I componenti strutturali dei prodotti in filo e cavo possono essere generalmente suddivisi in quattro parti principali: conduttori, strati isolanti, strati di schermatura e guaine, nonché elementi di riempimento ed elementi di trazione, ecc. A seconda dei requisiti di utilizzo e degli scenari applicativi dei prodotti, alcuni prodotti presentano strutture estremamente semplici, con un solo componente strutturale, il filo, come ad esempio i fili nudi aerei, i fili di catenaria, le sbarre collettrici in rame-alluminio, ecc. L'isolamento elettrico esterno di questi prodotti è garantito dall'utilizzo di isolanti e dalla distanza spaziale durante l'installazione e la posa (ovvero, mediante isolamento in aria).
La stragrande maggioranza dei cavi e dei fili ha esattamente la stessa forma in sezione trasversale (escludendo errori di fabbricazione) e si presenta sotto forma di lunghe strisce. Ciò è determinato dal loro utilizzo per formare circuiti o bobine in sistemi o apparecchiature. Pertanto, nello studio e nell'analisi della composizione strutturale dei cavi, è sufficiente osservare e analizzare le loro sezioni trasversali.
Di seguito viene presentata un'analisi dettagliata della composizione strutturale e dei materiali del cavo:
1. Composizione della struttura del cavo: Conduttore
I fili sono i componenti principali più fondamentali e indispensabili per i prodotti che svolgono la funzione di trasmettere corrente o informazioni tramite onde elettromagnetiche. Filo è l'abbreviazione di nucleo conduttivo.
Quali materiali sono inclusi nei conduttori dei cavi? I materiali dei conduttori sono generalmente costituiti da metalli non ferrosi con un'eccellente conduttività elettrica, come il rame e l'alluminio. I cavi ottici utilizzati nelle reti di comunicazione ottica, che si sono sviluppate rapidamente negli ultimi trent'anni circa, utilizzano fibre ottiche come conduttori.
2. Composizione della struttura del cavo: strato isolante
Lo strato isolante è un componente che riveste la periferia del filo e funge da isolante elettrico. In altre parole, garantisce che la corrente trasmessa, le onde elettromagnetiche o le onde luminose si propaghino solo lungo il filo e non si disperdano all'esterno. In questo modo, il potenziale sul conduttore (ovvero la differenza di potenziale rispetto agli oggetti circostanti, ossia la tensione) viene isolato. Ciò è necessario per garantire sia il normale funzionamento del cavo in termini di trasmissione, sia la sicurezza di oggetti e persone. I fili e gli strati isolanti sono i due componenti fondamentali che devono essere presenti per costituire un cavo (ad eccezione dei fili nudi).
Quali sono i materiali isolanti per cavi: Nei fili e nei cavi odierni, la classificazione dei materiali isolanti per cavi si divide principalmente in due categorie: plastica e gomma. I materiali polimerici sono predominanti, dando origine a un'ampia varietà di prodotti per fili e cavi adatti a diversi usi e requisiti ambientali. I materiali isolanti comuni per fili e cavi includono il cloruro di polivinile (PVC),polietilene reticolato (XLPE), fluoroplastiche, mescole di gomma, mescole di gomma etilene-propilene e materiali isolanti in gomma siliconica.
3. Composizione della struttura del cavo: Guaina
Quando i cavi e i fili elettrici vengono installati e utilizzati in ambienti diversi, è necessario che siano presenti componenti che proteggano l'intero prodotto, in particolare lo strato isolante. Questo è il rivestimento. Poiché i materiali isolanti devono possedere eccellenti proprietà di isolamento elettrico di ogni tipo, è necessario che abbiano una purezza estremamente elevata e un contenuto di impurità estremamente basso. Spesso, non è possibile tenere conto della loro capacità di protezione dagli agenti esterni. Pertanto, le diverse strutture protettive devono essere in grado di resistere a varie sollecitazioni meccaniche provenienti dall'esterno (ad esempio, durante l'installazione, il luogo di utilizzo e durante l'uso), agli agenti atmosferici, agli agenti chimici o agli oli, prevenire danni biologici e ridurre il rischio di incendio. Le funzioni principali delle guaine dei cavi sono l'impermeabilità, la resistenza alla fiamma, la resistenza al fuoco e la prevenzione della corrosione. Molti cavi progettati specificamente per ambienti esterni idonei (come ambienti interni puliti, asciutti e privi di sollecitazioni meccaniche esterne), o quelli con materiali isolanti che possiedono intrinsecamente una certa resistenza meccanica e agli agenti atmosferici, possono fare a meno del rivestimento protettivo.
Quali tipi di materiali esistono per le guaine dei cavi? I principali materiali per le guaine dei cavi includono gomma, plastica, rivestimenti, silicone e vari prodotti in fibra, ecc. Le caratteristiche degli strati protettivi in gomma e plastica sono morbidezza e leggerezza, e sono ampiamente utilizzati nei cavi per dispositivi mobili. Tuttavia, poiché sia la gomma che la plastica presentano un certo grado di permeabilità all'acqua, possono essere utilizzate solo quando si impiegano materiali polimerici ad alta resistenza all'umidità come isolamento del cavo. A questo punto, alcuni utenti potrebbero chiedersi perché la plastica venga utilizzata come strato protettivo sul mercato. Rispetto alle caratteristiche delle guaine in plastica, le guaine in gomma hanno maggiore elasticità e flessibilità, sono più resistenti all'invecchiamento, ma il loro processo di produzione è relativamente più complesso. Le guaine in plastica hanno migliori proprietà meccaniche e resistenza all'acqua, sono abbondanti, economiche e facili da lavorare. Pertanto, sono più diffuse sul mercato. È importante notare che esiste un altro tipo di guaina: quella metallica. Le guaine metalliche non solo offrono protezione meccanica, ma anche la funzione di schermatura menzionata di seguito. Possiedono inoltre proprietà quali resistenza alla corrosione, resistenza alla compressione e alla trazione e resistenza all'acqua, che impediscono all'umidità e ad altre sostanze nocive di penetrare all'interno dell'isolamento del cavo. Pertanto, sono ampiamente utilizzate come guaine per cavi di alimentazione isolati con carta impregnata d'olio, che presentano una scarsa resistenza all'umidità.
4. Composizione della struttura del cavo: strato di schermatura
Lo strato di schermatura è un componente chiave nei prodotti per cavi per ottenere l'isolamento del campo elettromagnetico. Non solo può impedire che i segnali elettromagnetici interni fuoriescano e interferiscano con strumenti esterni, misuratori o altre linee, ma può anche bloccare l'ingresso di onde elettromagnetiche esterne nel sistema di cavi tramite accoppiamento. Strutturalmente, lo strato di schermatura non è posizionato solo all'esterno del cavo, ma esiste anche tra le coppie o i gruppi di fili nei cavi multicore, formando "schermi di isolamento elettromagnetico" multilivello. Negli ultimi anni, con le crescenti esigenze di cavi di comunicazione ad alta frequenza e anti-interferenza, i materiali di schermatura si sono evoluti dalla tradizionale carta metallizzata e dai nastri di carta semiconduttrice a materiali compositi più avanzati comenastri adesivi in mylar e fogli di alluminio, nastri di mylar con lamina di rame e nastri di rame. Le strutture di schermatura comuni includono strati di schermatura interni realizzati con polimeri conduttivi o nastri semiconduttivi, nonché strati di schermatura esterni come l'avvolgimento longitudinale del nastro di rame e la rete di rame intrecciata. Tra questi, lo strato intrecciato utilizza principalmente rame stagnato per migliorare la resistenza alla corrosione. Per scenari applicativi speciali, come cavi a frequenza variabile che utilizzano una schermatura composita di nastro di rame + filo di rame, cavi dati che impiegano un avvolgimento longitudinale di lamina di alluminio + design aerodinamico e cavi medicali che richiedono strati intrecciati di rame argentato ad alta copertura. Con l'avvento dell'era 5G, la struttura di schermatura ibrida di nastro composito alluminio-plastica e intreccio di filo di rame stagnato è diventata la soluzione principale per i cavi ad alta frequenza. La pratica industriale mostra che lo strato di schermatura si è evoluto da una struttura accessoria a un componente centrale indipendente del cavo. La selezione dei materiali per esso deve considerare in modo completo le caratteristiche di frequenza, le prestazioni di flessione e i fattori di costo per soddisfare i requisiti di compatibilità elettromagnetica dei diversi scenari applicativi.
5. Composizione della struttura del cavo: struttura riempita
Molti cavi e fili sono multipolari. Ad esempio, la maggior parte dei cavi di alimentazione a bassa tensione sono a quattro o cinque conduttori (adatti per sistemi trifase), e i cavi telefonici urbani sono disponibili in versioni da 800, 1200, 2400 fino a 3600 coppie. Dopo aver cablato questi conduttori o coppie di fili isolati (o averli cablati in gruppi più volte), si presentano due problemi: la forma non è perfettamente circolare e si creano ampi spazi tra i conduttori isolati. Pertanto, durante il cablaggio è necessario aggiungere una struttura di riempimento. Questa struttura serve a rendere il diametro esterno del cavo relativamente circolare, facilitando l'avvolgimento e l'estrusione della guaina, e a stabilizzare la struttura del cavo, rendendola al contempo robusta all'interno. In questo modo, durante l'utilizzo (quando il cavo viene sottoposto a stiramento, compressione e piegatura in fase di produzione e posa), la forza viene distribuita uniformemente senza danneggiare la struttura interna del cavo. Pertanto, sebbene la struttura di riempimento sia una struttura ausiliaria, è comunque necessaria ed esistono normative dettagliate sulla sua selezione dei materiali e sulla progettazione della sua forma.
Materiali di riempimento per cavi: Generalmente, i materiali di riempimento per cavi includono nastro di polipropilene, fune in PP non tessuta, fune di canapa o materiali relativamente economici ricavati da gomma riciclata. Per essere utilizzato come materiale di riempimento per cavi, deve possedere le caratteristiche di non causare effetti negativi sull'anima isolata del cavo, di non essere igroscopico, di non essere soggetto a restringimento e di non corrodersi.
6. Composizione della struttura del cavo: elementi di trazione
I cavi e i fili tradizionali si affidano allo strato di armatura della guaina per resistere alle forze di trazione esterne o a quelle generate dal loro stesso peso. Le strutture tipiche sono costituite da un'armatura in nastro d'acciaio o in filo d'acciaio (ad esempio, per i cavi sottomarini, si utilizzano fili d'acciaio spessi con un diametro di 8 mm, attorcigliati per formare lo strato di armatura). Tuttavia, per proteggere le fibre ottiche da forze di trazione minime e prevenire lievi deformazioni che potrebbero compromettere le prestazioni di trasmissione, la struttura dei cavi in fibra ottica è dotata di un rivestimento primario e secondario, nonché di componenti specifici per la resistenza alla trazione. Inoltre, se il cavo delle cuffie di un telefono cellulare adotta una struttura in cui un sottile filo di rame o un nastro di rame è avvolto attorno a filamenti di fibra sintetica e uno strato isolante è estruso all'esterno, questo filamento di fibra sintetica funge da elemento di resistenza alla trazione. In conclusione, nei prodotti speciali, piccoli e flessibili sviluppati negli ultimi anni, che richiedono molteplici piegature e torsioni, gli elementi di resistenza alla trazione rivestono un ruolo fondamentale.
I materiali utilizzati per i componenti di trazione dei cavi includono: nastri d'acciaio, fili d'acciaio e fogli di acciaio inossidabile.
Data di pubblicazione: 25-04-2025