電力伝送と情報通信の核となる電線・ケーブルの性能は、絶縁体と被覆の被覆プロセスに直接依存します。現代の産業界におけるケーブル性能に対する要求は多様化しており、押出成形、縦巻き、螺旋巻き、ディップコーティングという4つの主流プロセスが、それぞれ異なる用途において独自の利点を発揮しています。本稿では、各プロセスの材料選定、プロセスフロー、適用シナリオを詳細に検討し、ケーブル設計と選定の理論的根拠を示します。
1 押出プロセス
1.1 材料システム
押し出しプロセスでは、主に熱可塑性または熱硬化性ポリマー材料が使用されます。
① ポリ塩化ビニル（PVC）：低コスト、加工が容易で、従来の低電圧ケーブル（UL 1061規格ケーブルなど）に適していますが、耐熱性が低いです（長期使用温度≤70°C）。
②架橋ポリエチレン（XLPE）: 過酸化物または放射線架橋により、温度定格が 90°C (IEC 60502 規格) まで上昇し、中電圧および高電圧電力ケーブルに使用されます。
③ 熱可塑性ポリウレタン（TPU）：耐摩耗性はISO 4649規格グレードAに適合しており、ロボットのドラッグチェーンケーブルに使用されます。
④フッ素樹脂（例：FEP）：耐高温性（200℃）および耐薬品性があり、航空宇宙ケーブルMIL-W-22759の要件を満たしています。
1.2 プロセス特性
スクリュー押出機を使用して連続コーティングを実現します。
① 温度制御：XLPEは3段階の温度制御が必要です（供給ゾーン120℃→圧縮ゾーン150℃→均質化ゾーン180℃）。
② 厚さ管理：偏心率は5％以下でなければなりません（GB/T 2951.11に規定）。
③ 冷却方法：水槽内での傾斜冷却により結晶化応力割れを防止します。
1.3 アプリケーションシナリオ
① 送電：35kV以下のXLPE絶縁ケーブル（GB/T 12706）。
②自動車用ワイヤーハーネス：薄肉PVC絶縁体（ISO 6722規格 0.13mm厚）。
③特殊ケーブル：PTFE絶縁同軸ケーブル（ASTM D3307）。
2 縦方向ラッピング工程
2.1 材料の選択
① 金属ストリップ：0.15 mm亜鉛メッキ鋼テープ(GB/T 2952 要件)、プラスチックコーティングされたアルミニウムテープ (Al/PET/Al 構造)。
②止水材：ホットメルト接着剤を塗布した止水テープ（膨潤率500％以上）。
③溶接材料：アルゴンアーク溶接用ER5356アルミ溶接ワイヤ（AWS A5.10規格）。
2.2 主要技術
縦方向ラッピングプロセスには、次の 3 つの主要なステップが含まれます。
① ストリップ成形：平たいストリップを多段圧延によりU字型→O字型に曲げ加工します。
②連続溶接：高周波誘導溶接（周波数400kHz、速度20m/分）。
③オンライン検査：スパークテスター（試験電圧9kV/mm）。
2.3 典型的なアプリケーション
① 海底ケーブル：二重層鋼帯縦巻き（IEC 60840規格機械的強度≧400 N/mm²）。
②鉱山用ケーブル：波形アルミシース（MT818.14圧縮強度20MPa以上）。
③ 通信ケーブル：アルミ・プラスチック複合縦巻きシールド（伝送損失≦0.1 dB/m @1GHz）。
3 ヘリカルラッピングプロセス
3.1 材料の組み合わせ
① マイカテープ：白雲母含有量≥95%（GB/T 5019.6）、耐火温度1000℃/90分。
②半導電性テープ：カーボンブラック含有量30％～40％（体積抵抗率10²～10³Ω·cm）。
③複合テープ：ポリエステルフィルム＋不織布（厚さ0.05mm±0.005mm）。
3.2 プロセスパラメータ
① ラッピング角度：25°～55°（角度が小さいほど、曲げに対する耐性が向上します）。
② 重ね合わせ率：50％～70％（耐火ケーブルは100％重ね合わせが必要です）。
③張力制御：0.5～2 N/mm²（サーボモーター閉ループ制御）。
3.3 革新的なアプリケーション
① 原子力ケーブル：3層マイカテープラッピング（IEEE 383規格LOCA試験合格）。
②超伝導ケーブル：半導体遮水テープ巻き（臨界電流保持率98％以上）。
③高周波ケーブル：PTFEフィルム巻き（誘電率2.1@1MHz）。
4 ディップコーティング工程
4.1 コーティングシステム
①アスファルトコーティング：針入度60～80（0.1mm）@25℃（GB/T 4507）。
②ポリウレタン：2成分系（NCO：OH＝1.1：1）、接着力≧3B（ASTM D3359）。
③ナノコーティング：SiO₂改質エポキシ樹脂（塩水噴霧試験＞1000時間）。
4.2 プロセスの改善
① 真空含浸：圧力0.08MPaを30分間維持する（細孔充填率＞95％）。
②UV硬化：波長365nm、強度800mJ/cm²。
③ 勾配乾燥：40℃×2時間→80℃×4時間→120℃×1時間。
4.3 特殊な用途
① 架空電線：グラフェン改質防食コーティング（塩分付着密度70％低減）。
② 船上ケーブル：自己修復性ポリウレアコーティング（亀裂治癒時間<24時間）。
③埋設ケーブル：半導体コーティング（接地抵抗≦5Ω·km）。
5 結論
新素材とスマート設備の発展に伴い、被覆工程は複合化とデジタル化へと進化しています。例えば、押出成形と縦巻き加工の複合技術により、三層共押出＋アルミシースの一体生産が可能になり、5G通信ケーブルではナノコーティング＋巻き加工の複合絶縁材が採用されています。今後のプロセスイノベーションは、コスト管理と性能向上の最適なバランスを見つけ、ケーブル業界の高品質な発展を推進していく必要があります。
投稿日時: 2025年12月31日