절연 재료의 성능은 전선 및 케이블의 품질, 가공 효율 및 적용 범위에 직접적인 영향을 미칩니다. 절연 재료의 성능은 전선 및 케이블의 품질, 가공 효율 및 적용 범위에 직접적인 영향을 미칩니다.
1. PVC(폴리염화비닐) 전선 및 케이블
폴리염화비닐(이하 "폴리염화비닐"이라 함)PVCPVC 절연 재료는 PVC 분말에 안정제, 가소제, 난연제, 윤활제 및 기타 첨가제를 첨가하여 만든 혼합물입니다. 전선 및 케이블의 다양한 용도와 특성 요구 사항에 따라 배합이 조정됩니다. 수십 년간의 생산 및 적용을 통해 PVC의 제조 및 가공 기술은 매우 성숙해졌습니다. PVC 절연 재료는 전선 및 케이블 분야에서 매우 폭넓게 사용되며 다음과 같은 고유한 특성을 가지고 있습니다.
A. 제조 기술이 성숙되어 성형 및 가공이 용이합니다. 다른 종류의 케이블 절연 재료와 비교했을 때, 비용이 저렴할 뿐만 아니라 색상 차이, 광택, 인쇄, 가공 효율, 전선 표면의 연성 및 경도, 도체 접착력, 그리고 전선 자체의 기계적, 물리적 특성 및 전기적 특성을 효과적으로 제어할 수 있습니다.
B. PVC는 난연 성능이 뛰어나므로 PVC 절연 전선은 다양한 기준에서 규정하는 난연 등급을 쉽게 충족할 수 있습니다.
C. 내열성 측면에서, 재료 배합의 최적화 및 개선을 통해 현재 일반적으로 사용되는 PVC 절연재는 주로 다음 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
정격 전압 측면에서 볼 때, 일반적으로 1000V AC 이하의 전압 레벨에서 사용되며, 가전제품, 계측기, 조명, 네트워크 통신 등의 산업 분야에 널리 적용될 수 있습니다.
PVC는 또한 적용 범위를 제한하는 몇 가지 고유한 단점을 가지고 있습니다.
A. 염소 함량이 높아 연소 시 다량의 짙은 연기가 발생하여 질식을 유발하고 시야를 가릴 뿐만 아니라 발암 물질과 염산 가스를 생성하여 환경에 심각한 악영향을 미칩니다. 저연 무할로겐 절연재 제조 기술의 발전으로 PVC 절연재를 점진적으로 대체하는 것은 케이블 개발의 필연적인 추세가 되었습니다.
B. 일반 PVC 절연재는 산, 알칼리, 열유, 유기 용제에 대한 내성이 약합니다. 유사한 물질끼리 녹는다는 화학적 원리에 따라, PVC 전선은 위에서 언급한 환경에서 손상 및 균열이 발생하기 쉽습니다. 그러나 우수한 가공성과 저렴한 가격 덕분에 PVC 케이블은 가전제품, 조명기구, 기계 장비, 계측기, 네트워크 통신, 건축 배선 등 다양한 분야에서 여전히 널리 사용되고 있습니다.
2. 가교 폴리에틸렌 전선 및 케이블
가교결합 폴리에틸렌(이하 "가교결합 폴리에틸렌"이라 함)XLPE폴리에틸렌(PPE)은 고에너지 광선이나 가교제의 작용과 같은 특정 조건에서 선형 분자 구조에서 3차원 구조로 변형될 수 있는 폴리에틸렌의 일종입니다. 동시에 열가소성 수지에서 불용성 열경화성 수지로 변환됩니다.
현재 전선 및 케이블 절연에 사용되는 가교 방법은 크게 세 가지가 있습니다.
A. 과산화물 가교: 이 방법은 먼저 폴리에틸렌 수지에 적절한 가교제 및 산화방지제를 첨가한 후, 필요에 따라 다른 성분을 추가하여 가교 가능한 폴리에틸렌 혼합 입자를 제조하는 것입니다. 압출 공정 중에는 고온 증기 가교관을 통해 가교가 진행됩니다.
B. 실란 가교(온수 가교): 이것 또한 화학적 가교 방법의 일종입니다. 주요 메커니즘은 특정 조건에서 유기실록산과 폴리에틸렌을 가교하는 것입니다.
일반적으로 가교 결합 정도는 약 60%에 도달할 수 있습니다.
C. 방사선 가교: 이 방법은 R선, 알파선, 전자선과 같은 고에너지 광선을 이용하여 폴리에틸렌 고분자 사슬의 탄소 원자를 활성화시켜 가교를 유도합니다. 전선 및 케이블에 일반적으로 사용되는 고에너지 광선은 전자 가속기에서 생성되는 전자선입니다. 이 가교는 물리적 에너지를 이용하기 때문에 물리적 가교에 속합니다.
위의 세 가지 가교 결합 방법은 각각 뚜렷한 특징과 적용 분야를 가지고 있습니다.
열가소성 폴리에틸렌(PVC)과 비교했을 때, XLPE 절연재는 다음과 같은 장점을 가지고 있습니다.
A. 열 변형 저항성이 향상되었고, 고온에서의 기계적 특성이 개선되었으며, 환경 응력 균열 및 열 노화에 대한 저항성이 향상되었습니다.
B. 화학적 안정성과 내용매성이 향상되었고, 저온 유동성이 감소했으며, 기본적으로 원래의 전기적 성능을 유지합니다. 장기 작동 온도는 125℃ 및 150℃에 이를 수 있습니다. 가교 폴리에틸렌 절연 전선 및 케이블은 단락 저항도 향상되었으며, 단기 내열 온도는 250℃에 달합니다. 동일한 두께의 전선 및 케이블에서 가교 폴리에틸렌의 전류 전달 용량은 훨씬 더 큽니다.
C. 우수한 기계적 특성, 방수성 및 방사선 저항성을 지니고 있어 다양한 분야에서 널리 사용됩니다. 예를 들어, 가전제품 내부 연결선, 모터 리드선, 조명 리드선, 자동차용 저전압 신호 제어선, 기관차 전선, 지하철 전선 및 케이블, 광산용 환경 보호 케이블, 해양 케이블, 원자력 발전소 부설 케이블, TV용 고전압 전선, X선 촬영용 고전압 전선, 송전선 및 케이블 등에 사용됩니다.
XLPE 절연 전선 및 케이블은 상당한 장점을 가지고 있지만, 적용 범위를 제한하는 몇 가지 고유한 단점도 있습니다.
A. 내열 접착 성능이 좋지 않습니다. 정격 온도 이상의 온도에서 전선을 가공 및 사용할 경우 전선끼리 쉽게 달라붙을 수 있습니다. 심한 경우 절연 손상 및 단락으로 이어질 수 있습니다.
B. 열전도 저항이 낮음. 200℃를 초과하는 온도에서는 전선의 절연체가 매우 약해집니다. 외부의 압력이나 충돌이 가해지면 전선이 끊어져 단락될 가능성이 높습니다.
C. 배치별 색상 차이를 제어하기 어렵습니다. 가공 과정에서 긁힘, 백화 현상, 인쇄된 글자 벗겨짐 등의 문제가 발생하기 쉽습니다.
D. 내열온도 150℃의 XLPE 절연재는 할로겐 성분이 전혀 없으며, UL1581 기준에 따른 VW-1 연소 시험을 통과할 수 있을 뿐 아니라 우수한 기계적 및 전기적 특성을 유지합니다. 그러나 제조 기술에 있어 여전히 몇 가지 병목 현상이 존재하며 비용이 높습니다.
3. 실리콘 고무 전선 및 케이블
실리콘 고무의 고분자 분자는 SI-O(실리콘-산소) 결합으로 이루어진 사슬 구조입니다. SI-O 결합의 에너지는 443.5kJ/mol로, C-C 결합 에너지(355kJ/mol)보다 훨씬 높습니다. 대부분의 실리콘 고무 전선 및 케이블은 냉간 압출 및 고온 가황 공정을 통해 생산됩니다. 다양한 합성 고무 전선 및 케이블 중에서 실리콘 고무는 고유한 분자 구조 덕분에 다른 일반 고무에 비해 우수한 성능을 나타냅니다.
A. 실리콘 고무는 매우 부드럽고 탄성이 뛰어나며, 무취, 무독성일 뿐만 아니라 고온에도 강하고 극한의 저온에도 견딜 수 있습니다. 작동 온도 범위는 -90℃에서 300℃까지입니다. 또한 일반 고무보다 내열성이 훨씬 우수하여 200℃에서 연속 사용이 가능하고 350℃에서도 일정 시간 동안 사용할 수 있습니다.
B. 탁월한 내후성. 자외선 및 기타 기후 조건에 장기간 노출된 후에도 물리적 특성에 미미한 변화만 나타납니다.
C. 실리콘 고무는 저항률이 매우 높으며, 넓은 온도 및 주파수 범위에서 저항값이 안정적으로 유지됩니다.
한편, 실리콘 고무는 고전압 코로나 방전 및 아크 방전에 대한 저항성이 매우 뛰어납니다. 실리콘 고무 절연 전선 및 케이블은 이러한 여러 장점을 가지고 있어 텔레비전용 고전압 기기 전선, 전자레인지용 고온 내성 전선, 인덕션 쿡탑용 전선, 커피포트용 전선, 램프, UV 장비, 할로겐 램프용 전선, 오븐 및 선풍기 내부 연결선 등, 특히 소형 가전제품 분야에서 널리 사용됩니다.
하지만 몇 가지 단점 때문에 더 폭넓게 적용되는 데에도 제약이 있습니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
A. 인열 저항성이 낮습니다. 가공 또는 사용 중 외부 충격으로 인한 압착, 긁힘, 마모 등으로 손상되기 쉬우며, 이로 인해 단락이 발생할 수 있습니다. 현재 보호 조치로는 실리콘 절연층 외부에 유리 섬유 또는 고온 폴리에스터 섬유를 덧대는 방식을 사용하고 있습니다. 그러나 가공 과정에서 외부 충격으로 인한 손상을 최대한 방지해야 합니다.
B. 현재 가황 성형에 주로 사용되는 가황제는 이중, 이중, 사중 가황제입니다. 이러한 가황제에는 염소가 함유되어 있습니다. 완전 무할로겐 가황제(예: 백금 가황제)는 생산 환경 온도에 대한 요구 사항이 엄격하고 가격이 비쌉니다. 따라서 와이어 하네스를 가공할 때 다음 사항에 유의해야 합니다. 가압 휠의 압력이 너무 높지 않아야 합니다. 생산 공정 중 파손을 방지하기 위해 고무 재질을 사용하는 것이 가장 좋습니다. 파손이 발생하면 내압성이 저하될 수 있습니다.
4. 가교 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM) 고무(XLEPDM) 와이어
가교 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM) 고무는 에틸렌, 프로필렌 및 비공액 디엔의 삼원 공중합체로서, 화학적 또는 방사선 조사 방법을 통해 가교됩니다. 가교 EPDM 고무 절연 전선은 폴리올레핀 절연 전선과 일반 고무 절연 전선의 장점을 모두 갖추고 있습니다.
A. 부드럽고, 유연하며, 탄력 있고, 고온에서도 달라붙지 않으며, 장기간 노화에 강하고, 혹독한 기상 조건(-60~125℃)에도 견딜 수 있습니다.
B. 오존 저항성, 자외선 저항성, 전기 절연 저항성 및 화학 부식 저항성.
C. 내유성 및 내용제성은 일반적인 클로로프렌 고무 절연재와 유사합니다. 일반적인 열 압출 장비로 가공할 수 있고 방사선 가교 공정을 채택하여 가공이 간단하고 비용이 저렴합니다. 가교 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM) 고무 절연 전선은 위와 같은 여러 장점을 가지고 있으며 냉동 압축기 리드선, 방수 모터 리드선, 변압기 리드선, 광산, 시추, 자동차, 의료 기기, 선박 및 일반 가전 제품의 내부 배선과 같은 분야에서 널리 사용됩니다.
XLEPDM 전선의 주요 단점은 다음과 같습니다.
A. XLPE 및 PVC 전선과 마찬가지로 인열 저항성이 비교적 떨어집니다.
B. 접착력 불량 및 자체 접착성은 후속 가공성에 영향을 미칩니다.
5. 불소수지 전선 및 케이블
일반 폴리에틸렌 및 폴리염화비닐 케이블과 비교했을 때, 불소수지 케이블은 다음과 같은 두드러진 특징을 가지고 있습니다.
고온 내성 불소수지는 탁월한 열 안정성을 지니고 있어 섭씨 150도에서 250도에 이르는 고온 환경에서도 사용 가능합니다. 동일한 단면적을 가진 도체에서 불소수지 케이블은 더 큰 허용 전류를 전송할 수 있어 절연 전선의 적용 범위를 크게 확장합니다. 이러한 고유한 특성 덕분에 불소수지 케이블은 항공기, 선박, 고온로, 전자 장비 등의 내부 배선 및 리드선에 널리 사용됩니다.
B. 우수한 난연성: 불소수지는 산소 지수가 높아 연소 시 화염 확산 범위가 좁고 연기 발생량도 적습니다. 따라서 불소수지 전선은 난연성이 요구되는 장비 및 장소에 적합합니다. 예를 들어 컴퓨터 네트워크, 지하철, 차량, 고층 건물 및 기타 공공장소 등에 사용됩니다. 화재 발생 시 사람들이 자욱한 연기에 휩싸이지 않고 대피할 시간을 확보하여 소중한 구조 시간을 벌 수 있습니다.
C. 우수한 전기적 성능: 폴리에틸렌과 비교했을 때, 불소수지는 유전율이 낮습니다. 따라서 유사한 구조의 동축 케이블과 비교하여 불소수지 케이블은 감쇠가 적어 고주파 신호 전송에 더욱 적합합니다. 최근 케이블 사용 빈도가 증가하는 추세입니다. 또한, 불소수지는 내열성이 뛰어나 송수신 장비의 내부 배선, 무선 전송 피더와 송신기 사이의 점퍼 케이블, 비디오 및 오디오 케이블 등에 널리 사용됩니다. 뿐만 아니라, 불소수지 케이블은 우수한 절연 강도와 절연 저항을 가지고 있어 중요 계측기의 제어 케이블로도 적합합니다.
D. 우수한 기계적 및 화학적 특성: 불소수지는 높은 화학 결합 에너지와 안정성을 지니고 있으며, 온도 변화에 거의 영향을 받지 않고, 탁월한 내후성 및 기계적 강도를 자랑합니다. 또한 다양한 산, 알칼리 및 유기 용제에 영향을 받지 않습니다. 따라서 석유화학, 정유, 유정 계측 제어와 같이 기후 변화가 심하고 부식성 환경에 적합합니다.
E. 용접 연결 용이성 전자 기기에서는 많은 연결이 용접으로 이루어집니다. 일반 플라스틱은 녹는점이 낮아 고온에서 쉽게 녹기 때문에 숙련된 용접 기술이 필요합니다. 또한 일부 용접 부위는 일정 시간의 용접이 필요하기 때문에 불소수지 케이블이 널리 사용됩니다. 통신 장비 및 전자 기기의 내부 배선 등이 그 예입니다.
물론 불소수지는 여전히 사용을 제한하는 몇 가지 단점을 가지고 있습니다.
A. 원자재 가격이 높습니다. 현재 국내 생산은 여전히 주로 수입(일본 다이킨, 미국 듀폰)에 의존하고 있습니다. 최근 몇 년 동안 국내 불소수지 산업이 빠르게 발전했지만, 생산 품목은 여전히 단일합니다. 수입 소재와 비교했을 때 열 안정성 및 기타 종합적인 특성에서 여전히 일정 격차가 존재합니다.
B. 다른 절연 재료와 비교했을 때, 생산 공정이 더 어렵고 생산 효율이 낮으며 인쇄된 문자가 떨어지기 쉽고 손실이 커서 생산 비용이 상대적으로 높습니다.
결론적으로, 위에서 언급한 모든 종류의 절연 재료, 특히 105℃ 이상의 내열성을 갖는 고온 특수 절연 재료의 중국 내 적용은 여전히 과도기에 있습니다. 전선 생산이든 전선 하네스 가공이든, 성숙한 공정이 존재하는 것은 물론이고 이러한 종류의 전선의 장단점을 합리적으로 파악하는 공정 또한 필요합니다.
게시 시간: 2025년 5월 27일