فرآیندهای پوشش سیم و کابل: راهنمای جامع تکنیک‌ها و فناوری‌ها

سیم‌ها و کابل‌ها، که به عنوان حامل‌های اصلی برای انتقال نیرو و ارتباطات اطلاعاتی عمل می‌کنند، عملکردی دارند که مستقیماً به فرآیندهای پوشش عایق و غلاف بستگی دارد. با تنوع الزامات صنعت مدرن برای عملکرد کابل، چهار فرآیند اصلی - اکستروژن، پیچیدن طولی، پیچیدن مارپیچی و پوشش غوطه‌وری - مزایای منحصر به فردی را در سناریوهای مختلف نشان می‌دهند. این مقاله به بررسی انتخاب مواد، جریان فرآیند و سناریوهای کاربردی هر فرآیند می‌پردازد و مبنای نظری برای طراحی و انتخاب کابل ارائه می‌دهد.

۱ فرآیند اکستروژن

۱.۱ سیستم‌های مواد

فرآیند اکستروژن در درجه اول از مواد پلیمری ترموپلاستیک یا ترموست استفاده می‌کند:

① پلی وینیل کلراید (PVC): کم هزینه، پردازش آسان، مناسب برای کابل‌های ولتاژ پایین معمولی (به عنوان مثال، کابل‌های استاندارد UL 1061)، اما با مقاومت حرارتی ضعیف (دمای استفاده طولانی مدت ≤70 درجه سانتیگراد).
②پلی اتیلن شبکه ای (XLPE)از طریق اتصال عرضی پراکسید یا تابش، دمای مجاز تا ۹۰ درجه سانتیگراد (استاندارد IEC 60502) افزایش می‌یابد که برای کابل‌های برق با ولتاژ متوسط ​​و بالا استفاده می‌شود.
③ پلی اورتان ترموپلاستیک (TPU): مقاومت سایشی مطابق با استاندارد ISO 4649 درجه A است که برای کابل‌های زنجیری ربات استفاده می‌شود.
④ فلوروپلاستی (به عنوان مثال، FEP): مقاومت در برابر دمای بالا (200 درجه سانتیگراد) و مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی، مطابق با الزامات کابل هوافضا MIL-W-22759.

۱.۲ ویژگی‌های فرآیند

برای دستیابی به پوشش پیوسته از اکسترودر مارپیچی استفاده می‌کند:

① کنترل دما: XLPE نیاز به کنترل دمای سه مرحله‌ای دارد (منطقه تغذیه ۱۲۰ درجه سانتیگراد → منطقه فشرده‌سازی ۱۵۰ درجه سانتیگراد → منطقه همگن‌سازی ۱۸۰ درجه سانتیگراد).
② کنترل ضخامت: خروج از مرکز باید ≤5٪ باشد (مطابق با GB/T 2951.11).
③ روش خنک‌سازی: خنک‌سازی گرادیانی در یک ظرف آب برای جلوگیری از ترک‌خوردگی ناشی از تنش تبلور.

۱.۳ سناریوهای کاربردی

① انتقال نیرو: کابل‌های عایق XLPE با ولتاژ 35 کیلوولت و کمتر (GB/T 12706).
② سیم‌کشی خودرو: عایق پی‌وی‌سی نازک (استاندارد ISO 6722 با ضخامت 0.13 میلی‌متر).
③ کابل‌های ویژه: کابل‌های کواکسیال با عایق PTFE (ASTM D3307).

۲ فرآیند پیچیدن طولی

۲.۱ انتخاب مواد

① نوارهای فلزی: 0.15 میلی‌مترنوار فولادی گالوانیزه(الزامات GB/T 2952)، نوار آلومینیومی با روکش پلاستیکی (ساختار Al/PET/Al).
② مواد مسدودکننده آب: نوار مسدودکننده آب با پوشش چسب حرارتی (میزان تورم ≥500%).
③ مواد جوشکاری: سیم جوش آلومینیومی ER5356 برای جوشکاری قوس آرگون (استاندارد AWS A5.10).

۲.۲ فناوری‌های کلیدی

فرآیند پیچیدن طولی شامل سه مرحله اصلی است:

① شکل‌دهی نوار: خم کردن نوارهای مسطح به شکل U → O از طریق نورد چند مرحله‌ای.
② جوشکاری پیوسته: جوشکاری القایی با فرکانس بالا (فرکانس ۴۰۰ کیلوهرتز، سرعت ۲۰ متر بر دقیقه).
③ بازرسی آنلاین: تستر جرقه (ولتاژ تست 9 کیلوولت/میلی‌متر).

۲.۳ کاربردهای معمول

① کابل‌های زیردریایی: روکش طولی نوار فولادی دولایه (استحکام مکانیکی استاندارد IEC 60840 ≥400 نیوتن بر میلی‌متر مربع).
② کابل‌های معدن: غلاف آلومینیومی موج‌دار (مقاومت فشاری MT 818.14 ≥20 مگاپاسکال).
③ کابل‌های ارتباطی: سپر پوشش طولی کامپوزیت آلومینیوم-پلاستیک (اتلاف انتقال ≤0.1 دسی‌بل بر متر @ 1 گیگاهرتز).

۳ فرآیند پیچیدن مارپیچی

۳.۱ ترکیب مواد

① نوار میکا: محتوای موسکویت ≥95٪ (GB/T 5019.6)، دمای مقاومت در برابر آتش 1000 درجه سانتیگراد / 90 دقیقه.
② نوار نیمه‌رسانا: محتوای کربن سیاه 30٪ ~ 40٪ (مقاومت حجمی 10² ~ 10³ Ω·cm).
③ نوارهای کامپوزیتی: فیلم پلی‌استر + پارچه نبافته (ضخامت 0.05 میلی‌متر ± 0.005 میلی‌متر).

۳.۲ پارامترهای فرآیند

① زاویه پیچش: 25°~55° (زاویه کوچکتر مقاومت خمشی بهتری را فراهم می‌کند).
② نسبت همپوشانی: 50٪ ~ 70٪ (کابل‌های مقاوم در برابر آتش نیاز به 100٪ همپوشانی دارند).
③ کنترل کشش: 0.5~2 نیوتن بر میلی‌متر مربع (کنترل حلقه بسته سروو موتور).

۳.۳ کاربردهای نوآورانه

① کابل‌های برق هسته‌ای: روکش نوار میکا سه لایه (دارای استاندارد IEEE 383، آزمون LOCA).
② کابل‌های ابررسانا: نوار عایق آب نیمه‌رسانا (میزان حفظ جریان بحرانی ≥۹۸٪).
③ کابل‌های فرکانس بالا: روکش فیلم PTFE (ثابت دی‌الکتریک ۲.۱ @۱ مگاهرتز).

فرآیند پوشش‌دهی ۴ غوطه‌وری

۴.۱ سیستم‌های پوشش‌دهی

① پوشش‌های آسفالتی: نفوذ 60 تا 80 (0.1 میلی‌متر) در دمای 25 درجه سانتی‌گراد (GB/T 4507).
② پلی اورتان: سیستم دو جزئی (NCO∶OH = 1.1∶1)، چسبندگی ≥3B (ASTM D3359).
③ پوشش‌های نانو: رزین اپوکسی اصلاح‌شده با SiO₂ (آزمایش اسپری نمک >1000 ساعت).

۴.۲ بهبود فرآیندها

① اشباع خلاء: فشار 0.08 مگاپاسکال به مدت 30 دقیقه حفظ می‌شود (نرخ پر شدن منافذ > 95٪).
② پخت با اشعه فرابنفش: طول موج ۳۶۵ نانومتر، شدت ۸۰۰ میلی‌ژول بر سانتی‌متر مربع.
③ خشک کردن تدریجی: ۴۰ درجه سانتیگراد × ۲ ساعت → ۸۰ درجه سانتیگراد × ۴ ساعت → ۱۲۰ درجه سانتیگراد × ۱ ساعت.

۴.۳ کاربردهای ویژه

① هادی‌های هوایی: پوشش ضد خوردگی اصلاح‌شده با گرافن (تراکم رسوب نمک تا 70٪ کاهش می‌یابد).
② کابل‌های کشتی: پوشش پلی‌یوریای خود ترمیم‌شونده (زمان ترمیم ترک کمتر از 24 ساعت).
③ کابل‌های مدفون: پوشش نیمه‌رسانا (مقاومت اتصال به زمین ≤5 اهم · کیلومتر).

۵ نتیجه‌گیری

با توسعه مواد جدید و تجهیزات هوشمند، فرآیندهای پوشش‌دهی به سمت ترکیبی‌سازی و دیجیتالی شدن در حال تکامل هستند. به عنوان مثال، فناوری ترکیبی اکستروژن-پیچش طولی، تولید یکپارچه سه لایه اکستروژن همزمان + غلاف آلومینیومی را امکان‌پذیر می‌کند و کابل‌های ارتباطی 5G از عایق کامپوزیتی نانوپوشش + پیچش استفاده می‌کنند. نوآوری در فرآیند آینده باید تعادل بهینه بین کنترل هزینه و افزایش عملکرد را پیدا کند و توسعه با کیفیت بالای صنعت کابل را هدایت کند.