กระบวนการหุ้มสายไฟและสายเคเบิล: คู่มือฉบับสมบูรณ์เกี่ยวกับเทคนิคและเทคโนโลยี

สายไฟและสายเคเบิล ซึ่งเป็นตัวนำหลักสำหรับการส่งพลังงานและการสื่อสารข้อมูล มีประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับกระบวนการหุ้มฉนวนและวัสดุหุ้มภายนอกโดยตรง ด้วยความต้องการด้านประสิทธิภาพของสายเคเบิลที่หลากหลายมากขึ้นในอุตสาหกรรมสมัยใหม่ กระบวนการหลักสี่กระบวนการ ได้แก่ การอัดรีด การพันตามแนวยาว การพันแบบเกลียว และการเคลือบแบบจุ่ม ต่างก็มีข้อดีเฉพาะตัวในสถานการณ์ที่แตกต่างกัน บทความนี้จะเจาะลึกถึงการเลือกวัสดุ กระบวนการผลิต และสถานการณ์การใช้งานของแต่ละกระบวนการ เพื่อเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการออกแบบและการเลือกใช้สายเคเบิล

1. กระบวนการอัดรีด

1.1 ระบบวัสดุ

กระบวนการอัดรีดส่วนใหญ่ใช้วัสดุพอลิเมอร์เทอร์โมพลาสติกหรือเทอร์โมเซตติงเป็นหลัก:

① โพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC): ราคาถูก แปรรูปง่าย เหมาะสำหรับสายเคเบิลแรงดันต่ำทั่วไป (เช่น สายเคเบิลมาตรฐาน UL 1061) แต่ทนความร้อนได้ไม่ดี (อุณหภูมิใช้งานระยะยาว ≤70°C)
②โพลีเอทิลีนแบบเชื่อมโยงข้าม (XLPE): ด้วยการเชื่อมโยงข้ามด้วยเปอร์ออกไซด์หรือการฉายรังสี ทำให้ระดับอุณหภูมิเพิ่มขึ้นเป็น 90°C (มาตรฐาน IEC 60502) ซึ่งใช้สำหรับสายไฟแรงดันปานกลางและสูง
③ เทอร์โมพลาสติกโพลียูรีเทน (TPU): มีคุณสมบัติทนต่อการสึกหรอตามมาตรฐาน ISO 4649 เกรด A ใช้สำหรับสายเคเบิลโซ่ลากของหุ่นยนต์
④ พลาสติกฟลูออโร (เช่น FEP): ทนต่ออุณหภูมิสูง (200°C) และทนต่อการกัดกร่อนทางเคมี ตรงตามข้อกำหนด MIL-W-22759 สำหรับสายเคเบิลในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ

1.2 ลักษณะเฉพาะของกระบวนการ

ใช้เครื่องอัดรีดแบบสกรูเพื่อให้ได้การเคลือบอย่างต่อเนื่อง:

① การควบคุมอุณหภูมิ: XLPE ต้องการการควบคุมอุณหภูมิสามขั้นตอน (โซนป้อนวัสดุ 120°C → โซนอัดขึ้นรูป 150°C → โซนทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน 180°C)
② การควบคุมความหนา: ค่าความคลาดเคลื่อนต้องไม่เกิน 5% (ตามที่ระบุไว้ใน GB/T 2951.11)
③ วิธีการระบายความร้อน: การระบายความร้อนแบบไล่ระดับในรางน้ำเพื่อป้องกันการแตกร้าวจากความเค้นในการตกผลึก

1.3 สถานการณ์การใช้งาน

① การส่งกำลังไฟฟ้า: สายเคเบิลหุ้มฉนวน XLPE ขนาด 35 kV และต่ำกว่า (GB/T 12706)
② ชุดสายไฟสำหรับยานยนต์: ฉนวน PVC ผนังบาง (มาตรฐาน ISO 6722 ความหนา 0.13 มม.)
③ สายเคเบิลพิเศษ: สายเคเบิลโคแอกเซียลหุ้มฉนวน PTFE (ASTM D3307)

2. กระบวนการห่อตามแนวยาว

2.1 การเลือกวัสดุ

① แถบโลหะ: 0.15 มม.เทปเหล็กชุบสังกะสี(ข้อกำหนด GB/T 2952) เทปอลูมิเนียมเคลือบพลาสติก (โครงสร้าง Al/PET/Al)
② วัสดุกันน้ำ: เทปกาวกันน้ำเคลือบกาวร้อน (อัตราการบวมตัว ≥500%)
③ วัสดุเชื่อม: ลวดเชื่อมอลูมิเนียม ER5356 สำหรับการเชื่อมด้วยอาร์กอน (มาตรฐาน AWS A5.10)

2.2 เทคโนโลยีหลัก

กระบวนการห่อตามแนวยาวประกอบด้วยขั้นตอนหลักสามขั้นตอน:

① การขึ้นรูปแถบ: การดัดแถบแบนให้เป็นรูปตัว U → รูปตัว O ผ่านกระบวนการรีดหลายขั้นตอน
② การเชื่อมแบบต่อเนื่อง: การเชื่อมแบบเหนี่ยวนำความถี่สูง (ความถี่ 400 kHz, ความเร็ว 20 เมตร/นาที)
③ การตรวจสอบออนไลน์: เครื่องทดสอบประกายไฟ (แรงดันทดสอบ 9 kV/mm)

2.3 การใช้งานทั่วไป

① สายเคเบิลใต้น้ำ: หุ้มด้วยแถบเหล็กสองชั้นตามแนวยาว (มาตรฐาน IEC 60840 ความแข็งแรงเชิงกล ≥400 N/mm²)
② สายเคเบิลสำหรับงานเหมืองแร่: ปลอกหุ้มอะลูมิเนียมลูกฟูก (MT 818.14 ความแข็งแรงในการรับแรงอัด ≥20 MPa)
③ สายเคเบิลสื่อสาร: ฉนวนหุ้มตามแนวยาวทำจากวัสดุผสมอะลูมิเนียม-พลาสติก (การสูญเสียการส่งสัญญาณ ≤0.1 dB/m ที่ 1GHz)

3. กระบวนการพันเกลียว

3.1 การผสมผสานวัสดุ

① เทปไมกา: ปริมาณมัสโคไวต์ ≥95% (GB/T 5019.6), อุณหภูมิทนไฟ 1000°C/90 นาที
② เทปเซมิคอนดักเตอร์: ปริมาณคาร์บอนแบล็ก 30%～40% (ความต้านทานปริมาตร 10²～10³ โอห์ม·ซม.)
③ เทปคอมโพสิต: ฟิล์มโพลีเอสเตอร์ + ผ้าไม่ทอ (ความหนา 0.05 มม. ±0.005 มม.)

3.2 พารามิเตอร์กระบวนการ

① มุมการห่อหุ้ม: 25°～55° (มุมที่เล็กกว่าจะต้านทานการงอได้ดีกว่า)
② อัตราส่วนการซ้อนทับ: 50%～70% (สายเคเบิลทนไฟต้องมีการซ้อนทับ 100%)
③ การควบคุมแรงตึง: 0.5～2 N/mm² (การควบคุมแบบวงปิดของมอเตอร์เซอร์โว)

3.3 การประยุกต์ใช้งานเชิงนวัตกรรม

① สายเคเบิลสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์: หุ้มด้วยเทปไมกา 3 ชั้น (ผ่านการทดสอบ LOCA ตามมาตรฐาน IEEE 383)
② สายเคเบิลตัวนำยิ่งยวด: ห่อหุ้มด้วยเทปป้องกันน้ำแบบกึ่งตัวนำ (อัตราการกักเก็บกระแสวิกฤต ≥98%)
③ สายเคเบิลความถี่สูง: หุ้มด้วยฟิล์ม PTFE (ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก 2.1 ที่ 1MHz)

4. กระบวนการเคลือบแบบจุ่ม

4.1 ระบบการเคลือบผิว

① การเคลือบแอสฟัลต์: ค่าการแทรกซึม 60～80 (0.1 มม.) ที่อุณหภูมิ 25°C (GB/T 4507)
② โพลียูรีเทน: ระบบสององค์ประกอบ (NCO∶OH = 1.1∶1) การยึดเกาะ ≥3B (ASTM D3359)
③ สารเคลือบนาโน: เรซินอีพ็อกซีที่ดัดแปลงด้วย SiO₂ (การทดสอบการพ่นเกลือ >1000 ชั่วโมง)

4.2 การปรับปรุงกระบวนการ

① การอัดฉีดสุญญากาศ: รักษาแรงดัน 0.08 MPa เป็นเวลา 30 นาที (อัตราการเติมรูพรุน >95%)
② การบ่มด้วยรังสียูวี: ความยาวคลื่น 365 นาโนเมตร ความเข้ม 800 มิลลิจูล/ตารางเซนติเมตร
③ การอบแห้งแบบไล่ระดับอุณหภูมิ: 40°C × 2 ชั่วโมง → 80°C × 4 ชั่วโมง → 120°C × 1 ชั่วโมง

4.3 การใช้งานพิเศษ

① ตัวนำไฟฟ้าเหนือศีรษะ: เคลือบสารป้องกันการกัดกร่อนที่ปรับปรุงด้วยกราฟีน (ลดความหนาแน่นของคราบเกลือได้ 70%)
② สายเคเบิลบนเรือ: เคลือบด้วยโพลียูเรียแบบซ่อมแซมตัวเองได้ (เวลาในการซ่อมแซมรอยแตก <24 ชั่วโมง)
③ สายเคเบิลฝังดิน: เคลือบด้วยสารกึ่งตัวนำ (ความต้านทานการต่อลงดิน ≤5 Ω·km)

5. บทสรุป

ด้วยการพัฒนาวัสดุใหม่และอุปกรณ์อัจฉริยะ กระบวนการหุ้มฉนวนจึงกำลังพัฒนาไปสู่การผสมผสานและการใช้ระบบดิจิทัล ตัวอย่างเช่น เทคโนโลยีการอัดรีดร่วมกับการห่อตามแนวยาวช่วยให้สามารถผลิตฉนวนแบบสามชั้นที่ประกอบด้วยการอัดรีดร่วมและการหุ้มด้วยอะลูมิเนียมได้ และสายเคเบิลสื่อสาร 5G ใช้ฉนวนคอมโพสิตที่ประกอบด้วยการเคลือบนาโนและการห่อหุ้ม นวัตกรรมกระบวนการในอนาคตจำเป็นต้องค้นหาสมดุลที่เหมาะสมระหว่างการควบคุมต้นทุนและการเพิ่มประสิทธิภาพ เพื่อขับเคลื่อนการพัฒนาคุณภาพสูงของอุตสาหกรรมสายเคเบิล