Fils et câbles avec isolation en caoutchouc: types, avantages et inconvénients, matériaux, technologie de production

Les fils et câbles isolés en caoutchouc sont utilisés pour connecter les pantographes et distribuer l'électricité dans les réseaux électriques secondaires, et sont également largement utilisés dans l'industrie, l'agriculture, les transports, la construction et la vie quotidienne.

Types de câbles et fils avec isolation en caoutchouc

Les câbles, fils et câbles avec isolation en caoutchouc peuvent être divisés en groupes suivants :

• câbles, fils et câbles d'installation;
• câbles d'alimentation;
• câbles de commande;
• câbles et fils flexibles pour tuyaux;
• câbles et fils marins;
• câbles de carrosserie;
• fils pour matériel roulant électrique;
• fils pour avions, automobiles et tracteurs.

L'utilisation d'isolants en caoutchouc ou en plastique n'est pas tant motivée par le désir d'obtenir un câble souple que par la facilité et la simplification des bornes de câble.

L'utilisation d'une gaine en plomb ne permet pas d'utiliser la flexibilité accrue de la couche isolante du câble, et donc dans les cas où un câble avec une flexibilité accrue est nécessaire, pas de plomb, mais des gaines de tuyau en caoutchouc vulcanisé ou en plastique sont utilisé.

La rigidité diélectrique moyenne élevée de l'isolation en caoutchouc dans la plupart des cas ne peut pas être utilisée en raison de la présence de points faibles dans la couche d'isolation, ce qui nécessite une augmentation de l'épaisseur de la couche d'isolation par rapport, par exemple, à l'isolation en papier imprégné et conduit à une consommation excessive de revêtements de matériaux de protection.pour augmenter le diamètre du câble.

La première étape de la production est l'étirage des fils multiconducteurs pour les fils, câbles et cordons à partir de fils de cuivre étamés et non étamés.

Technologie pour la production de fils et câbles avec isolation en caoutchouc

Les principales opérations de traitement comprennent la production de caoutchouc et de plastique et leur application sur une âme ou un fil. caoutchouc plastifiant et l'introduction de charges (craie, talc), d'adoucissants, d'améliorants et d'agents de vulcanisation.

Le composé de caoutchouc est appliqué sur le noyau par pressage à chaud sur des presses à vis ou par pressage à froid sur des rouleaux profilés spéciaux. L'épaisseur de l'isolation en caoutchouc dépend de la taille de la section du fil et de la tension nominale du fil ou du câble, tandis que l'épaisseur de la gaine du tuyau est déterminée par le diamètre du câble.

L'épaisseur de la gaine peut varier de 1 à 8 mm pour les flexibles en caoutchouc et de 2 à 4 mm pour les gaines PVC vinyle.

L'isolant en caoutchouc, après l'avoir appliqué sur l'âme par une méthode à froid ou à chaud, est vulcanisé pour donner à la couche isolante les propriétés physiques nécessaires : résistance mécanique et élasticité. Les pellicules plastiques ne nécessitent pas de vulcanisation.

Au-dessus de la couche d'isolation en caoutchouc des fils, une tresse de fil de coton est appliquée, qui peut être imprégnée de bitume ou d'une autre composition ou recouverte d'une couche de laque nitro (fils d'avion et d'automobile).

Le reste des opérations technologiques, telles que torsader un câble et placer des capots de protection, s'effectuent de la même manière que pour les autres. produits de câble.

Avantages et inconvénients de l'isolation en caoutchouc

Les caractéristiques électriques et mécaniques élevées de l'isolant en caoutchouc ont permis de réaliser un certain nombre de structures de fils et de câbles fonctionnant dans des conditions de travail extrêmement difficiles (coupe, exploitation forestière, pelles, etc.).

Une large gamme de valeurs de résistivité (de 1013 à 1017 omcm) et une variation considérable constante diélectrique en fonction de la composition du caoutchouc et de la technologie de sa production, offrent la possibilité de production isolation de fils et câbles de différents types.

Outre les qualités positives de l'isolation en caoutchouc, il en existe également des négatives, dont les plus caractéristiques sont les suivantes:

• la présence de bulles d'air et de films dans la couche isolante ;
• instabilité du caoutchouc vulcanisé vis-à-vis de l'ozone ;
• l'influence des efforts et contraintes mécaniques sur la tenue diélectrique de l'isolant ;
• réduction des caractéristiques mécaniques et électriques du caoutchouc lorsqu'il est chauffé;
• hétérogénéité de la macrostructure (présence de grains de charges, d'impuretés...) ;
• perméabilité à l'humidité et absorption d'humidité notables;
• faible résistance aux effets des produits pétroliers et des huiles minérales;
• perte de propriétés mécaniques en fonction de la durée du chauffage en présence d'oxygène atmosphérique (vieillissement thermique).

Matériaux isolants en caoutchouc et caractéristiques technologiques

Le caoutchouc vulcanisé sur le caoutchouc naturel et synthétique est utilisé pour fabriquer divers types de produits de câbles et joue donc un rôle important dans la fabrication de câbles.

Les plus grandes difficultés sont rencontrées lors de l'utilisation d'isolants en caoutchouc pour la production de fils et de câbles à courant alternatif haute tension, par exemple pour les câbles d'alimentation de 6 et 10 kV qui alimentent en électricité les pelles mobiles, les dragues, les machines à tourbe, les tracteurs électriques, etc.

La résistance insuffisante à l'ozone du caoutchouc entraîne une destruction rapide et une forte réduction de la durée de vie d'un tel câble. Dans ces cas, un caoutchouc spécial résistant à l'ozone est utilisé, moins sensible à l'action de l'ozone, et la coque est vernie comme revêtement protecteur.

Des recettes de caoutchouc résistant à l'huile et à l'essence ont été développées pour permettre la production d'isolants en caoutchouc pour les corps de câbles fonctionnant dans des puits de pétrole à des températures élevées dans des conditions particulièrement sévères. Les fils d'allumage haute tension fonctionnent à une intensité de champ électrique élevée et dans une large plage de températures allant de -50 à + 150 ° C.

La composition de l'isolant en caoutchouc comprend les matériaux de base suivants:

• Caoutchouc — naturel (NK) ou synthétique (SK);
• Charges - craie, kaolin, talc, etc.
• Emollients - acide stéarique, paraffine, gelée de pétrole, bitume, etc.
• Les renforts améliorent les propriétés mécaniques des composés caoutchouteux (noir de carbone).

La quantité de caoutchouc dans les composés de caoutchouc utilisés dans la production de fils et de câbles varie (en poids) dans la plage de 25 à 60%, et la quantité totale de toutes les charges - de 70 à 35% / Environ 2% tombent sur les adoucissants et environ 1,5 % pour les vulcanisateurs (soufre).

Actuellement, le caoutchouc est largement utilisé pour isoler les fils et câbles dont la vulcanisation est réalisée en raison du soufre libéré lors de la vulcanisation lors de la décomposition de certains composés soufrés, par exemple le disulfure de tétraméthylthiurame (thiurame). De tels pneus "sans soufre" ont une résistance à la chaleur accrue et donc une longue durée de vie. Les propriétés mécaniques de ce caoutchouc sont légèrement inférieures à celles du caoutchouc vulcanisé au soufre.

Il convient de noter en particulier que les caoutchoucs sans soufre ou, comme on les appelle, résistants à la chaleur n'ont pas d'effet destructeur sur les conducteurs en cuivre d'un fil ou d'un câble, et qu'il n'est donc pas nécessaire d'étamer le fil et les conducteurs qui se lancer dans la production de fils et câbles isolés en caoutchouc.

Outre les caoutchoucs, comme mentionné précédemment, les matériaux thermoplastiques synthétiques, également appelés élastomères, sont largement utilisés.

Parmi eux, il convient tout d'abord d'inclure un mélange plastique très courant à base de résine PVC, largement utilisé dans l'industrie du câble, principalement pour la production de fils basse tension et de revêtements de protection de câbles (tuyaux).

La résine PVC est obtenue par polymérisation du chlorure de vinyle. L'élastique est obtenu en mélangeant de la résine finement divisée avec des plastifiants, un stabilisant et une charge.

Le noir de carbone blanc, le kaolin sont le plus souvent utilisés comme charges, et le phosphate de trichrysyle, le phtalate de dibutide, etc. sont utilisés comme plastifiants.En plus du PVC, des copolymères de chlorure de vinyle, par exemple avec de l'acétate de vinyle, sont également utilisés.

Les principaux inconvénients de l'isolation en PVC:

• des propriétés électriques insuffisantes (résistance d'isolement insuffisante et valeur élevée de la tangente de l'angle de perte diélectrique), ce qui s'explique par la présence de plastifiants, ainsi que la facilité d'élimination de l'ion Cl dans la résine PVC ;
• résistance au gel insuffisante.

Avec un choix approprié de plastifiants, des caractéristiques électriques satisfaisantes peuvent être obtenues.

Les propriétés positives du PVC incluent :

• haute résistance au vieillissement thermique;
• résistance aux effets des huiles et des lubrifiants éventuels ;
• haute résistance à l'usure;
• résistance à l'eau;
• résistance à un certain nombre de solvants, d'acides et de bases, à l'exception de l'acide sulfurique à 93 % et de l'acide acétique glacial ; le benzène est affecté par les solvants, ce qui réduit de plus de 7 fois la résistance à la traction du composé plastique exposé à l'action du benzène pendant 12 jours et la résistance volumique spécifique de 2 à 2,5 fois;
• ininflammabilité.

Le polyéthylène est largement utilisé pour la production d'isolation de haute qualité des fils et des câbles... C'est un matériau relativement mou (lorsqu'il est chauffé à 70 ° C, sa densité diminue uniformément), qui a une bonne résistance au gel et à l'ozone, et est largement utilisé pour l'isolation comme énergie (Câbles isolés XLPE) et fils et câbles haute fréquence.

La qualité du composé plastique est déterminée non seulement par les propriétés du polymère de base, mais dans une large mesure par la sélection et la qualité correctes des charges et des plastifiants.Le choix des charges et des plastifiants est un enjeu majeur pour les industriels qui souhaitent obtenir les propriétés requises.

Toutes les tâches les plus difficiles sur le plan technique et économique, par exemple l'obtention de caoutchouc résistant à l'ozone, etc., sont résolues en choisissant le plastique de base ou le matériau synthétique doté des propriétés nécessaires.

Avec l'état actuel de la chimie, on peut s'attendre dans un proche avenir à l'apparition d'un certain nombre de matériaux synthétiques, dont l'utilisation permettra de résoudre complètement les problèmes encore non résolus d'isolation des fils et câbles.