電纜常用的絕緣材料主要包括以下幾種:
聚氯乙烯(PVC):這是一種廣泛使用的塑料絕緣材料,具有良好的機械性能、阻燃性和較低的制造成本。PVC絕緣電纜適用于低壓系統,但其在高溫和低溫環境下的性能有限,且燃燒時會產生有毒氣體。
優點
① 制造技術成熟:PVC的制造和加工技術已經非常成熟,易于成型和加工制造。
② 成本效益:相比其他類型的線纜絕緣材料,PVC的成本較低。
③ 阻燃性能:PVC具有非常良好的阻燃性能,易于達到各類標準規定的阻燃等級。
④ 機械物理性能:PVC線材在表面色差、光啞度、印字、加工效率、軟硬度、導體的附著力等方面均可作有效控制。
⑤ 電絕緣性能:PVC樹脂是一種極性較大的電介質,具有較好的電絕緣性能,適用于15kV以下的低壓和中壓電線電纜的絕緣材料。
缺點
① 環保問題:PVC含有大量氯元素,燃燒時會散發出大量濃煙,影響能見度,并產生一些致癌物質和HCl氣體,對環境造成嚴重危害。
② 化學耐性:普通PVC絕緣耐酸堿、耐熱油、耐有機溶劑性能較差,容易在特定環境中出現破損和開裂。
聚乙烯(PE):PE絕緣材料以其優異的電性能、耐潮濕性和耐寒性而著稱,常用于電纜絕緣和戶外電纜護套。
優點
① 耐低溫性能:聚乙烯具有優良的耐低溫性能,最低使用溫度可達-70~-100℃。
② 化學穩定性:能耐大多數酸堿的侵蝕(不耐具有氧化性質的酸),常溫下不溶于一般溶劑,吸水性小。
③ 電絕緣性能:聚乙烯的電絕緣性能優良,適用于制作高頻絕緣材料。
④ 輕質:聚乙烯比水輕,使用聚乙烯材料制作的電纜質量輕,便于搬運和安裝。
⑤ 價格低廉:聚乙烯材料價格低廉,生產工藝簡單,易于加工和制造。
缺點
① 耐熱性差:聚乙烯的耐熱性能較差,高溫時會急速老化,接觸火焰時易燃燒。
② 機械強度:聚乙烯的力學強度不如其他工程塑料,不能承受過高的壓力和拉力。
③ 老化問題:聚乙烯容易受到紫外線和氧化的影響,老化速度較快。
交聯聚乙烯(XLPE):這是一種通過化學或輻射方法交聯的聚乙烯,具有更高的耐熱性和機械強度。XLPE絕緣電纜廣泛應用于中高壓系統,因其良好的電氣性能和安全性。
優點
① 耐熱性能:交聯聚乙烯具有優異的耐熱性能,長期工作溫度可達90℃,熱壽命可達40年。
② 絕緣性能:保持PE原有的良好絕緣特性,絕緣電阻大,介質損耗角正切值小,且受溫度影響不大。
③ 機械特性:硬度、剛度、耐磨性和抗沖擊性均有所提高,彌補了PE易受環境應力而龜裂的缺點。
④ 耐化學特性:具有較強的耐酸堿和耐油性,燃燒產物對環境危害小,滿足消防安全要求。
⑤ 環保特性:在生產過程中無需交聯,無污染,且“退役”后可以回收重復利用。
缺點
① 生產成本:交聯聚乙烯的生產工藝相對復雜,設備占用空間大、能量消耗多、生產效率較低。
② 回收困難:雖然交聯聚乙烯在“退役”后可以回收重復利用,但回收過程可能較為復雜和成本較高。
③ 空間電荷問題:在高壓直流輸電過程中,產生和積累的空間電荷是聚合物絕緣材料需要面對的重要問題,限制其在高壓直流輸電電纜中的應用。
橡膠絕緣:橡膠絕緣材料具有柔軟性和彈性,適合頻繁移動和彎曲的場合,如橡套軟電纜。橡膠絕緣電纜通常用于移動設備和手持電器。
乙丙橡膠(EPR):這種絕緣材料具有優異的耐寒性和耐高溫性,以及良好的環境適應性,已在歐洲和美國廣泛使用。
優點
① 耐老化性能優異:乙丙橡膠具有出色的耐臭氧、耐日光、耐熱、耐水蒸氣、耐紫外線和耐輻射等老化性能。
② 耐化學藥品特性強:對酸、堿、洗滌劑、動植物油、醇、酮等化學品具有良好的抵抗性。
③ 電絕緣性能好:乙丙橡膠具有優良的電絕緣性能,適用于制造電線電纜。
④ 適用溫度范圍廣:能在極端溫度下保持性能,適用于多種環境。
⑤ 阻燃特性:乙丙橡膠電纜具有阻燃特性,適用于要求阻燃的場所。
⑥ 良好的抗水性:適合用作海底電纜。
缺點
① 自粘性和互粘性差:由于分子結構中缺少活性基團,導致其自粘性和互粘性較差。
② 硫化速度慢:與一些其他橡膠相比,乙丙橡膠的硫化速度較慢,可能增加生產周期和成本。
③ 耐油性較差:對礦物油和烴類溶劑的抵抗力較弱,限制了其在某些領域的應用。
電纜護套是電纜的重要組成部分,用于保護電纜內部結構免受機械損傷、環境腐蝕等。
常見的電纜護套材料包括:
PVC(聚氯乙烯):這是一種成本較低、柔韌性好的材料,具有防火和防油特性。但是,PVC含有對環境和人體有害的物質,且在特殊環境中應用時存在一些問題。
PE(聚乙烯):聚乙烯因其優異的電絕緣性能和加工性能而被廣泛使用。它可以是堅硬或柔韌的,具有良好的防潮性和耐候性。
PUR(聚氨酯):聚氨酯電纜具有耐油和耐磨的優點,廣泛應用于工業機械設備和惡劣環境。
優點
① 耐磨性:聚氨酯材料具有出色的耐磨性,適用于高磨損的環境,如機器人電纜。
② 耐低溫:聚氨酯電纜能在低溫環境下保持穩定性,適用于航空航天等領域。
③ 耐油性:聚氨酯材料對礦物油和無酒精汽油有較好的抵抗性,適用于油污環境。
④ 化學穩定性:聚氨酯具有較好的耐化學性,能抵抗多種化學物質。
⑤ 機械強度:聚氨酯電纜具有高抗張強度和抗撕裂性,適用于需要較高機械強度的應用場景。
⑥ 使用壽命長:聚氨酯材料具有抗老化和耐候性,使用壽命長。
缺點
① 價格較高:聚氨酯材料的生產成本較高,導致電線電纜的初期投資較高。
② 耐高溫性能有限:聚氨酯材料在高溫環境下性能會下降,不適用于極高溫環境。
③ 易水解:聚氨酯材料耐水性差,長時間與水接觸會發生水解,影響電纜的性能。
④ 修復困難:聚氨酯材料的修復難度較大,一旦損壞可能需要更換整個橋架段。
TPE/TPR(熱塑性彈性體):這種材料具有優異的低溫性能、耐化學性和耐油性,非常柔韌。
優點
① 環保無毒:TPE材料通過歐盟檢測標準,高溫下不會產生異味,燃燒后只有淡淡的芳香味,對環境及設備無傷害。
② 觸感柔軟:TPE材料具有優良的觸感,表面質量優異,適合用于需要柔軟觸感的電線電纜。
③ 耐低溫耐高溫:TPE材料具有優良的耐低溫性和耐高溫性,能夠適應不同環境溫度的要求。
④ 加工性能優越:TPE材料可以使用一般的熱塑性塑料成型機加工,如注塑成型、擠出成型等,加工效率高于橡膠。
⑤ 可回收利用:TPE材料的邊角廢料和廢品可以直接返回再利用,降低成本,減少環境污染。
⑥ 硬度范圍廣:TPE材料具有廣泛的硬度范圍,可以根據不同需求調整硬度。
⑦ 優異的著色性:TPE材料易于著色,可以滿足不同顏色需求。
缺點
① 耐熱性較差:TPE材料的耐熱性不如橡膠,隨著溫度上升物性下降幅度較大,適用范圍受到限制。
② 壓縮變形、彈回性和耐久性較差:與橡膠相比,TPE材料的壓縮變形、彈回性和耐久性相對較差。
③ 價格較高:TPE材料的價格往往高于同類的橡膠。
TPU(熱塑性聚氨酯):TPU具有超強的耐磨性能,適用于海洋應用電纜、工業機器人電纜等。
優點
① 耐磨性:TPU具有出色的耐磨性,這在電線電纜應用中尤為重要,可以延長產品的使用壽命。
② 彈性與韌性:TPU具有良好的彈性和韌性,能夠適應各種形變,并在外力作用下迅速恢復原狀。
③ 耐低溫:TPU材料具有優異的耐寒性,在低溫環境下仍能保持其性能穩定性。
④ 耐油性:TPU材料本身具有耐油性,適用于需要接觸油類的環境。
⑤ 環保無毒:TPU在生產和使用過程中不會釋放有害物質,符合環保要求,并且可以回收再利用。
⑥ 加工性能優異:TPU可采用常見的熱塑性材料加工方法進行加工,如注塑、擠出、壓延等,有利于大規模生產和應用。
缺點
① 不耐強極性溶劑和強酸堿介質:TPU在接觸強極性溶劑和強酸堿介質時,可能會發生溶脹或溶解現象,導致材料性能下降甚至失效。
② 價格相對較高:與一些傳統的材料相比,TPU的生產成本較高,導致市場價格相對較高,這可能在一定程度上限制了其在低成本領域的應用。
③ 顏色與外觀受限:由于TPU材料的特殊性質,其顏色和外觀的選擇范圍相對有限,雖然可以通過添加顏料或改變生產工藝來調整顏色和外觀,但相比于其他材料,TPU的顏色和外觀變化范圍仍相對較小。
Thermoplastic CPE(氯化聚乙烯):通常用于惡劣環境,具有重量輕、堅硬、耐油性好、耐水性佳等特點。
陶瓷化硅橡膠:具有極佳的防火、阻燃特性,適用于需要防火的場所。
在選擇電纜護套材料時,需要考慮使用環境的適應性、連接器的兼容性以及材料的環境影響等因素。