Fili e cavi con isolamento in gomma: tipologie, vantaggi e svantaggi, materiali, tecnologia di produzione

Fili e cavi isolati in gomma sono utilizzati per collegare i pantografi e distribuire l'elettricità nelle reti di corrente elettrica secondaria e sono anche ampiamente utilizzati nell'industria, nell'agricoltura, nei trasporti, nell'edilizia e nella vita quotidiana.

Tipi di cavi e fili con isolamento in gomma

Cavi, fili e cavi con isolamento in gomma possono essere suddivisi nei seguenti gruppi:

• cavi d'installazione, fili e cavi;
• cavi di alimentazione;
• cavi di controllo;
• cavi flessibili e fili per tubi flessibili;
• cavi e fili marini;
• cavi del corpo;
• fili per materiale rotabile elettrico;
• cavi per aerei, automobili e trattori.

L'uso di isolanti in gomma o plastica è causato non tanto dal desiderio di ottenere un cavo flessibile, quanto per facilitare e semplificare i terminali dei cavi.

L'uso di una guaina di piombo non consente di utilizzare la maggiore flessibilità dello strato isolante del cavo, e quindi nei casi in cui è necessario un cavo con maggiore flessibilità, non il piombo, ma le guaine dei tubi flessibili in gomma vulcanizzata o plastica sono usato.

L'elevata rigidità dielettrica media dell'isolamento in gomma nella maggior parte dei casi non può essere utilizzata a causa della presenza di punti deboli nello strato isolante, che richiede un aumento dello spessore dello strato isolante rispetto, ad esempio, all'isolamento in carta impregnata e porta a un consumo eccessivo di rivestimenti di materiali protettivi. per aumentare il diametro del cavo.

La fase iniziale della produzione è l'allungamento di fili multipolari per fili, cavi e corde da fili di rame stagnato e non stagnato.

Tecnologia per la produzione di fili e cavi con isolamento in gomma

Le principali operazioni di processo comprendono la produzione di gomma e plastica e la loro applicazione su un'anima o un filo.La produzione di gomma include gomma plastificante e l'introduzione di cariche (gesso, talco), ammorbidenti, ammendanti e agenti vulcanizzanti.

La mescola di gomma viene applicata all'anima mediante pressatura a caldo su presse a vite o pressatura a freddo su speciali rulli profilati. Lo spessore dell'isolamento in gomma dipende dalle dimensioni della sezione trasversale del filo e dalla tensione nominale del filo o del cavo, mentre lo spessore della guaina del tubo è determinato dal diametro del cavo.

Lo spessore della guaina può variare da 1 a 8 mm per tubi in gomma e da 2 a 4 mm per guaine in PVC vinilico.

L'isolante in gomma, dopo averlo applicato all'anima con metodo a freddo oa caldo, viene vulcanizzato per conferire allo strato isolante le proprietà fisiche necessarie: resistenza meccanica ed elasticità. Gli involucri di plastica non richiedono vulcanizzazione.

Sopra lo strato di isolamento in gomma dei fili viene applicata una treccia di filo di cotone che può essere impregnata di bitume o altra composizione o ricoperta da uno strato di vernice nitro (cavi per aerei e automobili).

Il resto delle operazioni tecnologiche, come la torsione in un cavo e l'applicazione di coperture protettive, vengono eseguite allo stesso modo delle altre. prodotti via cavo.

Vantaggi e svantaggi dell'isolamento in gomma

Le elevate caratteristiche elettriche e meccaniche dell'isolamento in gomma hanno permesso di realizzare numerose strutture in filo e cavo operanti in condizioni di lavoro estremamente difficili (taglio, disboscamento, escavatori, ecc.).

Un'ampia gamma di valori di resistività (da 1013 a 1017 omcm) e notevoli variazioni costante dielettrica a seconda della composizione della gomma e della tecnologia della sua produzione, offre la possibilità di produzione isolamento di fili e cavi di vario tipo.

Insieme alle qualità positive dell'isolamento in gomma, ce ne sono anche di negative, le più caratteristiche delle quali sono le seguenti:

• la presenza di bolle d'aria e pellicole nello strato isolante;
• instabilità della gomma vulcanizzata nei confronti dell'ozono;
• l'influenza delle forze meccaniche e delle sollecitazioni sulla rigidità dielettrica dell'isolante;
• riduzione delle caratteristiche meccaniche ed elettriche della gomma a caldo;
• eterogeneità della macrostruttura (presenza di granuli di cariche, impurità, ecc.);
• notevole permeabilità all'umidità e assorbimento dell'umidità;
• bassa resistenza agli effetti dei prodotti petroliferi e degli oli minerali;
• perdita di proprietà meccaniche in funzione della durata del riscaldamento in presenza di ossigeno atmosferico (invecchiamento termico).

Materiali isolanti in gomma e caratteristiche tecnologiche

La gomma vulcanizzata su gomma naturale e sintetica viene utilizzata per fabbricare vari tipi di prodotti per cavi e svolge quindi un ruolo significativo nella produzione di cavi.

Le maggiori difficoltà si incontrano quando si utilizza l'isolamento in gomma per la produzione di fili e cavi CA ad alta tensione, ad esempio per cavi di alimentazione da 6 e 10 kV che forniscono elettricità a escavatori in movimento, draghe, torba, trattori elettrici, ecc.

L'insufficiente resistenza all'ozono della gomma porta a una rapida distruzione e a una netta riduzione della durata di tale cavo. In questi casi viene utilizzata una speciale gomma resistente all'ozono, meno suscettibile all'azione dell'ozono, e la calotta viene verniciata come rivestimento protettivo.

Sono state sviluppate ricette di gomma resistenti all'olio e alla benzina che consentono la produzione di isolanti in gomma per corpi di cavi operanti in pozzi petroliferi ad alte temperature in condizioni particolarmente severe. I cavi di accensione ad alta tensione funzionano con un'elevata intensità del campo elettrico e in un ampio intervallo di temperature da -50 a + 150 ° C.

La composizione dell'isolamento in gomma comprende i seguenti materiali di base:

• Gomma — naturale (NK) o sintetica (SK);
• Riempitivi: gesso, caolino, talco, ecc.
• Emollienti: acido stearico, paraffina, vaselina, bitume, ecc.
• I rinforzi migliorano le proprietà meccaniche delle mescole di gomma (carbon black).

La quantità di gomma nelle mescole di gomma utilizzate nella produzione di fili e cavi varia (in peso) nell'intervallo dal 25 al 60% e la quantità totale di tutti i riempitivi - dal 70 al 35% / Caduta del 2% circa su ammorbidenti e circa 1,5% per vulcanizzanti (zolfo).

Attualmente, la gomma è ampiamente utilizzata per isolare fili e cavi, la cui vulcanizzazione viene effettuata a causa dello zolfo rilasciato durante la vulcanizzazione durante la decomposizione di alcuni composti di zolfo, ad esempio il tetrametiltiuram disolfuro (tiuram). Tali pneumatici "senza zolfo" hanno una maggiore resistenza al calore e quindi una lunga durata. Le proprietà meccaniche di questa gomma sono leggermente inferiori a quelle della gomma vulcanizzata allo zolfo.

Va notato in particolare che le gomme prive di zolfo o, come vengono chiamate, resistenti al calore non hanno un effetto distruttivo sui conduttori di rame di un filo o cavo, e quindi non è necessaria la stagnatura del filo e dei conduttori che entrare nella produzione di fili e cavi con isolamento in gomma.

Insieme alle gomme, come accennato in precedenza, trovano largo impiego i materiali sintetici termoplastici, detti anche elastomeri.

Tra questi, prima di tutto, va annoverata una comunissima miscela plastica a base di resina di PVC, largamente utilizzata nell'industria dei cavi, principalmente per la produzione di fili di bassa tensione e rivestimenti protettivi per cavi (tubi).

La resina di PVC si ottiene per polimerizzazione del cloruro di vinile. L'elastico si ottiene miscelando resina finemente suddivisa con plastificanti, stabilizzante e riempitivo.

Il nerofumo bianco, il caolino sono più spesso usati come riempitivi e il tricrisil fosfato, il dibutide ftalato, ecc. Sono usati come plastificanti.Oltre al PVC vengono utilizzati anche copolimeri di cloruro di vinile, ad esempio con acetato di vinile.

I principali svantaggi dell'isolamento in PVC:

• proprietà elettriche insufficienti (resistenza di isolamento insufficiente e un valore elevato della tangente dell'angolo di perdita dielettrica), che è spiegato dalla presenza di plastificanti, nonché dalla facilità di eliminazione dello ione Cl nella resina PVC;
• resistenza al gelo insufficiente.

Con una scelta appropriata di plastificanti, si possono ottenere caratteristiche elettriche soddisfacenti.

Le proprietà positive del PVC includono:

• elevata resistenza all'invecchiamento termico;
• resistenza agli effetti degli oli e di eventuali lubrificanti;
• elevata resistenza all'usura;
• resistenza all'acqua;
• resistenza a numerosi solventi, acidi e basi, ad eccezione dell'acido solforico al 93% e dell'acido acetico glaciale; il benzene è influenzato negativamente dai solventi, il che riduce di oltre 7 volte la resistenza alla trazione del composto plastico esposto all'azione del benzene per 12 giorni e la resistenza del volume specifico di 2-2,5 volte;
• non infiammabilità.

Il polietilene è ampiamente utilizzato per la produzione di isolamento di alta qualità di fili e cavi... È un materiale relativamente morbido (se riscaldato a 70 ° C, la sua densità diminuisce uniformemente), che ha una buona resistenza al gelo e resistenza all'ozono, ed è ampiamente utilizzato per l'isolamento come energia (Cavi isolati in XLPE) e fili e cavi ad alta frequenza.

La qualità del composto plastico è determinata non solo dalle proprietà del polimero di base, ma in larga misura dalla corretta selezione e qualità dei riempitivi e dei plastificanti.La scelta di riempitivi e plastificanti è una grande sfida per i produttori che vogliono ottenere le proprietà richieste.

Tutti i compiti più difficili in termini tecnici ed economici, ad esempio l'ottenimento di gomma resistente all'ozono, ecc., Vengono risolti scegliendo il materiale plastico o sintetico di base con le proprietà necessarie.

Con lo stato attuale della chimica, nel prossimo futuro è prevedibile la comparsa di una serie di materiali sintetici, il cui utilizzo consentirà di risolvere completamente i problemi ancora irrisolti con l'isolamento di fili e cavi.