Le prestazioni dei materiali isolanti influiscono direttamente sulla qualità, sull'efficienza di lavorazione e sul campo di applicazione di fili e cavi. Le prestazioni dei materiali isolanti influiscono direttamente sulla qualità, sull'efficienza di lavorazione e sul campo di applicazione di fili e cavi.
1. Fili e cavi in PVC (cloruro di polivinile)
Cloruro di polivinile (di seguito denominatoPVCI materiali isolanti in PVC sono miscele in cui alla polvere di PVC vengono aggiunti stabilizzanti, plastificanti, ritardanti di fiamma, lubrificanti e altri additivi. La formula viene adattata in base alle diverse applicazioni e alle caratteristiche specifiche di fili e cavi. Dopo decenni di produzione e applicazione, la tecnologia di produzione e lavorazione del PVC è ormai molto matura. Il materiale isolante in PVC trova un'ampia gamma di applicazioni nel settore dei fili e dei cavi e possiede caratteristiche peculiari:
A. La tecnologia di produzione è matura, facile da modellare e lavorare. Rispetto ad altri tipi di materiali isolanti per cavi, non solo ha un costo contenuto, ma può anche controllare efficacemente la differenza di colore, la lucentezza, la stampa, l'efficienza di lavorazione, la morbidezza e la durezza della superficie del filo, l'adesione del conduttore, nonché le proprietà meccaniche, fisiche ed elettriche del filo stesso.
B. Presenta eccellenti proprietà ignifughe, pertanto i cavi con isolamento in PVC possono facilmente soddisfare i requisiti di resistenza alla fiamma previsti da diverse normative.
C. In termini di resistenza alla temperatura, grazie all'ottimizzazione e al miglioramento delle formule dei materiali, le tipologie di isolamento in PVC attualmente più comunemente utilizzate comprendono principalmente le seguenti tre categorie:
In termini di tensione nominale, viene generalmente utilizzato per livelli di tensione pari o inferiori a 1000 V CA e trova ampia applicazione in settori quali elettrodomestici, strumenti e misuratori, illuminazione e comunicazioni di rete.
Il PVC presenta inoltre alcuni svantaggi intrinseci che ne limitano l'applicazione:
A. A causa del suo elevato contenuto di cloro, durante la combustione emette una grande quantità di fumo denso che può causare soffocamento, compromettere la visibilità e produrre sostanze cancerogene e gas HCl, con gravi danni per l'ambiente. Con lo sviluppo di tecnologie di produzione di materiali isolanti a bassa emissione di fumo e privi di alogeni, la graduale sostituzione dell'isolamento in PVC è diventata una tendenza inevitabile nello sviluppo dei cavi.
B. L'isolamento in PVC ordinario ha una scarsa resistenza ad acidi e alcali, olio termico e solventi organici. Secondo il principio chimico del simile che scioglie il simile, i cavi in PVC sono altamente soggetti a danni e crepe negli ambienti specifici menzionati. Tuttavia, grazie alle sue eccellenti prestazioni di lavorazione e al basso costo, i cavi in PVC sono ancora ampiamente utilizzati in elettrodomestici, apparecchi di illuminazione, apparecchiature meccaniche, strumenti e misuratori, comunicazioni di rete, cablaggi edili e altri settori.
2. Fili e cavi in polietilene reticolato
PE reticolato (di seguito denominatoXLPEIl polietilene (E129) è un tipo di polietilene che, in determinate condizioni, sotto l'azione di raggi ad alta energia o agenti reticolanti, può trasformarsi da una struttura molecolare lineare a una struttura tridimensionale. Contemporaneamente, si trasforma da materiale termoplastico a plastica termoindurente insolubile.
Attualmente, nell'applicazione dell'isolamento di fili e cavi, esistono principalmente tre metodi di reticolazione:
A. Reticolazione con perossido: prevede l'utilizzo iniziale di resina di polietilene in combinazione con opportuni agenti reticolanti e antiossidanti, e successivamente l'aggiunta di altri componenti secondo necessità per produrre particelle di miscela di polietilene reticolabile. Durante il processo di estrusione, la reticolazione avviene tramite tubi di reticolazione a vapore caldo.
B. Reticolazione con silano (reticolazione con acqua calda): Anche questo è un metodo di reticolazione chimica. Il suo meccanismo principale è quello di reticolare organosilossano e polietilene in condizioni specifiche,
e il grado di reticolazione può generalmente raggiungere circa il 60%.
C. Reticolazione mediante irradiazione: utilizza raggi ad alta energia come raggi R, raggi alfa e raggi elettronici per attivare gli atomi di carbonio nelle macromolecole di polietilene e provocare la reticolazione. I raggi ad alta energia comunemente utilizzati nei fili e nei cavi sono i raggi elettronici generati dagli acceleratori di elettroni. Poiché questa reticolazione si basa sull'energia fisica, appartiene alla categoria della reticolazione fisica.
I tre metodi di reticolazione sopra descritti presentano caratteristiche e applicazioni distinte:
Rispetto al polietilene termoplastico (PVC), l'isolamento in XLPE presenta i seguenti vantaggi:
A. Ha migliorato la resistenza alla deformazione termica, le proprietà meccaniche alle alte temperature e la resistenza alla fessurazione da stress ambientale e all'invecchiamento termico.
B. Ha migliorato la stabilità chimica e la resistenza ai solventi, ridotto il flusso a freddo e sostanzialmente mantenuto le prestazioni elettriche originali. La temperatura di esercizio a lungo termine può raggiungere 125℃ e 150℃. Il filo e il cavo isolati in polietilene reticolato migliorano anche la resistenza al cortocircuito e la loro resistenza alla temperatura a breve termine può raggiungere 250℃, per fili e cavi dello stesso spessore, la capacità di trasporto di corrente del polietilene reticolato è molto maggiore.
C. Possiede eccellenti proprietà meccaniche, di impermeabilità e di resistenza alle radiazioni, pertanto è ampiamente utilizzato in diversi settori. Ad esempio: cavi di collegamento interni per elettrodomestici, cavi per motori, cavi di illuminazione, cavi di controllo del segnale a bassa tensione per automobili, cavi per locomotive, cavi e fili per metropolitane, cavi di protezione ambientale per miniere, cavi marini, cavi per la posa di impianti nucleari, cavi ad alta tensione per TV, cavi ad alta tensione per apparecchiature a raggi X e cavi e fili per la trasmissione di energia, ecc.
I cavi e i fili con isolamento in XLPE presentano vantaggi significativi, ma hanno anche alcuni svantaggi intrinseci che ne limitano l'applicazione:
A. Scarsa resistenza all'adesione termica. Quando si lavorano e si utilizzano i fili a temperature superiori a quella nominale, è facile che i fili si attacchino tra loro. Nei casi più gravi, ciò può causare danni all'isolamento e cortocircuiti.
B. Scarsa resistenza alla conduzione del calore. A temperature superiori a 200℃, l'isolamento dei fili diventa estremamente morbido. Se sottoposto a compressione o urto esterni, tende a rompersi e a provocare un cortocircuito.
C. È difficile controllare la differenza di colore tra i lotti. Problemi come graffi, sbiancamento e distacco dei caratteri stampati tendono a verificarsi durante la lavorazione
D. L'isolamento in XLPE con una resistenza termica di 150℃ è completamente privo di alogeni e può superare il test di combustione VW-1 secondo gli standard UL1581, mantenendo al contempo eccellenti proprietà meccaniche ed elettriche. Tuttavia, permangono alcune criticità nella tecnologia di produzione e il costo è elevato.
3. Fili e cavi in gomma siliconica
Le molecole polimeriche della gomma siliconica sono strutture a catena formate da legami Si-O (silicio-ossigeno). L'energia del legame Si-O è di 443,5 kJ/mol, molto superiore all'energia del legame C-C (355 kJ/mol). La maggior parte dei fili e dei cavi in gomma siliconica viene prodotta mediante estrusione a freddo e vulcanizzazione ad alta temperatura. Tra i vari fili e cavi in gomma sintetica, grazie alla sua struttura molecolare unica, la gomma siliconica offre prestazioni superiori rispetto alle altre gomme comuni.
A. È estremamente morbido, ha una buona elasticità, è inodore e atossico, non teme le alte temperature e può resistere al freddo intenso. L'intervallo di temperatura di esercizio va da -90 a 300 °C. La gomma siliconica ha una resistenza al calore molto migliore rispetto alla gomma comune. Può essere utilizzata continuamente a 200 °C e per un certo periodo di tempo a 350 °C.
B. Eccellente resistenza agli agenti atmosferici. Anche dopo una prolungata esposizione ai raggi ultravioletti e ad altre condizioni climatiche, le sue proprietà fisiche hanno subito solo lievi modifiche.
C. La gomma siliconica ha una resistività molto elevata e la sua resistenza rimane stabile in un ampio intervallo di temperature e frequenze.
Nel frattempo, la gomma siliconica presenta un'eccellente resistenza alle scariche corona e alle scariche ad arco ad alta tensione. I fili e i cavi isolati in gomma siliconica possiedono i suddetti vantaggi e sono ampiamente utilizzati nei cavi per dispositivi ad alta tensione come televisori, nei cavi resistenti alle alte temperature per forni a microonde, nei cavi per piani cottura a induzione, nei cavi per caffettiere, nei cavi per lampade, apparecchiature UV, lampade alogene, nei cavi di collegamento interni per forni e ventilatori, soprattutto nel settore dei piccoli elettrodomestici.
Tuttavia, alcuni dei suoi limiti ne restringono anche l'applicazione. Ad esempio:
A. Scarsa resistenza allo strappo. Durante la lavorazione o l'uso, è soggetto a danni dovuti a compressione, graffi e abrasioni causati da forze esterne, che possono provocare un cortocircuito. L'attuale misura protettiva consiste nell'aggiungere uno strato di fibra di vetro o fibra di poliestere ad alta temperatura intrecciata all'esterno dell'isolamento in silicone. Tuttavia, durante la lavorazione, è comunque necessario evitare il più possibile danni causati da compressione dovuta a forze esterne.
B. L'agente vulcanizzante attualmente utilizzato principalmente nello stampaggio a vulcanizzazione è il doppio, il secondo, il quarto. Questo agente vulcanizzante contiene cloro. Gli agenti vulcanizzanti completamente privi di alogeni (come la vulcanizzazione al platino) hanno requisiti rigorosi per la temperatura dell'ambiente di produzione e sono costosi. Pertanto, durante la lavorazione dei cablaggi, è necessario tenere presente i seguenti punti: la pressione della ruota di pressione non deve essere troppo elevata. È preferibile utilizzare materiale in gomma per evitare la rottura durante il processo di produzione, che potrebbe portare a una scarsa resistenza alla pressione.
4. Filo di gomma reticolata etilene propilene diene monomero (EPDM) (XLEPDM)
La gomma EPDM (etilene propilene diene monomero) reticolata è un terpolimero di etilene, propilene e un diene non coniugato, reticolato mediante metodi chimici o di irradiazione. Il filo isolato in gomma EPDM reticolata combina i vantaggi sia del filo isolato in poliolefina che del filo isolato in gomma comune.
A. Morbido, flessibile, elastico, antiaderente alle alte temperature, resistente all'invecchiamento a lungo termine e resistente alle condizioni atmosferiche avverse (da -60 a 125℃).
B. Resistenza all'ozono, resistenza ai raggi UV, resistenza all'isolamento elettrico e resistenza alla corrosione chimica.
C. La resistenza agli oli e ai solventi è paragonabile a quella dell'isolamento in gomma cloroprenica per uso generale. Viene lavorato con normali apparecchiature di estrusione a caldo e si adotta la reticolazione mediante irradiazione, che è semplice da realizzare e a basso costo. I fili isolati in gomma etilene-propilene-diene monomero (EPDM) reticolata presentano i numerosi vantaggi sopra menzionati e sono ampiamente utilizzati in settori quali cavi per compressori di refrigerazione, cavi per motori impermeabili, cavi per trasformatori, cavi mobili in miniere, perforazioni, automobili, dispositivi medici, navi e cablaggio interno generale di apparecchi elettrici.
I principali svantaggi dei cavi XLEPDM sono:
A. Come i fili in XLPE e PVC, ha una resistenza allo strappo relativamente scarsa.
B. La scarsa adesione e l'autoadesività influiscono sulla successiva lavorabilità.
5. Fili e cavi in fluoroplastica
Rispetto ai comuni cavi in polietilene e cloruro di polivinile, i cavi in fluoroplastica presentano le seguenti caratteristiche principali:
A. I fluoroplastici resistenti alle alte temperature possiedono una straordinaria stabilità termica, che consente ai cavi in fluoroplastica di adattarsi ad ambienti ad alta temperatura, da 150 a 250 gradi Celsius. A parità di sezione trasversale del conduttore, i cavi in fluoroplastica possono trasmettere una corrente massima maggiore, ampliando notevolmente il campo di applicazione di questo tipo di cavo isolato. Grazie a questa proprietà unica, i cavi in fluoroplastica sono spesso utilizzati per il cablaggio interno e i conduttori di collegamento in aeromobili, navi, forni ad alta temperatura e apparecchiature elettroniche.
B. Buona resistenza alla fiamma: i fluoroplastici hanno un elevato indice di ossigeno e, quando bruciano, la propagazione della fiamma è limitata, generando meno fumo. Il filo realizzato con questo materiale è adatto per strumenti e luoghi con requisiti rigorosi in termini di resistenza alla fiamma. Ad esempio: reti informatiche, metropolitane, veicoli, grattacieli e altri luoghi pubblici, ecc. In caso di incendio, le persone hanno il tempo di evacuare senza essere travolte dal fumo denso, guadagnando così tempo prezioso per i soccorsi.
C. Eccellenti prestazioni elettriche: rispetto al polietilene, i fluoroplastici hanno una costante dielettrica inferiore. Pertanto, rispetto ai cavi coassiali di struttura simile, i cavi in fluoroplastica presentano una minore attenuazione e sono più adatti alla trasmissione di segnali ad alta frequenza. Oggi, l'utilizzo sempre più frequente dei cavi è diventato una tendenza. Allo stesso tempo, grazie all'elevata resistenza alle alte temperature, i fluoroplastici sono comunemente utilizzati come cablaggi interni per apparecchiature di trasmissione e comunicazione, come cavi di collegamento tra alimentatori e trasmettitori per la trasmissione wireless e come cavi video e audio. Inoltre, i cavi in fluoroplastica hanno una buona rigidità dielettrica e resistenza di isolamento, il che li rende adatti all'uso come cavi di controllo per strumenti e misuratori importanti.
D. Proprietà meccaniche e chimiche perfette: i fluoroplastici hanno un'elevata energia di legame chimico, un'elevata stabilità, sono pressoché inalterati dalle variazioni di temperatura e possiedono un'eccellente resistenza all'invecchiamento atmosferico e una notevole resistenza meccanica. Inoltre, non vengono intaccati da acidi, alcali e solventi organici di vario tipo. Pertanto, sono adatti ad ambienti con significative variazioni climatiche e condizioni corrosive, come ad esempio nell'industria petrolchimica, nella raffinazione del petrolio e nel controllo della strumentazione dei pozzi petroliferi.
E. Facilita le connessioni di saldatura. Negli strumenti elettronici, molte connessioni vengono realizzate tramite saldatura. A causa del basso punto di fusione delle plastiche comuni, queste tendono a fondersi facilmente ad alte temperature, richiedendo competenze di saldatura specializzate. Inoltre, alcuni punti di saldatura necessitano di un certo tempo di saldatura, motivo per cui i cavi in fluoroplastica sono così diffusi, come ad esempio il cablaggio interno di apparecchiature di comunicazione e strumenti elettronici.
Naturalmente, i fluoroplastici presentano ancora alcuni svantaggi che ne limitano l'utilizzo:
A. Il prezzo delle materie prime è elevato. Attualmente, la produzione nazionale si basa ancora principalmente sulle importazioni (Daikin del Giappone e DuPont degli Stati Uniti). Sebbene la produzione nazionale di fluoroplastiche si sia sviluppata rapidamente negli ultimi anni, le varietà prodotte sono ancora limitate. Rispetto ai materiali importati, sussiste ancora un certo divario in termini di stabilità termica e altre proprietà complessive dei materiali.
B. Rispetto ad altri materiali isolanti, il processo di produzione è più complesso, l'efficienza produttiva è bassa, i caratteri stampati tendono a staccarsi e le perdite sono ingenti, il che rende il costo di produzione relativamente elevato.
In conclusione, l'applicazione di tutti i tipi di materiali isolanti sopra menzionati, in particolare dei materiali isolanti speciali per alte temperature con una resistenza termica superiore a 105℃, è ancora in una fase di transizione in Cina. Sia nella produzione di fili che nella lavorazione di cablaggi, non solo esiste un processo consolidato, ma è anche in corso un processo di comprensione razionale dei vantaggi e degli svantaggi di questo tipo di filo.
Data di pubblicazione: 27 maggio 2025