang và chất chống oxy hóa thích hợp, sau đó bổ sung các thành phần khác khi cần thiết để tạo ra các hạt hỗn hợp polyethylene có khả năng liên kết ngang. Trong quá trình đùn, liên kết ngang được thực hiện thông qua các ống liên kết ngang bằng hơi nước nóng.
B. Liên kết ngang silan (liên kết ngang nước ấm): Đây cũng là một phương pháp liên kết ngang hóa học. Cơ chế chính của nó là liên kết ngang organosiloxan và polyethylene trong các điều kiện cụ thể, một
và mức độ liên kết ngang thường có thể đạt khoảng 60%.
C. Liên kết chéo chiếu xạ: Sử dụng các tia năng lượng cao như tia R, tia alpha và tia electron để kích hoạt các nguyên tử carbon trong các đại phân tử polyethylene và tạo ra liên kết chéo. Các tia năng lượng cao thường được sử dụng trong dây và cáp là tia electron được tạo ra bởi các máy gia tốc electron. Vì liên kết chéo này dựa trên năng lượng vật lý nên nó thuộc về liên kết chéo vật lý.
Ba phương pháp liên kết chéo khác nhau nêu trên có những đặc điểm và ứng dụng riêng biệt:
So với vật liệu cách điện polyethylene nhiệt dẻo (PVC), vật liệu cách điện XLPE có những ưu điểm sau:
A. Nó đã tăng cường khả năng chống biến dạng nhiệt, cải thiện các tính chất cơ học ở nhiệt độ cao và cải thiện khả năng chống nứt do ứng suất môi trường và lão hóa nhiệt.
B. Nó đã tăng cường độ ổn định hóa học và khả năng kháng dung môi, giảm dòng chảy lạnh, về cơ bản vẫn duy trì hiệu suất điện ban đầu. Nhiệt độ làm việc lâu dài có thể đạt tới 125℃ và 150℃. Dây và cáp cách điện polyethylene liên kết chéo cũng cải thiện khả năng chống ngắn mạch, và khả năng chịu nhiệt ngắn hạn của nó có thể đạt tới 250℃. Đối với dây và cáp có cùng độ dày, khả năng dẫn điện của polyethylene liên kết chéo cao hơn nhiều.
C. Nó có đặc tính cơ học, chống thấm nước và chống bức xạ tuyệt vời, vì vậy được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Chẳng hạn như: dây kết nối nội bộ cho thiết bị điện, dây dẫn động cơ, dây dẫn chiếu sáng, dây điều khiển tín hiệu điện áp thấp cho ô tô, dây dẫn đầu máy xe lửa, dây và cáp cho tàu điện ngầm, cáp bảo vệ môi trường cho mỏ, cáp hàng hải, cáp lắp đặt điện hạt nhân, dây cao áp cho TV, dây cao áp cho máy chụp X-quang, dây và cáp truyền tải điện, v.v.
Dây và cáp cách điện XLPE có nhiều ưu điểm đáng kể, nhưng chúng cũng có một số nhược điểm cố hữu hạn chế ứng dụng của chúng:
A. Khả năng bám dính chịu nhiệt kém. Khi gia công và sử dụng dây ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ định mức, các dây dễ bị dính vào nhau. Trong trường hợp nghiêm trọng, có thể dẫn đến hư hỏng lớp cách điện và chập mạch.
B. Khả năng dẫn nhiệt kém. Ở nhiệt độ trên 200℃, lớp cách điện của dây dẫn trở nên cực kỳ mềm. Khi chịu tác động bên ngoài như ép hoặc va chạm, dây dễ bị đứt và đoản mạch.
C. Khó kiểm soát sự khác biệt về màu sắc giữa các lô hàng. Trong quá trình xử lý, dễ xảy ra các vấn đề như trầy xước, bạc màu và bong tróc chữ in.
D. Lớp cách điện XLPE có cấp chịu nhiệt 150℃ hoàn toàn không chứa halogen và có thể vượt qua thử nghiệm đốt cháy VW-1 theo tiêu chuẩn UL1581, đồng thời vẫn duy trì các đặc tính cơ học và điện tuyệt vời. Tuy nhiên, công nghệ sản xuất vẫn còn một số hạn chế và chi phí cao.
3. Dây và cáp cao su silicon
Các phân tử polyme của cao su silicon là cấu trúc chuỗi được hình thành bởi các liên kết SI-O (silicon-oxy). Liên kết SI-O có năng lượng 443,5KJ/MOL, cao hơn nhiều so với năng lượng liên kết CC (355KJ/MOL). Hầu hết dây và cáp cao su silicon được sản xuất thông qua quy trình đùn nguội và lưu hóa ở nhiệt độ cao. Trong số các loại dây và cáp cao su tổng hợp, nhờ cấu trúc phân tử độc đáo, cao su silicon có hiệu suất vượt trội so với các loại cao su thông thường khác.
A. Nó cực kỳ mềm mại, có độ đàn hồi tốt, không mùi, không độc hại, không sợ nhiệt độ cao và có thể chịu được giá lạnh khắc nghiệt. Phạm vi nhiệt độ hoạt động từ -90 đến 300℃. Cao su silicon có khả năng chịu nhiệt tốt hơn nhiều so với cao su thông thường. Nó có thể được sử dụng liên tục ở 200℃ và trong một khoảng thời gian ở 350℃.
B. Khả năng chống chịu thời tiết tuyệt vời. Ngay cả sau thời gian dài tiếp xúc với tia cực tím và các điều kiện khí hậu khác, tính chất vật lý của nó chỉ thay đổi rất nhỏ.
C. Cao su silicon có điện trở suất rất cao và điện trở của nó vẫn ổn định trong phạm vi nhiệt độ và tần số rộng.
Đồng thời, cao su silicon có khả năng chống phóng điện corona và phóng điện hồ quang điện áp cao tuyệt vời. Dây và cáp cách điện bằng cao su silicon sở hữu những ưu điểm nêu trên và được sử dụng rộng rãi trong dây điện thiết bị điện áp cao cho tivi, dây điện chịu nhiệt độ cao cho lò vi sóng, dây điện cho bếp từ, dây điện cho bình pha cà phê, dây dẫn cho đèn, thiết bị UV, đèn halogen, dây kết nối bên trong cho lò nướng và quạt, đặc biệt là trong lĩnh vực thiết bị gia dụng nhỏ.
Tuy nhiên, một số nhược điểm của nó cũng hạn chế khả năng ứng dụng rộng rãi hơn. Ví dụ:
A. Khả năng chống rách kém. Trong quá trình gia công hoặc sử dụng, dễ bị hư hỏng do lực ép, trầy xước và mài mòn bên ngoài, có thể gây ra đoản mạch. Biện pháp bảo vệ hiện nay là thêm một lớp sợi thủy tinh hoặc sợi polyester chịu nhiệt độ cao bện bên ngoài lớp cách điện silicon. Tuy nhiên, trong quá trình gia công, vẫn cần tránh tối đa các chấn thương do lực ép bên ngoài gây ra.
B. Chất lưu hóa hiện nay chủ yếu được sử dụng trong đúc lưu hóa là chất lưu hóa kép, chất lưu hóa hai và chất lưu hóa bốn. Chất lưu hóa này có chứa clo. Các chất lưu hóa hoàn toàn không chứa halogen (như lưu hóa bạch kim) có yêu cầu nghiêm ngặt về nhiệt độ môi trường sản xuất và chi phí cao. Do đó, khi gia công dây nịt, cần lưu ý những điểm sau: Áp lực của bánh xe áp lực không được quá cao. Tốt nhất nên sử dụng vật liệu cao su để tránh bị nứt vỡ trong quá trình sản xuất, điều này có thể dẫn đến khả năng chịu áp lực kém.
4. Dây cao su monome etylen propylen diene (EPDM) liên kết ngang (XLEPDM)
Cao su monome etylen propylen diene liên kết ngang (EPDM) là một terpolymer của etylen, propylen và diene không liên hợp, được liên kết ngang bằng phương pháp hóa học hoặc chiếu xạ. Dây cách điện bằng cao su EPDM liên kết ngang kết hợp các ưu điểm của cả dây cách điện polyolefin và dây cách điện cao su thông thường:
A. Mềm mại, dẻo dai, đàn hồi, không dính ở nhiệt độ cao, chống lão hóa lâu dài và chịu được điều kiện thời tiết khắc nghiệt (-60 đến 125℃).
B. Khả năng chống ôzôn, chống tia cực tím, cách điện và chống ăn mòn hóa học.
C. Khả năng kháng dầu và dung môi tương đương với vật liệu cách điện cao su cloropren thông dụng. Sản phẩm được xử lý bằng thiết bị đùn nóng thông thường và áp dụng phương pháp liên kết ngang chiếu xạ, đơn giản về quy trình và chi phí thấp. Dây cách điện cao su etylen propylen monome diene (EPDM) liên kết ngang sở hữu nhiều ưu điểm nêu trên và được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như dây dẫn máy nén lạnh, dây dẫn động cơ chống nước, dây dẫn máy biến áp, cáp di động trong khai thác mỏ, khoan, ô tô, thiết bị y tế, tàu thuyền và hệ thống dây điện nội bộ nói chung của các thiết bị điện.
Nhược điểm chính của dây XLEPDM là:
A. Giống như dây XLPE và PVC, khả năng chống rách của nó tương đối kém.
B. Độ bám dính và khả năng tự bám dính kém ảnh hưởng đến khả năng xử lý tiếp theo.
5. Dây và cáp nhựa fluoroplastic
So với cáp polyethylene và polyvinyl clorua thông thường, cáp fluoroplastic có những đặc điểm nổi bật sau:
A. Nhựa fluoroplastic chịu nhiệt độ cao có độ ổn định nhiệt vượt trội, cho phép cáp fluoroplastic thích ứng với môi trường nhiệt độ cao từ 150 đến 250 độ C. Trong điều kiện dây dẫn có cùng tiết diện, cáp fluoroplastic có thể truyền tải dòng điện lớn hơn cho phép, do đó mở rộng đáng kể phạm vi ứng dụng của loại dây cách điện này. Nhờ đặc tính độc đáo này, cáp fluoroplastic thường được sử dụng làm dây dẫn điện bên trong và dây dẫn chì trên máy bay, tàu thủy, lò nung nhiệt độ cao và thiết bị điện tử.
B. Khả năng chống cháy tốt: Nhựa fluoroplastic có chỉ số oxy cao, phạm vi lan truyền ngọn lửa nhỏ khi cháy, tạo ra ít khói. Dây được làm từ nhựa fluoroplastic phù hợp với các công cụ và những nơi có yêu cầu chống cháy nghiêm ngặt. Ví dụ: mạng máy tính, tàu điện ngầm, xe cộ, nhà cao tầng và các nơi công cộng khác, v.v. Khi hỏa hoạn xảy ra, mọi người có thể có thời gian sơ tán mà không bị khói dày đặc quật ngã, do đó tiết kiệm được thời gian cứu hộ quý báu.
C. Hiệu suất điện tuyệt vời: So với polyethylene, nhựa fluoroplastic có hằng số điện môi thấp hơn. Do đó, so với cáp đồng trục có cấu trúc tương tự, cáp fluoroplastic ít bị suy hao hơn và phù hợp hơn cho việc truyền tín hiệu tần số cao. Ngày nay, tần suất sử dụng cáp ngày càng tăng đã trở thành xu hướng. Đồng thời, nhờ khả năng chịu nhiệt độ cao, nhựa fluoroplastic thường được sử dụng làm dây dẫn bên trong cho thiết bị truyền dẫn và thông tin liên lạc, dây nối giữa bộ cấp nguồn và bộ phát sóng không dây, và cáp video và âm thanh. Ngoài ra, cáp fluoroplastic có độ bền điện môi và khả năng cách điện tốt, phù hợp để sử dụng làm cáp điều khiển cho các thiết bị đo lường và thiết bị quan trọng.
D. Tính chất cơ học và hóa học hoàn hảo: Nhựa flo có năng lượng liên kết hóa học cao, độ ổn định cao, hầu như không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi nhiệt độ, khả năng chống lão hóa thời tiết và độ bền cơ học tuyệt vời. Hơn nữa, nó không bị ảnh hưởng bởi các loại axit, kiềm và dung môi hữu cơ. Do đó, nó phù hợp với các môi trường có biến đổi khí hậu đáng kể và điều kiện ăn mòn, chẳng hạn như hóa dầu, lọc dầu và kiểm soát thiết bị giếng dầu.
E. Tạo điều kiện thuận lợi cho các kết nối hàn. Trong các thiết bị điện tử, nhiều kết nối được thực hiện bằng phương pháp hàn. Do nhiệt độ nóng chảy thấp của nhựa thông thường, chúng dễ bị nóng chảy ở nhiệt độ cao, đòi hỏi kỹ năng hàn thành thạo. Hơn nữa, một số điểm hàn cần một khoảng thời gian hàn nhất định, đây cũng là lý do tại sao cáp fluoroplastic được ưa chuộng. Chẳng hạn như hệ thống dây điện bên trong của thiết bị truyền thông và thiết bị điện tử.
Tất nhiên, nhựa fluoroplastic vẫn có một số nhược điểm hạn chế việc sử dụng chúng:
A. Giá nguyên liệu thô cao. Hiện nay, sản xuất trong nước vẫn chủ yếu dựa vào nhập khẩu (Daikin của Nhật Bản và DuPont của Hoa Kỳ). Mặc dù nhựa fluoroplastic trong nước đã phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây, nhưng chủng loại sản xuất vẫn còn đơn điệu. So với vật liệu nhập khẩu, độ ổn định nhiệt và các tính chất tổng hợp khác của vật liệu vẫn còn một khoảng cách nhất định.
B. So với các vật liệu cách điện khác, quy trình sản xuất khó khăn hơn, hiệu quả sản xuất thấp, chữ in dễ bị rơi ra, tổn thất lớn, khiến chi phí sản xuất tương đối cao.
Tóm lại, việc ứng dụng tất cả các loại vật liệu cách điện nêu trên, đặc biệt là vật liệu cách điện đặc chủng chịu nhiệt độ cao có khả năng chịu nhiệt trên 105℃, vẫn đang trong giai đoạn chuyển tiếp tại Trung Quốc. Dù là sản xuất dây điện hay gia công dây điện, không chỉ có một quy trình hoàn thiện mà còn có một quá trình tìm hiểu hợp lý về ưu và nhược điểm của loại dây điện này.
Thời gian đăng: 27-05-2025