El rendimiento de los materiales aislantes afecta directamente la calidad, la eficiencia del procesamiento y el ámbito de aplicación de los cables y alambres. El rendimiento de los materiales aislantes afecta directamente la calidad, la eficiencia del procesamiento y el ámbito de aplicación de los cables y alambres.
1. Cables y alambres de PVC (cloruro de polivinilo)
cloruro de polivinilo (en adelante denominadoCLORURO DE POLIVINILOLos materiales aislantes de PVC son mezclas a las que se añaden estabilizadores, plastificantes, retardantes de llama, lubricantes y otros aditivos al polvo de PVC. La fórmula se ajusta según las diferentes aplicaciones y características de los cables. Tras décadas de producción y aplicación, la tecnología de fabricación y procesamiento del PVC ha alcanzado un alto grado de madurez. El material aislante de PVC tiene una amplia gama de aplicaciones en el sector de cables y posee características propias y distintivas.
A. La tecnología de fabricación es madura, fácil de moldear y procesar. En comparación con otros tipos de materiales de aislamiento de cables, no solo tiene un bajo costo, sino que también permite controlar eficazmente la diferencia de color, el brillo, la impresión, la eficiencia del procesamiento, la suavidad y dureza de la superficie del cable, la adhesión del conductor, así como las propiedades mecánicas, físicas y eléctricas del propio cable.
B. Tiene un excelente rendimiento ignífugo, por lo que los cables con aislamiento de PVC pueden cumplir fácilmente con los grados de resistencia al fuego estipulados por diversas normas.
C. En términos de resistencia a la temperatura, mediante la optimización y mejora de las fórmulas de los materiales, los tipos de aislamiento de PVC que se utilizan actualmente incluyen principalmente las siguientes tres categorías:
En cuanto a la tensión nominal, generalmente se utiliza en niveles de tensión de 1000 V CA o inferiores, y puede aplicarse ampliamente en industrias como la de electrodomésticos, instrumentos y contadores, iluminación y comunicaciones de red.
El PVC también presenta algunos inconvenientes inherentes que limitan su aplicación:
Debido a su alto contenido de cloro, al quemarse emite una gran cantidad de humo denso que puede causar asfixia, afectar la visibilidad y generar carcinógenos y gas HCl, causando graves daños al medio ambiente. Con el desarrollo de la tecnología de fabricación de materiales aislantes de baja emisión de humo y sin halógenos, la sustitución gradual del aislamiento de PVC se ha convertido en una tendencia inevitable en el desarrollo de cables.
El aislamiento de PVC común presenta baja resistencia a ácidos y álcalis, aceite térmico y disolventes orgánicos. Según el principio químico de que lo similar disuelve lo similar, los cables de PVC son muy propensos a sufrir daños y agrietamiento en los entornos mencionados. Sin embargo, gracias a su excelente procesabilidad y bajo costo, los cables de PVC se siguen utilizando ampliamente en electrodomésticos, luminarias, equipos mecánicos, instrumentos y medidores, comunicaciones de red, cableado de edificios y otros campos.
2. Alambres y cables de polietileno reticulado
PE reticulado (en adelante denominadoXLPEEs un tipo de polietileno que, bajo ciertas condiciones y bajo la acción de rayos de alta energía o agentes reticulantes, puede transformarse de una estructura molecular lineal a una tridimensional. Al mismo tiempo, se transforma de termoplástico a termoestable insoluble.
En la actualidad, en la aplicación del aislamiento de cables y alambres, existen principalmente tres métodos de reticulación:
A. Reticulación con peróxido: Consiste en utilizar primero resina de polietileno en combinación con agentes reticulantes y antioxidantes adecuados, y luego añadir otros componentes según sea necesario para producir partículas de mezcla de polietileno reticulables. Durante el proceso de extrusión, la reticulación se produce mediante tuberías de reticulación con vapor caliente.
B. Entrecruzamiento con silano (entrecruzamiento con agua caliente): Este también es un método de entrecruzamiento químico. Su mecanismo principal consiste en entrecruzar organosiloxano y polietileno bajo condiciones específicas.
y el grado de reticulación generalmente puede alcanzar alrededor del 60%.
C. Reticulación por irradiación: Este proceso utiliza rayos de alta energía, como rayos gamma, rayos alfa y electrones, para activar los átomos de carbono en las macromoléculas de polietileno y provocar la reticulación. Los rayos de alta energía que se utilizan habitualmente en cables son los electrones generados por aceleradores de electrones. Dado que esta reticulación se basa en energía física, se clasifica como reticulación física.
Los tres métodos de reticulación mencionados anteriormente tienen características y aplicaciones distintas:
En comparación con el polietileno termoplástico (PVC), el aislamiento XLPE presenta las siguientes ventajas:
A. Ha mejorado la resistencia a la deformación por calor, las propiedades mecánicas a altas temperaturas y la resistencia al agrietamiento por tensión ambiental y al envejecimiento térmico.
B. Tiene mayor estabilidad química y resistencia a los disolventes, menor flujo en frío y básicamente mantiene el rendimiento eléctrico original. La temperatura de trabajo a largo plazo puede alcanzar 125 ℃ y 150 ℃. El cable y alambre aislado de polietileno reticulado también mejora la resistencia a cortocircuitos, y su resistencia a la temperatura a corto plazo puede alcanzar 250 ℃, para cables y alambres del mismo espesor, la capacidad de transporte de corriente del polietileno reticulado es mucho mayor.
C. Posee excelentes propiedades mecánicas, impermeables y resistentes a la radiación, por lo que se utiliza ampliamente en diversos campos. Tales como: cables de conexión interna para electrodomésticos, cables de motor, cables de iluminación, cables de control de señales de baja tensión para automóviles, cables para locomotoras, cables para metro, cables de protección ambiental para minas, cables marinos, cables para tendido de centrales nucleares, cables de alta tensión para televisión, cables de alta tensión para rayos X y cables de transmisión de energía, etc.
Los cables y alambres con aislamiento XLPE tienen ventajas significativas, pero también algunas desventajas inherentes que limitan su aplicación:
A. Bajo rendimiento de adhesión a altas temperaturas. Al procesar y utilizar cables a temperaturas superiores a su rango nominal, es fácil que se peguen entre sí. En casos graves, esto puede provocar daños en el aislamiento y cortocircuitos.
B. Baja resistencia a la conducción del calor. A temperaturas superiores a 200 °C, el aislamiento de los cables se vuelve extremadamente blando. Al someterse a fuerzas externas como compresión o colisión, es probable que los cables se corten y provoquen un cortocircuito.
C. Es difícil controlar la diferencia de color entre lotes. Durante el procesamiento, pueden presentarse problemas como rayones, decoloración y desprendimiento de caracteres impresos.
D. El aislamiento XLPE con una resistencia a la temperatura de 150 °C está completamente libre de halógenos y supera la prueba de combustión VW-1 según la norma UL1581, manteniendo excelentes propiedades mecánicas y eléctricas. Sin embargo, aún existen ciertas limitaciones en la tecnología de fabricación y su coste es elevado.
3. Cables y alambres de caucho de silicona
Las moléculas de polímero del caucho de silicona son estructuras en cadena formadas por enlaces Si-O (silicio-oxígeno). La energía del enlace Si-O es de 443,5 kJ/mol, mucho mayor que la del enlace C-C (355 kJ/mol). La mayoría de los cables y alambres de caucho de silicona se fabrican mediante procesos de extrusión en frío y vulcanización a alta temperatura. Entre los diversos cables y alambres de caucho sintético, el caucho de silicona, gracias a su estructura molecular única, ofrece un rendimiento superior en comparación con otros cauchos comunes.
A. Es extremadamente suave, tiene buena elasticidad, es inodoro y no tóxico, tolera altas temperaturas y puede soportar frío intenso. Su rango de temperatura de funcionamiento es de -90 a 300 °C. El caucho de silicona tiene una resistencia al calor mucho mayor que el caucho común. Puede utilizarse de forma continua a 200 °C y durante un tiempo prolongado a 350 °C.
B. Excelente resistencia a la intemperie. Incluso después de una exposición prolongada a los rayos ultravioleta y otras condiciones climáticas, sus propiedades físicas solo han sufrido cambios menores.
C. El caucho de silicona tiene una resistividad muy alta y su resistencia se mantiene estable en un amplio rango de temperaturas y frecuencias.
Por otro lado, el caucho de silicona ofrece una excelente resistencia a las descargas de corona y de arco de alto voltaje. Los cables y alambres aislados con caucho de silicona poseen todas estas ventajas y se utilizan ampliamente en el cableado de dispositivos de alto voltaje para televisores, cables resistentes a altas temperaturas para hornos microondas, cables para cocinas de inducción, cables para cafeteras, cables para lámparas, equipos UV, lámparas halógenas, cables de conexión interna para hornos y ventiladores, especialmente en el sector de los pequeños electrodomésticos.
Sin embargo, algunas de sus propias deficiencias también limitan su aplicación más amplia. Por ejemplo:
A. Baja resistencia al desgarro. Durante su procesamiento o uso, es propenso a sufrir daños por compresión, rayaduras y abrasión, lo que puede provocar un cortocircuito. La medida de protección actual consiste en añadir una capa de fibra de vidrio o fibra de poliéster resistente a altas temperaturas trenzada sobre el aislamiento de silicona. Sin embargo, durante el procesamiento, es fundamental evitar en la medida de lo posible las lesiones causadas por la compresión.
B. El agente vulcanizante que se utiliza actualmente en el moldeo por vulcanización es el doble, dos, cuatro. Este agente vulcanizante contiene cloro. Los agentes vulcanizantes completamente libres de halógenos (como el vulcanizante de platino) tienen requisitos estrictos en cuanto a la temperatura del entorno de producción y son costosos. Por lo tanto, al procesar mazos de cables, se deben tener en cuenta los siguientes puntos: la presión de la rueda de presión no debe ser demasiado alta. Es mejor utilizar material de caucho para evitar la fractura durante el proceso de producción, lo que podría provocar una baja resistencia a la presión.
4. Alambre de caucho de etileno propileno dieno monómero reticulado (EPDM) (XLEPDM)
El caucho de etileno propileno dieno monómero (EPDM) reticulado es un terpolímero de etileno, propileno y un dieno no conjugado, que se reticula mediante métodos químicos o de irradiación. El cable aislado con caucho EPDM reticulado combina las ventajas del cable aislado con poliolefina y del cable aislado con caucho convencional.
A. Suave, flexible, elástico, antiadherente a altas temperaturas, resistente al envejecimiento a largo plazo y resistente a condiciones climáticas adversas (-60 a 125 ℃).
B. Resistencia al ozono, resistencia a los rayos UV, resistencia al aislamiento eléctrico y resistencia a la corrosión química.
C. La resistencia al aceite y a los disolventes es comparable a la del aislamiento de caucho de cloropreno de uso general. Se procesa mediante equipos de extrusión en caliente convencionales y se utiliza reticulación por irradiación, lo que resulta sencillo y económico. Los cables aislados con caucho de etileno propileno dieno monómero (EPDM) reticulado presentan las numerosas ventajas mencionadas anteriormente y se utilizan ampliamente en campos como cables de compresores de refrigeración, cables de motor impermeables, cables de transformadores, cables móviles en minas, perforación, automóviles, dispositivos médicos, barcos y cableado interno general de aparatos eléctricos.
Las principales desventajas de los cables XLEPDM son:
A. Al igual que los cables de XLPE y PVC, tiene una resistencia al desgarro relativamente baja.
B. La escasa adhesión y la autoadhesividad afectan a la procesabilidad posterior.
5. Cables y alambres fluoroplásticos
En comparación con los cables comunes de polietileno y cloruro de polivinilo, los cables de fluoroplástico presentan las siguientes características destacadas:
Los fluoroplásticos resistentes a altas temperaturas poseen una extraordinaria estabilidad térmica, lo que permite que los cables de fluoroplástico se adapten a entornos de alta temperatura, que oscilan entre 150 y 250 grados Celsius. En condiciones de conductores con la misma sección transversal, los cables de fluoroplástico pueden transmitir una corriente admisible mayor, ampliando así considerablemente el rango de aplicación de este tipo de cable aislado. Gracias a esta propiedad única, los cables de fluoroplástico se utilizan frecuentemente para el cableado interno y los conductores en aeronaves, barcos, hornos de alta temperatura y equipos electrónicos.
B. Buena resistencia al fuego: Los fluoroplásticos tienen un alto índice de oxígeno y, al quemarse, su llama se propaga en un área reducida, generando menos humo. El cable fabricado con este material es ideal para herramientas y lugares con estrictos requisitos de resistencia al fuego. Por ejemplo: redes informáticas, metros, vehículos, edificios de gran altura y otros lugares públicos. En caso de incendio, las personas pueden evacuar sin verse afectadas por el denso humo, lo que les permite ganar un valioso tiempo de rescate.
C. Excelente rendimiento eléctrico: En comparación con el polietileno, los fluoroplásticos tienen una constante dieléctrica menor. Por lo tanto, en comparación con los cables coaxiales de estructuras similares, los cables de fluoroplástico presentan menor atenuación y son más adecuados para la transmisión de señales de alta frecuencia. Actualmente, el uso de cables de alta frecuencia se ha convertido en una tendencia. Asimismo, debido a su alta resistencia a la temperatura, los fluoroplásticos se utilizan comúnmente como cableado interno para equipos de transmisión y comunicación, puentes entre alimentadores y transmisores de transmisión inalámbrica, y cables de audio y video. Además, los cables de fluoroplástico poseen una buena rigidez dieléctrica y resistencia de aislamiento, lo que los hace idóneos para su uso como cables de control para instrumentos y medidores importantes.
D. Excelentes propiedades mecánicas y químicas: Los fluoroplásticos poseen una alta energía de enlace químico, gran estabilidad, son prácticamente insensibles a los cambios de temperatura y presentan una excelente resistencia al envejecimiento por intemperie y una gran resistencia mecánica. Además, no se ven afectados por diversos ácidos, álcalis ni disolventes orgánicos. Por lo tanto, son idóneos para entornos con cambios climáticos significativos y condiciones corrosivas, como la industria petroquímica, el refinado de petróleo y el control de instrumentación en pozos petrolíferos.
E. Facilita las conexiones de soldadura. En los instrumentos electrónicos, muchas conexiones se realizan mediante soldadura. Debido al bajo punto de fusión de los plásticos comunes, estos tienden a fundirse fácilmente a altas temperaturas, lo que requiere habilidades de soldadura expertas. Además, algunos puntos de soldadura necesitan un tiempo de soldadura determinado, razón por la cual los cables de fluoroplástico son populares. Esto se aplica, por ejemplo, al cableado interno de equipos de comunicación e instrumentos electrónicos.
Por supuesto, los fluoroplásticos aún presentan algunas desventajas que limitan su uso:
A. El precio de las materias primas es elevado. Actualmente, la producción nacional depende principalmente de las importaciones (Daikin de Japón y DuPont de Estados Unidos). Si bien los fluoroplásticos nacionales se han desarrollado rápidamente en los últimos años, la variedad de productos sigue siendo limitada. En comparación con los materiales importados, aún existe una brecha en cuanto a la estabilidad térmica y otras propiedades integrales.
B. En comparación con otros materiales aislantes, el proceso de producción es más difícil, la eficiencia de producción es baja, los caracteres impresos tienden a desprenderse y la pérdida es grande, lo que hace que el costo de producción sea relativamente alto.
En conclusión, la aplicación de todos los tipos de materiales aislantes mencionados anteriormente, especialmente los materiales aislantes especiales de alta temperatura con una resistencia térmica superior a 105 °C, aún se encuentra en una fase de transición en China. Tanto en la producción de cables como en el procesamiento de mazos de cables, no solo existe un proceso consolidado, sino también un proceso de comprensión racional de las ventajas y desventajas de este tipo de cables.
Hora de publicación: 27 de mayo de 2025