No sistema “coração” dos equipamentos elétricos modernos, o fio de cobre isolado com poliimida (PI) é como um “vaso sanguíneo”, responsável pela transmissão de energia e sinais, e seu desempenho afeta diretamente a qualidade e a eficiência dos equipamentos elétricos. O fio de cobre PI enrolado tradicional possui excelente resistência a altas temperaturas, isolamento elétrico e outras propriedades, mas ainda apresenta muitos problemas, como altos custos de uso e manutenção, baixa resistência ao desgaste e aplicação limitada em certos cenários específicos.
Diante das deficiências do fio de cobre PI enrolado tradicional, a TST Cables explora profundamente as potenciais vantagens da poliimida, um material polimérico de alto desempenho, e utiliza um processo de fabricação completamente diferente para maximizar seu desempenho. O inovador fio de cobre plano isolado com poliimida extrudada pode ser considerado o rei da relação custo-benefício na indústria de fios eletromagnéticos, superando o fio de cobre PI enrolado tradicional em todos os aspectos. Hoje, a TST CABLES explicará em detalhes:
Fio plano de cobre PI extrudado da TST CABLES
Eficiência de produção e alta resistência à compressão
Extrusão por fusão: O fio plano de cobre PI extrudado consiste na fusão da resina PI em alta temperatura e no revestimento direto do condutor de cobre por meio de uma extrusora de parafuso, formando uma estrutura densa em nível molecular.
Sem estratificação na interface: A camada de isolamento e o condutor são combinados perfeitamente para eliminar o microespaço de ar causado pela ligação entre camadas no tipo de enrolamento (o espaço de ar é propenso a causar descarga parcial).
Eficiência de produção: O modo de produção contínua totalmente automatizado é adotado, e a velocidade de produção pode atingir 10-50 m/min. Isso permite a produção em massa de alta qualidade em larga escala.
Fio de cobre PI com enrolamento tradicional
Empilhamento de filme: O filme PI é enrolado na superfície do condutor em múltiplas camadas e a colagem é feita por sinterização em alta temperatura (300°C+).
Risco de interface: A força de colagem entre camadas é fraca, a tolerância de empilhamento é grande (±0,05 mm) e a estratificação ou resíduos voláteis são propensos a ocorrer em altas temperaturas.
Eficiência de produção: Durante o processo de produção do fio de cobre PI enrolado, são necessárias a substituição manual da bobina e o ajuste da taxa de sobreposição, e a velocidade de produção é de cerca de 10-15 m/min. A eficiência da produção e a qualidade do produto são amplamente afetadas por fatores humanos.
O fio plano de cobre PI extrudado da TST CABLES tem desempenho líder em todos os aspectos
Isolamento ultrafino e alta densidade de potência
A espessura da camada de isolamento do fio de cobre PI extrudado pode ser de 0,08 mm ou menos, enquanto a espessura mínima do tipo enrolado é de 0,20 mm. Sob a mesma área de seção transversal, a relação condutora do fio de cobre PI extrudado aumenta em 30%-40%, melhorando significativamente a densidade de potência do motor, reduzindo a resistência e o aumento de temperatura. Além disso, suas características de baixa perda dielétrica (tanδ < 0,02%) podem reduzir efetivamente as perdas de alta frequência e se adaptar a sistemas de alta tensão de 800 V.
Desempenho mais estável
A estrutura de isolamento uniforme e densa permite que o fio de cobre extrudado PI tenha um bom desempenho em ambientes de alta frequência, alta tensão ou alta vibração. Essa estrutura reduz significativamente o risco de descarga parcial e garante a estabilidade do desempenho elétrico. Seja dentro de um motor de alta velocidade ou em um ambiente com forte interferência eletromagnética, o fio de cobre extrudado PI pode transmitir energia e sinais de forma confiável.
Resistência ao Corona e ao Envelhecimento
Ao incorporar cargas em nanoescala (como Al₂O₃, SiO₂) na matriz de PI, o valor de PDIV (tensão de iniciação de corona) do fio de cobre PI extrudado chega a 1500 V ou mais, e a vida útil da resistência ao corona excede 1000 horas, enquanto o tipo enrolado é geralmente inferior a 500 horas. Sua estrutura contínua sem furos pode permanecer estável em altas temperaturas (380 ℃), e a taxa de atenuação de PDIV é inferior a 5%, enquanto a atenuação do tipo enrolado após envelhecimento em alta temperatura é superior a 20%. Em contraste, o fio de cobre PI extrudado pode trabalhar por um longo tempo, sob altas cargas e com alta estabilidade.
Alta resistência à compressão
A camada isolante do fio de cobre PI extrudado é densa e sem espaços de ar, o que torna sua tensão de ruptura cerca de 15 a 25% maior do que a do tipo enrolado. Essa alta resistência à compressão o torna particularmente adequado para uso em inversores de alta tensão, motores de tração ferroviária de alta velocidade e outros cenários com requisitos de pressão extremamente altos, garantindo efetivamente a operação segura do equipamento.
Confiabilidade mecânica
A resistência à tração do fio de cobre PI extrudado é superior a 350 MPa, enquanto a do tipo enrolado é de cerca de 200 MPa. Após sofrer um estiramento de 25%, o fio de cobre PI extrudado não trinca e se adapta bem ao ambiente de vibração de alta frequência do motor. Além disso, seu raio de curvatura pode atingir 3 vezes o tamanho do condutor, enquanto o tipo enrolado geralmente requer mais de 6 vezes, o que torna o fio de cobre PI extrudado mais adequado para enrolamentos de motores compactos, atendendo às necessidades de desenvolvimento de miniaturização e redução de peso dos equipamentos elétricos modernos.
Melhor adesão do isolamento
A camada isolante formada sob maior pressão confere ao fio de cobre PI extrudado uma ligação firme. Mesmo quando torcido ou dobrado, produz grande deformação, seu desempenho de isolamento não será afetado. Essa excelente adesão do isolamento garante que o fio de cobre ainda possa manter um bom desempenho de isolamento em um ambiente de estresse mecânico complexo.
Superfície lisa e resistente a arranhões
A densidade da camada isolante do fio de cobre PI extrudado é maior, a superfície é mais lisa e a resistência a arranhões e impactos é aumentada em 30-50%. Essa característica permite que ele resista eficazmente ao atrito externo e ao impacto em ambientes de vibração, como automóveis, ferrovias de alta velocidade e aeroespacial, prolongando sua vida útil.
Ampla adaptabilidade à faixa de temperatura
A faixa de temperatura operacional do fio de cobre PI extrudado é de -269°C a 380°C, enquanto a do tipo enrolado é, em sua maioria, de -250°C a 260°C. Essa ampla adaptabilidade à faixa de temperatura permite que o fio de cobre PI extrudado atenda às necessidades de áreas específicas, como equipamentos de refrigeração de ultrabaixa temperatura aeroespacial.
Melhor adaptabilidade ambiental
A densa estrutura da camada isolante permite que o fio de cobre PI extrudado resista com maior eficácia à poluição por óleo e à corrosão ácida e alcalina. Em ambientes agressivos, como produtos químicos e navios, sua vida útil pode ser estendida em cerca de 20%. Além disso, como não há volatilização de resíduos entre as camadas de envoltório, ele também é adequado para ocasiões com requisitos extremamente elevados de limpeza ambiental, como fabricação de semicondutores e ambientes de vácuo em naves espaciais.
Limpo e ecológico
O fio de cobre PI extrudado é feito de um único material e de alta pureza. Nenhuma outra substância nociva é produzida no processo de produção ou no cenário de uso, sendo altamente ecológico. No entanto, devido à presença de materiais de camada adesiva, o tipo enrolado não atende aos requisitos de uso em algumas ocasiões especiais com rigorosos requisitos de proteção ambiental.
A diferença entre “vencedores e perdedores” em cenários de aplicação de ponta
Veículos de nova energia: o “coração” dos sistemas de alta tensão de 800 V
No campo de veículos de nova energia, com a popularização gradual dos sistemas de alta tensão de 800 V, o fio de cobre PI extrudado tornou-se o material preferido para motores de acionamento de alta tensão de 800 V. Ele pode atender às necessidades de alta tensão de pulso (1500 V) e espaço compacto, proporcionando uma forte garantia para a operação eficiente de veículos de nova energia. O fio de cobre PI enrolado é adequado apenas para motores de baixa potência ou como solução de backup e está gradualmente sendo marginalizado em aplicações convencionais.(>1500V)
Aeroespacial: “Especialista em Sobrevivência” em Ambientes Extremos
Os requisitos de desempenho dos materiais na área aeroespacial são extremamente exigentes. O isolamento ultrafino e a resistência à radiação do fio de cobre PI extrudado o tornam insubstituível nessa área. Ele pode se adaptar ao ambiente de hélio líquido de -269°C e atender aos requisitos de operação de equipamentos aeroespaciais em condições extremas. O fio de cobre PI enrolado é usado principalmente em circuitos auxiliares que exigem proteção multicamadas e executa tarefas relativamente pequenas.
Inversor industrial: “rei da durabilidade” em alta frequência
Em inversores industriais, o fio de cobre PI extrudado apresenta resistência à corona estável sob acionamento IGBT de alta frequência, o que pode reduzir significativamente os custos de operação e manutenção. O fio de cobre PI enrolado é mais adequado para cenários de sobrecarga de curto prazo, mas apresenta uma certa lacuna em comparação com o fio de cobre PI extrudado em termos de operação estável a longo prazo.
Transformador especial: “jogador completo” em ambientes extremos
Para transformadores especiais, o fio de cobre PI extrudado atinge alta densidade de potência com seu isolamento ultrafino e pode se adaptar a ambientes extremos, como navios e platôs. O fio de cobre PI enrolado é adequado apenas para enrolamentos convencionais de transformadores imersos em óleo, sendo difícil atender às necessidades em cenários de aplicações especiais.
Comparação de custos com valor de longo prazo
Valor Econômico
O custo inicial do tipo extrudado é apenas 20% a 30% maior que o do tipo enrolado, mas sua vida útil é de 2 a 5 anos maior que a do tipo enrolado. O tipo enrolado necessita de inspeção regular e substituição parcial durante sua vida útil, enquanto o tipo extrudado não necessita de manutenção por 10 anos. Durante a vida útil do fio eletromagnético, o custo médio do tipo extrudado é muito menor que o do tipo enrolado.
Benefícios ecológicos
Em termos de consumo de energia na produção, o fio de cobre PI extrudado adota um processo contínuo com baixo consumo de energia, sem gases de escape ou descarte de resíduos durante o processo de produção, o que permite uma produção sustentável e ecologicamente correta. O fio de cobre PI enrolado adota enrolamento intermitente e requer sinterização em alta temperatura, o que acarreta alto consumo de energia. Seu grau de proteção ambiental também depende da composição do material da camada adesiva, sendo relativamente desvantajoso em termos de proteção ambiental.
Em resumo, o fio plano de cobre poliimida extrudado apresenta vantagens significativas em termos de isolamento ultrafino, alta confiabilidade e ampla faixa de temperatura. É insubstituível no setor de equipamentos de ponta (como veículos de nova energia, trens de alta velocidade e aeroespacial) e é a principal força motriz para a promoção da atualização da tecnologia elétrica. O fio de cobre PI enrolado ocupa uma certa fatia de mercado nos mercados de médio e baixo custo e em cenários especiais de reparo, contando com sua vantagem de custo. Com a crescente popularidade dos sistemas de alta tensão de 800 V e dos semicondutores de banda larga, espera-se que a tecnologia de extrusão original da TST Cables domine ainda mais o mercado de fios eletromagnéticos de alta qualidade e traga novas mudanças para o desenvolvimento da indústria elétrica.
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