I componenti strutturali dei prodotti di fili e cavi possono essere generalmente suddivisi in quattro parti strutturali principali: conduttori, strati isolanti, strati schermanti e guaine, nonché elementi di riempimento ed elementi di trazione, ecc. In base ai requisiti di utilizzo e agli scenari applicativi dei prodotti, alcuni prodotti hanno strutture estremamente semplici, con un solo componente strutturale, il filo, come i fili aerei nudi, i fili catenari, le sbarre collettrici in rame-alluminio (sbarre collettrici), 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 utilizzando l'isolamento ad aria).
La stragrande maggioranza dei prodotti in filo e cavo ha esattamente la stessa sezione trasversale (ignorando gli errori di fabbricazione) e si presenta sotto forma di lunghe strisce. Ciò è determinato dalla caratteristica per cui vengono utilizzati per formare circuiti o bobine in sistemi o apparecchiature. Pertanto, quando si studia e si analizza la composizione strutturale dei prodotti in cavo, è sufficiente osservarli e analizzarli a partire dalle loro sezioni trasversali.
Di seguito è riportata un'analisi dettagliata della composizione della struttura del cavo 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 rame e 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 ricopre la periferia del filo e funge da isolante elettrico. In altre parole, può garantire che la corrente trasmessa, le onde elettromagnetiche o le onde luminose, viaggino solo lungo il filo e non verso l'esterno. Il potenziale sul conduttore (ovvero la differenza di potenziale tra il filo e gli oggetti circostanti, ovvero la tensione) può essere isolato. Ciò significa che è necessario garantire sia la normale funzione di trasmissione del filo sia la sicurezza di oggetti e persone esterne. Fili e strati isolanti sono i due componenti fondamentali che devono essere presenti per costituire un cavo (ad eccezione dei fili nudi).
Cosa sono i materiali isolanti per cavi: nei fili e nei cavi odierni, la classificazione dei materiali isolanti per cavi rientra principalmente in due categorie: plastica e gomma. I materiali polimerici sono dominanti, dando origine a un'ampia varietà di prodotti per fili e cavi adatti a diversi usi e requisiti ambientali. I materiali isolanti più comuni per fili e cavi includono il cloruro di polivinile (PVC).polietilene reticolato (XLPE), fluoroplastiche, composti di gomma, composti di gomma etilene propilene e materiali isolanti in gomma siliconica.
3. Composizione della struttura del cavo: Guaina
Quando i prodotti in fili e cavi 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 avere eccellenti proprietà di isolamento elettrico di ogni tipo, è necessario che il materiale presenti una purezza estremamente elevata e un contenuto di impurità estremamente basso. Spesso, è impossibile tenere conto della sua capacità protettiva contro gli agenti esterni. Pertanto, diverse strutture protettive devono essere in grado di resistere a diverse forze meccaniche provenienti dall'esterno (ad esempio, durante l'installazione, il luogo di utilizzo e durante l'uso), resistere agli agenti atmosferici, resistere a sostanze chimiche o oli, prevenire danni biologici e ridurre i rischi di incendio. Le funzioni principali delle guaine dei cavi sono l'impermeabilità, la ritardanza di fiamma, la resistenza al fuoco e la prevenzione della corrosione. Molti prodotti in cavo progettati specificamente per ambienti esterni (come ambienti puliti, asciutti e interni privi di forze meccaniche esterne), o quelli con materiali isolanti che possiedono intrinsecamente una certa resistenza meccanica e resistenza agli agenti atmosferici, possono fare a meno del componente dello strato protettivo.
Quali tipi di materiali per le guaine dei cavi esistono? I principali materiali per le guaine dei cavi includono gomma, plastica, rivestimenti, silicone e vari prodotti in fibra, ecc. Le caratteristiche dello strato protettivo in gomma e plastica sono morbidezza e leggerezza, ed è ampiamente utilizzato nei cavi mobili. Tuttavia, poiché sia la gomma che i materiali plastici presentano un certo grado di permeabilità all'acqua, possono essere applicati solo quando vengono utilizzati materiali polimerici ad alta resistenza all'umidità come isolamento dei cavi. Alcuni utenti potrebbero quindi chiedersi perché la plastica venga utilizzata come strato protettivo sul mercato. Rispetto alle caratteristiche delle guaine in plastica, le guaine in gomma presentano 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 in termini di risorse, hanno un prezzo contenuto e sono facili da lavorare. Pertanto, sono più ampiamente utilizzate sul mercato. È opportuno sottolineare che esiste un altro tipo di guaina metallica. Le guaine metalliche non solo svolgono funzioni di 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 impermeabilità, che impediscono all'umidità e ad altre sostanze nocive di penetrare all'interno dell'isolamento del cavo. Per questo motivo, sono ampiamente utilizzati come guaine per cavi elettrici isolati in carta impregnata d'olio con scarsa resistenza all'umidità.
4. Composizione della struttura del cavo: strato di schermatura
Lo strato schermante è un componente chiave nei prodotti via cavo per ottenere l'isolamento dai campi elettromagnetici. Non solo impedisce la dispersione dei segnali elettromagnetici interni e l'interferenza con strumenti esterni, contatori o altre linee, ma impedisce anche alle onde elettromagnetiche esterne di entrare nel sistema via cavo attraverso l'accoppiamento. Strutturalmente, lo strato schermante non è solo posizionato all'esterno del cavo, ma è presente anche tra le coppie o i gruppi di fili nei cavi multipolari, formando "schermi di isolamento elettromagnetico" multilivello. Negli ultimi anni, con i crescenti requisiti per i cavi di comunicazione ad alta frequenza e per la protezione dalle interferenze, i materiali schermanti si sono evoluti dalla tradizionale carta metallizzata e dai nastri di carta semiconduttrice a materiali compositi più avanzati comenastri mylar in alluminio, nastri mylar in lamina di rame e nastri in rame. Le strutture di schermatura più comuni includono strati di schermatura interni realizzati in polimeri conduttivi o nastri semiconduttivi, nonché strati di schermatura esterni come l'avvolgimento longitudinale di nastri di rame e la maglia 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 con nastro di rame e filo di rame, cavi dati che utilizzano un avvolgimento longitudinale in lamina di alluminio + design aerodinamico e cavi medicali che richiedono strati intrecciati in rame argentato ad alta copertura. Con l'avvento dell'era 5G, la struttura di schermatura ibrida con nastro composito in alluminio-plastica e intreccio di fili di rame stagnato è diventata la soluzione principale per i cavi ad alta frequenza. La pratica industriale dimostra che lo strato di schermatura si è evoluto da una struttura accessoria a un componente centrale indipendente del cavo. La selezione dei materiali 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 prodotti di fili e cavi sono multipolari. Ad esempio, la maggior parte dei cavi di alimentazione a bassa tensione è composta da quattro o cinque conduttori (adatti per sistemi trifase), mentre i cavi telefonici urbani sono disponibili in confezioni da 800, 1200, 2400 e 3600 coppie. Dopo aver cablato questi nuclei o coppie di fili isolati (o cablati in gruppi più volte), si presentano due problemi: uno è che la forma non è rotonda, e l'altro è che ci sono ampi spazi tra i nuclei dei fili isolati. Pertanto, è necessario aggiungere una struttura di riempimento durante il cablaggio. La struttura di riempimento ha lo scopo di rendere il diametro esterno del cablaggio relativamente rotondo, il che favorisce l'avvolgimento e l'estrusione della guaina, e anche di rendere la struttura del cavo stabile e l'interno resistente. Durante l'uso (durante lo stiramento, la compressione e la piegatura durante la produzione e la posa), la forza viene applicata uniformemente senza danneggiare la struttura interna del cavo. Pertanto, sebbene la struttura di riempimento sia una struttura ausiliaria, è anch'essa necessaria e vi sono norme dettagliate sulla scelta del materiale e sulla progettazione della forma.
Materiali di riempimento per cavi: generalmente, i materiali di riempimento per cavi includono nastro in polipropilene, corda in PP non tessuto, corda di canapa o materiali relativamente economici realizzati in gomma riciclata. Per essere utilizzato come materiale di riempimento per cavi, deve avere le seguenti caratteristiche: non causare effetti negativi sul nucleo isolato del cavo, non essere igroscopico di per sé, non essere soggetto a restringimento e non corrodersi.
6. Composizione della struttura del cavo: Elementi di trazione
I prodotti tradizionali per fili e cavi si basano sullo strato di armatura della guaina per resistere alle forze di trazione esterne o alle forze di trazione causate dal loro stesso peso. Le strutture tipiche sono l'armatura a nastro d'acciaio e l'armatura a filo d'acciaio (ad esempio, per i cavi sottomarini, vengono utilizzati fili d'acciaio spessi con un diametro di 8 mm e intrecciati per formare lo strato di armatura). Tuttavia, per proteggere le fibre ottiche da forze di trazione minori e prevenire lievi deformazioni delle fibre che potrebbero influire sulle prestazioni di trasmissione, la struttura del cavo in fibra ottica è dotata di un rivestimento primario e secondario, nonché di componenti dedicati alla forza di trazione. Inoltre, se il cavo delle cuffie di un telefono cellulare adotta una struttura in cui un sottile filo di rame o un sottile nastro di rame è avvolto attorno a filamenti di fibra sintetica e uno strato isolante è estruso all'esterno, questo filamento di fibra sintetica costituisce l'elemento di trazione. In conclusione, nei prodotti speciali, piccoli e flessibili sviluppati negli ultimi anni che richiedono molteplici utilizzi di piegatura e torsione, gli elementi di trazione svolgono un ruolo fondamentale.
Quali materiali sono inclusi per i componenti di trazione dei cavi: strisce di acciaio, fili di acciaio e lamine di acciaio inossidabile
Data di pubblicazione: 25-04-2025