O desempenho dos materiais isolantes afeta diretamente a qualidade, a eficiência do processamento e o escopo de aplicação de fios e cabos.
1. Fios e cabos de policloreto de vinila de PVC
Cloreto de polivinila (doravante denominadoPVC) materiais isolantes são misturas às quais estabilizantes, plastificantes, retardantes de chama, lubrificantes e outros aditivos são adicionados ao pó de PVC. De acordo com as diferentes aplicações e requisitos característicos dos fios e cabos, a fórmula é ajustada de acordo. Após décadas de produção e aplicação, a tecnologia de fabricação e processamento do PVC tornou-se bastante madura. O material isolante de PVC tem amplas aplicações na área de fios e cabos e possui características próprias e distintas:
A. A tecnologia de fabricação é avançada, fácil de moldar e processar. Comparado a outros tipos de materiais de isolamento de cabos, não só apresenta baixo custo, como também permite controlar eficazmente a diferença de cor, o brilho, a impressão, a eficiência de processamento, a maciez e a dureza da superfície do fio, a adesão do condutor, bem como as propriedades mecânicas, físicas e elétricas do próprio fio.
B. Possui excelente desempenho retardante de chamas, de modo que os fios isolados em PVC podem facilmente atender aos graus de retardante de chamas estipulados por vários padrões.
C. Em termos de resistência à temperatura, por meio da otimização e melhoria das fórmulas dos materiais, os tipos de isolamento de PVC atualmente comumente usados incluem principalmente as três categorias a seguir:
Em termos de tensão nominal, ela é geralmente usada em níveis de tensão de 1000 V CA e abaixo, e pode ser amplamente aplicada em setores como eletrodomésticos, instrumentos e medidores, iluminação e comunicação de rede.
O PVC também tem algumas desvantagens inerentes que limitam sua aplicação:
A. Devido ao seu alto teor de cloro, emite uma grande quantidade de fumaça espessa durante a queima, o que pode causar asfixia, afetar a visibilidade e produzir alguns agentes cancerígenos e gás HCl, causando sérios danos ao meio ambiente. Com o desenvolvimento da tecnologia de fabricação de materiais isolantes com baixa emissão de fumaça e zero halogênio, a substituição gradual do isolamento de PVC tornou-se uma tendência inevitável no desenvolvimento de cabos.
B. O isolamento de PVC comum apresenta baixa resistência a ácidos e álcalis, óleo térmico e solventes orgânicos. De acordo com o princípio químico de que semelhante dissolve semelhante, os fios de PVC são altamente propensos a danos e rachaduras no ambiente específico mencionado. No entanto, com seu excelente desempenho de processamento e baixo custo, os cabos de PVC ainda são amplamente utilizados em eletrodomésticos, luminárias, equipamentos mecânicos, instrumentos e medidores, comunicação de rede, cabeamento predial e outros campos.
2. Fios e cabos de polietileno reticulado
PE reticulado (doravante denominadoXLPE) é um tipo de polietileno que pode se transformar de uma estrutura molecular linear para uma estrutura tridimensional sob certas condições, sob a ação de raios de alta energia ou agentes de reticulação. Ao mesmo tempo, transforma-se de termoplástico em plástico termoendurecível insolúvel.
Atualmente, na aplicação de isolamento de fios e cabos, existem principalmente três métodos de reticulação:
A. Reticulação por peróxido: envolve o uso inicial de resina de polietileno em combinação com agentes de reticulação e antioxidantes apropriados e, em seguida, a adição de outros componentes, conforme necessário, para produzir partículas de mistura de polietileno reticuláveis. Durante o processo de extrusão, a reticulação ocorre por meio de tubos de reticulação a vapor quente.
B. Reticulação com silano (reticulação em água morna): Este também é um método de reticulação química. Seu mecanismo principal é reticular organossiloxano e polietileno sob condições específicas, um
e o grau de reticulação pode geralmente atingir cerca de 60%.
C. Reticulação por irradiação: Utiliza raios de alta energia, como raios R, raios alfa e raios de elétrons, para ativar os átomos de carbono em macromoléculas de polietileno e causar reticulação. Os raios de alta energia comumente usados em fios e cabos são raios de elétrons gerados por aceleradores de elétrons. Como essa reticulação depende de energia física, ela pertence à reticulação física.
Os três métodos diferentes de reticulação acima têm características e aplicações distintas:
Comparado com o polietileno termoplástico (PVC), o isolamento XLPE tem as seguintes vantagens:
A. Aumentou a resistência à deformação térmica, melhorou as propriedades mecânicas em altas temperaturas e melhorou a resistência a rachaduras por estresse ambiental e envelhecimento térmico.
B. Possui maior estabilidade química e resistência a solventes, redução do fluxo a frio e, basicamente, mantém o desempenho elétrico original. A temperatura de trabalho a longo prazo pode atingir 125°C e 150°C. O fio e o cabo isolados com polietileno reticulado também melhoram a resistência a curto-circuito, e sua resistência à temperatura a curto prazo pode chegar a 250°C. Para fios e cabos da mesma espessura, a capacidade de condução de corrente do polietileno reticulado é muito maior.
C. Possui excelentes propriedades mecânicas, à prova d'água e resistentes à radiação, sendo amplamente utilizado em diversos campos, como: fios de conexão interna para aparelhos elétricos, cabos de motor, cabos de iluminação, fios de controle de sinal de baixa tensão para automóveis, cabos de locomotivas, fios e cabos para metrôs, cabos de proteção ambiental para minas, cabos marítimos, cabos para instalação de energia nuclear, fios de alta tensão para TV, fios de alta tensão para disparo de raios-X, fios e cabos de transmissão de energia, etc.
Fios e cabos isolados em XLPE têm vantagens significativas, mas também apresentam algumas desvantagens inerentes que limitam sua aplicação:
A. Baixo desempenho de adesão resistente ao calor. Ao processar e utilizar fios acima da temperatura nominal, é fácil que eles grudem uns nos outros. Em casos graves, isso pode causar danos ao isolamento e curtos-circuitos.
B. Baixa resistência à condução de calor. Em temperaturas superiores a 200°C, o isolamento dos fios torna-se extremamente frágil. Quando submetido a forças externas, como compressão ou colisão, ele tende a cortar os fios e causar curto-circuito.
C. É difícil controlar a diferença de cor entre lotes. Problemas como arranhões, branqueamento e descascamento de caracteres impressos são propensos a ocorrer durante o processamento.
D. O isolamento XLPE com grau de resistência à temperatura de 150°C é totalmente isento de halogênio e pode passar no teste de combustão VW-1, de acordo com as normas UL1581, mantendo excelentes propriedades mecânicas e elétricas. No entanto, ainda existem certos gargalos na tecnologia de fabricação e o custo é alto.
3. Fios e cabos de borracha de silicone
As moléculas poliméricas da borracha de silicone são estruturas em cadeia formadas por ligações SI-O (silício-oxigênio). A ligação SI-O é de 443,5 KJ/MOL, muito superior à energia da ligação CC (355 KJ/MOL). A maioria dos fios e cabos de borracha de silicone é produzida por extrusão a frio e processos de vulcanização em alta temperatura. Entre os diversos fios e cabos de borracha sintética, devido à sua estrutura molecular única, a borracha de silicone apresenta desempenho superior em comparação com outras borrachas comuns.
A. É extremamente macia, possui boa elasticidade, é inodora e atóxica, não tem medo de altas temperaturas e pode suportar frio intenso. A faixa de temperatura de operação é de -90 a 300°C. A borracha de silicone tem uma resistência ao calor muito melhor do que a borracha comum. Pode ser usada continuamente a 200°C e por um período a 350°C.
B. Excelente resistência às intempéries. Mesmo após exposição prolongada aos raios ultravioleta e outras condições climáticas, suas propriedades físicas sofreram apenas pequenas alterações.
C. A borracha de silicone tem uma resistividade muito alta e sua resistência permanece estável em uma ampla faixa de temperaturas e frequências.
Enquanto isso, a borracha de silicone possui excelente resistência a descargas corona de alta tensão e descargas de arco. Fios e cabos isolados com borracha de silicone apresentam as vantagens mencionadas acima e são amplamente utilizados em fios de dispositivos de alta tensão para televisores, fios resistentes a altas temperaturas para fornos de micro-ondas, fios para fogões de indução, fios para cafeteiras, fios para lâmpadas, equipamentos UV, lâmpadas halógenas, fios de conexão interna para fornos e ventiladores, especialmente na área de pequenos eletrodomésticos.
No entanto, algumas de suas próprias deficiências também limitam sua aplicação mais ampla. Por exemplo:
A. Baixa resistência ao rasgo. Durante o processamento ou uso, o produto está sujeito a danos devido a forças externas como compressão, arranhões e trituração, o que pode causar curto-circuito. A medida de proteção atual é adicionar uma camada de fibra de vidro ou fibra de poliéster de alta temperatura trançada na parte externa do isolamento de silicone. No entanto, durante o processamento, ainda é necessário evitar ao máximo lesões causadas por forças externas.
B. O agente vulcanizante atualmente mais utilizado na moldagem por vulcanização é o duplo, o duplo e o quádruplo. Este agente vulcanizante contém cloro. Agentes vulcanizantes completamente livres de halogênio (como a vulcanização à base de platina) têm requisitos rigorosos quanto à temperatura ambiente de produção e são caros. Portanto, ao processar chicotes de fios, os seguintes pontos devem ser observados: a pressão da roda de pressão não deve ser muito alta. É melhor usar material de borracha para evitar fraturas durante o processo de produção, o que pode levar à baixa resistência à pressão.
4. Fio de borracha de monômero de etileno propileno dieno reticulado (EPDM) (XLEPDM)
A borracha de monômero de etileno propileno dieno reticulado (EPDM) é um terpolímero de etileno, propileno e um dieno não conjugado, reticulado por métodos químicos ou de irradiação. O fio isolado com borracha EPDM reticulada combina as vantagens do fio isolado com poliolefina e do fio isolado com borracha comum:
A. Macio, flexível, elástico, antiaderente em altas temperaturas, resistente ao envelhecimento a longo prazo e resistente a condições climáticas adversas (-60 a 125 ℃).
B. Resistência ao ozônio, resistência aos raios UV, resistência ao isolamento elétrico e resistência à corrosão química.
C. A resistência a óleo e solventes é comparável à do isolamento de borracha de cloropreno de uso geral. É processado por equipamentos comuns de extrusão a quente e utiliza-se reticulação por irradiação, que é simples de processar e de baixo custo. Os fios isolados com borracha de monômero de etileno propileno dieno reticulado (EPDM) apresentam as inúmeras vantagens mencionadas acima e são amplamente utilizados em áreas como cabos de compressores de refrigeração, cabos de motores à prova d'água, cabos de transformadores, cabos móveis em minas, perfurações, automóveis, dispositivos médicos, navios e fiação interna geral de aparelhos elétricos.
As principais desvantagens dos fios XLEPDM são:
A. Assim como os fios XLPE e PVC, ele tem resistência ao rasgo relativamente baixa.
B. A baixa adesão e autoadesividade afetam a processabilidade subsequente.
5. Fios e cabos fluoroplásticos
Comparados aos cabos comuns de polietileno e cloreto de polivinila, os cabos fluoroplásticos têm as seguintes características proeminentes:
A. Fluoroplásticos resistentes a altas temperaturas apresentam extraordinária estabilidade térmica, permitindo que cabos fluoroplásticos se adaptem a ambientes de alta temperatura, variando de 150 a 250 graus Celsius. Utilizando condutores com a mesma seção transversal, os cabos fluoroplásticos podem transmitir uma corrente admissível maior, expandindo significativamente a gama de aplicações desse tipo de fio isolado. Devido a essa propriedade única, os cabos fluoroplásticos são frequentemente utilizados em fiação interna e condutores de aeronaves, navios, fornos de alta temperatura e equipamentos eletrônicos.
B. Boa resistência à chama: Os fluoroplásticos possuem alto índice de oxigênio e, durante a queima, a propagação da chama é pequena, gerando menos fumaça. O fio fabricado com ele é adequado para ferramentas e locais com requisitos rigorosos de resistência à chama. Por exemplo: redes de computadores, metrôs, veículos, arranha-céus e outros locais públicos, etc. Assim que um incêndio começa, as pessoas podem ter algum tempo para evacuar sem serem derrubadas pela fumaça densa, economizando assim um tempo precioso de resgate.
C. Excelente desempenho elétrico: Comparados ao polietileno, os fluoroplásticos apresentam uma constante dielétrica menor. Portanto, em comparação com cabos coaxiais de estrutura semelhante, os cabos fluoroplásticos apresentam menor atenuação e são mais adequados para transmissão de sinais de alta frequência. Atualmente, o aumento da frequência de uso de cabos tornou-se uma tendência. Além disso, devido à sua alta resistência à temperatura, os fluoroplásticos são comumente utilizados como fiação interna para equipamentos de transmissão e comunicação, jumpers entre alimentadores e transmissores de transmissão sem fio e cabos de vídeo e áudio. Além disso, os cabos fluoroplásticos apresentam boa rigidez dielétrica e resistência de isolamento, tornando-os adequados para uso como cabos de controle para importantes instrumentos e medidores.
D. Propriedades mecânicas e químicas perfeitas: Os fluoroplásticos possuem alta energia de ligação química, alta estabilidade, são praticamente imunes a mudanças de temperatura e possuem excelente resistência ao envelhecimento por intempéries e resistência mecânica. Além disso, não são afetados por diversos ácidos, álcalis e solventes orgânicos. Portanto, são adequados para ambientes com mudanças climáticas significativas e condições corrosivas, como petroquímica, refino de petróleo e controle de instrumentos de poços de petróleo.
E. Facilita conexões de soldagem. Em instrumentos eletrônicos, muitas conexões são feitas por soldagem. Devido ao baixo ponto de fusão dos plásticos em geral, eles tendem a derreter facilmente em altas temperaturas, exigindo habilidades de soldagem avançadas. Além disso, alguns pontos de solda exigem um certo tempo de soldagem, o que também é o motivo da popularidade dos cabos fluoroplásticos, como a fiação interna de equipamentos de comunicação e instrumentos eletrônicos.
É claro que os fluoroplásticos ainda apresentam algumas desvantagens que limitam seu uso:
A. O preço das matérias-primas é alto. Atualmente, a produção nacional ainda depende principalmente de importações (Daikin do Japão e DuPont dos Estados Unidos). Embora os fluoroplásticos nacionais tenham se desenvolvido rapidamente nos últimos anos, as variedades de produção ainda são únicas. Em comparação com os materiais importados, ainda há uma certa lacuna na estabilidade térmica e em outras propriedades abrangentes dos materiais.
B. Comparado com outros materiais isolantes, o processo de produção é mais difícil, a eficiência da produção é baixa, os caracteres impressos são propensos a cair e a perda é grande, o que torna o custo de produção relativamente alto.
Em suma, a aplicação de todos os tipos de materiais isolantes mencionados acima, especialmente materiais isolantes especiais de alta temperatura com resistência a temperaturas acima de 105°C, ainda está em fase de transição na China. Seja na produção de fios ou no processamento de chicotes, não apenas se trata de um processo maduro, mas também de um processo de compreensão racional das vantagens e desvantagens desse tipo de fio.
Horário de publicação: 27 de maio de 2025