يمكن تقسيم المكونات الهيكلية لمنتجات الأسلاك والكابلات بشكل عام إلى أربعة أجزاء هيكلية رئيسية: الموصلات، وطبقات العزل، وطبقات الحماية والأغلفة، بالإضافة إلى عناصر التعبئة وعناصر الشد، وما إلى ذلك. وفقًا لمتطلبات الاستخدام وسيناريوهات تطبيق المنتجات، تحتوي بعض المنتجات على هياكل بسيطة للغاية، مع مكون هيكلي واحد فقط، وهو السلك، مثل الأسلاك العارية العلوية، وأسلاك السلسلة، وقضبان التوصيل النحاسية والألومنيوم (قضبان التوصيل)، وما إلى ذلك. يتم ضمان العزل الكهربائي الخارجي لهذه المنتجات باستخدام العوازل والمسافة المكانية أثناء التركيب والوضع (أي باستخدام عزل الهواء).
تتميز الغالبية العظمى من منتجات الأسلاك والكابلات بنفس شكل المقطع العرضي (مع تجاهل أخطاء التصنيع)، وتكون على شكل شرائح طويلة. ويعتمد ذلك على استخدامها في تشكيل الدوائر أو الملفات في الأنظمة أو المعدات. لذلك، عند دراسة وتحليل التركيب الهيكلي لمنتجات الكابلات، يكفي ملاحظة مقاطعها العرضية وتحليلها.
فيما يلي تحليل مفصل لتركيبة هيكل الكابل ومواد الكابل:
1. تركيب هيكل الكابل: موصل
الأسلاك هي المكونات الأساسية والضرورية للمنتجات لنقل معلومات التيار أو الموجات الكهرومغناطيسية. السلك هو اختصار لـ "النواة الموصلة".
ما هي المواد المُستخدمة في موصلات الكابلات؟ تُصنع الموصلات عادةً من معادن غير حديدية ذات موصلية كهربائية ممتازة، مثل النحاس والألومنيوم. وتستخدم الكابلات الضوئية المُستخدمة في شبكات الاتصالات الضوئية، والتي تطورت بسرعة خلال العقود الثلاثة الماضية تقريبًا، الألياف الضوئية كموصلات.
2. تركيب هيكل الكابل: طبقة العزل
الطبقة العازلة هي مكون يُغطي محيط السلك، ويعمل كعازل كهربائي. أي أنها تضمن مرور التيار أو الموجات الكهرومغناطيسية أو موجات الضوء عبر السلك فقط، دون تسربها للخارج. يمكن عزل الجهد الكهربائي على الموصل (أي فرق الجهد المتشكل مع الأجسام المحيطة، أي الجهد الكهربائي). أي أنه من الضروري ضمان وظيفة النقل الطبيعية للسلك وسلامة الأجسام الخارجية والأشخاص. الأسلاك وطبقات العزل هما المكونان الأساسيان اللازمان لتكوين منتجات الكابلات (باستثناء الأسلاك العارية).
ما هي مواد عزل الكابلات؟ في الأسلاك والكابلات الحالية، يُصنف عزل الكابلات بشكل رئيسي إلى فئتين: البلاستيك والمطاط. وتُعدّ مواد البوليمر هي السائدة، مما يُتيح مجموعة واسعة من منتجات الأسلاك والكابلات المناسبة لمختلف الاستخدامات والمتطلبات البيئية. تشمل مواد العزل الشائعة للأسلاك والكابلات البولي فينيل كلوريد (PVC)،البولي إيثيلين المتشابك (XLPE)، والبلاستيك الفلوري، ومركبات المطاط، ومركبات مطاط الإيثيلين والبروبيلين، ومواد العزل المطاطية السيليكونية.
3. تركيب هيكل الكابل: الغلاف
عند تركيب وتشغيل منتجات الأسلاك والكابلات في بيئات مختلفة، يجب أن تكون هناك مكونات تحمي المنتج بأكمله، وخاصة طبقة العزل. هذا هو الغلاف. ولأن المواد العازلة تتطلب خصائص عزل كهربائي ممتازة من جميع الأنواع، فمن الضروري أن تكون نقائها عاليًا جدًا ونسبة الشوائب فيها منخفضة جدًا. في كثير من الأحيان، يستحيل مراعاة قدرتها على الحماية من العوامل الخارجية. لذلك، يجب أن تكون هياكل الحماية المختلفة مسؤولة عن مقاومة مختلف القوى الميكانيكية الخارجية (مثل التركيب، وموقع الاستخدام، وأثناء الاستخدام)، ومقاومة البيئة الجوية، ومقاومة المواد الكيميائية أو الزيوت، ومنع الأضرار البيولوجية، والحد من مخاطر الحرائق. الوظائف الرئيسية لأغلفة الكابلات هي العزل المائي، ومقاومة اللهب، ومقاومة الحرائق، ومنع التآكل. يمكن الاستغناء عن طبقة الحماية للعديد من منتجات الكابلات المصممة خصيصًا لبيئات خارجية جيدة (مثل البيئات النظيفة والجافة، والبيئات الداخلية الخالية من القوى الميكانيكية الخارجية)، أو تلك التي تحتوي على مواد عازلة تتمتع بطبيعتها بقوة ميكانيكية معينة ومقاومة للعوامل الجوية.
ما أنواع مواد أغلفة الكابلات؟ تشمل مواد أغلفة الكابلات الرئيسية المطاط، والبلاستيك، والطلاء، والسيليكون، ومنتجات الألياف المختلفة، وغيرها. تتميز الطبقة الواقية المطاطية والبلاستيكية بالنعومة والخفة، وتُستخدم على نطاق واسع في كابلات الهواتف المحمولة. ومع ذلك، نظرًا لامتلاك كلٍّ من المطاط والبلاستيك درجةً معينةً من نفاذية الماء، لا يمكن استخدامها إلا عند استخدام مواد بوليمرية عالية المقاومة للرطوبة كعازل للكابلات. قد يتساءل بعض المستخدمين عن سبب استخدام البلاستيك كطبقة واقية في السوق. بالمقارنة مع خصائص الأغلفة البلاستيكية، تتميز الأغلفة المطاطية بمرونة ومرونة أعلى، ومقاومةً للتلف، إلا أن عملية تصنيعها أكثر تعقيدًا نسبيًا. تتميز الأغلفة البلاستيكية بخصائص ميكانيكية أفضل ومقاومة للماء، وهي متوفرة بكثرة، ومنخفضة السعر، وسهلة المعالجة. لذلك، تُستخدم على نطاق واسع في السوق. تجدر الإشارة إلى وجود نوع آخر من الأغلفة المعدنية. لا تقتصر وظائف الأغلفة المعدنية على الحماية الميكانيكية فحسب، بل تشمل أيضًا وظيفة التدريع المذكورة أدناه. كما تتميز بخصائص مثل مقاومة التآكل، وقوة الضغط والشد، ومقاومة الماء، مما يمنع الرطوبة والمواد الضارة الأخرى من دخول داخل عزل الكابل. لذلك، تُستخدم على نطاق واسع كأغلفة لكابلات الطاقة المعزولة بالورق والمشبعة بالزيت، والتي تتميز بضعف مقاومتها للرطوبة.
4. تركيب هيكل الكابل: طبقة الحماية
طبقة التدريع عنصر أساسي في منتجات الكابلات لتحقيق عزل المجال الكهرومغناطيسي. فهي لا تمنع تسرب الإشارات الكهرومغناطيسية الداخلية وتداخلها مع الأجهزة الخارجية أو العدادات أو الخطوط الأخرى فحسب، بل تمنع أيضًا الموجات الكهرومغناطيسية الخارجية من دخول نظام الكابل من خلال الاقتران. هيكليًا، لا تُوضع طبقة التدريع على السطح الخارجي للكابل فحسب، بل توجد أيضًا بين أزواج أو مجموعات الأسلاك في الكابلات متعددة الأنوية، مُشكلةً "شاشات عزل كهرومغناطيسية" متعددة المستويات. في السنوات الأخيرة، ومع تزايد متطلبات كابلات الاتصالات عالية التردد ومقاومة التداخل، تطورت مواد التدريع من الورق المعدني التقليدي وأشرطة الورق شبه الموصلة إلى مواد مركبة أكثر تطورًا مثلأشرطة مايلر من رقائق الألومنيوموأشرطة مايلر من رقائق النحاس، وأشرطة النحاس. تشمل هياكل التدريع الشائعة طبقات تدريع داخلية مصنوعة من بوليمرات موصلة أو أشرطة شبه موصلة، بالإضافة إلى طبقات تدريع خارجية مثل اللف الطولي لشريط النحاس وشبكة النحاس المضفرة. من بينها، تستخدم الطبقة المضفرة غالبًا النحاس المطلي بالقصدير لتعزيز مقاومة التآكل. في سيناريوهات التطبيقات الخاصة، مثل كابلات التردد المتغير التي تستخدم شريط النحاس + التدريع المركب للأسلاك النحاسية، وكابلات البيانات التي تستخدم اللف الطولي لرقائق الألومنيوم + التصميم الانسيابي، والكابلات الطبية التي تتطلب طبقات مضفرة من النحاس المطلي بالفضة عالية التغطية. مع ظهور عصر الجيل الخامس، أصبح هيكل التدريع الهجين المكون من شريط مركب من الألومنيوم والبلاستيك ونسج أسلاك النحاس المطلية بالقصدير هو الحل السائد للكابلات عالية التردد. تُظهر الممارسة الصناعية أن طبقة التدريع قد تطورت من هيكل ملحق إلى مكون أساسي مستقل للكابل. يتطلب اختيار المواد مراعاة شاملة لخصائص التردد وأداء الانحناء وعوامل التكلفة لتلبية متطلبات التوافق الكهرومغناطيسي لسيناريوهات التطبيق المختلفة.
5. تكوين هيكل الكابل: هيكل مملوء
العديد من منتجات الأسلاك والكابلات متعددة الأنوية. على سبيل المثال، معظم كابلات الطاقة منخفضة الجهد هي كابلات رباعية أو خماسية الأنوية (مناسبة للأنظمة ثلاثية الطور)، وتأتي كابلات الهاتف الحضرية في 800 زوج، 1200 زوج، 2400 زوج إلى 3600 زوج. بعد توصيل هذه الأنوية أو الأزواج المعزولة (أو توصيلها في مجموعات عدة مرات)، تظهر مشكلتان: الأولى هي أن الشكل ليس دائريًا، والثانية هي وجود فجوات كبيرة بين الأنوية المعزولة. لذلك، يجب إضافة هيكل حشو أثناء التوصيل. يهدف هيكل الحشو إلى جعل القطر الخارجي للكابل دائريًا نسبيًا، مما يساعد على لفّ الغلاف وبثقه، وكذلك لجعل هيكل الكابل مستقرًا وداخله قويًا. أثناء الاستخدام (عند التمدد والضغط والانحناء أثناء التصنيع والتمديد)، يتم تطبيق القوة بالتساوي دون الإضرار بالهيكل الداخلي للكابل. لذلك، على الرغم من أن هيكل الحشو هو هيكل مساعد، إلا أنه ضروري أيضًا، وهناك لوائح مفصلة بشأن اختيار المواد وتصميم الشكل.
مواد حشو الكابلات: عادةً ما تشمل مواد حشو الكابلات شريط البولي بروبيلين، أو حبال البولي بروبيلين غير المنسوجة، أو حبال القنب، أو مواد رخيصة الثمن مصنوعة من المطاط المعاد تدويره. لاستخدامها كمواد حشو كابلات، يجب أن تتمتع بخصائص عدم التسبب في آثار سلبية على قلب الكابل المعزول، وعدم كونها ماصة للرطوبة، وعدم تعرضها للانكماش، وعدم تآكلها.
6. تركيب هيكل الكابل: عناصر الشد
تعتمد منتجات الأسلاك والكابلات التقليدية على طبقة الدرع الواقية للغلاف لتحمل قوى الشد الخارجية أو قوى الشد الناتجة عن وزنها. الهياكل النموذجية هي درع الشريط الفولاذي ودرع الأسلاك الفولاذية (على سبيل المثال، في الكابلات البحرية، تُستخدم أسلاك فولاذية سميكة بقطر 8 مم تُلف لتشكيل طبقة الدرع). ومع ذلك، لحماية الألياف الضوئية من قوى الشد الطفيفة ومنع تشوهها الطفيف الذي قد يؤثر على أداء النقل، يُجهز هيكل كابل الألياف الضوئية بغلاف أساسي وثانوي، بالإضافة إلى مكونات شد مخصصة. بالإضافة إلى ذلك، إذا اعتمد كابل سماعة الرأس في الهاتف المحمول على هيكل يُلف فيه سلك نحاسي دقيق أو شريط نحاسي رفيع حول خيوط ألياف صناعية، وتُبث طبقة عازلة من الخارج، فإن هذه الخيوط هي عنصر الشد. باختصار، في المنتجات الخاصة والصغيرة والمرنة التي طُوّرت في السنوات الأخيرة والتي تتطلب استخدامات متعددة للثني والالتواء، تلعب عناصر الشد دورًا رئيسيًا.
ما هي المواد المتضمنة في مكونات شد الكابلات: شرائط الفولاذ، والأسلاك الفولاذية، ورقائق الفولاذ المقاوم للصدأ
وقت النشر: ٢٥ أبريل ٢٠٢٥