(1)مادة عزل البولي إيثيلين (XLPE) المترابطة المتعادلة منخفضة الدخان وخالية من الهالوجين:
يُنتج عزل البولي إيثيلين المتشابك (XLPE) عن طريق خلط البولي إيثيلين (PE) وأسيتات فينيل الإيثيلين (EVA) كمصفوفة أساسية، بالإضافة إلى إضافات متنوعة مثل مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين، ومواد التشحيم، ومضادات الأكسدة، وغيرها، من خلال عملية تجميع وتحبيب. بعد المعالجة بالإشعاع، يتحول البولي إيثيلين من بنية جزيئية خطية إلى بنية ثلاثية الأبعاد، متحولاً من مادة لدنة بالحرارة إلى بلاستيك صلب بالحرارة غير قابل للذوبان.
تتمتع كابلات العزل XLPE بالعديد من المزايا مقارنةً بـ PE الحرارية العادية:
1. تحسين مقاومة التشوه الحراري، وتعزيز الخصائص الميكانيكية في درجات الحرارة العالية، وتحسين مقاومة التشقق الناتج عن الإجهاد البيئي والشيخوخة الحرارية.
٢. تحسين الاستقرار الكيميائي ومقاومة المذيبات، وتقليل التدفق البارد، والحفاظ على الخواص الكهربائية. يمكن أن تصل درجات حرارة التشغيل طويلة الأمد إلى ١٢٥-١٥٠ درجة مئوية. بعد معالجة الربط المتقاطع، يمكن رفع درجة حرارة قصر الدائرة للبولي إيثيلين إلى ٢٥٠ درجة مئوية، مما يسمح بزيادة كبيرة في قدرة تحمل التيار للكابلات من نفس السُمك.
3. تتميز الكابلات المعزولة بـ XLPE أيضًا بخصائص ميكانيكية ومقاومة للماء والإشعاع ممتازة، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات مختلفة، مثل الأسلاك الداخلية في الأجهزة الكهربائية، وأسلاك المحركات، وأسلاك الإضاءة، وأسلاك التحكم في إشارة الجهد المنخفض للسيارات، وأسلاك القاطرات، وكابلات مترو الأنفاق، وكابلات التعدين الصديقة للبيئة، وكابلات السفن، وكابلات الدرجة 1E لمحطات الطاقة النووية، وكابلات المضخات الغاطسة، وكابلات نقل الطاقة.
تتضمن الاتجاهات الحالية في تطوير مواد عزل XLPE مواد عزل كابلات الطاقة PE المتشابكة مع الإشعاع، ومواد عزل الهواء PE المتشابكة مع الإشعاع، ومواد غلاف البولي أوليفين المقاومة للهب المتشابكة مع الإشعاع.
(2)مادة العزل من البولي بروبيلين المتشابك (XL-PP):
يتميز البولي بروبيلين (PP)، وهو بلاستيك شائع، بخصائص مثل خفة وزنه، ووفرة مصادر المواد الخام، وفعاليته من حيث التكلفة، ومقاومته الممتازة للتآكل الكيميائي، وسهولة تشكيله، وإمكانية إعادة تدويره. إلا أنه يواجه بعض القيود، مثل ضعف قوته، وضعف مقاومته للحرارة، وتشوهه الكبير الناتج عن الانكماش، وضعف مقاومته للزحف، وهشاشته في درجات الحرارة المنخفضة، وضعف مقاومته للحرارة والأكسجين. وقد حدّت هذه القيود من استخدامه في تطبيقات الكابلات. وقد عمل الباحثون على تعديل مواد البولي بروبيلين لتحسين أدائها العام، وقد تغلب البولي بروبيلين المعدل المتشابك بالإشعاع (XL-PP) على هذه القيود بفعالية.
تتوافق أسلاك XL-PP المعزولة مع اختبارات اللهب UL VW-1 ومعايير UL للأسلاك التي تتحمل درجات حرارة تصل إلى 150 درجة مئوية. في تطبيقات الكابلات العملية، غالبًا ما يُمزج EVA مع PE وPVC وPP ومواد أخرى لتحسين أداء طبقة عزل الكابلات.
من عيوب البولي بروبلين المتشابك بالإشعاع أنه ينطوي على تفاعل تنافسي بين تكوين مجموعات طرفية غير مشبعة من خلال تفاعلات التحلل وتفاعلات الترابط بين الجزيئات المحفزة والجذور الحرة للجزيئات الكبيرة. وقد أظهرت الدراسات أن نسبة التحلل إلى تفاعلات الترابط في الترابط الإشعاعي للبولي بروبلين تبلغ حوالي 0.8 عند استخدام أشعة غاما. لتحقيق تفاعلات ترابط فعّالة في البولي بروبلين، يجب إضافة مُحفّزات الترابط للترابط الإشعاعي. بالإضافة إلى ذلك، فإن سماكة الترابط الفعال محدودة بقدرة اختراق حزم الإلكترونات أثناء التشعيع. يؤدي التشعيع إلى إنتاج الغاز والرغوة، وهو أمر مفيد للترابط الإشعاعي للمنتجات الرقيقة ولكنه يحد من استخدام الكابلات ذات الجدران السميكة.
(3) مادة عزل كوبوليمر أسيتات الإيثيلين فينيل المترابط (XL-EVA):
مع تزايد الطلب على سلامة الكابلات، شهد تطوير الكابلات المتشابكة المقاومة للهب والخالية من الهالوجين نموًا سريعًا. بالمقارنة مع البولي إيثيلين، يتميز راتنج EVA، الذي يُدخل مونومرات أسيتات الفينيل في السلسلة الجزيئية، ببلورية أقل، مما يُحسّن مرونته، ومقاومته للصدمات، وتوافقه مع الحشوات، وخصائص العزل الحراري. بشكل عام، تعتمد خصائص راتنج EVA على محتوى مونومرات أسيتات الفينيل في السلسلة الجزيئية. يؤدي ارتفاع محتوى أسيتات الفينيل إلى زيادة الشفافية والمرونة والمتانة. يتميز راتنج EVA بتوافق ممتاز مع الحشوات وقابلية الترابط المتشابك، مما يزيد من شعبيته في الكابلات المتشابكة المقاومة للهب والخالية من الهالوجين.
يُستخدم راتنج EVA، الذي يحتوي على نسبة تتراوح بين 12% و24% من أسيتات الفينيل، بشكل شائع في عزل الأسلاك والكابلات. في تطبيقات الكابلات الفعلية، يُمزج EVA غالبًا مع PE وPVC وPP ومواد أخرى لتحسين أداء طبقة عزل الكابلات. تُعزز مكونات EVA الترابط المتقاطع، مما يُحسّن أداء الكابل بعد الترابط المتقاطع.
(4) مادة العزل المترابطة من الإيثيلين-البروبيلين-الدين (XL-EPDM):
XL-EPDM هو بوليمر ثلاثي يتكون من إيثيلين، وبروبيلين، ومونومرات دايين غير مترافقة، مترابطة تشابكيًا بالإشعاع. تجمع كابلات XL-EPDM بين مزايا الكابلات المعزولة بالبولي أوليفين والكابلات المعزولة بالمطاط الشائعة:
1. المرونة، والقدرة على الصمود، وعدم الالتصاق في درجات الحرارة العالية، ومقاومة الشيخوخة على المدى الطويل، ومقاومة المناخ القاسي (-60 درجة مئوية إلى 125 درجة مئوية).
2. مقاومة الأوزون، ومقاومة الأشعة فوق البنفسجية، وأداء العزل الكهربائي، ومقاومة التآكل الكيميائي.
٣. مقاومة للزيوت والمذيبات تُضاهي مقاومة مطاط الكلوروبرين العازل متعدد الاستخدامات. يُمكن إنتاجه باستخدام معدات معالجة البثق الساخن الشائعة، مما يجعله فعالاً من حيث التكلفة.
تتمتع الكابلات المعزولة بـ XL-EPDM بمجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر كابلات الطاقة ذات الجهد المنخفض، وكابلات السفن، وكابلات الإشعال في السيارات، وكابلات التحكم في ضواغط التبريد، وكابلات التعدين المتنقلة، ومعدات الحفر، والأجهزة الطبية.
تشمل العيوب الرئيسية لكابلات XL-EPDM مقاومة ضعيفة للتمزق وخصائص لاصقة ولصق ذاتية ضعيفة، مما قد يؤثر على المعالجة اللاحقة.
(5) مادة عزل المطاط السيليكوني
يتميز مطاط السيليكون بمرونة عالية ومقاومة ممتازة للأوزون، وتفريغ الهالة، واللهب، مما يجعله مادة مثالية للعزل الكهربائي. يُستخدم بشكل رئيسي في صناعة الأسلاك والكابلات. وتُعدّ أسلاك وكابلات مطاط السيليكون مناسبة بشكل خاص للاستخدام في البيئات عالية الحرارة والمتطلبات، مع عمر افتراضي أطول بكثير مقارنةً بالكابلات القياسية. تشمل التطبيقات الشائعة المحركات عالية الحرارة، والمحولات، والمولدات، والمعدات الإلكترونية والكهربائية، وكابلات الإشعال في مركبات النقل، وكابلات الطاقة والتحكم البحرية.
حاليًا، عادةً ما يتم ربط الكابلات المعزولة بمطاط السيليكون باستخدام الضغط الجوي مع الهواء الساخن أو البخار عالي الضغط. كما تُجرى أبحاث جارية حول استخدام إشعاع شعاع الإلكترونات لربط مطاط السيليكون، على الرغم من أنه لم ينتشر بعد في صناعة الكابلات. مع التطورات الحديثة في تقنية الترابط الإشعاعي، تُوفر هذه التقنية بديلاً أقل تكلفة وأكثر كفاءة وصديقًا للبيئة لمواد عزل مطاط السيليكون. فمن خلال إشعاع شعاع الإلكترونات أو مصادر الإشعاع الأخرى، يمكن تحقيق ربط فعّال لعزل مطاط السيليكون مع التحكم في عمق ودرجة الترابط لتلبية متطلبات التطبيقات المحددة.
لذا، يُبشر تطبيق تقنية الربط الإشعاعي لمواد عزل المطاط السيليكوني بمستقبل واعد في صناعة الأسلاك والكابلات. ومن المتوقع أن تُخفّض هذه التقنية تكاليف الإنتاج، وتُحسّن كفاءته، وتُسهم في الحد من الآثار البيئية السلبية. وقد تُعزز جهود البحث والتطوير المستقبلية استخدام تقنية الربط الإشعاعي لمواد عزل المطاط السيليكوني، مما يجعلها أكثر استخدامًا في تصنيع الأسلاك والكابلات عالية الأداء وعالية الحرارة في الصناعة الكهربائية. وهذا سيوفر حلولًا أكثر موثوقية ومتانة في مختلف مجالات التطبيق.
وقت النشر: ٢٨ سبتمبر ٢٠٢٣