Fios e cabos com isolamento de borracha: tipos, vantagens e desvantagens, materiais, tecnologia de produção

Fios e cabos isolados de borracha são usados ​​para conectar pantógrafos e distribuir eletricidade em redes secundárias de corrente elétrica, e também são amplamente utilizados na indústria, agricultura, transporte, construção e vida cotidiana.

Tipos de cabos e fios com isolamento de borracha

Cabos, fios e cabos com isolamento de borracha podem ser divididos nos seguintes grupos:

• cabos de instalação, fios e cabos;
• cabos de força;
• cabos de controle;
• cabos e fios flexíveis para mangueiras;
• cabos e fios marítimos;
• cabos corporais;
• fios para material rolante elétrico;
• fios de aeronaves, automóveis e tratores.

O uso de isolamento de borracha ou plástico é causado não tanto pelo desejo de obter um cabo flexível, mas para facilitar e simplificar os terminais do cabo.

A utilização de uma bainha de chumbo não permite aproveitar a maior flexibilidade da camada de isolamento do cabo e, portanto, nos casos em que é necessário um cabo com maior flexibilidade, não de chumbo, mas de mangueiras feitas de borracha vulcanizada ou plástico são usado.

A alta resistência dielétrica média do isolamento de borracha na maioria dos casos não pode ser usada devido à presença de pontos fracos na camada de isolamento, o que requer um aumento na espessura da camada de isolamento em comparação com, por exemplo, isolamento de papel impregnado e leva a um consumo excessivo de revestimentos de materiais de proteção. para aumentar o diâmetro do cabo.

A fase inicial da produção é o alongamento de fios multinúcleos para fios, cabos e cordões de fios de cobre estanhados e não estanhados.

Tecnologia para produção de fios e cabos com isolamento de borracha

As principais operações do processo incluem a produção de borracha e plástico e sua aplicação em um núcleo ou fio. A produção de borracha inclui borracha plastificante e a introdução de cargas (giz, talco), amaciantes, melhoradores e agentes vulcanizantes.

O composto de borracha é aplicado ao núcleo por prensagem a quente em prensas helicoidais ou prensagem a frio em rolos perfilados especiais. A espessura do isolamento de borracha depende do tamanho da seção transversal do fio e da tensão nominal do fio ou cabo, enquanto a espessura da camisa da mangueira é determinada pelo diâmetro do cabo.

A espessura da bainha pode variar de 1 a 8 mm para mangueiras de borracha e de 2 a 4 mm para jaquetas de PVC vinílico.

O isolamento de borracha, depois de aplicado ao núcleo por método a frio ou a quente, é vulcanizado para conferir à camada de isolamento as propriedades físicas necessárias: resistência mecânica e elasticidade. Os envoltórios plásticos não requerem vulcanização.

Sobre a camada de borracha isolante dos fios, é aplicada uma trança de fios de algodão, que pode ser impregnada com betume ou outra composição ou recoberta com uma camada de nitro-laca (fios de aviões e automóveis).

As demais operações tecnológicas, como torcer em um cabo e colocar capas de proteção, são realizadas da mesma forma que as demais. produtos de cabo.

Vantagens e desvantagens do isolamento de borracha

As altas características elétricas e mecânicas do isolamento de borracha possibilitaram a realização de várias estruturas de fios e cabos operando em condições de trabalho extremamente difíceis (corte, extração de madeira, escavadeiras, etc.).

Uma ampla gama de valores de resistividade (de 1013 a 1017 omcm) e variação considerável constante dielétrica dependendo da composição da borracha e da tecnologia de sua produção, oferecem a possibilidade de produção isolamento de fios e cabos de vários tipos.

Juntamente com as qualidades positivas do isolamento de borracha, existem também as negativas, sendo as mais características as seguintes:

• a presença de bolhas de ar e filmes na camada de isolamento;
• instabilidade da borracha vulcanizada contra o ozônio;
• a influência de forças e tensões mecânicas na rigidez dielétrica do isolamento;
• redução das características mecânicas e elétricas da borracha quando aquecida;
• heterogeneidade da macroestrutura (presença de grãos de cargas, impurezas, etc.);
• permeável permeabilidade à umidade e absorção de umidade;
• baixa resistência aos efeitos de derivados de petróleo e óleos minerais;
• perda de propriedades mecânicas dependendo da duração do aquecimento na presença de oxigênio atmosférico (envelhecimento térmico).

Materiais isolantes de borracha e características tecnológicas

Borracha vulcanizada sobre borracha natural e sintética é usada para fabricar vários tipos de cabos e, portanto, desempenha um papel significativo na fabricação de cabos.

As maiores dificuldades são encontradas ao usar isolamento de borracha para a produção de fios e cabos CA de alta tensão, por exemplo, para cabos de energia de 6 e 10 kV que fornecem eletricidade para escavadeiras móveis, dragas, máquinas de turfa, tratores elétricos, etc.

A resistência insuficiente ao ozônio da borracha leva à destruição rápida e a uma redução acentuada na vida útil desse cabo. Nesses casos, é utilizada uma borracha especial resistente ao ozônio, menos suscetível à ação do ozônio, e a casca é envernizada como camada protetora.

Foram desenvolvidas receitas de borracha resistentes a óleo e gasolina que permitem a produção de isolamento de borracha para corpos de cabos que operam em poços de petróleo em altas temperaturas sob condições particularmente severas. Os fios de ignição de alta tensão operam em alta intensidade de campo elétrico e em uma ampla faixa de temperatura de -50 a + 150 ° C.

A composição do isolamento de borracha inclui os seguintes materiais básicos:

• Borracha — natural (NK) ou sintética (SK);
• Cargas - giz, caulim, talco, etc.
• Emolientes - ácido esteárico, parafina, vaselina, betume, etc.
• Os reforços melhoram as propriedades mecânicas dos compostos de borracha (negro de fumo).

A quantidade de borracha nos compostos de borracha utilizados na produção de fios e cabos varia (em peso) na faixa de 25 a 60%, e a quantidade total de todas as cargas - de 70 a 35% / Cerca de 2% caem em amaciantes e cerca de 1,5% para vulcanizadores (enxofre).

Atualmente, a borracha é amplamente utilizada para isolar fios e cabos, cuja vulcanização é realizada devido ao enxofre liberado durante a vulcanização durante a decomposição de certos compostos de enxofre, por exemplo, dissulfeto de tetrametiltiuram (tiuram). Esses pneus "sem enxofre" têm maior resistência ao calor e, portanto, uma longa vida útil. As propriedades mecânicas desta borracha são ligeiramente inferiores às da borracha vulcanizada com enxofre.

Deve-se notar especialmente que as borrachas sem enxofre ou, como são chamadas, resistentes ao calor, não têm efeito destrutivo nos condutores de cobre de um fio ou cabo e, portanto, não há necessidade de estanhar o fio e os condutores que entrar na produção de fios e cabos isolados com borracha.

Juntamente com as borrachas, como mencionado anteriormente, os materiais termoplásticos sintéticos, também chamados de elastômeros, são amplamente utilizados.

Entre eles, antes de tudo, deve-se incluir uma mistura plástica muito comum feita de resina de PVC, muito utilizada na indústria de cabos, principalmente para a produção de fios de baixa tensão e revestimentos protetores de cabos (mangueiras).

A resina de PVC é obtida pela polimerização do cloreto de vinila. O elástico é obtido pela mistura de resina finamente dividida com plastificantes, estabilizador e carga.

Negro de fumo branco, caulim são usados ​​com mais frequência como enchimentos, e tricrisil fosfato, dibutide ftalato, etc. são usados ​​como plastificantes.Além do PVC, também são utilizados copolímeros de cloreto de vinila, por exemplo com acetato de vinila.

As principais desvantagens do isolamento de PVC:

• propriedades elétricas insuficientes (resistência de isolamento insuficiente e grande valor da tangente do ângulo de perda dielétrica), o que é explicado pela presença de plastificantes, bem como pela facilidade de eliminação do íon Cl na resina de PVC;
• resistência insuficiente ao gelo.

Com uma escolha apropriada de plastificantes, podem ser alcançadas características elétricas satisfatórias.

As propriedades positivas do PVC incluem:

• alta resistência ao envelhecimento térmico;
• resistência contra os efeitos de óleos e quaisquer lubrificantes;
• alta resistência ao desgaste;
• resistência à água;
• resistência a vários solventes, ácidos e bases, exceto ácido sulfúrico a 93% e ácido acético glacial; o benzeno é afetado adversamente por solventes, o que reduz a resistência à tração do composto plástico exposto à ação do benzeno por 12 dias em mais de 7 vezes e a resistência específica do volume em 2 a 2,5 vezes;
• não inflamabilidade.

O polietileno é amplamente utilizado para a produção de isolamento de alta qualidade de fios e cabos... É um material relativamente macio (quando aquecido a 70 ° C, sua densidade diminui uniformemente), que possui boa resistência ao gelo e resistência ao ozônio, e é amplamente utilizado para isolamento como energia (Cabos isolados em XLPE) e fios e cabos de alta frequência.

A qualidade do composto plástico é determinada não apenas pelas propriedades do polímero básico, mas em grande parte pela correta seleção e qualidade das cargas e plastificantes.A escolha de cargas e plastificantes é um grande desafio para os fabricantes que desejam obter as propriedades exigidas.

Todas as tarefas mais difíceis em termos técnicos e econômicos, por exemplo, obtenção de borracha resistente ao ozônio, etc., são resolvidas escolhendo o plástico básico ou o material sintético com as propriedades necessárias.

Com o estado atual da química, pode-se esperar o surgimento de vários materiais sintéticos em um futuro próximo, cuja utilização permitirá resolver completamente os problemas ainda não resolvidos com o isolamento de fios e cabos.