كيفية اختيار مادة البولي إيثيلين للكابلات؟ مقارنة بين أنواع البولي إيثيلين منخفض الكثافة/متوسط ​​الكثافة/عالي الكثافة/متشابك

طرق وأنواع تصنيع البولي إيثيلين

(1) البولي إيثيلين منخفض الكثافة (البولي إيثيلين منخفض الكثافة)

عند إضافة كميات ضئيلة من الأكسجين أو البيروكسيدات كمحفزات إلى الإيثيلين النقي، وضغطه إلى حوالي 202.6 كيلو باسكال، وتسخينه إلى حوالي 200 درجة مئوية، يتفاعل الإيثيلين ليتحول إلى بولي إيثيلين أبيض شمعي. تُعرف هذه الطريقة عادةً بعملية الضغط العالي نظرًا لظروف التشغيل. يتميز البولي إيثيلين الناتج بكثافة تتراوح بين 0.915 و0.930 غ/سم³ ووزن جزيئي يتراوح بين 15000 و40000. يتميز تركيبه الجزيئي بتفرعاته الكثيرة وبنيته غير المتماسكة، مما يُشبه بنية شجرية، وهو ما يُفسر انخفاض كثافته، ومن هنا جاءت تسميته بالبولي إيثيلين منخفض الكثافة.

(2) البولي إيثيلين متوسط ​​الكثافة (البولي إيثيلين متوسط ​​الكثافة)

تتضمن عملية الضغط المتوسط ​​بلمرة الإيثيلين تحت ضغط يتراوح بين 30 و100 جو باستخدام محفزات أكسيد المعادن. ويبلغ كثافة البولي إيثيلين الناتج 0.931-0.940 غ/سم³. كما يمكن إنتاج البولي إيثيلين متوسط ​​الكثافة (MDPE) عن طريق مزج البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) مع البولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE)، أو من خلال البلمرة المشتركة للإيثيلين مع مونومرات مشتركة مثل البيوتين، أو أسيتات الفينيل، أو الأكريلات.

(3) البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE)

في ظل ظروف درجة الحرارة والضغط العادية، يُبلمر الإيثيلين باستخدام محفزات تنسيقية عالية الكفاءة (مركبات عضوية فلزية تتكون من ألكيل الألومنيوم ورباعي كلوريد التيتانيوم). وبفضل النشاط التحفيزي العالي، يمكن إتمام تفاعل البلمرة بسرعة عند ضغوط منخفضة (0-10 ضغط جوي) ودرجات حرارة منخفضة (60-75 درجة مئوية)، ومن هنا جاءت تسمية عملية الضغط المنخفض. يتميز البولي إيثيلين الناتج ببنية جزيئية خطية غير متفرعة، مما يساهم في كثافته العالية (0.941-0.965 جم/سم³). وبالمقارنة مع البولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE)، يُظهر البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) مقاومة فائقة للحرارة، وخصائص ميكانيكية ممتازة، ومقاومة عالية للتشقق الناتج عن الإجهاد البيئي.

خصائص البولي إيثيلين

البولي إيثيلين مادة بلاستيكية بيضاء حليبية، تشبه الشمع، وشبه شفافة، مما يجعلها مادة مثالية للعزل والتغليف للأسلاك والكابلات. ومن أهم مزاياها:

(1) خصائص كهربائية ممتازة: مقاومة عزل عالية وقوة عازلة؛ سماحية منخفضة (ε) ومعامل فقد عازل (tanδ) عبر نطاق تردد واسع، مع الحد الأدنى من الاعتماد على التردد، مما يجعله عازلًا مثاليًا تقريبًا لكابلات الاتصالات.

(2) خصائص ميكانيكية جيدة: مرن ولكنه قوي، مع مقاومة جيدة للتشوه.

(3) مقاومة قوية للشيخوخة الحرارية، والهشاشة في درجات الحرارة المنخفضة، والاستقرار الكيميائي.

(4) مقاومة ممتازة للماء مع امتصاص منخفض للرطوبة؛ مقاومة العزل لا تنخفض بشكل عام عند غمرها في الماء.

(5) باعتبارها مادة غير قطبية، فإنها تُظهر نفاذية عالية للغاز، حيث تتمتع مادة LDPE بأعلى نفاذية للغاز بين المواد البلاستيكية.

(6) انخفاض الكثافة النوعية، جميعها أقل من 1. يتميز البولي إيثيلين منخفض الكثافة بشكل خاص عند حوالي 0.92 جم/سم³، بينما البولي إيثيلين عالي الكثافة، على الرغم من كثافته الأعلى، يبلغ حوالي 0.94 جم/سم³ فقط.

(7) خصائص معالجة جيدة: سهل الذوبان والتلدين دون تحلل، ويبرد بسهولة إلى الشكل المطلوب، ويسمح بالتحكم الدقيق في هندسة المنتج وأبعاده.

(8) تتميز الكابلات المصنوعة من البولي إيثيلين بخفة وزنها وسهولة تركيبها وتوصيلها. مع ذلك، يعاني البولي إيثيلين من عدة عيوب: انخفاض درجة حرارة تليينه، وقابليته للاشتعال، وانبعاث رائحة تشبه رائحة البارافين عند احتراقه، وضعف مقاومته للتشقق الناتج عن الإجهاد البيئي والزحف. لذا، يجب توخي الحذر عند استخدام البولي إيثيلين كعازل أو غلاف للكابلات البحرية أو الكابلات المثبتة في منحدرات رأسية شديدة الانحدار.

بلاستيك البولي إيثيلين للأسلاك والكابلات

(1) بلاستيك البولي إيثيلين العازل للأغراض العامة
يتكون فقط من راتنج البولي إيثيلين ومضادات الأكسدة.

(2) بلاستيك البولي إيثيلين المقاوم للعوامل الجوية
يتكون بشكل أساسي من راتنج البولي إيثيلين ومضادات الأكسدة والكربون الأسود. وتعتمد مقاومة العوامل الجوية على حجم الجسيمات ومحتوى الكربون الأسود وتوزعه.

(3) بلاستيك البولي إيثيلين المقاوم للإجهاد البيئي والتشقق
يستخدم البولي إيثيلين ذو مؤشر تدفق انصهار أقل من 0.3 وتوزيع ضيق للوزن الجزيئي. ويمكن أيضًا ربط البولي إيثيلين عرضيًا عن طريق التشعيع أو الطرق الكيميائية.

(4) بلاستيك البولي إيثيلين العازل للجهد العالي
يتطلب عزل الكابلات ذات الجهد العالي استخدام بلاستيك البولي إيثيلين فائق النقاء، بالإضافة إلى مثبتات الجهد وأجهزة بثق متخصصة لمنع تشكل الفراغات، وقمع تصريف الراتنج، وتحسين مقاومة القوس الكهربائي، ومقاومة التآكل الكهربائي، ومقاومة الكورونا.

(5) بلاستيك البولي إيثيلين شبه الموصل
يتم إنتاجه عن طريق إضافة الكربون الأسود الموصل إلى البولي إيثيلين، وعادة ما يتم استخدام الكربون الأسود ذي الجزيئات الدقيقة والبنية العالية.

(6) مركب كابلات البولي أوليفين الحراري منخفض الدخان وخالٍ من الهالوجين (LSZH)

يستخدم هذا المركب راتنج البولي إيثيلين كمادة أساسية، ويتضمن مثبطات اللهب عالية الكفاءة الخالية من الهالوجين، ومثبطات الدخان، والمثبتات الحرارية، ومضادات الفطريات، والملونات، ويتم معالجتها من خلال الخلط والتلدين والتكوير.

البولي إيثيلين المتشابك (XLPE)

تحت تأثير الإشعاع عالي الطاقة أو عوامل الربط المتشابك، يتحول التركيب الجزيئي الخطي للبولي إيثيلين إلى تركيب ثلاثي الأبعاد (شبكي)، مما يحول المادة البلاستيكية الحرارية إلى مادة متصلبة حرارياً. عند استخدامها كعازل،XLPEيتحمل درجات حرارة تشغيل مستمرة تصل إلى 90 درجة مئوية ودرجات حرارة قصر الدائرة من 170 إلى 250 درجة مئوية. تشمل طرق الربط المتشابك الربط الفيزيائي والكيميائي. يُعد الربط المتشابك بالإشعاع طريقة فيزيائية، بينما يُعد بيروكسيد ثنائي الكوميل (DCP) أكثر عوامل الربط المتشابك الكيميائي شيوعًا.