Les performances des matériaux isolants influencent directement la qualité, l'efficacité de traitement et le champ d'application des fils et câbles.
1. Fils et câbles en PVC polychlorure de vinyle
Chlorure de polyvinyle (ci-après dénomméPVCLes matériaux isolants sont des mélanges dans lesquels des stabilisants, des plastifiants, des retardateurs de flamme, des lubrifiants et d'autres additifs sont ajoutés à la poudre de PVC. La formule est adaptée aux différentes applications et aux exigences des fils et câbles. Après des décennies de production et d'application, la technologie de fabrication et de transformation du PVC est désormais très mature. Le matériau isolant en PVC a de nombreuses applications dans le domaine des fils et câbles et possède des caractéristiques qui lui sont propres :
A. La technologie de fabrication est mature, facile à former et à usiner. Comparé à d'autres types de matériaux d'isolation de câbles, il est non seulement peu coûteux, mais permet également de contrôler efficacement la différence de couleur, la brillance, l'impression, l'efficacité d'usinage, la souplesse et la dureté de la surface du fil, l'adhérence du conducteur, ainsi que les propriétés mécaniques, physiques et électriques du fil lui-même.
B. Il a d'excellentes performances ignifuges, de sorte que les fils isolés en PVC peuvent facilement répondre aux degrés ignifuges stipulés par diverses normes.
C. En termes de résistance à la température, grâce à l'optimisation et à l'amélioration des formules de matériaux, les types d'isolants en PVC actuellement couramment utilisés comprennent principalement les trois catégories suivantes :
En termes de tension nominale, il est généralement utilisé dans des niveaux de tension évalués à 1000 V CA et moins, et peut être largement appliqué dans des industries telles que les appareils électroménagers, les instruments et les compteurs, l'éclairage et la communication réseau.
Le PVC présente également certains inconvénients inhérents qui limitent son application :
A. En raison de sa forte teneur en chlore, sa combustion dégage une fumée épaisse et abondante, susceptible de provoquer une suffocation, de compromettre la visibilité et de produire des substances cancérigènes et du gaz HCl, causant de graves dommages à l'environnement. Avec le développement des technologies de fabrication de matériaux isolants à faible émission de fumée et sans halogène, le remplacement progressif de l'isolant en PVC est devenu une tendance incontournable dans le développement des câbles.
B. L'isolant en PVC ordinaire présente une faible résistance aux acides, aux alcalis, aux huiles thermiques et aux solvants organiques. Selon le principe chimique « le semblable se dissout », les fils en PVC sont très sensibles aux dommages et aux fissures dans l'environnement spécifique mentionné. Cependant, grâce à leurs excellentes performances de traitement et à leur faible coût, les câbles en PVC restent largement utilisés dans les appareils électroménagers, les luminaires, les équipements mécaniques, les instruments et compteurs, les communications réseau, le câblage des bâtiments et d'autres domaines.
2. Fils et câbles en polyéthylène réticulé
PE réticulé (ci-après dénomméXLPE) est un type de polyéthylène qui, sous l'action de rayons à haute énergie ou d'agents de réticulation, peut passer d'une structure moléculaire linéaire à une structure tridimensionnelle. Parallèlement, il passe d'une forme thermoplastique à une forme thermodurcissable insoluble.
Actuellement, dans l'application de l'isolation des fils et des câbles, il existe principalement trois méthodes de réticulation :
A. Réticulation au peroxyde : elle consiste d'abord à utiliser une résine de polyéthylène en combinaison avec des agents de réticulation et des antioxydants appropriés, puis à ajouter d'autres composants si nécessaire pour produire des particules de mélange de polyéthylène réticulables. Lors du processus d'extrusion, la réticulation s'effectue par l'intermédiaire de tubes de réticulation à vapeur chaude.
B. Réticulation au silane (réticulation à l'eau chaude) : Il s'agit également d'une méthode de réticulation chimique. Son principal mécanisme consiste à réticuler l'organosiloxane et le polyéthylène dans des conditions spécifiques.
et le degré de réticulation peut généralement atteindre environ 60 %.
C. Réticulation par irradiation : elle utilise des rayons de haute énergie tels que les rayons R, les rayons alpha et les rayons électroniques pour activer les atomes de carbone des macromolécules de polyéthylène et provoquer la réticulation. Les rayons de haute énergie couramment utilisés dans les fils et câbles sont des rayons électroniques générés par des accélérateurs d'électrons. Comme cette réticulation repose sur l'énergie physique, elle est qualifiée de réticulation physique.
Les trois méthodes de réticulation différentes ci-dessus ont des caractéristiques et des applications distinctes :
Par rapport au polyéthylène thermoplastique (PVC), l’isolation XLPE présente les avantages suivants :
A. Il a amélioré la résistance à la déformation thermique, amélioré les propriétés mécaniques à haute température et amélioré la résistance à la fissuration sous contrainte environnementale et au vieillissement thermique.
B. Il présente une stabilité chimique et une résistance aux solvants améliorées, un écoulement à froid réduit et maintient pratiquement les performances électriques d'origine. La température de fonctionnement à long terme peut atteindre 125 °C et 150 °C. Les fils et câbles isolés en polyéthylène réticulé améliorent également la résistance aux courts-circuits. Leur résistance à court terme peut atteindre 250 °C. Pour des fils et câbles de même épaisseur, la capacité de transport de courant du polyéthylène réticulé est bien supérieure.
C. Doté d'excellentes propriétés mécaniques, d'étanchéité et de résistance aux radiations, il est largement utilisé dans divers domaines, notamment : fils de connexion internes pour appareils électriques, câbles de moteur, câbles d'éclairage, câbles de commande de signaux basse tension pour automobiles, câbles de locomotives, câbles et câbles pour métros, câbles de protection environnementale pour mines, câbles marins, câbles pour centrales nucléaires, câbles haute tension pour télévision, câbles haute tension pour tirs à rayons X, câbles et câbles de transmission d'énergie, etc.
Les fils et câbles isolés en XLPE présentent des avantages significatifs, mais ils présentent également certains inconvénients inhérents qui limitent leur application :
A. Faible adhérence à la chaleur. Lors du traitement et de l'utilisation de fils au-delà de leur température nominale, ils peuvent facilement adhérer les uns aux autres. Dans les cas les plus graves, cela peut entraîner des dommages à l'isolation et des courts-circuits.
B. Faible résistance à la conduction thermique. À des températures supérieures à 200 °C, l'isolant des fils devient extrêmement mou. Soumis à une force externe (compression ou collision), il est susceptible de provoquer des coupures et des courts-circuits.
C. Il est difficile de contrôler les différences de couleur entre les lots. Des problèmes tels que des rayures, un blanchiment et un décollement des caractères imprimés sont susceptibles de survenir lors du traitement.
D. L'isolant XLPE, d'une résistance thermique de 150 °C, est totalement exempt d'halogène et passe avec succès le test de combustion VW-1 conformément à la norme UL1581, tout en conservant d'excellentes propriétés mécaniques et électriques. Cependant, la technologie de fabrication présente encore des difficultés et son coût est élevé.
3. Fils et câbles en caoutchouc de silicone
Les molécules polymères du caoutchouc de silicone sont des structures en chaîne formées de liaisons SI-O (silicium-oxygène). L'énergie de la liaison SI-O est de 443,5 kJ/MOL, ce qui est bien supérieur à celle de la liaison CC (355 kJ/MOL). La plupart des fils et câbles en caoutchouc de silicone sont produits par extrusion à froid et vulcanisation à haute température. Parmi les fils et câbles en caoutchouc synthétique, grâce à sa structure moléculaire unique, le caoutchouc de silicone offre des performances supérieures à celles des autres caoutchoucs ordinaires.
A. Extrêmement souple, il présente une bonne élasticité, est inodore et non toxique. Il résiste aux températures élevées et aux grands froids. Sa plage de températures de fonctionnement s'étend de -90 à 300 °C. Le caoutchouc de silicone offre une bien meilleure résistance à la chaleur que le caoutchouc ordinaire. Il peut être utilisé en continu à 200 °C et pendant une période prolongée à 350 °C.
B. Excellente résistance aux intempéries. Même après une exposition prolongée aux rayons ultraviolets et à d'autres conditions climatiques, ses propriétés physiques n'ont subi que des modifications mineures.
C. Le caoutchouc de silicone a une résistivité très élevée et sa résistance reste stable sur une large gamme de températures et de fréquences.
Le caoutchouc de silicone présente une excellente résistance aux décharges corona haute tension et aux décharges d'arc. Les fils et câbles isolés au caoutchouc de silicone présentent tous ces avantages et sont largement utilisés dans les câbles d'appareils haute tension pour téléviseurs, les câbles résistants aux hautes températures pour fours à micro-ondes, les câbles pour plaques à induction, les câbles pour cafetières, les câbles pour lampes, les équipements UV, les lampes halogènes, les câbles de connexion interne pour fours et ventilateurs, notamment dans le secteur du petit électroménager.
Cependant, certaines de ses faiblesses limitent également son application à plus grande échelle. Par exemple :
A. Faible résistance à la déchirure. Lors du traitement ou de l'utilisation, il est susceptible d'être endommagé par des forces externes (compression, rayures et meulage), ce qui peut provoquer un court-circuit. La mesure de protection actuelle consiste à ajouter une couche de fibre de verre ou de fibre de polyester haute température tressée à l'extérieur de l'isolant en silicone. Cependant, lors du traitement, il est nécessaire d'éviter autant que possible les blessures causées par des forces externes.
B. L'agent de vulcanisation actuellement principalement utilisé dans le moulage par vulcanisation est le double, deux, quatre. Cet agent contient du chlore. Les agents de vulcanisation entièrement sans halogène (comme la vulcanisation au platine) ont des exigences strictes en matière de température ambiante de production et sont coûteux. Par conséquent, lors du traitement des faisceaux de câbles, il convient de respecter les points suivants : la pression de la roue de pression ne doit pas être trop élevée. Il est préférable d'utiliser du caoutchouc pour éviter les fractures pendant le processus de production, qui pourraient entraîner une faible résistance à la pression.
4. Fil en caoutchouc éthylène-propylène-diène monomère réticulé (EPDM) (XLEPDM)
Le caoutchouc éthylène-propylène-diène monomère réticulé (EPDM) est un terpolymère d'éthylène, de propylène et d'un diène non conjugué, réticulé par voie chimique ou par irradiation. Le fil isolé en caoutchouc EPDM réticulé combine les avantages du fil isolé en polyoléfine et du fil isolé en caoutchouc ordinaire :
A. Doux, flexible, élastique, antiadhésif à haute température, résistance au vieillissement à long terme et résistant aux conditions météorologiques difficiles (-60 à 125℃).
B. Résistance à l'ozone, résistance aux UV, résistance à l'isolation électrique et résistance à la corrosion chimique.
C. Sa résistance à l'huile et aux solvants est comparable à celle des isolants en caoutchouc chloroprène à usage général. Il est fabriqué par extrusion à chaud classique et réticulé par irradiation, ce qui le rend simple et économique. Les fils isolés en caoutchouc éthylène-propylène-diène monomère (EPDM) réticulé présentent les nombreux avantages mentionnés ci-dessus et sont largement utilisés dans des domaines tels que les câbles de compresseurs frigorifiques, les câbles de moteurs étanches, les câbles de transformateurs, les câbles mobiles dans les mines, le forage, l'automobile, les appareils médicaux, les navires et le câblage interne des appareils électriques.
Les principaux inconvénients des fils XLEPDM sont :
A. Comme les fils XLPE et PVC, sa résistance à la déchirure est relativement faible.
B. Une mauvaise adhérence et une mauvaise auto-adhérence affectent la capacité de traitement ultérieure.
5. Fils et câbles en fluoroplastique
Comparés aux câbles courants en polyéthylène et en chlorure de polyvinyle, les câbles en fluoroplastique présentent les caractéristiques importantes suivantes :
A. Les fluoroplastiques résistants aux hautes températures présentent une stabilité thermique exceptionnelle, ce qui leur permet de s'adapter à des environnements à hautes températures allant de 150 à 250 °C. À section égale, les câbles fluoroplastiques peuvent transmettre un courant admissible plus important, élargissant ainsi considérablement le champ d'application de ce type de fil isolé. Grâce à cette propriété unique, les câbles fluoroplastiques sont souvent utilisés pour le câblage interne et les fils conducteurs dans les avions, les navires, les fours à haute température et les équipements électroniques.
B. Bonne ignifugation : Les fluoroplastiques présentent un indice d'oxygène élevé et, lors de leur combustion, une faible propagation des flammes, générant ainsi moins de fumée. Le fil qui en est issu est adapté aux outils et aux lieux soumis à des exigences strictes en matière d'ignifugation. Par exemple : réseaux informatiques, métros, véhicules, immeubles de grande hauteur et autres lieux publics. En cas d'incendie, les personnes peuvent évacuer les lieux sans être assommées par l'épaisse fumée, ce qui permet aux secours de gagner un temps précieux.
C. Excellentes performances électriques : Comparés au polyéthylène, les fluoroplastiques présentent une constante diélectrique plus faible. Par conséquent, comparés aux câbles coaxiaux de structures similaires, les câbles fluoroplastiques présentent une atténuation moindre et sont plus adaptés à la transmission de signaux haute fréquence. De nos jours, l'utilisation croissante des câbles est devenue une tendance. Grâce à leur résistance aux températures élevées, les fluoroplastiques sont couramment utilisés comme câblage interne pour les équipements de transmission et de communication, comme jarretières entre les lignes d'alimentation et les émetteurs sans fil, et comme câbles vidéo et audio. De plus, les câbles fluoroplastiques présentent une bonne rigidité diélectrique et une bonne résistance d'isolement, ce qui les rend idéaux comme câbles de commande pour les instruments et les compteurs importants.
D. Propriétés mécaniques et chimiques parfaites : Les fluoroplastiques présentent une énergie de liaison chimique élevée, une grande stabilité, une grande insensibilité aux variations de température et une excellente résistance mécanique et au vieillissement climatique. Ils sont également insensibles aux acides, alcalis et solvants organiques. Ils sont donc adaptés aux environnements soumis à des variations climatiques importantes et à des conditions corrosives, tels que la pétrochimie, le raffinage du pétrole et le contrôle des instruments de forage.
E. Facilite les connexions par soudage. Dans les instruments électroniques, de nombreuses connexions sont réalisées par soudage. En raison du faible point de fusion des plastiques, ceux-ci ont tendance à fondre facilement à haute température, ce qui nécessite de solides compétences en soudage. De plus, certains points de soudure nécessitent un certain temps de soudage, ce qui explique également la popularité des câbles en fluoroplastique, notamment pour le câblage interne des équipements de communication et des instruments électroniques.
Bien entendu, les fluoroplastiques présentent encore quelques inconvénients qui limitent leur utilisation :
A. Le prix des matières premières est élevé. Actuellement, la production nationale repose encore principalement sur les importations (Daikin au Japon et DuPont aux États-Unis). Malgré le développement rapide des fluoroplastiques nationaux ces dernières années, les variétés produites restent uniques. Par rapport aux matériaux importés, il existe encore un certain écart en termes de stabilité thermique et d'autres propriétés globales des matériaux.
B. Comparé à d'autres matériaux isolants, le processus de production est plus difficile, l'efficacité de la production est faible, les caractères imprimés ont tendance à tomber et la perte est importante, ce qui rend le coût de production relativement élevé.
En conclusion, l'application de tous les types de matériaux isolants mentionnés ci-dessus, notamment les matériaux isolants spéciaux haute température résistant à des températures supérieures à 105 °C, est encore en phase de transition en Chine. Qu'il s'agisse de production de fils ou de traitement de faisceaux de câbles, il existe non seulement un processus mature, mais aussi une compréhension rationnelle des avantages et des inconvénients de ce type de fil.
Date de publication : 27 mai 2025