Alambres y cables con aislamiento de caucho: tipos, ventajas y desventajas, materiales, tecnología de producción.
Los alambres y cables con aislamiento de goma se utilizan para conectar pantógrafos y distribuir electricidad en redes secundarias de corriente eléctrica, y también se utilizan ampliamente en la industria, la agricultura, el transporte, la construcción y la vida cotidiana.
Tipos de cables y alambres con aislamiento de goma.
Los cables, alambres y cables con aislamiento de goma se pueden dividir en los siguientes grupos:
- cables de instalación, alambres y cables;
- cables de poder;
- cables de control;
- cables y alambres flexibles para mangueras;
- cables y alambres marinos;
- cables de carrocería;
- cables para material rodante eléctrico;
- Alambres para aviones, automóviles y tractores.
El uso de aislamiento de caucho o plástico no obedece tanto al deseo de obtener un cable flexible, sino que se hace para facilitar y simplificar los terminales del cable.
El uso de una cubierta de plomo no permite utilizar la mayor flexibilidad de la capa de aislamiento del cable y, por lo tanto, en los casos en que se necesita un cable con mayor flexibilidad, no se recomienda el plomo, sino las cubiertas de manguera hechas de caucho vulcanizado o plástico. usado.
En la mayoría de los casos, la alta rigidez dieléctrica promedio del aislamiento de caucho no se puede utilizar debido a la presencia de puntos débiles en la capa de aislamiento, lo que requiere un aumento en el espesor de la capa de aislamiento en comparación con, por ejemplo, el aislamiento de papel impregnado y conduce a una consumo excesivo de materiales de protección revestimientos. para aumentar el diámetro del cable.
La etapa inicial de producción es el estiramiento de alambres multinúcleo para alambres, cables y cordones de alambres de cobre estañados y sin estañar.
Tecnología para la producción de alambres y cables con aislamiento de caucho.
Las principales operaciones de proceso incluyen la producción de caucho y plástico y su aplicación a un núcleo o alambre.La producción de caucho incluye goma plastificante y la introducción de cargas (tiza, talco), suavizantes, mejoradores y agentes vulcanizantes.
El compuesto de caucho se aplica al núcleo mediante prensado en caliente sobre prensas helicoidales o prensado en frío sobre rodillos perfilados especiales. El grosor del aislamiento de caucho depende del tamaño de la sección transversal del cable y del voltaje nominal del cable o cable, mientras que el grosor de la cubierta de la manguera está determinado por el diámetro del cable.
El espesor de la cubierta puede variar de 1 a 8 mm para mangueras de goma y de 2 a 4 mm para camisas de vinilo PVC.
El aislamiento de caucho, después de aplicarlo al núcleo por un método en frío o en caliente, se vulcaniza para dar a la capa de aislamiento las propiedades físicas necesarias: resistencia mecánica y elasticidad. Las envolturas de plástico no requieren vulcanización.
Sobre la capa de aislamiento de caucho de los hilos se aplica una trenza de hilo de algodón, que se puede impregnar con betún u otra composición o recubrir con una capa de nitrolaca (hilos para aviones y automóviles).
El resto de operaciones tecnológicas, como enrollar un cable y colocar fundas protectoras, se realizan de la misma forma que para las demás. productos de cable.
Ventajas y desventajas del aislamiento de caucho.
Las altas características eléctricas y mecánicas del aislamiento de caucho hicieron posible realizar una serie de estructuras de alambres y cables que operan en condiciones de trabajo extremadamente difíciles (corte, tala, excavadoras, etc.).
Un amplio rango de valores de resistividad (de 1013 a 1017 omcm) y una variación considerable constante dieléctrica dependiendo de la composición del caucho y la tecnología de su producción, brindan la posibilidad de producción aislamiento de alambres y cables de varios tipos.
Junto a las cualidades positivas del aislamiento de caucho, también existen las negativas, siendo las más características las siguientes:
- la presencia de burbujas de aire y películas en la capa de aislamiento;
- inestabilidad del caucho vulcanizado frente al ozono;
- la influencia de las fuerzas y tensiones mecánicas en la rigidez dieléctrica del aislamiento;
- reducción de las características mecánicas y eléctricas del caucho cuando se calienta;
- heterogeneidad de la macroestructura (presencia de granos de relleno, impurezas, etc.);
- notable permeabilidad a la humedad y absorción de humedad;
- baja resistencia a los efectos de los derivados del petróleo y aceites minerales;
- pérdida de propiedades mecánicas en función de la duración del calentamiento en presencia de oxígeno atmosférico (envejecimiento térmico).
Materiales aislantes de caucho y características tecnológicas.
El caucho vulcanizado sobre el caucho natural y sintético se utiliza para fabricar varios tipos de productos de cables y, por lo tanto, desempeña un papel importante en la fabricación de cables.
Las mayores dificultades se encuentran cuando se utiliza aislamiento de caucho para la producción de alambres y cables de CA de alto voltaje, por ejemplo, para cables de alimentación de 6 y 10 kV que suministran electricidad a excavadoras en movimiento, dragas, máquinas de turba, tractores eléctricos, etc.
La insuficiente resistencia al ozono del caucho conduce a una rápida destrucción y una fuerte reducción de la vida útil de dicho cable. En estos casos se utiliza una goma especial resistente al ozono, que es menos susceptible a la acción del ozono, y se barniza la carcasa como capa protectora.
Se han desarrollado recetas de caucho resistentes al aceite y la gasolina que permiten la producción de aislamiento de caucho para cuerpos de cables que operan en pozos de petróleo a altas temperaturas en condiciones particularmente severas. Los cables de encendido de alto voltaje funcionan con una gran intensidad de campo eléctrico y en un amplio rango de temperatura de -50 a + 150 °C.
La composición del aislamiento de caucho incluye los siguientes materiales básicos:
- Caucho: natural (NK) o sintético (SK);
- Rellenos: tiza, caolín, talco, etc.
- Emolientes - ácido esteárico, parafina, vaselina, betún, etc.
- Los refuerzos mejoran las propiedades mecánicas de los compuestos de caucho (negro de carbón).
La cantidad de caucho en los compuestos de caucho utilizados en la producción de alambres y cables varía (en peso) en el rango de 25 a 60%, y la cantidad total de todos los rellenos, de 70 a 35% / Aproximadamente 2% cae en suavizantes y alrededor del 1,5% para vulcanizadores (azufre).
Actualmente, el caucho se usa ampliamente para aislar alambres y cables, cuya vulcanización se lleva a cabo debido al azufre liberado durante la vulcanización durante la descomposición de ciertos compuestos de azufre, por ejemplo, disulfuro de tetrametiltiuram (tiuram). Estos neumáticos "sin azufre" tienen una mayor resistencia al calor y, por lo tanto, una larga vida útil. Las propiedades mecánicas de este caucho son ligeramente inferiores a las del caucho vulcanizado con azufre.
Cabe señalar especialmente que los cauchos sin azufre o, como se les llama, resistentes al calor, no tienen un efecto destructivo en los conductores de cobre de un alambre o cable y, por lo tanto, no hay necesidad de estañar el alambre y los conductores que dedicarse a la producción de alambres y cables con aislamiento de caucho.
Junto con los cauchos, como se mencionó anteriormente, los materiales termoplásticos sintéticos, también llamados elastómeros, son ampliamente utilizados.
Entre ellos, en primer lugar, se debe incluir una mezcla plástica muy común hecha de resina de PVC, que es muy utilizada en la industria del cable, principalmente para la producción de cables de baja tensión y revestimientos protectores de cables (mangueras).
La resina de PVC se obtiene por polimerización de cloruro de vinilo. El elástico se obtiene mezclando resina finamente dividida con plastificantes, estabilizador y relleno.
El negro de carbón blanco, el caolín se usan con mayor frecuencia como rellenos, y el fosfato de tricrisilo, el ftalato de dibutido, etc. se usan como plastificantes.Además del PVC, también se utilizan copolímeros de cloruro de vinilo, por ejemplo con acetato de vinilo.
Las principales desventajas del aislamiento de PVC:
- propiedades eléctricas insuficientes (resistencia de aislamiento insuficiente y un valor elevado de la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica), lo que se explica por la presencia de plastificantes, así como la facilidad de eliminación del ion Cl en la resina de PVC;
- insuficiente resistencia a las heladas.
Con una elección apropiada de plastificantes, se pueden lograr características eléctricas satisfactorias.
Las propiedades positivas del PVC incluyen:
- alta resistencia al envejecimiento por calor;
- resistencia contra los efectos de los aceites y cualquier lubricante;
- alta resistencia al desgaste;
- resistencia al agua;
- resistencia a una serie de disolventes, ácidos y bases, excepto ácido sulfúrico al 93% y ácido acético glacial; el benceno se ve afectado negativamente por los solventes, lo que reduce la resistencia a la tracción del compuesto plástico expuesto a la acción del benceno durante 12 días en más de 7 veces, y la resistencia específica del volumen en 2-2.5 veces;
- no inflamabilidad.
El polietileno se usa ampliamente para la producción de aislamiento de alambres y cables de alta calidad... Es un material relativamente blando (cuando se calienta a 70 ° C, su densidad disminuye uniformemente), que tiene buena resistencia a las heladas y al ozono, y es ampliamente utilizado para el aislamiento como energía (Cables aislados XLPE) y alambres y cables de alta frecuencia.
La calidad del compuesto plástico está determinada no solo por las propiedades del polímero básico, sino en gran medida por la correcta selección y calidad de los rellenos y plastificantes.La elección de cargas y plastificantes es un gran desafío para los fabricantes que quieren obtener las propiedades requeridas.
Todas las tareas más difíciles en términos técnicos y económicos, por ejemplo, obtener caucho resistente al ozono, etc., se resuelven eligiendo el material plástico o sintético base con las propiedades necesarias.
Con el estado actual de la química, se puede esperar en un futuro próximo la aparición de una serie de materiales sintéticos, cuyo uso permitirá resolver por completo los problemas aún no resueltos del aislamiento de alambres y cables.