(1)Materiale isolante in polietilene reticolato a bassa emissione di fumi e privo di alogeni (XLPE).:
Il materiale isolante XLPE viene prodotto miscelando polietilene (PE) ed etilene vinil acetato (EVA) come matrice di base, insieme a vari additivi come ritardanti di fiamma senza alogeni, lubrificanti, antiossidanti, ecc., attraverso un processo di miscelazione e pellettizzazione. Dopo il trattamento di irradiazione, il PE si trasforma da una struttura molecolare lineare in una struttura tridimensionale, passando da un materiale termoplastico a una plastica termoindurente insolubile.
I cavi con isolamento in XLPE presentano diversi vantaggi rispetto ai normali cavi in PE termoplastico:
1. Maggiore resistenza alla deformazione termica, migliori proprietà meccaniche alle alte temperature e maggiore resistenza alla fessurazione da stress ambientale e all'invecchiamento termico.
2. Maggiore stabilità chimica e resistenza ai solventi, riduzione della fluidità a freddo e mantenimento delle proprietà elettriche. Le temperature di esercizio a lungo termine possono raggiungere i 125-150 °C. Dopo il processo di reticolazione, la temperatura di cortocircuito del PE può essere aumentata fino a 250 °C, consentendo una capacità di trasporto di corrente significativamente maggiore per cavi dello stesso spessore.
3. I cavi con isolamento in XLPE presentano inoltre eccellenti proprietà meccaniche, di impermeabilità e di resistenza alle radiazioni, che li rendono adatti a diverse applicazioni, come il cablaggio interno degli elettrodomestici, i cavi dei motori, i cavi di illuminazione, i cavi di controllo dei segnali a bassa tensione per autoveicoli, i cavi delle locomotive, i cavi della metropolitana, i cavi ecocompatibili per l'industria mineraria, i cavi navali, i cavi di classe 1E per le centrali nucleari, i cavi per pompe sommergibili e i cavi di trasmissione di energia.
Le attuali direzioni nello sviluppo di materiali isolanti in XLPE includono materiali isolanti per cavi di alimentazione in PE reticolato per irradiazione, materiali isolanti aerei in PE reticolato per irradiazione e materiali di rivestimento in poliolefine ignifughe reticolate per irradiazione.
(2)Materiale isolante in polipropilene reticolato (XL-PP):
Il polipropilene (PP), una plastica comune, presenta caratteristiche quali leggerezza, abbondanza di materie prime, economicità, eccellente resistenza alla corrosione chimica, facilità di stampaggio e riciclabilità. Tuttavia, ha anche dei limiti, come bassa resistenza meccanica, scarsa resistenza al calore, significativa deformazione da ritiro, scarsa resistenza allo scorrimento viscoso, fragilità a basse temperature e scarsa resistenza all'invecchiamento da calore e ossigeno. Questi limiti ne hanno ristretto l'utilizzo nelle applicazioni per cavi. I ricercatori si sono impegnati a modificare i materiali in polipropilene per migliorarne le prestazioni complessive, e il polipropilene modificato reticolato mediante irradiazione (XL-PP) ha superato efficacemente tali limitazioni.
I cavi con isolamento XL-PP possono soddisfare i test di infiammabilità UL VW-1 e gli standard UL per cavi con temperatura di esercizio di 150 °C. Nelle applicazioni pratiche dei cavi, l'EVA viene spesso miscelato con PE, PVC, PP e altri materiali per regolare le prestazioni dello strato isolante del cavo.
Uno degli svantaggi della reticolazione del PP mediante irradiazione è la presenza di una reazione competitiva tra la formazione di gruppi terminali insaturi attraverso reazioni di degradazione e reazioni di reticolazione tra molecole stimolate e radicali liberi di grandi dimensioni. Studi hanno dimostrato che il rapporto tra reazioni di degradazione e di reticolazione nella reticolazione del PP mediante irradiazione è di circa 0,8 quando si utilizza l'irradiazione gamma. Per ottenere reazioni di reticolazione efficaci nel PP, è necessario aggiungere promotori di reticolazione. Inoltre, lo spessore effettivo della reticolazione è limitato dalla capacità di penetrazione dei fasci di elettroni durante l'irradiazione. L'irradiazione porta alla produzione di gas e schiuma, il che è vantaggioso per la reticolazione di prodotti sottili ma limita l'uso di cavi a parete spessa.
(3) Materiale isolante in copolimero reticolato di etilene-vinil acetato (XL-EVA):
Con l'aumento della domanda di sicurezza dei cavi, lo sviluppo di cavi reticolati ignifughi e privi di alogeni ha registrato una rapida crescita. Rispetto al PE, l'EVA, che introduce monomeri di acetato di vinile nella catena molecolare, presenta una cristallinità inferiore, con conseguente miglioramento della flessibilità, della resistenza agli urti, della compatibilità con i riempitivi e delle proprietà di termosaldatura. In generale, le proprietà della resina EVA dipendono dal contenuto di monomeri di acetato di vinile nella catena molecolare. Un contenuto più elevato di acetato di vinile comporta una maggiore trasparenza, flessibilità e tenacità. La resina EVA possiede un'eccellente compatibilità con i riempitivi e capacità di reticolazione, il che la rende sempre più diffusa nei cavi reticolati ignifughi e privi di alogeni.
La resina EVA con un contenuto di acetato di vinile compreso tra il 12% e il 24% circa è comunemente utilizzata nell'isolamento di fili e cavi. Nelle applicazioni pratiche, l'EVA viene spesso miscelata con PE, PVC, PP e altri materiali per ottimizzare le prestazioni dello strato isolante del cavo. I componenti in EVA possono favorire la reticolazione, migliorando le prestazioni del cavo dopo il processo di reticolazione.
(4) Materiale isolante in monomero di etilene-propilene-diene reticolato (XL-EPDM):
XL-EPDM è un terpolimero composto da monomeri di etilene, propilene e diene non coniugato, reticolati tramite irradiazione. I cavi XL-EPDM combinano i vantaggi dei cavi con isolamento in poliolefina e dei comuni cavi con isolamento in gomma:
1. Flessibilità, resilienza, antiaderenza alle alte temperature, resistenza all'invecchiamento a lungo termine e resistenza a climi rigidi (da -60 °C a 125 °C).
2. Resistenza all'ozono, resistenza ai raggi UV, prestazioni di isolamento elettrico e resistenza alla corrosione chimica.
3. Resistenza a oli e solventi paragonabile a quella dell'isolante in gomma cloroprenica per uso generale. Può essere prodotto utilizzando comuni apparecchiature di estrusione a caldo, risultando quindi economicamente vantaggioso.
I cavi con isolamento XL-EPDM trovano un'ampia gamma di applicazioni, tra cui, a titolo esemplificativo ma non esaustivo, cavi di alimentazione a bassa tensione, cavi navali, cavi di accensione per autoveicoli, cavi di controllo per compressori di refrigerazione, cavi mobili per l'industria mineraria, attrezzature di perforazione e dispositivi medici.
I principali svantaggi dei cavi XL-EPDM includono una scarsa resistenza allo strappo e deboli proprietà adesive e autoadesive, che possono influire sulle successive lavorazioni.
(5) Materiale isolante in gomma siliconica
La gomma siliconica possiede flessibilità ed eccellente resistenza all'ozono, alle scariche corona e alle fiamme, caratteristiche che la rendono un materiale ideale per l'isolamento elettrico. La sua principale applicazione nell'industria elettrica è per fili e cavi. I fili e i cavi in gomma siliconica sono particolarmente adatti all'uso in ambienti ad alta temperatura e in condizioni difficili, con una durata di vita significativamente maggiore rispetto ai cavi standard. Le applicazioni più comuni includono motori ad alta temperatura, trasformatori, generatori, apparecchiature elettroniche ed elettriche, cavi di accensione nei veicoli e cavi di alimentazione e controllo per applicazioni marine.
Attualmente, i cavi con isolamento in gomma siliconica vengono tipicamente reticolati mediante pressione atmosferica con aria calda o vapore ad alta pressione. Sono in corso anche ricerche sull'utilizzo dell'irradiazione con fascio di elettroni per la reticolazione della gomma siliconica, sebbene questa tecnica non si sia ancora diffusa nell'industria dei cavi. I recenti progressi nella tecnologia di reticolazione tramite irradiazione offrono un'alternativa più economica, efficiente ed ecocompatibile per i materiali isolanti in gomma siliconica. Attraverso l'irradiazione con fascio di elettroni o altre sorgenti di radiazione, è possibile ottenere una reticolazione efficiente dell'isolamento in gomma siliconica, consentendo al contempo di controllare la profondità e il grado di reticolazione per soddisfare i requisiti specifici dell'applicazione.
Pertanto, l'applicazione della tecnologia di reticolazione mediante irradiazione ai materiali isolanti in gomma siliconica si prospetta molto promettente per l'industria dei cavi e dei fili. Si prevede che questa tecnologia ridurrà i costi di produzione, migliorerà l'efficienza produttiva e contribuirà a ridurre l'impatto ambientale negativo. Le future attività di ricerca e sviluppo potrebbero ulteriormente promuovere l'utilizzo della tecnologia di reticolazione mediante irradiazione per i materiali isolanti in gomma siliconica, rendendoli più ampiamente applicabili alla produzione di cavi e fili ad alte prestazioni e ad alta temperatura nel settore elettrico. Ciò fornirà soluzioni più affidabili e durevoli per diverse aree di applicazione.
Data di pubblicazione: 28 settembre 2023