Нанотехнологии – перспективы для кабельной отрасли

Нанотехнология дает возможность значительно продвинуться вперед на пути усовершенствования эксплуатационных характеристик кабельных изделий, повышения экономической эффективности и упрощения технологических процессов при их производстве. В чем же заключаются достижения нанотехнологии в кабельной отрасли на сегодняшний день?
Уже используемые и потенциальные возможности применения нанотехнологии в кабельной отрасли: сшивание и фторполимеры; углеродные нанотрубки и наноглины в качестве наполнителей для огнестойких кабелей; металлические порошки в электропроводящих слоях; сверхпроводимость и нанокерамика.

Производственные процессы рассматриваются с точки зрения создания группы специальных кабелей, которые способны предупредить потребителей о сбоях и коротких замыканиях в своих электрических цепях, способны устранить последствия при возникновении повреждений или могут оставаться чистыми благодаря наличию покрытия, не поддающегося загрязнению.

Чрезвычайно привлекательная перспектива достижения высокой экономической эффективности при производстве практически каждого отдельного кабеля или провода, несомненно, вызывает большой интерес, но в то же время подразумевает немало проблем.

Новые наноматериалы должны быть экологически безопасны и совершенно безвредны для окружающей среды.

Кабельная промышленность, перед которой и раньше стояли задачи освоения новых материалов, не может позволить себе отставание в этой перспективной, развивающейся технологии, несмотря на все сложности, сопутствующие разработке наноматериалов для кабельного производства.

Многие материалы проявляют фундаментально другие физические свойства, которые становятся очевидными только на уровне нанометрических размеров (менее 100 нанометров). Это такие свойства, как: электропроводность, теплоемкость, модуль Юнга, поверхностная свободная энергия, механическая прочность и т. д.

Все эти характеристики могут быть использованы для создания «умных кабелей», способных реагировать на окружающие условия таким образом, который не доступен традиционным «немым кабелям».

Нанотехнология становится все более популярной, так как в настоящее время уже существуют инструменты для того, чтобы «видеть», измерять и манипулировать частицами вещества на наноуровне.

Так, атомно-силовой микроскоп лучше подходит для характеристики нано-композитных материалов, чем традиционные электронные и оптические микроскопы. Кроме того, атомно-силовой микроскоп позволяет производить прямое трехмерное измерение поверхности и дифференцировать типы материалов на поверхностном уровне.

Следует отметить, что многие методы, обеспечившие приход нано-эры, являются скорее продолжением развития уже существующих научных достижений, чем новыми, разработанными специально с единственной целью создания нанотехнологии. Типичными примерами могут служить такие материалы, как Kevlar или Teflon . Когда оба этих продукта появились на рынке, лишь немногие осознали это как результат нанотехнологии (она называлась «химия полимеров»), хотя при этом использовались свойства материалов на наноуровне.

Традиционно полимеры характеризовались исключительно по своим объемным свойствам, включая жесткость, прочность на удар, модуль упругости, относительное удлинение и, главным образом, электрические характеристики. Поскольку полимеры блочной полимеризации были по существу однородными, характеристика подструктуры была не слишком важна. Но в настоящее время она оказывается важной. Нанокомпозитные материалы с новыми физическими свойствами могут быть созданы путем введения небольших количеств нанодобавок.

Большой интерес представляют свойства нанокомпозитных материалов и их способность к не распространению горения при очень низких уровнях добавок в стандартные кабельные материалы. Для сравнения: с целью достижения соответствующего уровня нераспространения горения в полимерные компаунды обычно вводят до 60% или более огнестойких добавок (широко распространены – тригидрат алюминия или гидроокись магния). В результате такие материалы, как полиэтилен, поливинилхлорид и другие приобретают повышенную плотность, становятся менее гибкими, менее устойчивыми к проникновению воды и даже создают некоторые проблемы для экструзионного процесса. Кроме того, в результате введения огнестойких добавок несколько снижаются электрические характеристики материалов, они становятся более дорогостоящими, что ограничивает их применение.