ما هي مواد العزل غير الهالوجينية؟

(1)مادة عازلة من البولي إيثيلين المتشابك منخفض الدخان وخالٍ من الهالوجين (XLPE):
تُصنع مادة العزل XLPE من خلال مزج البولي إيثيلين (PE) وإيثيلين فينيل أسيتات (EVA) كمادة أساسية، بالإضافة إلى إضافات متنوعة مثل مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين، ومواد التشحيم، ومضادات الأكسدة، وغيرها، وذلك من خلال عملية المزج والتكوير. بعد المعالجة بالإشعاع، يتحول البولي إيثيلين من بنية جزيئية خطية إلى بنية ثلاثية الأبعاد، متحولاً من مادة لدن بالحرارة إلى بلاستيك متصلب حرارياً غير قابل للذوبان.

تتمتع كابلات العزل المصنوعة من مادة XLPE بالعديد من المزايا مقارنة بكابلات البولي إيثيلين الحراري العادي:
1. تحسين مقاومة التشوه الحراري، وتحسين الخصائص الميكانيكية في درجات الحرارة العالية، وتحسين مقاومة التصدع الناتج عن الإجهاد البيئي والتقادم الحراري.
٢. يتميز هذا المنتج بثبات كيميائي مُحسّن ومقاومة عالية للمذيبات، وانخفاض في التدفق البارد، مع الحفاظ على الخصائص الكهربائية. تصل درجات حرارة التشغيل على المدى الطويل إلى ١٢٥-١٥٠ درجة مئوية. بعد عملية الربط المتشابك، يمكن رفع درجة حرارة قصر الدائرة الكهربائية للبولي إيثيلين إلى ٢٥٠ درجة مئوية، مما يسمح بقدرة أعلى بكثير على حمل التيار للكابلات ذات السماكة نفسها.
3. تتميز الكابلات المعزولة بمادة XLPE أيضًا بخصائص ميكانيكية ممتازة ومقاومة للماء والإشعاع، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات متنوعة، مثل الأسلاك الداخلية في الأجهزة الكهربائية، وأسلاك المحركات، وأسلاك الإضاءة، وأسلاك التحكم في إشارات الجهد المنخفض للسيارات، وأسلاك القاطرات، وكابلات مترو الأنفاق، وكابلات التعدين الصديقة للبيئة، وكابلات السفن، وكابلات من الدرجة 1E لمحطات الطاقة النووية، وكابلات المضخات الغاطسة، وكابلات نقل الطاقة.

تشمل التوجهات الحالية في تطوير مواد العزل XLPE مواد عزل كابلات الطاقة المصنوعة من البولي إيثيلين المتشابك بالإشعاع، ومواد العزل الهوائي المصنوعة من البولي إيثيلين المتشابك بالإشعاع، ومواد تغليف البولي أوليفين المقاومة للهب والمتشابكة بالإشعاع.

(2)مادة عازلة من البولي بروبيلين المتشابك (XL-PP):
يتميز البولي بروبيلين (PP)، وهو نوع شائع من البلاستيك، بخفة وزنه، ووفرة مصادر المواد الخام، وانخفاض تكلفته، ومقاومته الممتازة للتآكل الكيميائي، وسهولة تشكيله، وإمكانية إعادة تدويره. مع ذلك، يعاني من بعض العيوب، مثل ضعف قوته، ومقاومته للحرارة، وانكماشه الكبير، ومقاومته الضعيفة للزحف، وهشاشته عند درجات الحرارة المنخفضة، وضعف مقاومته للتقادم الناتج عن الحرارة والأكسجين. وقد حدّت هذه العيوب من استخدامه في تطبيقات الكابلات. ويعمل الباحثون على تعديل مواد البولي بروبيلين لتحسين أدائها العام، وقد نجح البولي بروبيلين المُعدَّل بالتشابك الإشعاعي (XL-PP) في التغلب على هذه العيوب بفعالية.

تستطيع الأسلاك المعزولة بمادة XL-PP تلبية اختبارات مقاومة اللهب UL VW-1 ومعايير UL للأسلاك المصنفة عند درجة حرارة 150 درجة مئوية. في التطبيقات العملية للكابلات، غالبًا ما تُخلط مادة EVA مع البولي إيثيلين، والبولي فينيل كلوريد، والبولي بروبيلين، ومواد أخرى لتحسين أداء طبقة عزل الكابل.

من عيوب البولي بروبيلين المُتشابك بالإشعاع وجود تفاعل تنافسي بين تكوين مجموعات طرفية غير مشبعة من خلال تفاعلات التحلل، وتفاعلات التشابك بين الجزيئات المُحفزة والجذور الحرة ذات الجزيئات الكبيرة. وقد أظهرت الدراسات أن نسبة تفاعلات التحلل إلى تفاعلات التشابك في البولي بروبيلين المُتشابك بالإشعاع تبلغ حوالي 0.8 عند استخدام أشعة غاما. ولتحقيق تفاعلات تشابك فعالة في البولي بروبيلين، يلزم إضافة مُحفزات للتشابك. بالإضافة إلى ذلك، فإن سُمك التشابك الفعال محدود بقدرة اختراق حزم الإلكترونات أثناء الإشعاع. يؤدي الإشعاع إلى إنتاج الغاز والرغوة، وهو أمر مفيد لتشابك المنتجات الرقيقة، ولكنه يحد من استخدام الكابلات ذات الجدران السميكة.

(3) مادة عازلة من البوليمر المشترك من الإيثيلين والفينيل أسيتات المتشابك (XL-EVA):
مع تزايد الطلب على سلامة الكابلات، شهد تطوير الكابلات المتشابكة المقاومة للهب والخالية من الهالوجين نموًا سريعًا. بالمقارنة مع البولي إيثيلين، يتميز إيثيلين فينيل أسيتات (EVA)، الذي يُدخل مونومرات أسيتات الفينيل في السلسلة الجزيئية، بانخفاض درجة التبلور، مما يُحسّن مرونته ومقاومته للصدمات وتوافقه مع الحشوات وخصائص اللحام 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 بتوافقه الممتاز مع الحشوات وقابليته العالية للتشابك، مما يجعله شائعًا بشكل متزايد في الكابلات المتشابكة المقاومة للهب والخالية من الهالوجين.

يُستخدم راتنج EVA الذي يحتوي على نسبة أسيتات فينيل تتراوح بين 12% و24% بشكل شائع في عزل الأسلاك والكابلات. في تطبيقات الكابلات الفعلية، يُخلط EVA غالبًا مع البولي إيثيلين، والبولي فينيل كلوريد، والبولي بروبيلين، ومواد أخرى لتحسين أداء طبقة عزل الكابل. تُعزز مكونات EVA عملية التشابك، مما يُحسّن أداء الكابل بعد اكتمال التشابك.

(4) مادة عازلة من مونومر الإيثيلين-بروبيلين-ديين المتشابك (XL-EPDM):
مادة XL-EPDM هي بوليمر ثلاثي يتكون من الإيثيلين والبروبيلين ومونومرات ثنائي الإين غير المترافقة، والتي يتم ربطها عرضيًا من خلال التشعيع. تجمع كابلات XL-EPDM بين مزايا الكابلات المعزولة بالبولي أوليفين والكابلات المعزولة بالمطاط الشائعة.
1. المرونة، والقدرة على التحمل، وعدم الالتصاق في درجات الحرارة العالية، ومقاومة الشيخوخة على المدى الطويل، ومقاومة المناخات القاسية (-60 درجة مئوية إلى 125 درجة مئوية).
2. مقاومة الأوزون، ومقاومة الأشعة فوق البنفسجية، وأداء العزل الكهربائي، ومقاومة التآكل الكيميائي.
3. مقاومة للزيوت والمذيبات تضاهي عزل مطاط الكلوروبرين للأغراض العامة. يمكن إنتاجه باستخدام معدات معالجة البثق الساخن الشائعة، مما يجعله فعالاً من حيث التكلفة.

تتمتع الكابلات المعزولة بمادة XL-EPDM بمجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر كابلات الطاقة ذات الجهد المنخفض، وكابلات السفن، وكابلات إشعال السيارات، وكابلات التحكم لضواغط التبريد، وكابلات التعدين المتنقلة، ومعدات الحفر، والأجهزة الطبية.

تشمل العيوب الرئيسية لكابلات XL-EPDM ضعف مقاومة التمزق وضعف خصائص الالتصاق الذاتي، مما قد يؤثر على المعالجة اللاحقة.

(5) مادة عازلة من مطاط السيليكون

يتميز مطاط السيليكون بمرونته ومقاومته الممتازة للأوزون والتفريغ الهالي واللهب، مما يجعله مادة مثالية للعزل الكهربائي. ويُستخدم بشكل أساسي في صناعة الأسلاك والكابلات الكهربائية. وتُعدّ أسلاك وكابلات مطاط السيليكون مناسبة بشكل خاص للاستخدام في البيئات ذات درجات الحرارة العالية والظروف القاسية، حيث تتميز بعمر افتراضي أطول بكثير مقارنةً بالكابلات التقليدية. وتشمل التطبيقات الشائعة المحركات عالية الحرارة، والمحولات، والمولدات، والمعدات الإلكترونية والكهربائية، وكابلات الإشعال في مركبات النقل، وكابلات الطاقة والتحكم البحرية.

تُصنع الكابلات المعزولة بمطاط السيليكون حاليًا باستخدام الضغط الجوي مع الهواء الساخن أو البخار عالي الضغط. وتجري أبحاث مستمرة حول استخدام تشعيع حزمة الإلكترونات لربط مطاط السيليكون، إلا أن هذه التقنية لم تنتشر بعد في صناعة الكابلات. ومع التطورات الحديثة في تقنية الربط الإشعاعي، تُقدم هذه التقنية بديلاً أقل تكلفة وأكثر كفاءة وصديقًا للبيئة لمواد عزل مطاط السيليكون. ومن خلال تشعيع حزمة الإلكترونات أو مصادر إشعاعية أخرى، يُمكن تحقيق ربط فعال لعزل مطاط السيليكون مع إمكانية التحكم في عمق ودرجة الربط لتلبية متطلبات التطبيقات المختلفة.

لذا، يُبشّر تطبيق تقنية الربط المتقاطع بالإشعاع لمواد عزل مطاط السيليكون بآفاق واعدة في صناعة الأسلاك والكابلات. ومن المتوقع أن تُسهم هذه التقنية في خفض تكاليف الإنتاج، وتحسين كفاءته، والحدّ من الآثار البيئية السلبية. وقد تُعزز جهود البحث والتطوير المستقبلية استخدام تقنية الربط المتقاطع بالإشعاع لمواد عزل مطاط السيليكون، مما يجعلها أكثر قابلية للتطبيق على نطاق أوسع في تصنيع الأسلاك والكابلات عالية الأداء والمقاومة لدرجات الحرارة العالية في الصناعة الكهربائية. وهذا بدوره سيوفر حلولاً أكثر موثوقية ومتانة لمختلف مجالات التطبيق.