תהליכי כיסוי חוטים וכבלים: מדריך מקיף לטכניקות וטכנולוגיות

חוטים וכבלים, המשמשים כנושאים מרכזיים להעברת חשמל ותקשורת מידע, בעלי ביצועים התלויים ישירות בתהליכי הבידוד והציפוי. עם גיוון דרישות התעשייה המודרנית לביצועי כבלים, ארבעה תהליכים מרכזיים - שיחול, עטיפה אורכית, עטיפה סלילית וציפוי טבילה - מדגימים יתרונות ייחודיים בתרחישים שונים. מאמר זה מתעמק בבחירת החומרים, זרימת התהליך ותרחישי היישום של כל תהליך, ומספק בסיס תיאורטי לתכנון ובחירת כבלים.

1 תהליך שחול

1.1 מערכות חומריות

תהליך האקסטרוזיה משתמש בעיקר בחומרים פולימריים תרמופלסטיים או תרמוסטיים:

① פוליוויניל כלוריד (PVC): עלות נמוכה, עיבוד קל, מתאים לכבלים קונבנציונליים במתח נמוך (למשל, כבלים סטנדרטיים UL 1061), אך בעל עמידות נמוכה בחום (טמפרטורת שימוש לטווח ארוך ≤70°C).
②פוליאתילן צולב (XLPE)באמצעות קישור צולב באמצעות מי חמצן או הקרנה, דירוג הטמפרטורה עולה ל-90 מעלות צלזיוס (תקן IEC 60502), המשמש לכבלי חשמל במתח בינוני וגבוה.
③ פוליאוריטן תרמופלסטי (TPU): עמידות בפני שחיקה עומדת בתקן ISO 4649 Standard Grade A, המשמש לכבלי שרשרת גרירה לרובוטים.
④ פלואורפלסטיקה (למשל, FEP): עמידות בטמפרטורה גבוהה (200°C) ועמידות בפני קורוזיה כימית, עומדת בדרישות MIL-W-22759 של כבלי תעופה וחלל.

1.2 מאפייני התהליך

משתמש במכונת אקסטרודר בורגית להשגת ציפוי רציף:

① בקרת טמפרטורה: XLPE דורש בקרת טמפרטורה תלת-שלבית (אזור הזנה 120°C → אזור דחיסה 150°C → אזור הומוגניזציה 180°C).
② בקרת עובי: האקסצנטריות חייבת להיות ≤5% (כפי שצוין ב-GB/T 2951.11).
③ שיטת קירור: קירור הדרגתי באגן מים כדי למנוע סדקים כתוצאה ממאמץ התגבשות.

1.3 תרחישי יישום

① העברת כוח: כבלים מבודדים XLPE של 35 קילו-וולט ומטה (GB/T 12706).
② רתמות חיווט לרכב: בידוד PVC בעל דופן דקה (עובי 0.13 מ"מ לפי תקן ISO 6722).
③ כבלים מיוחדים: כבלים קואקסיאליים מבודדים PTFE (ASTM D3307).

2 תהליך עטיפת אורך

2.1 בחירת חומרים

① רצועות מתכת: 0.15 מ"מסרט פלדה מגולוון(דרישות GB/T 2952), סרט אלומיניום מצופה פלסטיק (מבנה Al/PET/Al).
② חומרים לחסימת מים: סרט חסימת מים מצופה דבק חם (קצב נפיחות ≥500%).
③ חומרי ריתוך: חוט ריתוך אלומיניום ER5356 לריתוך בקשת ארגון (תקן AWS A5.10).

2.2 טכנולוגיות מפתח

תהליך העטיפה האורכית כולל שלושה שלבים עיקריים:

① עיצוב רצועות: כיפוף רצועות שטוחות לצורת U → צורת O באמצעות גלגול רב-שלבי.
② ריתוך רציף: ריתוך אינדוקציה בתדר גבוה (תדר 400 קילוהרץ, מהירות 20 מטר/דקה).
③ בדיקה מקוונת: בודק ניצוצות (מתח בדיקה 9 קילו וולט/מ"מ).

2.3 יישומים אופייניים

① כבלים תת-ימיים: עטיפת רצועת פלדה דו-שכבתית אורכית (חוזק מכני סטנדרטי IEC 60840 ≥400 ניוטון/מ"מ²).
② כבלי כרייה: מעטפת אלומיניום גלי (חוזק דחיסה MT 818.14 ≥20 MPa).
③ כבלי תקשורת: מגן עוטף אורכי מאלומיניום-פלסטיק מרוכב (אובדן שידור ≤0.1 dB/m @1GHz).

3 תהליך עטיפת סליל

3.1 שילובי חומרים

① סרט נציץ: תכולת מוסקוביט ≥95% (GB/T 5019.6), טמפרטורת עמידות באש 1000°C/90 דקות.
② סרט מוליך למחצה: תכולת פחמן שחור 30%~40% (התנגדות נפחית 10²~10³ Ω·cm).
③ סרטים מרוכבים: סרט פוליאסטר + בד לא ארוג (עובי 0.05 מ"מ ±0.005 מ"מ).

3.2 פרמטרים של תהליך

① זווית עטיפה: 25°～55° (זווית קטנה יותר מספקת עמידות טובה יותר בפני כיפוף).
② יחס חפיפה: 50% ~ 70% (כבלים עמידים באש דורשים חפיפה של 100%).
③ בקרת מתח: 0.5 ~ 2 ניוטון/מ"מ² (בקרת לולאה סגורה של מנוע סרוו).

3.3 יישומים חדשניים

① כבלי חשמל גרעיניים: עטיפת סרט נציץ תלת-שכבתי (עומדת בתקן IEEE 383 לבדיקת LOCA).
② כבלים מוליכי-על: עטיפת סרט חסימה של מים מוליך למחצה (שיעור שימור זרם קריטי ≥98%).
③ כבלים בתדר גבוה: עטיפת סרט PTFE (קבוע דיאלקטרי 2.1 @1MHz).

תהליך ציפוי טבילה 4

4.1 מערכות ציפוי

① ציפויי אספלט: חדירה 60~80 (0.1 מ"מ) ב-25°C (GB/T 4507).
② פוליאוריטן: מערכת דו-רכיבית (NCO∶OH = 1.1∶1), הידבקות ≥3B (ASTM D3359).
③ ננו-ציפויים: שרף אפוקסי מעובד SiO₂ (מבחן ריסוס מלח >1000 שעות).

4.2 שיפורי תהליכים

① הספגה בוואקום: לחץ של 0.08 מגה פסקל נשמר למשך 30 דקות (קצב מילוי נקבוביות >95%).
② ריפוי UV: אורך גל 365 ננומטר, עוצמה 800 mJ/cm².
③ ייבוש בהדרגה: 40°C × 2 שעות → 80°C × 4 שעות → 120°C × שעה אחת.

4.3 יישומים מיוחדים

① מוליכים עיליים: ציפוי נגד קורוזיה שעבר שינוי גרפן (צפיפות משקעי מלח מופחתת ב-70%).
② כבלי ספינות: ציפוי פוליאוריאה בעל יכולת ריפוי עצמית (זמן ריפוי סדקים <24 שעות).
③ כבלים קבורים: ציפוי מוליך למחצה (התנגדות הארקה ≤5 Ω·km).

5 סיכום

עם פיתוח חומרים חדשים וציוד חכם, תהליכי ציפוי מתפתחים לכיוון קומפוזיטיזציה ודיגיטציה. לדוגמה, טכנולוגיית שיחול-עטיפת אורכית משולבת מאפשרת ייצור משולב של קו-שיחול תלת-שכבתי + מעטפת אלומיניום, וכבלי תקשורת 5G משתמשים בבידוד מרוכב מסוג ננו-ציפוי + עטיפת חומרים. חדשנות תהליכית עתידית צריכה למצוא את האיזון האופטימלי בין בקרת עלויות לשיפור ביצועים, תוך הנעת פיתוח איכותי של תעשיית הכבלים.