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 PVC (policloreto de vinila)
Cloreto de polivinila (doravante denominado comoPVCOs 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 específicos de fios e cabos, a fórmula é ajustada em conformidade. Após décadas de produção e aplicação, a tecnologia de fabricação e processamento do PVC atingiu um nível bastante elevado. O material isolante de PVC possui ampla aplicação na área de fios e cabos e apresenta características próprias e distintas:
A. A tecnologia de fabricação é madura, fácil de moldar e processar. Comparada com outros tipos de materiais isolantes para cabos, ela não só tem um custo baixo, como também permite controlar eficazmente a diferença de cor, o brilho, a impressão, a eficiência do 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, portanto, os fios isolados em PVC podem facilmente atender aos níveis de retardamento de chamas estipulados por diversas normas.
C. Em termos de resistência à temperatura, por meio da otimização e aprimoramento das fórmulas dos materiais, os tipos de isolamento de PVC atualmente mais utilizados incluem principalmente as três categorias a seguir:
Em termos de tensão nominal, geralmente é utilizado em níveis de tensão de 1000V CA e inferiores, podendo ser amplamente aplicado em setores como eletrodomésticos, instrumentos e medidores, iluminação e comunicação em rede.
O PVC também apresenta algumas desvantagens inerentes que limitam sua aplicação:
A. Devido ao seu alto teor de cloro, o material emite uma grande quantidade de fumaça densa durante a queima, o que pode causar asfixia, afetar a visibilidade e produzir substâncias cancerígenas 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 sem halogênios, 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 combustível e solventes orgânicos. De acordo com o princípio químico de que semelhante dissolve semelhante, os fios de PVC são altamente suscetíveis a danos e rachaduras nos ambientes específicos mencionados. No entanto, devido ao 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 em rede, fiação predial e outras áreas.
2. Fios e cabos de polietileno reticulado
PE reticulado (doravante denominado comoXLPEO polietileno é um tipo de polietileno que pode se transformar de uma estrutura molecular linear para uma estrutura tridimensional sob certas condições, pela ação de raios de alta energia ou agentes de reticulação. Ao mesmo tempo, ele se transforma de um termoplástico para um plástico termofixo insolúvel.
Atualmente, na aplicação de isolamento de fios e cabos, existem principalmente três métodos de reticulação:
A. Reticulação com peróxido: Consiste em utilizar resina de polietileno em combinação com agentes de reticulação e antioxidantes apropriados, e em adicionar 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 com vapor quente.
B. Reticulação com silano (reticulação com água morna): Este também é um método de reticulação química. Seu principal mecanismo consiste em reticular organosiloxano e polietileno sob condições específicas.
e o grau de reticulação geralmente pode 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 nas 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 categoria de reticulação física.
Os três métodos de reticulação acima mencionados possuem características e aplicações distintas:
Em comparação com o polietileno termoplástico (PVC), o isolamento XLPE apresenta as seguintes vantagens:
A. Aprimorou a resistência à deformação térmica, melhorou as propriedades mecânicas em altas temperaturas e aumentou a resistência à fissuração por tensão ambiental e ao envelhecimento térmico.
B. Possui estabilidade química e resistência a solventes aprimoradas, redução da deformação plástica a frio e, basicamente, mantém o desempenho elétrico original. A temperatura de operação contínua pode atingir 125 °C e 150 °C. Os fios e cabos isolados com polietileno reticulado também apresentam melhor resistência a curto-circuito, e sua resistência a temperaturas extremas 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, impermeáveis e resistentes à radiação, sendo amplamente utilizado em diversos campos. Por exemplo: fios de conexão interna para aparelhos elétricos, cabos de motores, cabos de iluminação, fios de controle de sinal de baixa tensão para automóveis, fios de locomotivas, fios e cabos para metrôs, cabos de proteção ambiental para mineração, cabos submarinos, cabos para instalação de usinas nucleares, fios de alta tensão para TV, fios de alta tensão para disparo de raios X e fios e cabos de transmissão de energia, etc.
Os fios e cabos com isolamento XLPE apresentam vantagens significativas, mas também algumas desvantagens inerentes que limitam sua aplicação:
A. Desempenho de adesão deficiente em relação à resistência ao calor. Ao processar e utilizar fios acima de sua temperatura nominal, é fácil que os fios grudem uns nos outros. Em casos graves, isso pode levar a danos no isolamento e curtos-circuitos.
B. Baixa resistência à condução de calor. Em temperaturas acima de 200 °C, o isolamento dos fios torna-se extremamente macio. Quando submetido a forças externas, como compressão ou colisão, pode romper os fios e causar curto-circuito.
C. É difícil controlar a diferença de cor entre lotes. Problemas como arranhões, descoloração e descascamento de caracteres impressos podem ocorrer durante o processamento.
D. O isolamento XLPE com resistência térmica de 150 °C é totalmente livre de halogênios e atende aos padrões de combustão VW-1 da norma UL1581, mantendo excelentes propriedades mecânicas e elétricas. No entanto, ainda existem alguns gargalos na tecnologia de fabricação e o custo é elevado.
3. Fios e cabos de borracha de silicone
As moléculas de polímero da borracha de silicone são estruturas em cadeia formadas por ligações Si-O (silício-oxigênio). A energia da ligação Si-O é de 443,5 kJ/mol, muito superior à energia da ligação C-C (355 kJ/mol). A maioria dos fios e cabos de borracha de silicone é produzida por meio de processos de extrusão a frio e vulcanização em alta temperatura. Dentre 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 macio, possui boa elasticidade, é inodoro e atóxico, não teme altas temperaturas e suporta frio intenso. A faixa de temperatura de operação é de -90 a 300 °C. A borracha de silicone tem uma resistência ao calor muito superior à da borracha comum. Pode ser usada continuamente a 200 °C e por um período de tempo a 350 °C.
B. Excelente resistência às intempéries. Mesmo após exposição prolongada aos raios ultravioleta e outras condições climáticas, suas propriedades físicas sofreram apenas alterações mínimas.
C. A borracha de silicone possui uma resistividade muito alta e sua resistência permanece estável em uma ampla faixa de temperaturas e frequências.
Entretanto, a borracha de silicone possui excelente resistência à descarga corona de alta tensão e à descarga de arco voltaico. Os fios e cabos isolados com borracha de silicone apresentam as vantagens mencionadas acima e são amplamente utilizados em fios para dispositivos de alta tensão, como televisores, fios resistentes a altas temperaturas para fornos de micro-ondas, fios para fogões de indução, fios para cafeteiras, cabos para lâmpadas, equipamentos UV, lâmpadas halógenas, fios de conexão interna para fornos e ventiladores, especialmente no setor 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 material é suscetível a danos devido a compressão, arranhões e atrito causados por forças externas, o que pode provocar um curto-circuito. A medida de proteção atual consiste em adicionar uma camada de fibra de vidro ou fibra de poliéster resistente a altas temperaturas trançada externamente ao isolamento de silicone. No entanto, durante o processamento, ainda é necessário evitar ao máximo danos causados por compressão por força externa.
B. O agente vulcanizante atualmente mais utilizado na moldagem por vulcanização é o diclorometano, o diclorometano e o tetraclorometano. Este agente vulcanizante contém cloro. Agentes vulcanizantes totalmente isentos de halogênios (como a vulcanização com platina) têm requisitos rigorosos quanto à temperatura do ambiente de produção e são dispendiosos. Portanto, ao processar chicotes elétricos, os seguintes pontos devem ser observados: a pressão da roda de compressão não deve ser muito alta. É melhor usar material de borracha para evitar rupturas durante o processo de produção, o que pode levar a uma baixa resistência à pressão.
4. Fio de borracha de monômero de etileno-propileno-dieno reticulado (EPDM) (XLEPDM)
A borracha EPDM (monômero de etileno-propileno-dieno reticulado) 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 (de -60 a 125 °C).
B. Resistência ao ozono, resistência aos raios UV, resistência ao isolamento elétrico e resistência à corrosão química.
C. A resistência a óleos e solventes é comparável à do isolamento de borracha cloropreno de uso geral. É processado por equipamentos comuns de extrusão a quente e utiliza reticulação por irradiação, o que o torna um processo simples e de baixo custo. Os fios isolados com borracha de monômero de etileno-propileno-dieno reticulada (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 mineração, perfuração, automóveis, dispositivos médicos, navios e fiação interna geral de aparelhos elétricos.
As principais desvantagens dos fios XLEPDM são:
A. Assim como os fios de XLPE e PVC, possui resistência ao rasgo relativamente baixa.
B. A baixa adesão e autoadesividade afetam a processabilidade subsequente.
5. Fios e cabos fluoroplásticos
Em comparação com os cabos comuns de polietileno e cloreto de polivinila, os cabos de fluoroplástico apresentam as seguintes características principais:
A. Os fluoroplásticos resistentes a altas temperaturas possuem extraordinária estabilidade térmica, permitindo que os cabos de fluoroplástico se adaptem a ambientes com temperaturas entre 150 e 250 graus Celsius. Em condições de condutores com a mesma área de seção transversal, os cabos de fluoroplástico podem transmitir uma corrente admissível maior, ampliando consideravelmente a gama de aplicações desse tipo de fio isolado. Devido a essa propriedade singular, os cabos de fluoroplástico são frequentemente utilizados em fiação interna e como condutores em aeronaves, navios, fornos de alta temperatura e equipamentos eletrônicos.
B. Boa resistência à chama: Os fluoroplásticos possuem um alto índice de oxigênio e, quando em combustão, a propagação da chama é pequena, gerando menos fumaça. Os fios fabricados com esse material são adequados para ferramentas e locais com requisitos rigorosos de resistência à chama. Por exemplo: redes de computadores, metrôs, veículos, edifícios altos e outros locais públicos, etc. Quando um incêndio começa, as pessoas têm tempo para evacuar sem serem atingidas pela fumaça densa, ganhando assim um tempo precioso para o resgate.
C. Excelente desempenho elétrico: Comparados ao polietileno, os fluoroplásticos possuem uma constante dielétrica menor. Portanto, em comparação com cabos coaxiais de estruturas similares, os cabos de fluoroplástico 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 alta resistência à temperatura dos fluoroplásticos, eles são comumente utilizados como fiação interna para equipamentos de transmissão e comunicação, como cabos de interconexão entre alimentadores e transmissores de transmissão sem fio, e como cabos de vídeo e áudio. Ademais, os cabos de fluoroplástico possuem boa rigidez dielétrica e resistência de isolamento, tornando-os adequados para uso como cabos de controle para instrumentos e medidores importantes.
D. Propriedades mecânicas e químicas perfeitas: Os fluoroplásticos possuem alta energia de ligação química, alta estabilidade, são praticamente imunes a variações de temperatura e apresentam excelente resistência ao envelhecimento climático e à ação de solventes. 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 nas indústrias petroquímica, de refino de petróleo e de controle de instrumentos em poços de petróleo.
E. Facilita conexões por 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 requerem um certo tempo de soldagem, o que também explica a popularidade dos cabos de fluoroplástico, como os utilizados na 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 produzidas ainda são limitadas. Comparados aos materiais importados, ainda há uma certa lacuna em termos de estabilidade térmica e outras propriedades abrangentes.
B. Comparado com outros materiais isolantes, o processo de produção é mais difícil, a eficiência de produção é baixa, os caracteres impressos tendem a se desprender e as perdas são grandes, o que torna o custo de produção relativamente alto.
Em conclusão, a aplicação de todos os tipos de materiais isolantes mencionados acima, especialmente os materiais isolantes especiais para altas temperaturas com resistência superior a 105 °C, ainda está em fase de transição na China. Seja na produção de fios ou no processamento de chicotes elétricos, existe não apenas um processo consolidado, mas também um processo de compreensão racional das vantagens e desvantagens desse tipo de fio.
Data da publicação: 27 de maio de 2025