创新材料在环保电缆制造中的前沿应用与展望

创新材料在环保电缆制造中的前沿应用与展望

甘叶凡

安徽华海特种电缆集团有限公司  安徽芜湖  238339

摘要：随着全球对环境保护意识的日益增强，环保电缆的需求也在持续增长。创新材料在环保电缆制造中发挥着至关重要的作用。本文旨在探讨创新材料在环保电缆制造中的前沿应用，分析其优势和局限性，并对未来发展方向进行展望。

关键词：环保电缆；创新材料；前沿应用；未来发展

引言：

电缆作为现代社会的基础设施，广泛应用于电力传输、通信、能源等多个领域。然而，传统的电缆制造过程中往往伴随着环境污染和资源浪费的问题。因此，研发环保电缆已成为行业发展的必然趋势。创新材料的应用是推动环保电缆发展的关键所在，其不仅有助于降低电缆制造过程中的环境影响，还能提高电缆的性能和可靠性。

一、创新材料在环保电缆制造中的重要性

随着科技的不断进步和环保意识的日益增强，创新材料在环保电缆制造中的重要性日益凸显。环保电缆作为一种绿色、环保的电力传输产品，其制造过程中所使用的材料直接关系到电缆的性能、寿命以及对环境的影响。因此，研究和应用创新材料对于环保电缆的发展具有非常重要的意义。

首先，创新材料可以提高环保电缆的性能和可靠性。传统的电缆材料往往存在导电性能不稳定、耐热性能差等问题，这些问题不仅影响了电缆的使用寿命，还可能对人们的生命财产安全造成威胁。而创新材料通过改进材料的组成、结构和性能，可以显著提高环保电缆的导电性能、耐热性能、耐腐蚀性能等，从而增强电缆的稳定性和可靠性，保障电力传输的安全和稳定。

其次，创新材料有助于降低环保电缆的环境影响。传统的电缆制造过程中往往会产生大量的废弃物和污染物，对环境造成严重的污染。而创新材料则可以通过减少有害物质的使用、提高材料的可回收性等方式，降低电缆制造过程中的环境影响。例如，一些新型环保电缆采用了可降解材料作为绝缘层和护套，这些材料在使用后可以自然降解，不会对环境造成长期污染。

二、环保电缆制造业的现状与挑战

随着全球环境保护意识的日益增强，环保电缆制造业作为绿色产业的重要组成部分，正逐渐受到人们的关注。然而，尽管环保电缆制造业在推动可持续发展方面发挥着重要作用，但其现状仍面临诸多挑战。

首先，让我们深入了解环保电缆制造业的现状。环保电缆制造业致力于生产符合环保标准的电缆产品，以减少对环境的污染和资源的浪费。近年来，随着技术的不断进步和创新，环保电缆制造业取得了显著的发展。越来越多的企业开始采用环保材料和生产工艺，以降低电缆产品的环境影响。同时，政府也出台了一系列支持环保电缆制造业发展的政策，如提供税收优惠、鼓励技术创新等。这些措施为环保电缆制造业的蓬勃发展创造了良好的外部环境。

然而，环保电缆制造业也面临着一些挑战。首先，生产成本相对较高。由于环保电缆产品需要使用高品质的环保材料和生产工艺，因此其制造成本往往比传统电缆产品更高。这在一定程度上限制了环保电缆产品的市场推广和应用。其次，市场需求尚未完全成熟。尽管环保理念在全球范围内得到了广泛的认可，但消费者对于环保电缆产品的认知度和接受度仍然有待提高。因此，市场需求尚未形成足够的规模，限制了环保电缆制造业的发展空间。此外，技术难题和研发成本也是制约环保电缆制造业发展的重要因素。为了生产更环保、高效的电缆产品，企业需要不断投入资金进行技术研发和创新。然而，目前一些关键技术尚未完全攻克，且研发成本较高，这使得企业在技术升级和产品创新方面面临一定的压力。

为了应对这些挑战，环保电缆制造业需要采取一系列措施。首先，企业可以加强与科研机构的合作，共同研发新型环保电缆材料和生产工艺，降低生产成本并提高产品性能。其次，政府可以加大对环保电缆制造业的支持力度，如提供财政补贴、税收优惠等，以鼓励企业加大研发投入和市场推广力度。此外，加强环保电缆产品的宣传和教育，提高消费者对环保电缆产品的认知度和接受度，也是推动环保电缆制造业发展的重要途径。

三、创新材料在环保电缆制造中的具体应用

随着全球对环境保护意识的日益增强，环保电缆的需求也日益增长。为了满足这一需求，创新材料在环保电缆制造中发挥着越来越重要的作用。本文将详细探讨创新材料在环保电缆制造中的具体应用，并阐述其对环保电缆性能提升的重要性。

首先，让我们了解一下环保电缆的基本概念。环保电缆是指在生产、使用和处理过程中，对环境影响较小的电缆产品。为了实现这一目标，创新材料的应用显得尤为重要。

一种重要的创新材料是生物基材料。这些材料来源于可再生资源，如植物、微生物等，具有环保、可降解的特点。在环保电缆制造中，生物基材料可用于替代传统的石油基材料，降低电缆产品的环境影响。例如，利用生物基聚合物制备的绝缘层和护套材料，具有良好的电气性能和环保特性，成为环保电缆制造的重要选择。

除了生物基材料，纳米材料也在环保电缆制造中发挥着重要作用。纳米材料具有优异的物理、化学性能，如高强度、高导电性、高耐热性等，可以显著提高电缆产品的性能。例如，纳米碳管作为一种新型导电材料，可以替代传统的铜导线，降低电缆的重量和成本，同时提高电缆的导电性能。此外，纳米氧化物等纳米材料还可用于提高电缆的耐热性和阻燃性能，增强电缆的安全性和可靠性。

此外，环保电缆制造中还广泛采用低烟无卤阻燃材料。这类材料在燃烧时产生的烟雾和有毒气体较少，对环境和人体健康的影响较小。例如，聚烯烃类低烟无卤阻燃材料具有良好的阻燃性能和电气性能，广泛应用于环保电缆的制造中。

四、创新材料应用对环保电缆性能的提升

随着科技的不断进步和环保意识的日益增强，创新材料在环保电缆领域的应用越来越广泛。这些创新材料不仅有助于提升电缆的性能，还能减少环境污染，为可持续发展做出重要贡献。本文将详细探讨创新材料如何提升环保电缆的性能，并介绍一些前沿的应用案例。

首先，创新材料在环保电缆中的应用主要体现在导体材料、绝缘材料和护套材料等方面。导体材料是电缆传输电能的核心部分，新型导体材料如高纯度铜、铝合金等，具有更高的导电性能和更低的电阻率，有效提高了电缆的传输效率。同时，这些材料还具有更好的耐腐蚀性和抗氧化性，延长了电缆的使用寿命。

绝缘材料是电缆中防止电流泄漏的关键部分。传统的绝缘材料往往含有有害物质，对环境造成污染。而新型绝缘材料如交联聚乙烯、乙烯丙烯橡胶等，具有更高的绝缘性能和环保性，不仅降低了电缆的故障率，还减少了对环境的危害。

护套材料则负责保护电缆免受外界环境的侵蚀。创新护套材料如生物降解塑料、可回收塑料等，具有良好的耐候性、耐磨性和环保性，有效保护了电缆的完整性。这些材料在使用后可以自然降解或被回收再利用，降低了废弃物对环境的负担。

五、电线电缆的制造工艺技术和流程分析

5.1 生产工艺技术分析

由于电缆的需求差异性较大，其生产工艺也千差万别，但是对于比较复杂的高规格电线电缆生产而言，制造工艺的重复性特点也非常明显，电缆生产的主要工艺包含拉制、绞制、包覆。

5.1.1 拉制

拉制工艺是电缆金属原材料经过压力和拉力的作用，是生产制造的第一道工序。根据产品需求进行不同参数的配模，在铜或是铝等的拉制过程中得到产品所需要的横截面积和尺寸。这个过程是利用外界压力或是拉力让金属产生物理形变，得到所需的制品。拉制工艺过程，不仅可以得到所需的精准尺寸的制品，同时使得制品表面光洁。拉制品的长度也可以根据需求进行处理，并保持断面一致。

5.1.2 绞制

绞制工艺的实施是为了增强电线的柔韧性，为后期的电缆敷设安装提供了便利。绞制是由两根或以上的单线以既定的方向和绞距交织的状态，根据产品标准要求可以是顺时针也可以是逆时针，其形式也有差异。绞制工艺主要有导体绞制和线芯成缆等。需注意的是绞制工艺开始处理之前要确保设备质量满足实际需要和相关标准，根据需求产品的特性选择合适的模具和绞合参数。同时选取满足特定质量要求的绞合导电线芯，确保其保持紧密和平直。在保证其外观质量合格的前提下，铜线也要求不能氧化发黑。

5.1.3 包覆

包覆是根据电线电缆应用所需要具有的不同性能要求来进行的工艺处理，利用专业的连续包覆机或连续押出机等相关设备，在导体外围、线芯外围或屏蔽层外围添加不同材料的工艺方法。不同材质所需要应用的包覆工艺也具有显著差异。如橡胶和铅及塑料等材料多数都要采取挤包工艺进行处理，聚酯膜和铝塑复合膜等带状材料要应用纵包工艺，沥青和绝缘漆等材料则主要应用浸涂工艺。纵包铝塑复合带的应用可以有效屏蔽外来电场对电线电缆的干扰，对电线电缆的防潮作用增强也有着积极作用，可以在防护的同时承载短路电流。

5.2 生产流程分析

由于电线电缆的制造工艺是根据电力行业的实际应用状况来确定的。其生产流程和工艺流程比较复杂和多样，但是仍有一些基础性操作的程序是一致的，如拉丝和包覆工艺，对产品的特殊性影响不大，生产工艺的重复性比较高。在基础线缆生产过程中，金属圆杆会在经过特定的模具模孔时，在外力的作用下，被挤压或是拉伸，产生一定程度上的塑形变形，经过多次反复的操作，得到具体尺寸要求的半成品。在实际绞合过程中，需要应用特定的模具，成型绞合之后的导体也会制成特定的形状，这些特殊的形状如扇形或是瓦形，都能达到有效节约电缆材料的目的。在电线电缆的绝缘层或其他附属件生产中，电缆的屏蔽层或是其他绝缘层能够很好地起到屏蔽或是绝缘的作用，降低外界环境对电线电缆电力输送的干扰，降低自身磁场的影响，从而达到防潮的目的，起到防护作用。近年来，随着科技的飞速发展，电线电缆的生产工艺也日新月异，一系列特殊生产设备的应用，实际生产的电缆产品的种类也越来越多。设备应用的差异性也导致生产流程的差异性，产品自身的差异也比较大。这就使得电缆的应用范围和程度更加广泛。利用先进的生产技术和生产设备，在实际生产过程中，能够有效降低人力的消耗，提高资源和能源的综合利用率，降低不良品的数量。特别是现在可以用一台设备就能满足多个工艺的生产，一次成型。与传统的工艺生产流程相比，极大地提高了生产效率，降低了人为因素的影响。随着科技的飞速发展，高精尖技术和设备在制造业得到广泛应用。电线电缆的制造设备能展现出来的功能更加完善，自动化和智能化水平也大幅度提高，从而降低了对人员操作的依赖性。高分子材料的应用大大提高了电线电缆产品的原材料性能，各种类型的环保材料的应用也逐步扩大，大大提高了电线电缆的整体质量和使用寿命。这些新的设备和新型材料的应用，促使新的生产工艺形成，新的生产工艺流程不断的优化和升级，较传统工艺技术流程更加高效、流畅，实现了降低生产制造成本，提高产品质量的目的，为生产企业创造更高的经济效益。在新时期，塑料电线电缆是主要电线电缆类型，基本工艺包括铜铝单丝拉制、单丝退火、导体绞制、绝缘挤出、成缆、内护层、装铠、外护套等。铜铝单丝拉制主要是在常温条件下，依托铜铝材料，在拉丝机上，对应具体模具模孔进行电线电缆强度的提升处理。拉丝是电线电缆制造工艺不可缺少的程序，在拉丝过程中，配模技术是核心工艺。单丝退火是电线电缆加工过程中通过加热处理，使电线电缆达到稳定状态，再利用结晶的方式进行处理，目的是满足电线电缆的电芯的质量标准。在实施单丝退火时要考虑铜丝的氧化因素的影响，避免影响电线电缆质量。导体绞制是为了提高电线电缆的柔软度，利于工程中的安装。在绞制实施时要考虑多根单丝绞合，目的是对绞合形式进行分析，提高绞合质量，绝缘挤出是通过挤包实心型绝缘层，使电线电缆更密实，避免气泡和针孔的存在。成缆是基于多芯电缆而言的，目的是满足电缆的成型要求，其工作机理与导体绞制一致，主要是依托无退钮模式。在具体实施时，要避免异型绝缘线芯的翻身和扭曲问题，同时要避免绝缘层出现划伤的现象。在电缆制造时，依托相应工序进行施工，能保证质量，同时要对成品进行绑扎，目的是防止松散影响加工工序。内护层是避免电线电缆的应用时伤害到内芯而进行保护的装置，依托电线成缆工序同步实施。装铠是对电线电缆的铺设过程中的压力进行、拉力作用进行分析，进而对制造过程中的抗压能力进行分析，以通过结构进行保护。外护层是对电线电缆外部的保护，避免外部环境因素的影响，避免出现腐蚀、燃烧等现象的发生。

总之，在新时期，电线电缆的制造工艺要依托新设备、新技术、新材料进行创新制造，进而使电线电缆的制造更智能、更自动、更集成，在保障电线电缆质量的基础上提高电线电缆的环保和节能功能。在科技不断发展的未来，需要研发更为绿色环保的电线电缆制造材料，并借助更为先进的技术提升企业的电线电缆制造水平，促进电线电缆企业的稳定发展。

5.3包覆

包覆又称挤包，主要作用是对电线电缆绝缘、护层的挤制。挤包是依托专门的电线电缆生产设备，根据不同材料、不同产品型号进行操作。如中压等级的电线电缆，其屏蔽层和绝缘层需要三层共挤设备完成；通信用同轴电缆，其绝缘层需要利用物理发泡进行挤出；氟塑料绝缘高温电缆，在进行挤包时需要300℃以上的温度。纵包工艺主要是对电线电缆的屏蔽层进行处理，如纵包铝塑复合带的作用是防止电场干扰，并防潮防湿。高压电缆的纵包铝带除了起防潮防湿的作用外，还能发挥短路电流的承接功能。绕包是对电缆进行屏蔽保护处理，也用于电缆的绝缘工序处理，主要应用于高端的电线制作过程中。如最常用的光伏电缆，最初始的制造工艺中，挤制绝缘和护套是分开处理的，浪费设备、能源、时间、人力，也影响制造效率和产品的质量。在新时期，利用调整串联挤出设备能实现挤制绝缘与护套的统一流程，依托一次性挤出，从导体挤制开始，一直到最上盘，在一条全新的生产设备上即可完成，能有效节约人力、物力和财力，还能保证产品的质量。

六、结论

综上所述，创新材料应用对环保电缆性能的提升具有显著作用。通过采用新型导体材料、绝缘材料和护套材料，以及引入纳米技术和智能化技术，环保电缆在传输效率、使用寿命、安全性和环保性等方面得到了全面提升。未来随着科技的进步和环保意识的深入人心，我们有理由相信创新材料将在环保电缆领域发挥更大的作用，推动电缆行业的绿色可持续发展。基于低碳、环保等因素，目前许多发达国家已经明令禁止使用PVC 作为线缆原材料。党的十八大以来，在习近平生态文明思想的指引下，我国大力倡导绿色发展理念，推动电线电缆产业朝绿色环保方向发展。近年来，我国在各种大型公共活动场所，如世博会、奥运村等，都禁止使用PVC 等非环保线缆，全部要求采用绿色环保型线缆，而北京、上海等一线城市在铁路、电子、通信、军事、化工、医院等重工业领域及大型活动建筑中，也在致力推行使用环保型线缆。可见，绿色环保线缆已是大势所趋，其取代传统非环保线缆的进程会越来越快。因此，线缆行业必须紧跟时代发展的脚步，早重视、早投入、早研发，积极应用推广绿色工艺技术，加快实施全产业链绿色化改造，从而推动行业转型升级和高质量发展。

参考文献；

[1]邰向群,杨永平.环保型物理防白蚁中压电缆的研制[J].电世界,2023,64(02):14-15.

[2]王湄,黄斯平,林远等.浅析绿色环保概念在电线电缆中的应用[J].质量探索,2022,19(02):91-94.

[3]彭二磊,马壮,苏艳文等.新型环保聚丙烯绝缘中压电力电缆的研究[J].电线电缆,2021,(05):13-16.