전력 전송 및 정보 통신의 핵심 전달체인 전선과 케이블의 성능은 절연 및 외피 코팅 공정에 직접적으로 좌우됩니다. 현대 산업에서 케이블 성능에 대한 요구 사항이 다양해짐에 따라 압출, 세로 감기, 나선형 감기, 침지 코팅의 네 가지 주요 공정은 각기 다른 환경에서 고유한 장점을 보여줍니다. 본 논문에서는 각 공정의 재료 선택, 공정 흐름 및 적용 시나리오를 심층적으로 분석하여 케이블 설계 및 선택을 위한 이론적 기반을 제공합니다.
1. 압출 공정
1.1 재료 시스템
압출 공정은 주로 열가소성 또는 열경화성 고분자 재료를 사용합니다.
① 폴리염화비닐(PVC): 저렴하고 가공이 용이하며 일반적인 저전압 케이블(예: UL 1061 표준 케이블)에 적합하지만 내열성이 떨어집니다(장기간 사용 온도 ≤70°C).
②가교 폴리에틸렌(XLPE)과산화물 또는 방사선 가교를 통해 내열 온도가 90°C(IEC 60502 표준)까지 상승하여 중전압 및 고전압 전력 케이블에 사용됩니다.
③ 열가소성 폴리우레탄(TPU): 내마모성이 ISO 4649 표준 A등급을 충족하며 로봇 드래그 체인 케이블에 사용됩니다.
④ 불소수지(예: FEP): 고온 저항성(200°C) 및 화학적 부식 저항성을 갖추고 있어 항공우주 케이블 MIL-W-22759 요구 사항을 충족합니다.
1.2 공정 특성
스크류 압출기를 사용하여 연속 코팅을 구현합니다.
① 온도 제어: XLPE는 3단계 온도 제어(공급 구역 120°C → 압축 구역 150°C → 균질화 구역 180°C)가 필요합니다.
② 두께 제어: 편심률은 5% 이하여야 합니다(GB/T 2951.11에 명시된 바와 같음).
③ 냉각 방법: 결정화 응력 균열을 방지하기 위해 수조에서 단계적 냉각을 실시합니다.
1.3 적용 시나리오
① 전력 전송: 35kV 이하 XLPE 절연 케이블(GB/T 12706).
② 자동차 배선 하네스: 얇은 벽 PVC 절연(ISO 6722 표준 0.13mm 두께).
③ 특수 케이블: PTFE 절연 동축 케이블(ASTM D3307).
2. 세로 방향 포장 공정
2.1 재료 선택
① 금속 스트립: 0.15 mm아연 도금 강철 테이프(GB/T 2952 요구사항) 플라스틱 코팅 알루미늄 테이프(Al/PET/Al 구조).
② 방수 재질: 열용융 접착제가 코팅된 방수 테이프(팽창률 ≥500%).
③ 용접 재료: 아르곤 아크 용접용 ER5356 알루미늄 용접 와이어(AWS A5.10 표준).
2.2 핵심 기술
세로 방향으로 포장하는 과정은 세 가지 핵심 단계로 구성됩니다.
① 스트립 성형: 평평한 스트립을 여러 단계의 롤링 공정을 통해 U자형 → O자형으로 구부리는 공정입니다.
② 연속 용접: 고주파 유도 용접(주파수 400kHz, 속도 20m/min).
③ 온라인 검사: 스파크 테스터(테스트 전압 9kV/mm).
2.3 일반적인 적용 사례
① 해저 케이블: 이중 강판 세로 감싸기(IEC 60840 표준 기계적 강도 ≥400 N/mm²).
② 광산용 케이블: 골형 알루미늄 외피(MT 818.14 압축 강도 ≥20 MPa).
③ 통신 케이블: 알루미늄-플라스틱 복합재 세로 방향 차폐막(전송 손실 ≤0.1 dB/m @1GHz).
3. 나선형 감기 공정
3.1 재료 조합
① 운모 테이프: 백운모 함량 ≥95%(GB/T 5019.6), 내화 온도 1000°C/90분.
② 반도체 테이프: 카본 블랙 함량 30%~40%(부피 저항 10²~10³ Ω·cm).
③ 복합 테이프: 폴리에스터 필름 + 부직포(두께 0.05mm ±0.005mm).
3.2 공정 매개변수
① 감싸는 각도: 25°~55° (각도가 작을수록 굽힘 저항성이 우수합니다).
② 겹침 비율: 50%~70% (내화 케이블은 100% 겹침 필요).
③ 장력 제어: 0.5~2 N/mm² (서보 모터 폐루프 제어).
3.3 혁신적인 응용 사례
① 원자력 발전 케이블: 3중 마이카 테이프 포장(IEEE 383 표준 LOCA 테스트 통과).
② 초전도 케이블: 반도체 방수 테이프 포장(임계 전류 유지율 ≥98%).
③ 고주파 케이블: PTFE 필름으로 감싸져 있음(유전 상수 2.1 @1MHz).
4. 딥 코팅 공정
4.1 코팅 시스템
① 아스팔트 코팅: 침투도 60~80(0.1mm) @25°C (GB/T 4507).
② 폴리우레탄: 2액형 시스템(NCO:OH = 1.1:1), 접착력 ≥3B(ASTM D3359).
③ 나노 코팅: SiO₂ 변성 에폭시 수지(염수 분무 시험 >1000시간).
4.2 프로세스 개선
① 진공 함침: 0.08 MPa의 압력을 30분 동안 유지 (기공 충진율 >95%).
② UV 경화: 파장 365nm, 강도 800mJ/cm².
③ 온도 구배 건조: 40°C × 2시간 → 80°C × 4시간 → 120°C × 1시간.
4.3 특수 응용 분야
① 가공 전선: 그래핀 개질 부식 방지 코팅(염분 침전 밀도 70% 감소).
② 선박용 케이블: 자가 치유 폴리우레아 코팅(균열 치유 시간 <24시간).
③ 매설 케이블: 반도체 코팅(접지 저항 ≤5 Ω·km).
5. 결론
신소재 및 지능형 장비의 개발과 함께 케이블 피복 공정은 복합화 및 디지털화 방향으로 진화하고 있습니다. 예를 들어, 압출-세로 래핑 결합 기술은 3층 공압출 + 알루미늄 피복의 통합 생산을 가능하게 하며, 5G 통신 케이블은 나노 코팅 + 래핑 복합 절연 기술을 사용합니다. 미래의 공정 혁신은 비용 절감과 성능 향상 사이의 최적의 균형을 찾아야 하며, 이를 통해 케이블 산업의 고품질 발전을 이끌어 나가야 합니다.
게시 시간: 2025년 12월 31일