Développement de câbles d'alimentation résistants à l'usure, à haute résistance et hautement ignifuges

Développement de câbles d'alimentation résistants à l'usure, à haute résistance et hautement ignifuges

Abstrait

Cet article étudie systématiquement les principes de conception, la sélection des matériaux, les processus de fabrication et les méthodes d'évaluation des performances des câbles d'alimentation résistants à l'usure, à haute résistance et hautement ignifuges. En analysant les limites des matériaux de câbles traditionnels et en intégrant les dernières avancées de la science moderne des matériaux polymères, un schéma de conception de câbles innovant basé sur une structure composite multicouche est proposé. Le système utilise un matériau composite à base de polyuréthane comme couche de gaine externe, une couche ignifuge en caoutchouc de silicone comme couche intermédiaire, une couche d'armure tressée en fil d'acier galvanisé comme couche de renforcement, une couche d'isolation XLPE comme couche d'isolation électrique et une couche de blindage composite tressée en feuille d'aluminium et fil de cuivre. Les résultats de la recherche indiquent que le câble conçu surpasse considérablement les produits de câbles traditionnels en termes de résistance à l'usure, de résistance mécanique, d'ignifugation et d'adaptabilité à l'environnement. Grâce à des tests et des vérifications systématiques, le câble répond aux exigences des normes internationales ignifuges les plus élevées telles que CEI 60332-3A et BS 6387 CWZ, tout en présentant d'excellentes propriétés mécaniques et une fiabilité opérationnelle à long terme. Cette étude fournit des fondements théoriques et des références techniques pour la recherche et le développement de câbles électriques hautes performances et revêt une importance significative pour l'amélioration de la sécurité et de la fiabilité des systèmes électriques.

Mots-clés : câbles d'alimentation ; résistance à l'usure; haute résistance; ignifuge; matériaux composites; structure multicouche; normes de test

1. Introduction

1.1 Contexte et importance de la recherche

Avec le développement rapide des systèmes électriques modernes, les exigences de performance des câbles électriques, en tant que vecteurs essentiels du transport de l'énergie électrique, sont de plus en plus exigeantes. Cela est particulièrement évident dans les scénarios d'application dans des environnements complexes et difficiles, tels que l'exploitation minière, l'ingénierie maritime, le transport ferroviaire et l'automatisation industrielle. Ces domaines imposent des exigences extrêmement élevées en matière de résistance à l'usure, de résistance mécanique et d'ignifugation des câbles électriques. Les matériaux de câbles traditionnels, tels que le PVC et le caoutchouc ordinaire, présentent souvent des défauts dans ces environnements extrêmes, notamment une résistance à l'usure insuffisante, une résistance mécanique limitée et des performances ignifuges insatisfaisantes. Ces limitations peuvent entraîner une durée de vie raccourcie des câbles, une augmentation des coûts de maintenance et même des incidents de sécurité potentiels.

Le développement de câbles d'alimentation résistants à l'usure, à haute résistance et hautement ignifuges peut non seulement répondre aux exigences techniques de scénarios d'application spécifiques, mais également améliorer la sécurité et la fiabilité globales des systèmes électriques. Selon les données statistiques, les défaillances de câbles représentent une proportion importante des pannes des systèmes électriques, les pannes causées par des dommages mécaniques et les incendies étant particulièrement importantes. Par conséquent, le développement de câbles d'alimentation offrant d'excellentes performances globales revêt une importance pratique considérable pour assurer la continuité de l'alimentation électrique, réduire les coûts d'exploitation et de maintenance et améliorer la sécurité du système.

Tableau de comparaison des performances des câbles

1.2 État actuel de la recherche au pays et à l’étranger

Ces dernières années, des chercheurs nationaux et internationaux ont mené des recherches approfondies sur les matériaux des câbles et la conception structurelle. À l’échelle mondiale, des pays et régions développés tels que les États-Unis, l’Europe et le Japon ont joué un rôle de premier plan dans la recherche et le développement de technologies de câble avancées. Les normes de classification des produits ignifuges, notamment CMP, CMR et CMG, établies par Underwriters Laboratories (UL), sont devenues des références dans l'industrie. La norme CEN EN 50575 publiée par le Comité européen de normalisation spécifie des exigences claires concernant la tenue au feu des câbles. Le Japon a réalisé des progrès remarquables dans le domaine des câbles supraconducteurs à haute température et des câbles spéciaux.

Au niveau national, conformément à la mise en œuvre de la stratégie « Made in China 2025 », le niveau technologique de l'industrie du câble s'est continuellement amélioré. Dans le domaine des matériaux ignifuges, des composés tels que le trihydroxyde d'aluminium (ATH), l'hydroxyde de magnésium (MH) et les retardateurs de flamme à base de phosphore ont été largement adoptés. Pour les matériaux de renforcement, l'application de fibres hautes performances telles que la fibre aramide, la fibre de verre et la fibre de carbone est de plus en plus répandue. La recherche sur les matériaux isolants, notamment le polyéthylène réticulé (XLPE), le caoutchouc de silicone et le polyuréthane, s'approfondit continuellement.

Cependant, il reste une lacune sur le marché pour les produits de câbles qui présentent simultanément une excellente résistance à l'usure, une résistance mécanique élevée et un caractère ignifuge supérieur. Les produits existants excellent souvent dans un aspect de performance spécifique, mais ne parviennent pas à fournir des propriétés complètes pour répondre aux exigences des environnements d'exploitation extrêmes. Par conséquent, mener des recherches systématiques sur les câbles d’alimentation résistants à l’usure, à haute résistance et hautement ignifuges présente une valeur théorique et pratique significative.

1.3 Objectifs et contenu de la recherche

L'objectif principal de cette recherche est de développer un câble d'alimentation résistant à l'usure, à haute résistance et hautement ignifuge, offrant d'excellentes performances globales. Les contenus spécifiques de la recherche comprennent :

1.Analyser systématiquement les exigences de performance pour chaque couche fonctionnelle du câble et déterminer les indicateurs de performance clés ;

2. Cribler et optimiser les matériaux pour chaque couche fonctionnelle et développer de nouveaux matériaux composites ;

3. Concevoir une structure composite multicouche raisonnable pour obtenir une optimisation synergique des performances ;

4. Optimiser les paramètres du processus de fabrication pour garantir la qualité de fabrication du câble ;

5. Établir un système complet de tests de performances pour évaluer pleinement les performances des câbles ;

6. Analysez la fiabilité à long terme du câble dans différents environnements d'application.

Grâce à la mise en œuvre systématique des contenus de recherche ci-dessus, il est prévu d'obtenir un produit de câble d'alimentation qui atteint un niveau international avancé en termes de résistance à l'usure, de résistance mécanique, d'ignifugation et d'autres aspects, fournissant un support technique pour les applications dans des domaines connexes.

%1. Sélection des matériaux de câble et analyse des performances

2.1 Sélection et modification des matériaux de la gaine extérieure

La gaine extérieure est la structure de protection la plus externe du câble, directement soumise aux actions mécaniques, chimiques et physiques de l'environnement extérieur. Bien que les gaines traditionnelles en PVC soient moins coûteuses, elles souffrent d’une faible résistance à l’abrasion, d’une résistance insuffisante aux intempéries et d’une fragilité à basse température. Cette étude sélectionne le polyuréthane (PU) comme matériau de base pour la gaine extérieure en raison de son excellente résistance à l'abrasion, de sa flexibilité et de sa résistance à la corrosion chimique.

La résistance à l'abrasion est l'un des avantages les plus importants du PU ; sa résistance à l’usure est 8 à 10 fois supérieure à celle du caoutchouc ordinaire et 20 à 30 fois supérieure à celle du PVC. Celui-ci bénéficie principalement de la structure de séparation par microphase des segments durs et mous de la chaîne moléculaire du PU : les segments durs offrent résistance et résistance à l'usure, tandis que les segments souples offrent flexibilité et élasticité. Cependant, le PU pur présente un faible pouvoir ignifuge, ce qui nécessite des modifications pour améliorer son indice ignifuge.

Cette étude utilise une technologie de modification des nanocomposites, incorporant en synergie à la fois du trihydroxyde de nano-aluminium (nano-ATH) et des retardateurs de flamme à base de phosphore dans la matrice PU. Le Nano-ATH, avec sa grande surface spécifique et sa bonne dispersibilité, absorbe une chaleur importante et libère de la vapeur d'eau lors de la combustion, procurant des effets de refroidissement et ignifuges. Les retardateurs de flamme à base de phosphore favorisent la formation d'une couche de charbon pendant la combustion, isolant ainsi l'oxygène et la chaleur. L’effet synergique de ces deux éléments améliore considérablement les performances ignifuges du PU.

Les résultats des tests de performance du matériau composite PU modifié indiquent : la résistance à la traction atteint 25 MPa ; l'allongement à la rupture atteint 300 % ; la résistance à l'abrasion (abrasion Taber) s'améliore de 15 % par rapport au PU pur ; l'indice limite d'oxygène (LOI) augmente de 18 % à 28 %, répondant à la norme ignifuge UL 94 V-0.

2.2 Criblage et optimisation des matériaux ignifuges

La couche ignifuge est un élément structurel essentiel pour la sécurité incendie des câbles. Cette étude sélectionne le caoutchouc de silicone comme matériau de base pour la couche ignifuge en raison de son excellente résistance aux températures élevées, de ses propriétés d'isolation électrique et de ses performances ignifuges. À des températures élevées, le caoutchouc de silicone peut former une couche protectrice stable en dioxyde de silicium, empêchant efficacement la propagation des flammes.

Pour améliorer encore les performances ignifuges du caoutchouc de silicone, cette étude utilise une charge minérale composite Huntite/Hydromagnésite. La huntite (CaMg₃(CO₃)₄) et l'hydromagnésite (Mg₅(CO₃)₄(OH)₂·4H₂O) sont des retardateurs de flamme minéraux naturels qui se décomposent lors du chauffage, libérant du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau, ce qui dilue les gaz combustibles et abaisse la température.

Des recherches expérimentales montrent que lorsque l'addition de Huntite/Hydromagnésite est de 25 phr, le matériau composite de caoutchouc de silicone atteint des performances globales optimales. A ce niveau, la résistance à la traction du matériau est de 5,68 MPa, l'allongement à la rupture est de 147,7 % et l'indice limite d'oxygène atteint 30 %. Lors des tests standard BS 6387, ce matériau réussit les tests C et Z, démontrant d'excellentes performances ignifuges.

Diagramme schématique de la structure du câble

2.3 Conception et application des matériaux de renforcement

La fonction première de la couche de renfort est d'améliorer la résistance mécanique du câble, notamment sa résistance à la traction et à la compression. Cette étude utilise une couche de tresse de fil d'acier galvanisé comme structure de renforcement, offrant les avantages suivants :

1. Haute résistance : la résistance à la traction du fil d'acier peut dépasser 1 000 MPa, ce qui est nettement supérieur à celui des matériaux polymères ordinaires.

2. Bonne flexibilité : la structure tressée permet au câble de conserver certaines propriétés de flexion tout en conservant sa résistance.

3. Résistance à la corrosion : le revêtement de zinc empêche efficacement la corrosion des fils d'acier, prolongeant ainsi la durée de vie ;

4. Effet de blindage électromagnétique : La couche de tressage métallique offre d'excellentes performances de blindage électromagnétique.

Les paramètres de conception de la couche de tressage en fil d'acier comprennent le diamètre du fil, la densité de tressage et l'angle de tressage. Grâce à l'optimisation, cette étude a déterminé les paramètres de tressage optimaux : un diamètre de fil de 0,3 mm, une densité de tressage de 85% et un angle de tressage de 45°. Avec ces paramètres, le câble atteint une résistance à la traction de 50 kN et un rayon de courbure de six fois le diamètre extérieur du câble.

De plus, cette étude a incorporé une bande de renfort en fibre d'aramide dans la couche de renfort pour améliorer encore la résistance aux chocs et aux coupures du câble. La fibre aramide possède d'excellentes propriétés telles qu'une résistance élevée, un module élevé et une résistance aux températures élevées, créant un effet de renforcement complémentaire avec la couche de tressage en fil d'acier.

2.4 Exigences de performance pour les matériaux isolants

La couche isolante est la structure centrale assurant la sécurité électrique du câble. Cette étude sélectionne le polyéthylène réticulé (XLPE) comme matériau isolant en raison de ses excellentes propriétés électriques, de sa résistance à la chaleur et de ses performances mécaniques.

Les exigences de performance pour XLPE comprennent principalement :

1. Propriétés électriques : résistivité volumique ≥ 1×10⊃1;⁴ Ω·cm, rigidité diélectrique ≥ 30 kV/mm, constante diélectrique ≤ 2,3 ;

2. Propriétés thermiques : température de fonctionnement à long terme 90 °C, température de surcharge à court terme 130 °C, température de court-circuit 250 °C ;

3. Propriétés mécaniques : Résistance à la traction ≥ 15 MPa, allongement à la rupture ≥ 300 % ;

4. Résistance environnementale : excellente résistance à l’eau, bonne résistance à la corrosion chimique.

Pour améliorer encore les performances du XLPE, cette étude a adopté les techniques de modification suivantes :

1. Nanomodification : ajout de nano-silice pour améliorer la résistance à l'eau et la résistance mécanique du matériau ;

2. Optimisation du système antioxydant : adoption d'un système antioxydant composite pour améliorer la stabilité thermique du matériau et la fiabilité de service à long terme ;

3. Optimisation du processus de réticulation : utilisation d'un processus de réticulation au silane pour contrôler le degré et l'uniformité de la réticulation.

Les résultats des tests de performance du matériau XLPE modifié indiquent : la résistivité volumique atteint 6,5×10⊃1;⁴ Ω·cm, la rigidité diélectrique atteint 35 kV/mm, la résistance à la traction atteint 18 MPa, l'allongement à la rupture atteint 350 % et la température de fonctionnement à long terme est augmentée à 105°C.

3. Processus de conception et de fabrication de la structure du câble

3.1 Principes de conception d'une structure composite multicouche

Le câble d'alimentation résistant à l'usure, à haute résistance et hautement ignifuge conçu dans cette étude utilise une structure composite multicouche, où chaque couche fonctionnelle fonctionne en synergie pour obtenir des performances globales optimales. La structure globale du câble, de l'extérieur vers l'intérieur, est la suivante :

1. Couche de gaine extérieure : épaisseur 2,0 mm, matériau composite à base de polyuréthane, offrant une excellente résistance à l'usure, aux intempéries et à la corrosion chimique ;

2. Couche ignifuge : épaisseur 1,5 mm, matériau composite caoutchouc de silicone/Huntite, offrant des performances ignifuges supérieures et une résistance aux températures élevées ;

3. Couche d'armure : épaisseur 1,0 mm, couche de tressage en fil d'acier galvanisé, offrant une résistance mécanique et une résistance aux chocs élevées.；

4. Couche de gaine intérieure : épaisseur 1,0 mm, matériau isolant XLPE, offrant d'excellentes performances d'isolation électrique ;

5. Couche de bouclier : épaisseur 0,5 mm, emballage en feuille d'aluminium + structure composite tressée en fil de cuivre, offrant un blindage électromagnétique et des performances anti-interférences ;

6. Conducteur : Conducteur en cuivre multibrin, dont la section transversale est déterminée en fonction des exigences de l'application ;

7. Matériau de remplissage : Remplissage de fibres ignifuges, assurant la rondeur et la stabilité de la structure du câble.

La conception de l'épaisseur de chaque couche fonctionnelle est basée sur l'analyse mécanique et les exigences de performances. La couche de gaine externe nécessite une épaisseur suffisante pour résister à l'abrasion externe et aux impacts mécaniques ; la couche ignifuge nécessite une épaisseur appropriée pour assurer une protection incendie efficace ; l'épaisseur de la couche d'armure est déterminée en fonction des exigences de résistance à la traction du câble ; et l'épaisseur de la couche isolante est déterminée en fonction de la tension de fonctionnement et des exigences de sécurité électrique.

Le principe de conception de la structure composite multicouche est basé sur la séparation fonctionnelle et l'amélioration synergique . Chaque couche fonctionnelle se concentre sur des exigences de performances spécifiques. Grâce à une conception d'interface rationnelle et à la sélection des matériaux, une amélioration synergique des performances est obtenue. Par exemple, une forte liaison interfaciale est formée entre la couche de gaine externe et la couche ignifuge grâce à une liaison chimique et un verrouillage physique , garantissant qu'aucun délaminage ne se produit sous contrainte mécanique.

3.2 Conception et optimisation des conducteurs

Le conducteur est l’élément central du câble pour transmettre l’énergie électrique. Cette étude utilise du cuivre sans oxygène de haute pureté comme matériau conducteur, atteignant une conductivité de 101 % IACS (International Annealed Copper Standard) et une résistivité aussi faible que 1,7241×10⁻⁸ Ω·m..

La conception structurelle du conducteur adopte une méthode de toronnage multibrins , offrant les avantages suivants :

1. Excellente flexibilité : le toronnage de plusieurs fils fins confère au câble de bonnes performances de flexion, ce qui le rend adapté à une installation dans des environnements complexes ;

2. Haute fiabilité : même si des fils individuels se cassent, les performances conductrices globales du câble ne sont pas affectées.

Les paramètres de toronnage du conducteur comprennent le diamètre du fil unique, le pas de toronnage et la direction de toronnage. Grâce à l'optimisation, cette étude a déterminé les paramètres de toronnage optimaux : un diamètre de fil unique de 0,3 mm , un pas de toronnage de 12 fois le diamètre du conducteur et la direction de toronnage la plus externe réglée à gauche (direction Z)..

Pour les conducteurs de grande section, cette étude utilise la technologie de moulage par compression , pressant les conducteurs ronds dans des profils en forme d'éventail ou de tuile. Cela réduit le diamètre extérieur global du câble et améliore l'utilisation de l'espace. Le moulage par compression permet également de minimiser les bavures et les saillies sur la surface du conducteur, améliorant ainsi l'uniformité de la couche isolante.

La section transversale du conducteur est déterminée en fonction des exigences de capacité de transport de courant du câble . Cette étude a développé une série de produits avec des surfaces transversales allant de 1,5 mm² à 240 mm² , répondant aux besoins de divers scénarios d'application.

3.3 Flux du processus de fabrication

Le processus de fabrication de câbles d'alimentation résistants à l'usure, à haute résistance et hautement ignifuges est complexe et nécessite un contrôle précis des paramètres à chaque étape. Le flux de processus principal comprend :

1. Fabrication de conducteurs :

○ Tréfilage de tiges de cuivre : tréfilage d'une tige de cuivre de 8 mm de diamètre à travers une machine à tréfiler pour produire des fils uniques du diamètre requis.；

○ Recuit monofilaire : effectuer un recuit sous atmosphère protectrice pour éliminer l'écrouissage et améliorer la flexibilité.

○ Toronnage de conducteur : toronnage de plusieurs fils simples selon les paramètres de conception pour former l'âme du conducteur.。

1. Extrusion d'isolation : ：

○ Prétraitement du matériau : séchage des granulés XLPE pour éliminer l'humidité.

○ Moulage par extrusion : revêtement uniforme de la surface du conducteur avec un matériau XLPE à travers une extrudeuse.

○ Traitement de réticulation : Utilisation d'un processus de réticulation au silane pour effectuer la réaction de réticulation dans un environnement de vapeur.

○ Refroidissement et mise en forme : Refroidissement via une auge de refroidissement par eau pour définir la forme de la couche isolante.

2. Fabrication de la couche de protection :

○ Emballage en papier d'aluminium : Enveloppement en spirale d'un ruban de papier d'aluminium sur la surface de la couche isolante.

○ Tresse de fil de cuivre : Tressage d'une couche de blindage en fil de cuivre sur la couche de feuille d'aluminium.

○ Traitement de soudage : Soudage des extrémités de la couche tressée pour assurer la continuité électrique.

3. Processus de formation de câbles :

○ Toronnage de noyau : toronnage de plusieurs noyaux isolés selon la structure conçue.

○ Traitement de remplissage :  Remplir les interstices de la structure toronnée avec un matériau fibreux ignifuge.

○ Protection d'emballage : Utilisation d'un ruban en tissu non tissé pour la protection d'emballage afin d'éviter les dommages.

4. Fabrication de couches d'armure : ：

○ Tresse de fil d'acier : Utilisation d'une machine à tresser à grande vitesse pour tresser du fil d'acier galvanisé.

○ Contrôle de la tension : Contrôler avec précision la tension du tressage pour garantir la qualité du tressage.

○ Traitement d'extrémité : Sécurisation des extrémités de la couche tressée.

5. Extrusion de couche ignifuge :

○ Mélange de matériaux : Mélanger soigneusement le matériau de base en caoutchouc de silicone avec le mastic Huntite.

○ Revêtement par extrusion : revêtement de la couche de carapace avec le matériau ignifuge à l'aide d'une extrudeuse.；

○ Traitement de vulcanisation : Réalisation de la réaction de vulcanisation à haute température pour former une structure réticulée.。

6. Extrusion de la gaine extérieure :

○ Préparation du matériau : Fusion du matériau composite polyuréthane modifié.

○ Moulage par extrusion : Extrusion et revêtement du matériau de la gaine extérieure à l'aide d'une extrudeuse.

○ Refroidissement et façonnage : Refroidissement et façonnage à l'aide d'un système de refroidissement à plusieurs étages.

○ Traitement de surface : Réalisation de lissage de surface et impression de marquages ​​d'identification.

L'ensemble du processus de fabrication nécessite un contrôle strict de paramètres tels que la température, la pression et la vitesse pour garantir la qualité de chaque couche fonctionnelle et la résistance des liaisons interfaciales. Les processus clés utilisent une technologie de détection en ligne pour surveiller en temps réel la qualité des produits.

3.4 Contrôle des paramètres clés du processus

Les paramètres clés du processus de fabrication des câbles influencent directement les performances finales du produit. Grâce à une optimisation expérimentale, cette étude a déterminé les paramètres critiques suivants du processus :

1. Contrôle de la température d'extrusion : ：

○ Extrusion d'isolation XLPE : Température du fût 110-130°C, température de la tête 120-140°C, température de la filière 130-150°C ;

○ Extrusion de couche ignifuge en caoutchouc de silicone : température du canon 70-90°C, température de la tête 80-100°C, température de la filière 90-110°C ;

○ Extrusion de gaine extérieure en polyuréthane : Température du fût 180-200°C, température de la tête 190-210°C, température de la filière 200-220°C.

1. Contrôle du processus de réticulation :

○ Réticulation silane : Température de réticulation 85-95°C, temps de réticulation 4-6 heures, pression de vapeur 0,3-0,5 MPa ;

○ Vulcanisation du caoutchouc silicone : Température de vulcanisation 160-180°C, temps de vulcanisation 10-15 minutes.

2. Contrôle de tension : ：

○ Tension de toronnage du conducteur : Tension d'un seul fil contrôlée à 10-15 % de la résistance à la rupture ;

○ Tension de tressage : Tension de tressage du fil d'acier contrôlée à 20-25% de la résistance à la rupture ;

○ Tension de tension : La tension de tension est maintenue uniforme pour éviter la déformation du câble.

3. Contrôle du refroidissement :

○ Refroidissement de la couche d'isolation : adoption d'un refroidissement par étapes : température de l'eau du premier étage 60-70°C, deuxième étage 40-50°C, troisième étage 20-30°C ;

○ Refroidissement de la gaine externe : Utilisation d'une combinaison de refroidissement par air + refroidissement par eau pour assurer un refroidissement uniforme.

4. Traitement des interfaces :

○ Traitement de surface : réalisation d'un traitement plasma ou d'un traitement chimique sur la surface de chaque couche fonctionnelle pour améliorer la force de liaison interfaciale ;

○ Sélection d'adhésifs : sélection d'adhésifs ayant une bonne compatibilité avec les matériaux du substrat pour garantir une forte liaison interfaciale. En contrôlant avec précision ces paramètres de processus clés, la stabilité de la qualité de chaque couche fonctionnelle du câble peut être assurée, la liaison interfaciale peut être rendue fiable et le produit final peut atteindre d'excellentes performances.

4. Tests de performance et méthodes d'évaluation

4.1 Normes d'essai d'ignifugation

L’ignifugation est un indicateur de sécurité essentiel pour les câbles électriques. Cette étude a établi un système complet de tests d'ignifugation basé sur les normes internationales, comprenant principalement les éléments de test suivants :

5. Test de flamme verticale à fil unique (CEI 60332-1) :

○ Méthode de test : Un échantillon de câble de 1,5 mètre de long est suspendu verticalement et une flamme spécifiée (puissance de 1 kW) est appliquée à l'extrémité inférieure pendant 60 secondes.

○ Norme de qualification : une fois la flamme éteinte, la longueur carbonisée ne dépasse pas 2,5 mètres et la flamme ne se propage pas à l'extrémité supérieure de l'échantillon.

6. Test de flamme verticale pour les câbles groupés (CEI 60332-3) :

○ Méthode de test : plusieurs câbles sont regroupés et installés sur un support à échelle verticale, soumis à une flamme spécifiée (puissance de 20,5 kW) pendant 40 minutes.

○ Norme de classification : sur la base de la hauteur de propagation de la flamme et de la longueur carbonisée, elle est classée en quatre classes (A, B, C, D), la classe A étant la plus stricte.

Cible de cette étude :

4.1 Normes d'essai d'ignifugation (suite)

7. Test de résistance au feu (CEI 60331) :

○ Méthode de test : Le câble est soumis à une flamme à 750°C pendant 3 heures tandis que sa tension nominale est appliquée.

○ Norme de qualification : le câble maintient la continuité électrique et sa résistance d'isolement ne tombe pas en dessous de la valeur spécifiée.

○ Exigence particulière : après le test, le câble doit être capable de résister à l'impact mécanique spécifié.

8. Test incendie complet (BS 6387) :

○ Test C : Exposition à une flamme à 950°C pendant 3 heures pour évaluer la résistance au feu du câble sous flammes à haute température ;

○ Test W : exposition à une flamme à 650°C pendant 15 minutes suivie de 30 minutes de pulvérisation d'eau pour simuler les performances dans des conditions de gicleurs d'incendie ;

○ Test Z : Exposition à une flamme à 950°C pendant 15 minutes tout en appliquant un impact mécanique pour évaluer les performances du câble lorsqu'il est soumis à un impact lors d'un incendie ;

○ Note la plus élevée : CWZ , indiquant que le câble peut réussir simultanément les tests C, W et Z.

9. Tests standards américains UL :

○ UL 910 (CMP Rating) : Pour les câbles utilisés dans les plénums, exigeant l'indice de retardateur de flamme le plus élevé ;

○ UL 1666 (Classement CMR) : Pour les câbles montants verticaux entre les étages ;

○ UL 1581 (Classement CM/CMG) : Pour câbles à usage général ;

○ UL 1581 VW-1 : Un test de flamme verticale avec des exigences strictes.

10. Test standard européen (EN 50575) :

○ Classe B1 : indice de protection incendie le plus élevé, adapté aux emplacements présentant des exigences de sécurité incendie extrêmement élevées ;

○ Classe B2 : Indice de protection incendie élevé, adapté aux bâtiments importants ;

○ Classe C : Indice de protection incendie moyen, adapté aux bâtiments généraux ;

○ Classe D : Classement de protection incendie de base.

Tableau de comparaison des normes de test des câbles

4.2Méthodes de test de performances mécaniques

Les performances mécaniques sont un indicateur crucial pour évaluer la durabilité et la fiabilité des câbles. Cette étude a établi un système complet de tests de performances mécaniques :

11. Essai de résistance à la traction :

○ Norme de test : GB/T 2951.11 / CEI 60811-1-1 ;

○ Méthode d'essai : L'échantillon de câble est serré dans une machine d'essai de traction et étiré à une vitesse spécifiée jusqu'à rupture ;

○ Paramètres de test : Vitesse de traction 50 mm/min, température de test 23±2°C ;

○ Métriques d'évaluation : Force de traction maximale, résistance à la traction, allongement à la rupture.

12. Test de performances en flexion :

○ Test de flexion répété : le câble est plié à plusieurs reprises autour d'un cylindre d'un diamètre spécifié et le nombre de courbures avant rupture est enregistré ;

○ Test de flexion unidirectionnelle : évalue la capacité du câble à maintenir ses performances dans un état plié fixe ;

○ Test du rayon de courbure minimum : Détermine le plus petit rayon auquel le câble peut être plié en toute sécurité.

13. Test de résistance à l’usure :

○ Test d'abrasion Taber : Utilisation d'un abraseur linéaire Taber 5750 pour évaluer la résistance à l'usure de la surface du câble ;

○ Test d'abrasion par grattage : Conforme à la norme ISO 6722, simulant les conditions d'usure des câbles dans les véhicules;

○ Test de grattage des câbles : Conforme à la norme IEC 60794-1-2, évaluant la résistance à l'usure de la couche de protection du câble.

14. Test de performance aux impacts :

○ Test d'impact de chute de poids : évalue la capacité du câble à résister aux dommages sous une charge d'impact ;；

○ Test d'impact pendulaire : Mesure la résistance aux chocs du câble.

15. Test de performances de compression :

○ Test de compression sur plaque plate : évalue la capacité de déformation et de récupération du câble sous pression ;

○ Test de flexion trois points : Mesure la rigidité et la résistance en flexion du câble.

4.3 Exigences en matière d'essais de performances électriques

La performance électrique est l’exigence fonctionnelle fondamentale des câbles d’alimentation. Cette étude a établi un système rigoureux de tests de performances électriques :

16. Test de résistance du conducteur :

○ Norme de test : GB/T 3048.4 / CEI 60228 ;

○ Méthode de test : Mesure de la résistance CC du conducteur à l'aide d'un double pont ou d'un micro-ohmmètre ;

○ Critère d'acceptation : La résistance du conducteur à 20°C ne dépasse pas la valeur spécifiée.

16. Test de résistance d’isolation :

○ Norme de test : GB/T 3048.5 / CEI 60229 ;

○ Méthode de test : application d'une tension continue de 500 V pour mesurer la résistance d'isolation ;

○ Critère d'acceptation : La résistance d'isolement n'est pas inférieure à la valeur spécifiée (généralement ≥ 100 MΩ·km).

17. Test de tension de tenue :

○ Test de tension de tenue à fréquence industrielle : application d'une tension à fréquence industrielle spécifiée (par exemple, 3,5U₀) pendant 5 minutes sans panne ;

○ Test de tension de tenue CC : application d'une tension CC spécifiée pendant 15 minutes, avec un courant de fuite stable ne dépassant pas la valeur spécifiée.

18. Test de décharge partielle :

○ Norme de test : GB/T 3048.12 / CEI 60270 ;

○ Méthode de test : mesure de l'amplitude de la décharge partielle à une tension de 1,73U₀ ;

○ Critère d'acceptation : L'ampleur de la décharge partielle ne dépasse pas 5 pC.

19. Test de capacité et de perte diélectrique :

○ Méthode de test : mesure de la capacité de travail du câble et de la tangente de perte diélectrique ;

○ Métriques d'évaluation : la valeur de capacité répond aux exigences de conception, la valeur tangente de perte diélectrique est faible.

4.4 Tests d'adéquation environnementale

Les câbles sont confrontés à diverses conditions environnementales complexes dans la pratique. Cette étude a établi un système complet de tests d’adéquation environnementale :

20. Test de vieillissement thermique :

○ Norme de test : GB/T 2951.12 / CEI 60811-1-2 ;

○ Méthode de test : les échantillons de câbles sont placés dans un four à une température spécifiée (par exemple 200°C) pendant une durée définie (par exemple 168 heures) ;

○ Paramètres d'évaluation : taux de changement des propriétés mécaniques et électriques avant et après les tests.

21. Test de résistance à l’huile :

○ Méthode de test : des échantillons de câbles sont immergés dans de l'huile à une température spécifiée (par exemple 70°C) pendant une durée définie (par exemple 24 heures) ;

○ Métriques d'évaluation : modifications du poids, des propriétés mécaniques et des propriétés électriques avant et après les tests.

22. Test de résistance à la corrosion chimique :

○ Méthode de test : des échantillons de câbles sont immergés dans des solutions chimiques telles que des acides et des alcalis pour évaluer leur résistance à la corrosion ;

○ Métriques d'évaluation : modifications de l'apparence, des propriétés mécaniques et des propriétés électriques.

23. Test de résistance à la chaleur humide : ：

○ Méthode de test : les échantillons de câbles sont placés dans un environnement à haute température et à forte humidité (par exemple, 40 °C, 95 % d'humidité relative) pendant une durée spécifiée ;

○ Paramètres d'évaluation : changements dans la résistance et l'apparence de l'isolation.

24. Test de résistance aux ultraviolets (UV) :

○ Norme de test : GB/T 16422.3 ;

○ Méthode de test : les échantillons de câbles sont placés dans une chambre de vieillissement UV et irradiés pendant une durée spécifiée (par exemple 1 000 heures) ;

○ Métriques d'évaluation : changement de couleur, fissuration de surface, modifications des propriétés mécaniques.

25. Test de performance à basse température :

○ Méthode de test : les échantillons de câbles sont placés dans un environnement à basse température (par exemple, -40 °C) et soumis à des tests de flexion, d'impact et autres ;

○ Paramètres d'évaluation : flexibilité et résistance aux chocs à basses températures.

5. Résultats expérimentaux et analyse

5.1 Résultats des tests de performance des matériaux

Grâce à des tests systématiques des matériaux pour chaque couche fonctionnelle, des données de performances détaillées ont été obtenues :

Matériau de la gaine extérieure (polyuréthane modifié) :

● Résistance à la traction : 25,3 ± 1,2 MPa

● Allongement à la rupture : 305 ± 15 %

● Dureté Shore : 85 ± 2 A

● Abrasion Taber (meule CS-10, 1 000 g, 1 000 cycles) : 35 ± 3 mg

● Indice limite d'oxygène (LOI) : 28,5 ± 0,5 %

● Classement UL 94 : V-0

● Plage de températures de fonctionnement : -40°C à +110°C

Matériau de la couche ignifuge (caoutchouc de silicone/composite Huntite) :

● Résistance à la traction : 5,68 ± 0,25 MPa

● Allongement à la rupture : 147,7 ± 8,5 %

● Indice limite d'oxygène (LOI) : 30,2 ± 0,8 %

● Température de décomposition thermique (TGA, 5 % de perte de poids) : 325 ± 10°C

● Densité de fumée (chambre à fumée NBS) : 75 ± 5

● Indice de toxicité (CIT) : 2,5 ± 0,3

Matériau isolant (XLPE modifié) :

● Résistivité volumique : 6,5×10⊃1;⁴ ± 0,5×10⊃1;⁴ Ω·cm

● Rigidité diélectrique : 35,2 ± 1,5 kV/mm

● Constante diélectrique (50 Hz) : 2,28 ± 0,05

● Facteur de dissipation (50 Hz) : 0,0005 ± 0,0001

● Résistance à la traction : 18,3 ± 0,8 MPa

● Allongement à la rupture : 352 ± 18 %

● Résistance à l'arborescence de l'eau : test d'arborescence de l'eau accéléré de 42 jours réussi

Matériau conducteur (cuivre sans oxygène) :

● Conductivité : 101,2 ± 0,5 % IACS

● Résistivité : 1,724×10⁻⁸ ± 0,005×10⁻⁸ Ω·m

● Résistance à la traction : 220 ± 10 MPa

● Allongement : 35 ± 3 %

5.2 Évaluation complète des performances des câbles

Le câble d'alimentation développé, résistant à l'usure, à haute résistance et hautement ignifuge, a été soumis à un test de performance complet, avec les résultats suivants :

Résultats des tests d'ignifugation :

26. Test de flamme verticale à fil unique CEI 60332-1 : réussi , longueur carbonisée 1,8 m.

27. Test de flamme verticale CEI 60332-3A pour câbles groupés : réussi , hauteur de propagation de la flamme 1,2 m.

28. Test de résistance au feu CEI 60331 : réussi , continuité électrique maintenue à 750 °C pendant 3 heures.

29. Essai d'incendie complet BS 6387 :

Test ○ C :  Réussite , intégrité du circuit maintenue à 950 °C pendant 3 heures.

○ Test W :  intégrité du circuit réussie et maintenue dans des conditions de pulvérisation d'eau.

○ Test Z : intégrité du circuit réussie et maintenue sous impact mécanique.

○ Note globale : CWZ (note la plus élevée).

30. Test UL 910 (CMP) : réussi , longueur de propagation de la flamme ≤ 1,5 m.

31. Classe de performance incendie EN 50575 : Classe B1 (classe la plus élevée).

Résultats des tests de performances mécaniques :

32. Résistance à la traction : Résistance à la traction longitudinale 52,5 ± 2,5 kN.

33. Performances de pliage :

○ Cycles de pliage répétés :  > 30 000 cycles (aucun dommage).

○ Rayon de courbure minimum : 6 fois le diamètre extérieur du câble.

32. Résistance à l’usure :

○ Abrasion Taber : Après 10 000 cycles, profondeur d'usure < 0,5 mm.

○ Abrasion par grattage : a réussi le test de la norme ISO 6722.

33. Performances d’impact :

○ Impact de chute de poids : aucun dommage visible sous une énergie d'impact de 5 J.

○ Impact pendulaire : Résistance aux chocs 45 kJ/m².

34. Performances de compression :

○ Compression à plaque plate : Taux de déformation < 15 % sous pression 1000 N, taux de récupération > 85 %.

Résultats des tests de performances électriques :

35. Résistance du conducteur : conforme aux exigences de la norme GB/T 3956.

36. Résistance d'isolation : > 5 000 MΩ·km (à 20 °C).

37. Tension de tenue à la fréquence électrique : test réussi de 3,5U₀/5 min, aucune panne.

38. Décharge partielle : < 3 pC (à une tension de 1,73U₀).

39. Capacité et perte diélectrique : répond aux exigences de conception.

Résultats des tests d'adéquation environnementale :

40. Test de vieillissement thermique (200°C/168h) :

○ Rétention de la résistance à la traction : > 85 %.

○ Allongement à la rétention à la rupture : > 80 %.

○ Taux de changement de résistance d'isolation : < 20 %.

41. Test de résistance à l'huile (70°C/24h) :

○ Taux de changement de poids : < 2 %.

○ Taux de rétention des performances mécaniques : > 90 %.

42. Test de résistance à la corrosion chimique :

○ Immersion dans une solution d'acide sulfurique à 10% pendant 168h : Aucun changement d'aspect, taux de rétention des performances > 85%.

○ Immersion dans une solution d'hydroxyde de sodium à 10% pendant 168h : Aucun changement d'aspect, taux de rétention des performances > 88%.

43. Test de résistance à la chaleur humide (40°C, 95 % HR / 1000h) :

○ Résistance d'isolation : > 1 000 MΩ·km.

○ Aspect : Pas de moisissure, pas de corrosion.

44. Test de résistance aux ultraviolets (UV) (1000h) :

○ Changement de couleur : ΔE < 3.

○ État de surface : Pas de fissuration, pas de farinage.

45. Test de performance à basse température (-40°C) :

○ Flexion à basse température : test de flexion réussi à -40 °C.

○ Impact à basse température : test d'impact réussi à -40 °C.

5.3 Comparaison des performances avec les câbles traditionnels

Pour évaluer objectivement l'innovation de cette recherche, une comparaison des performances a été réalisée entre les câbles développés et les produits de câbles grand public disponibles sur le marché :

	Indicateurs de performance	Câbles traditionnels en PVC	Câbles XLPE standards	Les câbles étudiés dans cette étude	Amélioration
Résistance à l'abrasion	Mauvais (abrasion Taber > 200 mg)	Modéré (abrasion Taber 150 mg)	Excellent (Taber abrasion 35 mg)	Augmenté de 76%
Indice ignifuge	VW-1	V-0	CWZ	La note la plus élevée
Résistance à la traction	15MPa	18MPa	25MPa	Augmenté de 39%
Température de fonctionnement	70 ℃	90 ℃	110℃	Augmenté de 22%
Résistance chimique	Pauvre	Modéré	Excellent	Considérablement amélioré
Durée de vie	15 ans	20 ans	> 30 ans	Prolongé de 50 %
Coût d'entretien	Haut	Modéré	Faible	Réduit de 40%

Comme le montrent les résultats de la comparaison, le câble développé dans cette étude surpasse considérablement les produits de câble traditionnels dans tous les paramètres de performances. Notamment, en termes de résistance à l’abrasion et d’ignifugation, il répond aux normes internationales les plus élevées.

5.4 Analyse de fiabilité à long terme

Pour évaluer la fiabilité à long terme des câbles, des tests de vieillissement accéléré et des analyses de prédiction de durée de vie ont été réalisés :

Test de vieillissement accéléré :

1. Test de vieillissement thermique : des tests de vieillissement accéléré ont été effectués à trois températures : 140 °C, 150 °C et 160 °C, conformément à l'équation d'Arrhenius, avec des durées de test de 1 000 h, 500 h et 250 h, respectivement.

2. Test de vieillissement thermique humide : Un test de vieillissement accéléré a été effectué pendant 1 000 heures dans des conditions de 85 °C et 85 % d'humidité relative.

3. Test de vieillissement sous contrainte mécanique : Des tests de vieillissement ont été effectués pendant 1 000 heures sous contrainte de traction constante (50 % de la résistance à la rupture).

Résultats de prévision de la durée de vie :

Sur la base des données des tests de vieillissement accéléré, le modèle Arrhenius a été appliqué pour prédire la durée de vie :

● À une température de fonctionnement de 90°C, la durée de vie prévue est de 35 ans (avec un niveau de confiance de 90 %) ;

● À une température de fonctionnement de 105°C, la durée de vie prévue est de 25 ans (avec un niveau de confiance de 90 %) ;

● Dans des conditions extrêmes (120°C), la durée de vie prévue est de 15 ans (avec un niveau de confiance de 90 %).

Analyse des modes de défaillance : Grâce à des tests de fiabilité à long terme, les principaux modes de défaillance du câble ont été identifiés :

4. Vieillissement de l'isolation : la scission de la chaîne moléculaire dans le XLPE sous des températures élevées et prolongées entraîne une dégradation des propriétés électriques.

5. Délaminage d'interface : Les différences de coefficients de dilatation thermique entre les couches de matériau provoquent des contraintes interfaciales, conduisant potentiellement à un délaminage.

6. Fatigue mécanique : des flexions et des vibrations répétées entraînent des dommages dus à la fatigue du matériau.

7. Corrosion environnementale : La corrosion chimique et l’exposition aux UV entraînent une dégradation des performances des matériaux.

Mesures de protection correspondantes prises dans cette étude :

8. Formulation optimisée du matériau isolant pour améliorer la stabilité thermique.

9. Technologie de traitement d'interface appliquée pour améliorer la force de liaison intercouche.

10. Conçu une structure rationnelle pour réduire la concentration du stress.

11. Matériaux sélectionnés résistants aux intempéries pour améliorer l’adaptabilité environnementale.

6. Perspectives d’application et perspectives d’avenir
6.1 Analyse du domaine d’application

Le câble d'alimentation résistant à l'usure, à haute résistance et ignifuge, avec ses performances globales exceptionnelles, offre de larges perspectives d'application dans de multiples domaines :

1. Industrie minière :

● Scénarios d'application : équipements miniers souterrains, systèmes de transport, systèmes d'éclairage, etc.

● Exigences techniques : Haute résistance à l'abrasion, antidéflagrante, ignifuge et résistante aux chocs mécaniques.

● Potentiel du marché : le marché chinois des câbles miniers est évalué à environ 20 milliards de yens par an, avec une forte demande pour des produits haut de gamme.

2. Ingénierie offshore :

● Scénarios d'application : plates-formes offshore, câbles sous-marins, systèmes d'alimentation des navires.

● Exigences techniques : résistance à la corrosion de l'eau de mer, tolérance aux hautes pressions, retardateur de flamme et longue durée de vie.

● Potentiel de marché : Avec le développement accéléré des ressources marines, la demande de câbles spécialisés augmente rapidement.

3. Transport ferroviaire :

● Scénarios d'application : métro, train à grande vitesse, systèmes électriques ferroviaires urbains.

● Exigences techniques : Sécurité incendie, résistance aux vibrations, faible dégagement de fumée et sans halogène.

● Potentiel du marché : Le développement continu et à grande vitesse de la construction de transports ferroviaires en Chine entraîne une croissance constante de la demande de câbles.

4. Automatisation industrielle :

● Scénarios d'application : Robots, lignes de production automatisées, systèmes logistiques.

● Exigences techniques : flexibilité élevée, résistance à l'huile et à la contamination et capacités anti-interférences.

● Potentiel de marché : les progrès de la fabrication intelligente augmentent la demande de câbles spécialisés.

5. Nouveau secteur énergétique :

● Scénarios d'application : énergie éolienne, production d'énergie photovoltaïque, systèmes de stockage d'énergie.

● Exigences techniques : Résistance aux intempéries, résistance aux UV, performances à haute température.

● Potentiel de marché : le développement rapide de nouvelles énergies entraîne une forte demande de câbles de support.。

6.2 Perspectives d'industrialisation

Basés sur l’alignement des avantages technologiques et de la demande du marché, les résultats de la recherche démontrent des perspectives d’industrialisation prometteuses :

Avantages technologiques :

12. Performance de pointe :  la performance globale rencontre l'international

13. Coûts contrôlables :  un taux de localisation élevé des matières premières garantit des coûts de fabrication compétitifs.

14. Processus matures : les processus de fabrication optimisés conviennent à la production à grande échelle.

15. Normes complètes : Les produits sont conformes aux normes internationales et nationales, garantissant une acceptation élevée sur le marché.

Opportunités de marché :

16. Soutien politique : Les politiques nationales encouragent l’innovation dans la fabrication d’équipements et de matériaux haut de gamme.

17. Substitution des importations : La dépendance à long terme à l’égard de câbles haut de gamme importés crée une demande urgente d’alternatives produites dans le pays.

18. Modernisation industrielle : La modernisation des industries traditionnelles augmente la demande de câbles hautes performances.

19. Initiative « la Ceinture et la Route » : les projets de construction d’infrastructures à l’étranger présentent de nouvelles opportunités de marché.

Parcours d’industrialisation :

20. Transfert de technologie : Collaborer avec les entreprises de fabrication de câbles pour le transfert de technologie et l'industrialisation.

21. Construction de lignes de production : établir des lignes de production dédiées pour réaliser une fabrication à grande échelle.

22. Promotion du marché : promouvoir les applications de produits par le biais de certifications industrielles et de projets de démonstration.

23. Innovation continue : établir un centre de recherche et de développement pour la mise à niveau continue des produits et l'innovation technologique.

Prévisions des avantages économiques :

● Investissement initial : investissement dans la construction d'une ligne de production d'environ 50 millions de yens.

● Capacité de production annuelle : capacité annuelle prévue de 10 000 kilomètres.

● Valeur de production annuelle : valeur de production annuelle estimée à environ 500 millions de yens en cas de pleine production.

● Période de récupération de l'investissement : prévue entre 3 et 4 ans.

● Avantages sociaux : Réduisez les pertes dues aux pannes de câbles et améliorez la sécurité des systèmes électriques.

6.3 Orientations futures de la recherche

Sur la base de cette étude et des tendances de développement de la technologie des câbles, les futures orientations de recherche suivantes sont proposées :

1. Technologie de câble intelligent :

● Objectif de recherche : Développer des câbles intelligents dotés de capacités de surveillance de l'état.

● Technologies clés : capteurs intégrés, technologie de transmission de données, algorithmes d'évaluation de l'état.

● Perspectives d'application : permettez la prévision des défauts de câble et la maintenance préventive.

2. Technologie des câbles supraconducteurs :

● Objectif de recherche : Développer des câbles d'énergie supraconducteurs haute température.

● Technologies clés : Matériaux supraconducteurs, systèmes de refroidissement cryogéniques, technologie commune.

● Perspectives d'application : transmission d'énergie électrique à haute capacité et à faibles pertes.

3. Matériaux de câbles respectueux de l'environnement :

● Objectif de recherche : Développer des matériaux de câbles biodégradables et recyclables respectueux de l'environnement.

● Technologies clés : polymères biosourcés, retardateurs de flamme écologiques, technologie de recyclage.

● Perspectives d'application : réduire l'impact environnemental des déchets de câbles.

4. Adaptabilité aux environnements extrêmes :

● Objectif de recherche : Développer des câbles adaptés aux environnements extrêmes (ex : régions polaires, eaux profondes, espace).

● Technologies clés : adaptabilité extrême aux températures, tolérance aux hautes pressions, radioprotection.

● Perspectives d'application : Soutenir des projets de recherche scientifique et d'ingénierie dans des environnements extrêmes.

5. Câbles intégrés multifonctionnels :

● Objectif de recherche : Développer des câbles composites intégrant des fonctions de transmission de puissance, de transmission de signaux et de détection.

● Technologies clés : conception de compatibilité électromagnétique, isolation multicanal, optimisation de l'intégration fonctionnelle.

● Perspectives d'application : simplifiez le câblage du système et améliorez l'intégration et la fiabilité du système.

6. Application des nanomatériaux dans les câbles :

● Objectif de recherche : Explorer les effets d'amélioration des performances des nanomatériaux sur les câbles.

● Technologies clés : technologie de dispersion des nanomatériaux, modification des interfaces, mécanismes de synergie de performances.

● Perspectives d'application : développer des matériaux de câbles nanocomposites hautes performances de nouvelle génération.

7. Prédiction de la durée de vie des câbles et gestion de la santé :

● Objectif de recherche : Établir un système de gestion de la santé tout au long du cycle de vie des câbles.

● Technologies clés : recherche sur les mécanismes du vieillissement, prédiction de la durée de vie restante, technologie de surveillance intelligente.

● Perspectives d'application : optimisez la gestion des actifs de câbles et soutenez la prise de décision en matière de maintenance.

8. Processus de fabrication de câbles intelligents :

● Objectif de recherche : Parvenir à un contrôle intelligent et à une optimisation des processus de fabrication de câbles.

● Technologies clés : Internet industriel des objets, analyse du Big Data, algorithmes de contrôle intelligents.

● Perspectives d'application : améliorer l'efficacité de la fabrication et garantir une qualité de produit constante.

7. Conclusions

Cette étude a mené systématiquement au développement de câbles d'alimentation résistants à l'usure, à haute résistance et ignifuges, obtenant les résultats clés suivants :

1. Innovations matérielles :

● Développement d'un matériau de gaine extérieure en polyuréthane modifié par des nanocomposites, améliorant la résistance à l'usure de 76 % par rapport aux matériaux traditionnels, avec un indice limite d'oxygène (LOI) de 28,5 %, répondant à la norme d'ignifugation UL 94 V-0.

● Développement d'un matériau ignifuge composite caoutchouc de silicone/huntite avec un LOI de 30,2 %, réussissant le test de résistance au feu le plus élevé BS 6387 CWZ.

● Optimisation de la formulation du matériau isolant XLPE, atteignant une résistivité volumique de 6,5×10⊃1;⁴ Ω·cm, une rigidité diélectrique de 35,2 kV/mm et élevant la température de fonctionnement à long terme à 105°C.

● Utilisation de conducteurs en cuivre sans oxygène de haute pureté avec une conductivité de 101,2 % IACS, garantissant d'excellentes performances électriques.

2. Conception structurelle :

● Proposition d'une conception structurelle composite multicouche, permettant une optimisation synergique des couches fonctionnelles.

● Conçu une distribution d'épaisseur raisonnable et des structures d'interface pour garantir les performances globales du câble.

● Paramètres de toronnage des conducteurs et processus de compactage optimisés, améliorant la flexibilité et l'efficacité spatiale du câble.

3. Processus de fabrication :

● Établissement d'un processus de fabrication complet, comprenant la production de conducteurs, l'extrusion d'isolants, la fabrication de couches de blindage, le câblage, la production de couches d'armure, l'extrusion de couches ignifuges et l'extrusion de gaines extérieures.

● Plages de contrôle définies pour les paramètres clés du processus afin de garantir la cohérence de la qualité du produit.

● Adoption de technologies avancées de détection en ligne pour la surveillance en temps réel du processus de fabrication.

4. Tests de performances :

● Établissement d'un système complet de tests de performances, couvrant l'ignifugation, les propriétés mécaniques, les performances électriques et l'adaptabilité environnementale.

● Les résultats des tests ont confirmé que les câbles développés répondaient aux normes internationales les plus élevées, notamment CEI 60332-3A, BS 6387 CWZ et UL 910 (CMP).

● Les performances globales du câble surpassent largement celles des produits traditionnels, avec une durée de vie estimée supérieure à 35 ans.

5. Perspectives d'application :

● Le câble démontre un large potentiel d'application dans des domaines tels que l'exploitation minière, l'ingénierie offshore, le transport ferroviaire, l'automatisation industrielle et les nouvelles énergies.

● Des perspectives d'industrialisation prometteuses avec une maturité technologique élevée et une forte compétitivité sur le marché.

● Proposition d'orientations de recherche futures pour jeter les bases des progrès continus dans la technologie des câbles.

Points saillants innovants de cette étude :

24. Innovation dans les systèmes de matériaux : première application de charges minérales composites huntite/hydromagnésite dans les matériaux de câbles en caoutchouc de silicone, réalisant une percée en matière de performances ignifuges.

25. Innovation en matière de conception structurelle : introduction d'une philosophie de conception composite multicouche de séparation fonctionnelle et d'amélioration synergique, répondant aux limites des câbles traditionnels en termes de performances globales.

26. Innovation dans les processus de fabrication : contrôle optimisé des paramètres clés du processus, permettant une production stable de câbles hautes performances.

27. Innovation du système de test : établissement d' un cadre complet de test de performance, fournissant une base scientifique pour l'évaluation de la qualité des produits de câbles.

Le câble d'alimentation ignifuge, résistant à l'usure et à haute résistance développé dans cette étude comble non seulement une lacune technologique dans les produits de câbles haut de gamme nationaux, mais revêt également une importance significative pour l'amélioration de la sécurité et de la fiabilité des systèmes électriques. Avec les progrès de l’industrialisation et l’expansion du marché, ce produit devrait être largement utilisé dans de multiples domaines, générant d’importants avantages économiques et sociaux.

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