打造堅固且安全衛生的自動化工程:如何挑選適合的電纜
為了測試電纜耐日光老化性以及對臭氧、氣候的影響,Lapp 的電纜皆在測試環境中模擬乾燥、潮濕、高溫和高達 1000ppm 的臭氧濃度等壓力測試
正確的電纜與連接器能使製程與自動化生產應用事半功倍,前提是要懂得怎麼挑選。選擇適合的電纜本身就是一門學問,尤其在食品、飲料、乳製品和肉類等食品產業。由於現在市面上電纜與連結器種類繁多,有各種材料和組合搭配,總會讓初次接觸者無從下手。本文將會提供一些方向與建議讓使用者去思考挑選符合自己產業所需。
電纜護套或連接器外殼的最佳材料是什麼?這問題只能根據使用者具體情況回答。如何選擇正確的材料與連接方案從來沒有一個簡單的規則能追尋,會根據其應用與環境而改變,每個產業的需求亦可能大相逕庭。舉例來說在食品產業中,在加工或包裝易腐蝕品時首要考量的就是衛生安全。
這時就會需要使用易於清洗的材料,並在用熱蒸汽處理時不失去其功能。在材料上的差異也反映在其他配件如連接器或電纜密封套中。為了找出這些差異如何影響到電纜,我們需要探究最重要的電纜結構,從導體和絕緣體的內部開始,再向外延伸至護套。導體通常由裸銅製成,儘管根據應用和環境影響,鍍錫或鍍銀導體可能是更明智的選擇。鍍錫可以保護銅免於失去光澤抗腐蝕,從而有助於保持其高導電性。鍍銀導體具有相同的優點,通常用於高溫應用中。
絕緣:不僅僅是保護
導體需要電絕緣。在單芯電線中,它充當觸摸保護。在多芯電線中,它可以防止電流從一個導體流到另一導體導致短路。 如果在工業應用中使用不合適的電纜,不僅這些事件會更頻繁地發生,而且後果可能會很嚴重至工廠需停機數小時。且絕緣的作用不僅止於保護,傳輸電纜如Lapp 的 Etherline 中,絕緣層可以確保傳輸品質,減少傳輸過程中的信耗損號。因為在一般傳輸過程中,在信號與塑料相互作用並釋放出能量下,導致塑料略為加熱,信號會因此逐漸衰退直到斷訊。
這裡最重要的考量是塑料的介電常數應該要盡可能的低。 如聚乙烯和聚丙烯就是常被用為低介電常數的塑料。而當塑料被塗於導體上時,利用氮氣讓其狀態發泡能更進一步降低原本的介電常數數值。Lapp 子公司CEAM Cavi Speciali 就是通過類似這種複雜模式生產極高質量的數據電纜。由三台擠壓機同時塗覆三層塗層,其中中間一層為發泡層。這類電纜可以實現長距離的高數據傳輸速率,並且比傳統電纜更細,因為發泡層提供了更好的絕緣性能。
防火:避免鹵素
火災情況是挑選電纜另一個重要考量之一,每個國家皆有其嚴格防火監管規定 (例如歐洲建築產品條例ECPR)。實現良好防火的最簡單方法是將塑料與含有鹵素的物質(通常是溴化物)混合。 這種防火策略非常有效,因為它幾乎不需要添加劑,從而保持了材料的機械性能。
但在火災情況下,鹵素會產生有毒煙霧,並與滅火液混合形成腐蝕性蒸氣。 無鹵阻燃劑(HFFR 塑料)是一種無毒替代品,但因為其填充量須超過60%,對於塑料的機械性能會有顯著的影響。 最新趨勢是使用所謂的協同系統。 將兩種物質結合在一起,比任何一種單獨的材料都能提供更好的阻燃性。
一種可能的組合是無鹵素的三水合鋁和矽烷化合物。當與火源接觸時,三水合鋁會反應生成氧化鋁和水,藉由過程中的吸熱反應從火中吸收能量。而燃燒材料的外殼也形成並充當保護屏障。另個得謹記的事是,阻燃劑為親水性的,這意味著它們具有吸引水的有害特性,在最壞的情況下可能會引發電擊穿。
這通常對不與水接觸的電纜來說不會是個問題。但是在對於一些需要以熱水來清潔衛生的行業,例如食品業來說,塗有具疏水性的矽烷化合物的阻燃劑在這裡更合適。
電纜護套:武裝防禦
由於護套直接暴露於環境影響下,因此與絕緣相比,護套的要求甚至更高。 它必須耐磨損、耐化學藥品、清潔劑、防紫外線、耐高溫等。不幸的是,沒有一種材料可以滿足所有要求。材料必須精確地針對各自的目的進行定制。機械工程部門使用由聚氯乙烯或聚氨酯(PUR)製成的護套。此結合能提供一些最牢固的化學鍵。
然而,當同時生產電纜和組件時,由於護套不容易切割,因此難以加工。 PUR也是易燃且昂貴的。 但是,Ölflex 408P和409P電纜類型將具有 PUR 韌性的外部護套與填充空隙、易於加工的 PVC 功能層結合在一起。
長期曝曬在陽光下的戶外電纜則需要不同的材料組合:護套必須具備紫外線安定劑。 在諸如 Ölflex Solar之類的太陽能電纜中,常將碳煙添加到混合物中以阻擋陽光,因此這些電纜通常為黑色。戶外電纜最佳選擇為交聯電纜,這類電纜經過電子束輻射後,吸收了電子的能量在自身塑膠分子間形成新的鍵聯,轉為網狀結構,強化了整體材質的抗性。這類電纜能夠承受負40到120攝氏度的極端溫度波動以及高機械負載。
在低溫之下交聯材質則會顯得脆弱毫無優勢。這時選擇適合低溫的基礎聚合物就顯得尤為重要。 可能的材料包括POE,線性低密度聚乙烯(LLDPE),某些EVA或熱塑性彈性體(TPE)。 如果應用需要更強的機械性能,則合適的材料包括高密度聚乙烯(HDPE)或聚丙烯(用於增強強度),以及聚烯烴彈性體(用於增強彈性)。
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