Les fils et câbles produits par la méthode de réticulation par irradiation ont une résistance à la chaleur, une résistance à l'usure, une résistance à la corrosion, une résistance élevée à la traction et une résistance au fer. Par rapport à d'autres méthodes de traitement de réticulation, ils ont de meilleures performances d'isolation et ne seront pas dégradés par des catalyseurs n'ayant pas réagi, ce qui peut améliorer les performances électriques, la résistance au vieillissement thermique et la stabilité des matériaux. La réticulation par rayonnement est un processus et une méthode de production idéaux pour divers fils flexibles, câbles d'équipement électrique, fils et câbles résistants aux températures élevées -et ignifuges-.
Le matériau isolant de la plupart des câbles doit non seulement avoir une résistance d'isolation élevée, une résistance à la tension ou une faible perte diélectrique, mais également de bonnes propriétés physiques et mécaniques, telles que la résistance à la traction, la résistance à la flexion, la résistance aux vibrations, la résistance à la torsion, etc. Les matériaux isolants pour les câbles réticulés irradiés comprennent principalement le chlorure de polyvinyle, les fluoroplastiques, le polyéthylène réticulé, le polypropylène et le caoutchouc EPDM réticulé.
1, matériau isolant contenant des halogènes
(1) Matériau isolant en polychlorure de vinyle (PVC)
Le matériau isolant en PVC est un mélange de plastifiants, de stabilisants, de retardateurs de flamme, de lubrifiants et d'autres additifs ajoutés à la poudre de PVC selon différentes formules. Après des décennies de production et d'utilisation, la fabrication du PVC, l'ajustement de la formule et la technologie de traitement sont devenus très matures pour différentes applications et exigences caractéristiques des câbles. Avec ses excellentes performances de traitement et son faible coût, les câbles isolés en PVC sont largement utilisés dans les appareils électroménagers, les équipements mécaniques, les communications réseau, le câblage des bâtiments et d'autres domaines, et présentent des caractéristiques de performance significatives :
1. Technologie de fabrication mature, facile à former et à traiter. Comparé à d'autres types de matériaux d'isolation de câbles, il a non seulement un faible coût, mais peut également contrôler efficacement la différence de couleur de surface, la matité optique, l'impression, l'efficacité du traitement, la douceur et la dureté, l'adhérence des conducteurs, les propriétés mécaniques et physiques du fil lui-même et les propriétés électriques.
2. Il possède d'excellentes propriétés ignifuges, de sorte que les fils isolés en PVC peuvent facilement répondre aux niveaux ignifuges spécifiés dans diverses normes.
3. En termes de tension nominale, il est généralement utilisé pour des niveaux de tension de 1 000 V CA et moins.
Le PVC présente également certains inconvénients inhérents qui limitent son utilisation, se manifestant principalement par :
En raison de la teneur élevée en chlore, une grande quantité de fumée épaisse sera émise lors de la combustion, ce qui peut provoquer une suffocation, affecter la visibilité et produire des cancérigènes et du gaz HC1, ce qui constitue une menace sérieuse pour l'environnement. Avec le développement de la technologie de fabrication de matériaux isolants à faible teneur en fumée et sans halogène-, le remplacement progressif de l'isolation PVC traditionnelle est devenu une tendance inévitable dans le développement des câbles.
2. L'isolation en PVC ordinaire a une faible résistance aux acides et aux alcalis, à la chaleur, à l'huile et aux solvants organiques. Selon le principe chimique de solubilité similaire, le fil PVC est sujet aux dommages et aux fissures dans un environnement spécifique.
Généralement, cela est réalisé en optimisant et en améliorant la formule du matériau, en effectuant une réticulation-par irradiation et en transformant le PVC thermoplastique ordinaire en plastique thermodurcissable insoluble, ce qui rend sa structure moléculaire plus stable et améliore la résistance mécanique de son isolation. La température du court-circuit-peut être augmentée jusqu'à 250 degrés.
Lorsque le PVC est irradié, il se décompose lorsque la dose d'irradiation est trop élevée. Les molécules de PVC pur subissent une réticulation par rayonnement, mais il est difficile d'obtenir des matériaux de valeur en raison de la déshydrochloration, des réactions de rupture de liaison et de la décoloration. L'ajout de sensibilisants avec des monomères insaturés multifonctionnels-peut réduire la rupture des liaisons et la décoloration des chaînes moléculaires du PVC, apportant ainsi une contribution significative à la formation de réseaux réticulés.
En présence de monomères multifonctionnels tels que le TMPTM et le TMPTA, les performances du PVC ont été grandement améliorées après irradiation à une dose inférieure à 10 kGy, et il peut être utilisé comme matériau isolant et pour une variété de raccords de tuyauterie (comme la préparation de câbles ignifuges avec une résistance thermique de 105 degrés). À la même dose de rayonnement, la teneur en gel du système avec sensibilisateur est de 5 % à 10 % supérieure à celle du système sans sensibilisateur ; Afin d'obtenir la même teneur en gel, le système ajoutant un sensibilisateur nécessite une faible dose de rayonnement. L'ajout d'un sensibilisant peut réduire la dose de rayonnement de plus de 50 % tout en augmentant la teneur en gel. La réduction de la dose de rayonnement permet d'éviter les défauts provoqués par l'augmentation de la température du matériau lorsque la dose est trop élevée. À l'heure actuelle, l'orientation du développement des matériaux d'isolation en PVC comprend principalement des matériaux de câbles en PVC flexibles réticulés, des matériaux de câbles transparents et des matériaux de câbles en PVC sans plomb.
(2) Fluoroplastique
Les matériaux isolants de la série fluoroplastique sont largement utilisés dans le domaine des câbles, avec des performances exceptionnelles dans divers aspects tels que le PTFE, l'ETFE, le PVDF, etc. Parmi eux, le PTFE peut fonctionner longtemps dans un environnement de 200 degrés. Sa légèreté, son excellente résistance à la corrosion et ses propriétés mécaniques, ainsi que ses propriétés diélectriques et sa résistance à l'usure exceptionnelles, le rendent largement utilisé dans les domaines de l'aviation et de l'aérospatiale.
La plupart des plastiques fluorés, en particulier le PTFE, sont généralement considérés comme des matériaux dégradables par rayonnement. Le PTFE peut subir des fissures et générer des micropoudres de PTFE dans différentes conditions. Sous irradiation sous vide ou sous atmosphère inerte à une température de 330 degrés ~ 340 degrés, ce qui est supérieur au point de fusion du PTFE, la réticulation du PTFE peut être obtenue. La résistance aux radiations et à l'usure des matériaux PTFE réticulés est grandement améliorée, ce qui compense précisément les défauts des matériaux PTFE non réticulés. Cependant, étant donné que le PTFE ne peut réticuler qu’à l’état fondu, l’application du PTFE réticulé dans les câbles est limitée.
Parmi les autres variétés de plastiques fluorés, l'ETFE et le PVDF ont une bonne résistance aux radiations, mais leur température d'utilisation est inférieure à celle du PTFB. Après réticulation par irradiation, sa température d'utilisation peut être augmentée. Après la réticulation par faisceau d'électrons-, le niveau de température des fils ETFE peut être augmenté de 150 degrés à 200 degrés, tandis que d'autres excellentes caractéristiques restent inchangées. Les fils isolés XL-ETFE sont l'un des deux types de fils les plus couramment utilisés dans l'aviation aujourd'hui.
Le fil isolé XL-ETFE est constitué d'un matériau isolant ETFE réticulable spécial, qui est extrudé en un fil et réticulé par irradiation par faisceau d'électrons. Les molécules d'ETFE contiennent des unités structurelles d'éthylène, elles ont donc tendance à se réticuler sous irradiation. Cependant, le degré de réticulation n'est pas suffisant et des sensibilisants spéciaux à la réticulation doivent être ajoutés pour favoriser la réticulation. De plus, le processus de réticulation par irradiation ETFE est affecté par l’atmosphère d’oxygène et le degré de réticulation est instable. L’utilisation de la réticulation par irradiation dans une atmosphère de gaz inerte à des températures plus élevées est bénéfique pour la stabilité de la réticulation des fils.
Par rapport aux câbles PE et PVC courants, les câbles en plastique fluoré présentent les avantages exceptionnels suivants :
1. Résistance aux hautes températures
Les plastiques fluorés ont une stabilité thermique extraordinaire et les câbles en plastique fluoré peuvent s'adapter à des environnements à haute température allant de 150 degrés à 250 degrés. En d'autres termes, dans les mêmes conditions de section transversale de conducteur, les câbles en plastique fluoré peuvent transmettre des courants admissibles plus importants, améliorant considérablement la plage d'utilisation de ce type de fil isolé. En raison de leurs performances uniques, les câbles en plastique fluoré peuvent être utilisés pour le câblage interne, les fils conducteurs, etc. dans les avions, les navires, les fours à haute température-et les appareils électroniques.
2. Bonne ignifugation
Les plastiques fluorés ont un indice d'oxygène élevé et sont généralement difficiles à brûler, avec une faible plage de diffusion de la flamme pendant la combustion. Le fil fabriqué à partir de celui-ci convient aux outils et aux endroits soumis à des exigences strictes en matière d'ignifugation. Par exemple, les lieux publics tels que les réseaux informatiques, les métros, les véhicules, les avions, etc. Lorsqu'un incendie se déclare, les personnes peuvent disposer d'un certain temps pour évacuer en toute sécurité et prodiguer les premiers soins au personnel.
3. Excellentes performances électriques
Comparés au PE, les plastiques fluorés ont une constante diélectrique inférieure. Par conséquent, par rapport aux câbles coaxiaux dotés de structures similaires, les câbles en plastique fluoré ont moins d'atténuation et sont plus adaptés à la transmission de signaux à haute fréquence-. La fréquence croissante d'utilisation des câbles est devenue une tendance de nos jours et, en raison de la résistance aux températures élevées des plastiques fluorés, ils sont couramment utilisés comme câblage interne pour les équipements de communication de transmission, comme cavaliers entre les alimentations et les émetteurs de transmission sans fil, ainsi que comme câbles vidéo et audio. De plus, les câbles en plastique fluoré ont une bonne rigidité diélectrique et une bonne résistance d'isolation, ce qui les rend adaptés à une utilisation comme câbles de commande pour des instruments importants.
4. Excellentes propriétés mécaniques et chimiques
Les plastiques fluorés ont une énergie de liaison chimique élevée, une grande stabilité et ne sont pratiquement pas affectés par les changements de température. Ils ont une excellente résistance au vieillissement climatique et une excellente résistance mécanique ; Et il n’est pas affecté par divers acides, bases et solvants organiques. Par conséquent, il convient aux environnements présentant un changement climatique important et des propriétés corrosives, tels que les produits pétrochimiques, les raffineries et le contrôle des instruments des puits de pétrole.
5. Propice au soudage et à la connexion des fils
Dans les instruments électroniques, de nombreuses connexions sont réalisées à l’aide de méthodes de soudage. En raison de la faible température de fusion des plastiques en général, ils ont tendance à fondre à des températures élevées, ce qui nécessite des techniques de soudage qualifiées. Certains points de soudure nécessitent un certain temps de soudage, ce qui est également la raison pour laquelle les câbles en plastique fluoré sont populaires, comme le câblage interne des équipements de communication et des instruments électroniques.
Les plastiques fluorés présentent également certains inconvénients qui limitent leur utilisation :
1. Les prix des matières premières des plastiques fluorés sont élevés et la production nationale repose actuellement principalement sur les importations (Daikin du Japon et DuPont des États-Unis). Bien que l'industrie nationale de production de plastiques fluorés se soit développée rapidement ces dernières années, les variétés de production sont relativement uniques et les matériaux présentent encore un certain écart en termes de stabilité thermique et d'autres propriétés globales par rapport aux matériaux importés.
2. Comparé à d'autres matériaux isolants, le processus de production est plus difficile, l'efficacité de la production est faible, l'impression tombe facilement et la consommation est importante, ce qui rend son coût de production plus élevé.
3. Les plastiques fluorés PTFE ont une faible résistance aux radiations. Par exemple, à température ambiante ou en présence d'air, lorsque la dose d'irradiation atteint plusieurs Mrad, l'irradiation par faisceau d'électrons accélérateurs peut provoquer la rupture de la chaîne principale carbonée des molécules de PTFE, entraînant la fissuration du PTPE et une décomposition rapide du PTFE.
2, matériau isolant sans halogène-
(1) Matériau isolant en polyéthylène (XLPE) réticulé à faible émission de fumée sans halogène-
Le polyéthylène (PE) et l'éthylène-acétate de vinyle (EVA) sont utilisés comme matrice, et divers additifs tels que des retardateurs de flamme sans halogène-, des lubrifiants, des antioxydants, etc. sont ajoutés par mélange de caoutchouc et granulation pour produire un matériau isolant en polyéthylène. Après traitement par irradiation, le polyéthylène peut passer d'une structure moléculaire linéaire à une structure globale tridimensionnelle. Transformation simultanée du thermoplastique en plastique thermodurcissable insoluble. Par rapport au polyéthylène thermoplastique ordinaire, les câbles isolés XLPE présentent les avantages suivants :
1. Résistance améliorée à la déformation thermique, propriétés mécaniques améliorées à haute température et résistance améliorée à la fissuration sous contrainte environnementale et au vieillissement thermique.
2. Amélioration de la stabilité chimique et de la résistance aux solvants, réduction du flux de froid et maintien des performances électriques d'origine. La température de travail à long-terme peut atteindre 125 degrés et 150 degrés. Après le traitement de réticulation-, la température de court-circuit-du polyéthylène peut être augmentée jusqu'à 250 degrés. Pour des câbles de même épaisseur, la capacité de charge actuelle du polyéthylène réticulé est considérablement augmentée.
Les câbles isolés XLPE ont d'excellentes propriétés mécaniques, imperméables et de résistance aux radiations, ce qui les rend largement utilisés dans divers domaines. Par exemple, dans des secteurs tels que les lignes de connexion électriques internes, les câbles de moteur, les câbles d'éclairage, les lignes de commande de signaux basse tension-automobiles, les câbles de locomotives, les câbles de métro, les câbles de protection de l'environnement minier, les câbles marins, les câbles de qualité 1E pour les centrales nucléaires, les câbles de pompes submersibles et les câbles de transmission d'énergie.
À l'heure actuelle, l'orientation du développement des matériaux d'isolation XLPE comprend principalement des matériaux d'isolation pour câbles d'alimentation en polyéthylène réticulé irradié-, des matériaux d'isolation aérienne en polyéthylène réticulé irradié-et des matériaux de gaine en polyoléfine ignifuges-réticulés irradiés-.
(2) Matériau isolant en polypropylène réticulé (XL-PP)
Le polypropylène (PP), en tant que plastique universel, présente les caractéristiques suivantes : légèreté, sources abondantes de matières premières, rentabilité supérieure-, excellente résistance à la corrosion chimique, moulage facile et recyclabilité. Cependant, en raison de défauts tels qu'une faible résistance, une mauvaise résistance à la chaleur, une déformation par retrait importante, une mauvaise résistance au fluage, une fragilité à basse température et une mauvaise résistance au vieillissement à la chaleur et à l'oxygène, l'application des câbles est considérablement limitée. Les chercheurs se sont engagés à modifier les matériaux en polypropylène pour améliorer leurs performances globales, et le polypropylène modifié par réticulation par irradiation (XL-PP) a efficacement surmonté ces problèmes. Des résultats de recherche indiquent que les fils isolés XL-PP peuvent répondre aux exigences standard du test de combustion UL VW-1 et des fils à 150 degrés classés UL. Dans le même temps, leurs propriétés mécaniques telles que la résistance à la traction et le test de coupure UL à température nominale sont supérieures à celles de l'isolation en polypropylène réticulé.
L'inconvénient de la modification de réticulation par irradiation du polypropylène est qu'il existe une réaction de craquage qui forme des groupes terminaux insaturés et une réaction compétitive entre les molécules stimulées et les radicaux libres de grande taille lors de la réticulation par irradiation du PP. La fissuration domine lorsque la dose de rayonnement est faible et la réticulation domine lorsque la dose est augmentée. De nombreuses études ont montré que lors de la réticulation par rayonnement du PP, l'efficacité de la réticulation est très faible en raison de l'apparition simultanée de la dégradation et de la réticulation. Le rapport dégradation/réaction de réticulation du PP isotactique après irradiation par des rayons y- est de 0,8. Afin d’obtenir une réaction de réticulation efficace du PP, des accélérateurs de réticulation doivent être ajoutés pour la réticulation par irradiation. Dans le même temps, l'épaisseur de réticulation effective est limitée par la capacité de pénétration du faisceau électronique, et les charges résiduelles lors de l'irradiation moussent en raison de la génération de gaz, ce qui ne fait que faciliter la réticulation de produits minces et limite leur utilisation sur des câbles à paroi épaisse.
(3) Matériau isolant en copolymère éthylène-acétate de vinyle réticulé (XL-EVA)
Avec la demande croissante en matière de sécurité des câbles, les câbles croisés-ignifuges sans halogène-ignifuges-se sont développés rapidement. Comparé au polyéthylène, l'EVA réduit la cristallinité, améliore la flexibilité, la résistance aux chocs, la compatibilité avec les charges et les performances de thermoscellage en introduisant le monomère d'acétate de vinyle dans sa chaîne moléculaire. D'une manière générale, les performances de la résine EVA dépendent principalement de la teneur en acétate de vinyle de la chaîne moléculaire. En raison du rapport de composition réglable pour répondre aux différents besoins d'application, plus la teneur en acétate de vinyle est élevée, plus sa transparence, sa douceur et sa ténacité seront élevées. La résine EVA a une bonne inclusion des charges et une bonne réticulation, elle est donc de plus en plus utilisée dans les câbles réticulés ignifuges sans halogène - sans flamme -. De plus, la résine EVA est également utilisée pour fabriquer des gaines pour certains câbles spéciaux. La résine EVA utilisée dans les fils et câbles a généralement une teneur en acétate de vinyle de 12 % à 24 %. Dans les applications pratiques de câbles, l'EVA est souvent mélangé et traité avec du PE, du PVC, du PP, etc. pour ajuster les performances de la couche isolante du câble. Dans le matériau mélangé, le composant EVA peut favoriser la réticulation, ce qui améliore les performances du câble après réticulation.
(4) Matériau isolant en caoutchouc éthylène-propylène-diène réticulé (XL-EPDM)
XL-EPDM est un copolymère ternaire d'éthylène, de propylène et de diène non conjugué, obtenu par réticulation par irradiation. Le fil XL-EPDM combine les avantages du fil isolé en polyoléfine et du fil isolé en caoutchouc ordinaire :
1. Doux, flexible, élastique, non adhésif à haute température, résistance au vieillissement à long terme - et résistance aux conditions météorologiques difficiles (-60 degrés ~ 125 degrés).
2. Résistance à l'ozone, résistance aux UV, résistance à l'isolation électrique et résistance à la corrosion chimique.
3. Les performances de résistance à l'huile et aux solvants sont comparables à celles de l'isolation en caoutchouc chloroprène à usage général. Il peut être produit et fabriqué à l'aide d'un équipement de traitement d'extrusion à chaud ordinaire, en utilisant la réticulation par rayonnement, qui est facile à traiter et rentable-.
XL-Les fils isolés EPDM sont largement utilisés dans l'isolation des câbles électriques et des câbles marins inférieurs à 35 kV. Ils ont maintenant été remplacés par ce matériau et ont été appliqués dans des domaines tels que les câbles de compresseurs de réfrigération, l'automobile, les câbles de moteur étanches, les câbles de transformateur, les câbles mobiles miniers, le forage et les équipements médicaux.
Les principaux inconvénients du câble XL-EPDM sont :
1. Mauvaise résistance à la déchirure.
2. Mauvaise adhérence et auto-adhésivité, affectant le traitement ultérieur.
(5) Matériau isolant en caoutchouc de silicone
Le caoutchouc de silicone présente une flexibilité, une résistance à l'ozone, à la couronne et aux flammes, ainsi qu'une bonne performance d'isolation. Sa principale application dans l’industrie électrique concerne les fils et câbles. Les fils et câbles en caoutchouc de silicone sont particulièrement adaptés à une utilisation à haute température et dans des environnements difficiles, et leur durée de vie est beaucoup plus longue que les câbles ordinaires. Les câbles universels isolés en caoutchouc de silicone peuvent actuellement être utilisés dans les moteurs à haute température, les transformateurs, les générateurs, les équipements électroniques et électriques, les câbles d'allumage pour les moteurs de véhicules de transport, les câbles d'alimentation et de commande marins.
À l'heure actuelle, les fils isolés en caoutchouc de silicone utilisés dans les câbles réticulés-sont généralement réticulés-par de l'air chaud atmosphérique ou de la vapeur à haute-pression. Il existe également des études sur la réticulation du caoutchouc de silicone par irradiation par faisceau électronique, mais elle n'a pas encore été largement utilisée dans l'industrie du câble. Avec le développement de la technologie de réticulation par irradiation ces dernières années, le coût de la réticulation par irradiation est inférieur et l'efficacité de la réticulation est plus élevée ; D'un point de vue environnemental, il présente des avantages irremplaçables. Par conséquent, l’application de la technologie de réticulation par irradiation aux matériaux isolants en caoutchouc de silicone constitue l’orientation de la recherche pour la réticulation des fils en caoutchouc de silicone à l’avenir.
