Extruded Cable Insulation: Process, Materials, Quality Control and Equipment

Изолированный проводник прошел визуальный осмотр и подвергся испытанию на выдерживаемое напряжение переменного тока. Тест провалился. При разрезании кабеля толщина изоляционной стенки составляла 2,6 мм с одной стороны и 3,1 мм с другой. На протяжении 1 км производственного пробега такая эксцентричность может появляться и исчезать без видимого предупреждения. Это не была материальная проблема: партия окатышей соответствовала спецификации, и поставщик компаунда ничего не изменил. Поломка была вызвана нестабильным выравниванием оснастки и нестабильной температурой расплава в головке экструдера. Это обычный опыт на кабельных заводах, и это объясняет, почему техническое обсуждение экструдированной изоляции кабеля всегда должно включать как выбор материала, так и контроль процесса.

Короче говоря, экструдированная изоляция кабеля представляет собой непрерывный полимерный слой, наносимый вокруг проводника путем пропускания расплавленного компаунда через крейцкопф. От его качества зависит не только то, пройдет ли кабель заводские испытания, но и сохранит ли он работоспособность после многих лет жары, влажности и механического воздействия. Понимание процесса, ограничений по материалам и параметров оборудования помогает производителям кабелей снизить количество отказов и избежать дорогостоящих переделок.

Что такое экструдированная изоляция кабеля и как работает этот процесс

Экструзия является наиболее широко используемым методом нанесения изоляции на силовые, контрольные и коммуникационные кабели. Винтовой конвейер плавит полимер, система штампов формирует из расплава трубку, и эта трубка немедленно вытягивается на движущийся проводник. Вакуум и давление внутри головки помогают расплаву прикрепиться к поверхности проводника без образования пузырьков воздуха. Затем изоляция охлаждается в ванне с водой, где полимер затвердевает снаружи внутрь.

В процессе изоляции кабеля необходимо использовать широкий спектр материалов. Полиэтилен (PE) часто используется в кабелях связи, поливинилхлорид (ПВХ) — в низковольтных кабелях общего назначения, сшитый полиэтилен (СПЭ) — в силовых кабелях от среднего до высокого напряжения, а силиконовый каучук или фторполимеры — в специальных продуктах, таких как кабели для солнечной энергии, электромобилей и высокотемпературные кабели. Каждый материал имеет свою температуру плавления, кривую вязкости и необходимый профиль охлаждения.

Перед экструзией также имеет значение состояние поверхности проводника. При непрерывном производстве проволока поступает в процессе волочения или скрутки. Натяжение проводника, наличие остатков волочильного масла и окисление поверхности могут влиять на адгезию изоляции и однородность диаметра. Вот почему параметры предшествующего процесса так же важны, как и сами настройки экструдера. Например, при волочении провода колебания натяжения могут незначительно изменить диаметр проводника, и это изменение затем проявляется как соответствующая неровность изоляционной стенки. Взаимосвязь между контролем натяжения на входе и качеством окончательной изоляции более подробно рассматривается в статье как машины для разрушения стержней контролируют натяжение проволоки .

Как качество изоляции влияет на характеристики кабеля

Изоляционный слой выполняет три функции: электрически изолирует проводник, защищает от воздействия окружающей среды и обеспечивает механическую поддержку проводника. Эти же функции объясняют большинство сбоев заводских испытаний и ошибок на месте.

Электрический пробой обычно начинается там, где изоляционная стенка самая тонкая. Если диаметр проводника или изоляции вдоль кабеля различается, напряженность электрического поля в тонком сечении превышает силу пробоя материала. Эффект сильнее при более высоких напряжениях, поэтому кабели среднего и высокого напряжения имеют жесткие допуски на эксцентриситет изоляции. Даже в низковольтных кабелях уменьшенная толщина стенки ослабляет защиту от механических повреждений и попадания влаги.

Согласованность размеров также влияет на емкость и импеданс в кабелях передачи данных и радиочастотных кабелях. Для кабеля связи радиальный эксцентриситет, который медленно меняется по длине, может вызвать колебания импеданса и отражения сигнала. Это делает точность диаметра и концентричность изоляционного слоя решающими не только для электрической прочности, но и для целостности сигнала.

Параметры процесса, определяющие качество экструдированной изоляции

После того, как материал выбран, процесс решает, будет ли изоляция работать так, как задумано. На практике несколько переменных взаимодействуют.

Подготовка материала. Гигроскопичные соединения, такие как некоторые смеси полиолефинов, перед использованием необходимо высушить. Остаточная влага образует в расплаве пузырьки, которые впоследствии становятся пустотами, служащими точками возникновения частичных разрядов. Для кабелей из сшитого полиэтилена пустоты являются одним из наиболее серьезных рисков для качества.

Температурный профиль и конструкция винта. Полимер должен достигать головки с равномерной температурой плавления. Холодное пятно в стволе может привести к образованию нерасплавленных частиц; перегретое место разрушает материал и образует гели. Геометрия шнека, температурные зоны ствола и скорость линии должны соответствовать конкретному составу. Экструдер общего назначения может удовлетворительно работать с полиэтиленом, ПВХ и ТПЭ, но производственная линия, предназначенная для одного семейства материалов, будет поддерживать более жесткие допуски и более высокую производительность.

Конструкция оснастки и головки. Геометрия матрицы крейцкопфа определяет начальную толщину стенки. Если центральная линия кристалла смещена относительно проводника, изоляция становится эксцентричной. Это статическая ошибка, которую можно исправить с помощью центрирующих винтов, но ошибка возвращается, если инструмент не зафиксирован должным образом. Со временем износ матрицы изменяет выходной зазор и приводит к постепенному смещению толщины стенки.

Охлаждение. Профиль охлаждения влияет на кристаллическую структуру полимера и, следовательно, на его механические и электрические свойства. Быстрое охлаждение может создать внутреннее напряжение, а медленное охлаждение тонкостенных кабелей влияет на овальность размеров.

Сшивание. Для кабелей из сшитого полиэтилена операция сшивки является этапом процесса, оказывающим наибольшее влияние на тепловые характеристики и долгосрочную надежность. Химическая сшивка требует точного контроля температуры вдоль трубки отверждения; физическое сшивание электронными лучами требует контролируемой дозы и проникновения.

Онлайн-мониторинг выявляет отклонения в процессе до того, как они перерастут в скрытые дефекты. Для обратной связи по диаметру на выходе из матрицы Лазерный измеритель диаметра LGD25 дает оператору информацию о размере экструдированной изоляции в режиме реального времени. Измерение диаметра вместе с искровым тестером на выходе создает базовый, но эффективный контур онлайн-мониторинга качества.

Изготовленный на заказ датчик диаметра LGD-25 Завод, производители - Jiangsu Jiacheng Technolog Jiangsu Jiacheng Technology Co., Ltd. - это китайские производители и фабрики датчиков диаметра LGD-25, мы предлагаем изготовленный на заказ датчик диаметра LGD-25. Посмотреть продукт →

Проверка качества изоляции посредством испытаний

Заводские испытания подтверждают, соответствует ли изоляционный слой электрическим и механическим требованиям. Правильный набор тестов зависит от типа кабеля и применимого стандарта. Следующие проверки являются общими для большинства категорий кабелей:

• Измерение сопротивления изоляции. В ходе этого испытания измеряется сопротивление постоянному току между проводником и заземляющим экраном или водой. Низкие значения указывают на влажность, загрязнение или плохой изоляционный материал.
• Испытание выдерживаемого напряжения переменного тока. Кабель подвергается воздействию повышенного переменного напряжения в течение определенного времени. Поломка во время испытания обычно указывает на серьезный дефект утеплителя стены.
• Испытание на термическое растяжение. Образец сшитой изоляции нагревают при определенной нагрузке; удлинение и постоянная деформация должны оставаться ниже предельного значения. Этот тест подтверждает эффективность операции сшивания.
• Тесты на старение. Образцы подвергают воздействию повышенной температуры в печи с циркуляцией воздуха в течение определенного периода времени и измеряют изменение механических свойств.

Ан измеритель сопротивления изоляции является основным инструментом на каждом кабельном заводе. Он проверяет, что изоляционный слой блокирует утечку постоянного тока в соответствии с требованиями кабельного стандарта. Вместе с прибором для испытания прочности и оборудованием для термического растяжения эти приборы образуют посредник минимального качества между экструзионной линией и отгрузкой.

Изготовленный на заказ измеритель сопротивления изоляции ZC-90, завод, производители - Цзянсу Цзяче Jiangsu Jiacheng Technology Co., Ltd. - это китайские производители и фабрики измерителей сопротивления изоляции ZC-90, мы предлагаем изготовленные на заказ изоляционные изоляционные материалы ZC-90. Посмотреть продукт →

На что обратить внимание при выборе экструзионной линии

Выбор правильного экструзионного оборудования – это вопрос соответствия линии ассортименту продукции. Следующие факторы обычно определяют, будет ли линия сохранять требуемые допуски на протяжении многих лет эксплуатации:

• Материальный ряд. Завод, работающий только с ПВХ и ПЭ, может использовать простой экструдер общего назначения. Заводу, обслуживающему рынок силовых кабелей, необходима линия с лучшим контролем температуры и возможностью сшивания. Специализированному производителю кабеля могут потребоваться линии экструзии силиконового каучука или фторполимера с различными конструкциями шнеков.
• Стабильность процесса. Шнек экструдера, коробка передач, моторный привод и система управления должны поддерживать заданное значение в жестких пределах. Колебания температуры даже на 5°C могут изменить разбухание матрицы и окончательный диаметр.
• Замеры в составе машины. Приборы для проверки диаметра, эксцентриситета и искры должны быть интегрированы в средства управления линией, а не рассматриваться как дополнительные устройства.
• Послепродажное обслуживание и интеграция линии. Ан extrusion line does not operate in isolation. The pay-off, preheater, cooling trough, capstan and take-up must be synchronized. When evaluating a supplier, the total line configuration and the support provided during installation matter as much as the extruder specifications.

Для производителей, которые осуществляют длительные производственные циклы стандартной продукции, специально разработанный высокоскоростная линия по производству изоляции проводов имеет преимущество перед сборкой отдельных компонентов: привод, температурные зоны, охлаждение и натяжное устройство спроектированы как одна система. Силиконовые, фторполимерные, вспененные и сшитые составы требуют разных линий, и к каждому из них применима одна и та же логика.

Завод по производству высокоскоростной изоляции проводов на заказ, производители - Цзян Jiangsu Jiacheng Technology Co., Ltd. - это китайские производители и фабрики по производству высокоскоростной изоляции проводов, мы предлагаем... Посмотреть продукт →

Эти соображения не являются теоретическими. Кабельные заводы регулярно заменяют или модернизируют свое экструзионное оборудование, поскольку именно в изоляционном слое продукт приобретает свою электрическую ценность. Первоначальные процессы, волочение, отжиг и скрутка, создают проводник, но процесс экструзии определяет изолирующую границу, которая определяет номинальное напряжение кабеля и срок службы.