1. Einleitung

Halbleitendes Nylonband, bestehend aus nylonbasierten Materialien mit halbleitenden Beschichtungen, findet breite Anwendung im Kabelbereich. Es wird hauptsächlich zur Abschirmung und Bindung von Kabeln, insbesondere von Hochspannungs- und Höchstspannungskabeln, eingesetzt. Durch die effektive Abschwächung der elektrischen Feldstärke trägt es zur Verbesserung der Stabilität und Sicherheit des Kabelbetriebs bei. Da die Nachfrage nach Hochleistungskabeln in modernen Energiesystemen, Kommunikationssystemen und anderen Bereichen stetig steigt, gewinnt die Forschung und Entwicklung neuer Technologien für halbleitendes Nylonband zunehmend an Bedeutung.

2. Neue Materialien und ihre Anwendungen

2.1 Nanokompositmaterialien

Einer der bemerkenswerten Trends in der Technologie für halbleitende Nylonbänder ist die Verwendung von Nanokompositmaterialien. Beispielsweise eröffnete die Einbindung von Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) in die Nylonmatrix neue Möglichkeiten. Kohlenstoffnanoröhren besitzen eine extrem hohe elektrische Leitfähigkeit und mechanische Festigkeit. Gleichmäßig im Nylonharz verteilt, können sie ein leitfähiges Netzwerk innerhalb des Bandes bilden. Dies verbessert nicht nur die Halbleitereigenschaften des Bandes deutlich, sondern steigert auch seine mechanische Leistung.

Untersuchungen haben gezeigt, dass eine geringe Menge (üblicherweise 1–5 Gew.-%) mehrwandiger Kohlenstoffnanoröhren, die der Nylonmatrix hinzugefügt werden, den Oberflächenwiderstand des halbleitenden Nylonbandes um mehrere Größenordnungen reduzieren kann. Gleichzeitig können Zugfestigkeit und Biegemodul des Bandes im Vergleich zu herkömmlichen halbleitenden Nylonbändern um 20–50 % erhöht werden. Dies liegt daran, dass die Kohlenstoffnanoröhren sowohl als leitfähige Füllstoffe als auch als Verstärkungsmittel wirken und die intermolekularen Kräfte im Nylonmaterial verstärken.

Ein weiteres Beispiel ist die Verwendung von Graphen-basierten Nanokompositen. Graphen, ein zweidimensionales Kohlenstoffmaterial mit hervorragenden elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften, lässt sich mit Nylon kombinieren, um hochleistungsfähige halbleitende Nylonbänder herzustellen. Graphen-Nanoschichten lassen sich durch Lösungsmischung oder In-situ-Polymerisation gleichmäßig in der Nylonmatrix verteilen. Das resultierende Verbundband weist eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit, Wärmeableitungsfähigkeit und chemische Stabilität auf. Es hält rauen Umgebungsbedingungen wie hoher Luftfeuchtigkeit und Temperaturschwankungen, die im Kabelbetrieb häufig vorkommen, besser stand.

2.2 Hochleistungs-Flammschutzmaterialien

Um den steigenden Anforderungen an den Brandschutz in Kabelsystemen gerecht zu werden, wurden neue, leistungsstarke Flammschutzmittel in halbleitende Nylonbänder integriert. Beispielsweise wurden flammhemmende Additive auf Phosphor-Stickstoff-Basis entwickelt und in die Nylonmatrix eingearbeitet. Diese Additive wirken durch eine Kombination von Flammschutzmechanismen in der Gasphase und in der kondensierten Phase.

In der Gasphase zersetzen sich die phosphor- und stickstoffbasierten Additive bei hohen Temperaturen und setzen nicht brennbare Gase wie Ammoniak und Phosphorsäurederivate frei. Diese Gase verdünnen die Konzentration von Sauerstoff und brennbaren Pyrolyseprodukten um das Band und unterdrücken so den Verbrennungsprozess. In der kondensierten Phase bilden die Zersetzungsprodukte eine verkohlte Schicht auf der Bandoberfläche. Diese wirkt als physikalische Barriere, verhindert den weiteren Wärme- und Sauerstofftransport und schützt das darunterliegende Nylonmaterial vor Verbrennung.

Darüber hinaus wurden auch einige intumeszierende Flammschutzsysteme auf halbleitende Nylonbänder aufgebracht. Diese Systeme bestehen aus einer Kohlenstoffquelle (z. B. Stärke oder Polyol), einer Säurequelle (z. B. Ammoniumpolyphosphat) und einem Treibmittel (z. B. Melamin). Bei Erhitzung zersetzt sich die Säurequelle und setzt Phosphorsäure frei, die die Dehydratation und Karbonisierung der Kohlenstoffquelle fördert. Gleichzeitig zersetzt sich das Treibmittel unter Gasbildung, wodurch sich die karbonisierte Schicht ausdehnt und eine poröse, geschäumte Kohleschicht bildet. Diese intumeszierende Kohleschicht verfügt über hervorragende wärmeisolierende und flammhemmende Eigenschaften und erhöht so effektiv die Feuerbeständigkeit des halbleitenden Nylonbandes.

3. Fortschrittliche Fertigungsverfahren

3.1 Präzisionsbeschichtungstechnologie

Präzisionsbeschichtung ist ein Schlüsselprozess bei der Herstellung hochwertiger halbleitender Nylonbänder. Das Schlitzdüsenbeschichtungsverfahren hat sich aufgrund seiner hochpräzisen Beschichtungsmöglichkeiten weit verbreitet. Bei diesem Verfahren wird die halbleitende Beschichtungslösung, die leitfähige Füllstoffe (wie Ruß, CNTs oder Graphen), Bindemittel und andere Additive enthalten kann, präzise dosiert und in eine Schlitzdüse eingeleitet.

Die Breitschlitzdüse verfügt über einen präzise gefertigten Schlitz, durch den die Beschichtungslösung auf das sich bewegende Nylonsubstrat extrudiert wird. Durch die präzise Steuerung von Parametern wie Schlitzbreite, Beschichtungsgeschwindigkeit und Lösungsviskosität kann die Dicke der Halbleiterschicht innerhalb eines sehr engen Toleranzbereichs von typischerweise ± 0,005 bis 0,01 mm gesteuert werden. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Leitfähigkeit und konstante Leistung über die gesamte Bandoberfläche.

Bei der Herstellung von halbleitenden Nylonbändern für Hochspannungskabel beispielsweise kann das Schlitzdüsenbeschichtungsverfahren eine gleichmäßige Schichtdicke der Halbleiterschicht gewährleisten, die für eine stabile elektrische Feldverteilung im Kabel entscheidend ist. Darüber hinaus reduziert dieses Verfahren Beschichtungsfehler wie Dickenschwankungen, Streifen und Blasen und verbessert so die Gesamtqualität und Zuverlässigkeit des halbleitenden Nylonbandes.

3.2 Kontinuierliche Produktion und Integrationstechnologie

Kontinuierliche Produktions- und Integrationstechnologie haben den Herstellungsprozess halbleitender Nylonbänder revolutioniert. Moderne Produktionslinien sind so konzipiert, dass sie von der Rohstoffzufuhr bis zur endgültigen Wicklung des fertigen Produkts kontinuierlich arbeiten.

Eine vollautomatische kontinuierliche Produktionslinie kann beispielsweise mit dem Abwickeln von Nylon-Basismaterialien beginnen, gefolgt von kontinuierlichen Beschichtungs-, Trocknungs-, Aushärtungs- und Schneidvorgängen. Der gesamte Prozess wird durch ein fortschrittliches Automatisierungssystem gesteuert, das wichtige Parameter wie Temperatur in Echtzeit überwachen und anpassen kann.