آشنایی با مواد و پلیمر اولیه کابلها و سیمها و بررسی انواع طبقه‌بندی پلیاتیلن
همانطوری‌که برای مواد PVC فرمول‌ها و نحوه ساخت مختلفی وجود دارد و شرایط کار هر نوع PVC در اکسترودر از نظر فشار و درجه حرارت و سرعت تولید فرق می‌کند، پلیاتیلن PE (پلیاتیلن 020) هم به انواع مختلف تقسیم شده و شرایط کار آنها فرق می‌کند.
به‌طور کلی پلیاتیلن PE (پلیاتیلن 0075) از نظر خواص الکتریکی بهتر از پی‌وی‌سی PVC بوده ولی قابلیت انعطاف‌پذیری آن را ندارد و خودسوز می‌باشد. (اگر یک تکه پلیاتیلن PE را بسوزانید مانند شمع سوخته و آب می‌شود) ولی پی‌وی‌سی خودسوز نیست و از انتشار شعله جلوگیری می‌کند. پلیمرهای متعددی هستند که در ساخت روکش یا عایق کابلها و سیمها مورد استفاده قرار می‌گیرند. انتخاب نوع پلیمر به مشخصات شبکه برق، همچون فشار جریان آن بستگی دارد.
مواد پلیاتیلن PE به انواع ذیل طبقه‌بندی می‌شود:
۱- پلیاتیلن PE با وزن مخصوص پائین (LDPE) پلی‌اتلین 2102
این نوع پلیاتیلن PE برای عایق و روکش کابلها به‌کار می‌رود. از نظر کارکرد در اکسترودر بسیار راحت و روان بوده ولی از نظر مکانیکی ضعیف می‌باشد و به این دلیل در کابل‌های مخابراتی یا برق نمی‌توان از آن استفاده کرد. نوع مشکی این مواد به‌عنوان روکش کابل‌های تلفنی استفاده می‌شود و همچنین نوع خطی پلیاتیلن است و از نظر شیمیایی یک ساختار شیمیایی یکسان با HDPE دارد.
۲- پلیاتیلن PE با وزن مخصوص متوسط (MDPE)
این پلیاتیلن از نظر خواص مکانیکی بهتر از نوع با وزن مخصوص پائین بوده و بعضی از شرکت‌های مخابرات این مواد پلیاتیلن PE را ترجیح می‌دهند. پلیاتیلن 0075
۳- پلیاتیلنPE با وزن مخصوص بالا (HDPE)
این نوع پلیاتیلن PE بیشتر به عنوان عایق و روکش که نیاز به قدرت مکانیکی بالاتری می‌باشد استفاده می‌شود و امروزه در کابل‌های تلفنی بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. دارای مقاومت به ضربه و بلورینگی بالایی می‌باشد.
۴- (LLDPE) و ULDPE با افزودن مونومرهایی مانند ۱-بوتن و ۲-اکتن به LDPE خطی تهیه می‌شوند که این امر باعث افزایش زنجیر شاخه‌ای کوتاه به پلیمر شده و شاخه‌های بلند را محدود می‌کند. خطی بودن زنجیر باعث خاصیت کشسانی و شاخه‌ای بودن آن باعث سفتی است،که خواص بهتری نسبت به LDPE دارد.
۵- پلیاتیلن PE اسفنجی (FOAM PE)
در این پلیاتیلن PE در موقع کار مقداری گاز (ازت) در داخل عایق تولید شده و مواد پلیاتیلن PE را به شکل متخلخل و اسفنجی تبدیل می‌کند، با این کار ثابت دی الکتریک عایق کاهش یافته و برای یک کابل کواکسیال با امپدانس مشخصی باعث کاهش مصرف مواد و کاهش قطر تمام شده کابلها و سیمها میگردد.
به‌عنوان مثال در کابل کواکسیال ۴٫۵C-2V اگر قرار باشد با پلیاتیلن PE یکپارچه تولید شود، قطر عایق شده آن حدود ۴۰ درصد و وزن مواد مصرفی ۳۶۰ درصد افزایش می‌یابد.
کار کردن با مواد پلیاتیلن PE اسفنجی مشکل بوده و نیاز به اکسترودر مجهز و مهارت کافی برای کار با اکسترودر آن دارد. خواص مکانیکی و استحکام دی الکتریک پلیاتیلن PE اسفنجی از پلیاتیلن یکپارچه بیشتر است. مزیت دیگر پلیاتیلن اسفنجی سرعت بالاتر انتشار موج در آن نسبت به پلیاتیلن یکپارچه است.
خواص پلیاتیلن
مزایا
- قیمت کم، فرایندپذیری خوب، مقاومت ضربه‌ای بالا، مقاومت شیمیایی بالا موجب مصرف بالای این پلیمر گشته است.
- این پلاستیک از نظر حلالیت در دمای اتاق نامحلول است و حلالیت آن از طریق گرم کردن در هیدروکربنات‌ها و یا هالوژن هیدروکربن‌ها افزایش می‌یابد.
- درجه شاخه‌ای بودن نه تنها تأثیر مهمی بر روی خواص آنها در حالت جامد دارد بلکه در ارتباط با رفتار مذاب نیز تأثیرگذار است. حضور زنجیرهای بلند باعث کاهش تمایل زنجیر پلیمر به حرکت در مقایسه با ساختارهای خطی‌تر است که این امر موجب کاهش ویسکوزیته مذاب می‌شود.
- این ماده نسبتاً در برابر اکسیدکننده‌ها پایدار است و به‌راحتی اکسید نمی‌شود و تنها در هوا تحت اشعه UV و در دماهای بالا اکسید می‌شود.
معایب
- دمای ذوب PE به دلیل نیروی بین مولکولی کم کربن_کربن نسبتاً پایین است. پس از بررسی در مقالات دمای انتقال شیشه‌ای یا همان Tg این ماده بین C° ۱۳۰ و C° ۳۰ گزارش شده است.
- تخریب این پلیمر در دمای بالای C° ۲۷۰ رخ می‌دهد و موجب به وجود آمدن طیف پیوسته‌ای از هیدروکربن‌هایی با ۱-۷۰ اتم کربن میگردد. عمده‌ترین محصولات حاصل از تخریب پروپن و ۱-هگزن است.
کاربردهای پلیاتیلن
- به دلیل داشتن قیمت کم،فرآیندپذیری خوب، مقاومت ضربه‌ای بالا، مقاومت شیمیایی بالا و عایق الکتریکی بودن گستره کاربردی وسیعی دارد.
- بیشترین استفاده رایج همانطور که قبلاً ذکر شد در فیلم‌هایی است که به‌طور گسترده در بسته‌بندی‌ها و همچنین به‌طور کلی در کیسه‌ها و پوشش غذاها استفاده می‌شوند. از کاربردهای دیگر PE استفاده در پوشش سیمها و کابلها به دلیل داشتن خواص عایق‌پذیری بالا است.
- در تولید قطعاتی است که از طریق قالب‌گیری دمشی و تزریقی تولید می‌شوند مخصوصاً بطری‌هایی که برای نگهداری مواد غذایی و یا مواد شیمیایی خانگی استفاده می‌شوند نیز کاربرد دارد.
فرایند تولید کابلها و سیمها
فرایند تولید سیم و کابل شامل مراحل زیر است:
«کشش، تابنده‌ها، اکسترودر، بسته‌بندی»
۱- کشش
این مرحله با نازک‌کاری مفتول‌های مس به قطر ۸ میلی‌متر و یا مفتول‌های آلومینیوم به قطر ۵/۹ میلی‌متر شروع می‌شود و در صورت نیاز با خروجی‌های به قطر ۳۸/۱ تا ۵۵/۳ میلی‌متر میتوان از دستگاه‌های دیگر کشش نیز استفاده نمود و قطر مفتول را تا حد ۱/۰ میلی‌متر کاهش داد.
انواع کشش با توجه به سایز ورودی و خروجی مفتول به‌طور کلی به سه دسته راد، مدیوم و فاین تقسیم می‌شود. فرایند آنیل کاری برای ایجاد نرمی در مفتول کشیده شده می‌تواند به‌صورت همزمان یا پس از عملیات کشش در کوره صورت پذیرد.
۲- تابنده‌ها
برای ایجاد انعطاف و خمش‌پذیری بیشتر در کابلها میتوان تعداد مفتول‌های هر رشته هادی را افزایش داد که در این صورت باید رشته‌ها به هم تابیده شود. همچنین ضرورت دارد رشته‌های عایق‌دار برای کابل‌های غیر تخت نیز به هم تابیده شوند. انواع تابنده‌ها در صنعت سیم و کابل را میتوان به‌صورت زیر دسته‌بندی کرد:
الف) بانچر
برای تابیدن رشته‌های افشان و نیمه‌افشان (در مقطع کم)
ب) استرندر
برای تابیدن رشته‌های لخت هادی در هادی‌های نیمه افشان مقطع بالا و همچنین تابیدن رشته‌های عایق‌دار مقطع پایین
ج) کابل‌کننده
برای تابیدن رشته‌های عایق‌دار مقطع بالا
۳- اکسترودر
انواع مواد پلیمری موجود در استانداردها با استفاده از دستگاه اکسترودر بر روی اجزا کابل اعمال میگردد. این مواد عمدتاً شامل اقلام زیر می‌باشد:
PVC یا پی‌وی‌سی
پلی‌وینیل کلراید متداول‌ترین عایق خصوصاً در کابل‌های فشار ضعیف است. این ماده عایقی که معمولاً به‌صورت گرانول مصرف می‌شود از چهار ماده رزین PVC، کربنات کلسیم، روغن پلاستی سایزر (معمولاً DOP) و پایدارکننده‌های حرارتی (استابلایزر) تشکیل می‌شود که بسته به نوع کاربرد و خواص مکانیکی، حرارتی و انعطاف‌پذیری ترکیب و نسبت درصد این مواد متشکله در فرمول‌های مختلف PVC گرانول می‌تواند متفاوت می‌باشد. از این پلیمر به‌عنوان عایق و روکش انواع کابل استفاده میگردد.
XLPE
پلیاتیلن شبکه‌ای یا کراس لینک شده ماده عایقی مناسب دیگری است که بیشتر در کابل‌های فشار متوسط و فشار قوی کاربرد دارد. این پلیمر در مقایسه با PVC خواص عایقی بالاتر (مقاومت عایقی بیشتر)، دوام بیشتر، مقاومت در برابر دمای بالاتر، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر مواد شیمیایی بالاتری دارد. انعطاف کم این نوع مواد کاربرد آن را خصوصاً در مورد سیم‌های انعطاف‌پذیر (سیم‌های افشان) محدود می‌کند.
لاستیک
کاربرد مهم این نوع مواد عایقی در مواردی است که انعطاف‌پذیری بسیار بالا برای کابلها و سیمها ضرورت داشته باشد. همچنین یکی از کاربردهای مهم دیگر این نوع عایق در مواردی است که کابل در معرض دمای بالا (نظیر کوره‌ها و ….) قرار گیرد.
TPR
آمیزه‌ای از پلیمرها شامل پلاستیک و لاستیک‌ها است که دارای خواص همزمان ترموپلاستیکی و الاستومری است. این ماده عایقی همانند بسیاری از لاستیک‌ها دارای مقاومت زیاد در برابر انواع روغن‌ها، مواد شیمیایی، ازن و سایر عوامل محیطی است. این مواد دارای خاصیت جذب آب کم، خواص الکتریکی عالی، انعطاف‌پذیری زیاد به همراه مقاومت خوب در برابر سایش می‌باشد.
مراحل مختلف فرایند اکسترودر را میتوان به‌طور زیر خلاصه نمود:
الف) اکسترودر عایق
موادی نظیر پی‌وی‌سی، پلیاتیلن و یا انواع لاستیک‌ها و … بر روی هادی اعمال می‌شود. به این لایه اکسترود شده از مواد گرمانرم یا گرما سخت، عایق گفته می‌شود.
ب) روکش میانی یا فیلر
این لایه معمولاً بر روی رشته‌های عایق‌دار تابیده کابلها و سیمها اعمال می‌شود و چون صرفاً برای گرد کردن کابل می‌باشد لذا از مواد پلیمری با کیفیت پایین‌تر استفاده میگردد.
ج) روکش‌ها
که شامل روکش جداکننده، بدینگ و روکش نهایی است بسته به ساختمان کابلها و سیمها و اجزاء به کار رفته روی بخش‌های مختلف کابل اعمال می‌شود، مهمترین روکش‌ها شامل انواع پی‌وی‌سی، پلیاتیلن، لاستیک‌ها و … است.
۴- بسته‌بندی
آخرین مرحله در فرایند تولید کابل است. در صورتی‌که محصول نهایی به صورت سیم باشد معمولاً در دستگاه کلاف پیچ به صورت کلاف بسته‌بندی می‌شود و اگر محصول نهایی به صورت کابل باشد به دو صورت کلاف (برای کابل‌های انعطاف‌پذیر ساختمانی) و یا به‌صورت قرقره (عموماً برای کابل‌های سنگین‌تر) بسته‌بندی می‌شود.
انواع گرانول کابلی و خصوصیات آنها
کابل‌های برق، جایگاه ویژه‌ای در زندگی امروزه ما دارند. ناگفته پیداست که روکش یا عایق این کابلها نیز به‌اندازه خود آنها اهمیت دارد. گرانول کابلی یکی از انواع مواد اولیه کابل به شمار می‌رود که در تولید روکش شبکه‌های برق از آن بهره‌‌برداری می‌شود. از آنجا که گرانول ماده‌ای عایق در برابر جریان الکتریسیته است، به‌خوبی توانسته مجاری انتقال جریان برق را پوشش دهد.
لازم به یادآوری است که گرانول، شکلی از مواد پلیمری است که به‌صورت دانه‌های کوچکی مثل ساچمه در می آید و فرایند تولید قطعات پلیمری را آسان می‌سازد. مواد اولیه کابل، اکثراً، مواد پلیمری هستند که برای پوشش دادن سطح فلزی کابلها استفاده می‌شوند. گرانول کابلی مخصوصاً از جنس PVC، خصوصیات منحصربه‌فردی دارند که، استفاده از آنها را جهت عایق نمودن شبکه برق‌رسانی، کاملاً توجیه‌پذیر نموده است. از این خصوصیات با ارزش میتوان به انعطاف بالا، مقاومت در برابر شدت جریان الکتریکی و وزن پایین، اشاره کرد.
مواد اولیه کابلها و سیمها از چه نوع پلیمری هستند؟
پلیمرهای متعددی هستند که در ساخت روکش یا عایق سیم‌های برق مورد استفاده قرار می‌گیرند. انتخاب نوع پلیمر به مشخصات شبکه برق، همچون فشار جریان آن بستگی دارد. در زیر به برخی از مواد اولیه کابلها می‌پردازیم.
-
روکش کابلی PVC
این نمونه از مواد اولیه کابل، یکی از مرسوم‌‌ترین موادی است که در تولید کابل‌های برق استفاده می‌شود. این ماده، به شکل گرانول کابلی مصرف می‌شود و در تولید آن، از موادی همچون رزین PVC و پایدارکننده حرارتی استفاده شده است. این نوع گرانول کابلی، بیشتر برای روکش شبکه برق فشار قوی به کار می‌رود؛ اما استفاده از آن در انواع کابلها و سیمها برای مصارف برق رواج دارد. یکی از مزیت‌های این روکش، مقاومت آن در برابر وزن بخش مغزی یا فلزی کابل است.
-
روکش کابلی لاستیکی
این روکش، در میان انواع مواد اولیه کابل، به‌عنوان یک عایق کارآمد برای شبکه برق‌رسانی شناخته می‌شود. مخصوصاٌ زمانی‌که این شبکه در تماس با دمای بالا قرار گرفته باشد. استفاده از عایق لاستیکی، برای انواع کابلها و سیمها به‌خصوص آن‌هایی که در درون کوره‌ها یا اماکن پرحرارت به کار می‌روند، ضروری است. از مزیت‌های برجسته این نوع از مواد اولیه کابل، میتوان به نرمی و انعطاف بالای آن اشاره کرد.
-
ماده اولیه کابل تحت عنوان XLPE
این ماده از جنس پلیاتیلن بوده و در مقام مقایسه، نسبت به گرانول کابلی PVC خاصیت عایق پذیری بالاتر دارد. ازاین‌گونه مواد اولیه کابل ، بیشتر در شبکه برق فشار متوسط و قوی استفاده میگردد. از خصوصیات منحصربه فرد آن، میتوان به دوام بالای آن در برابر دما، سایش و همینطور، در مقابل مواد شیمیایی اشاره کرد. در اینجا، این توضیح ضروری به نظر میرسد که، این کابل نسبت به کابل تولیدشده از گرانول کابلی PVC، انعطاف کمتری دارد. به همین خاطر استفاده از آن در روکش سیم های باریکتر مطلوب نیست
-
ماده اولیه کابل تحت عنوان TPR
این ماده که در واقع از ترکیب چند پلیمر مثل پلاستیک و لاستیک به دست آمده است، در تولید روکش کابل‌های برق، ماده مطلوبی است. از خصوصیات برجسته این روکش کابلی، میتوان به مقاومت در برابر گرما و خاصیت الاستومری آن اشاره کرد.
خصوصیات کابل‌های تولید شده از گرانول کابلی PVC و برخی از کاربردهای آن
استفاده از گرانول کابلی PVC، به‌عنوان یکی از مواد اولیه کابل، بسیار مرسوم‌تر از سایر پلیمرهاست. این کابل به خاطر ارزان بودن قیمت آن، توانسته نقش مؤثری در انتقال شبکه برق و تولید سیم و کابل داشته باشد.
- گرانول کابلی PVC برای انواع فشارهای جریان مناسب است. این گرانول کابلی، برای تولید سیم‌هایی با ولتاژ پایین، با مواد نرم‌کننده ادغام می‌شود، تا برای مصارف سیم‌کشی‌های خانگی و فشار پایین مناسب باشد.
- گرانول کابلی PVC قادر است تا 61 رشته سیم را در خود بگنجاند.
- این نوع از مواد اولیه کابل، برای کاربری‌هایی همچون کابل خودرو و وسایل و ابزار دقیق نیز بسیار موفق عمل کرده است.
- گرانول کابلی PVC، یکی از انواع مواد اولیه کابل به‌حساب می‌آید که قادر است توانی برابر با 1/1 تا 14 کیلووات را تحمل کند.
- از ویژگی‌های برجسته این نوع از مواد اولیه کابل، میتوان به استحکام کششی و همچنین، اتصال آسان کابل‌های ساخته‌شده از آن، اشاره نمود.
- کابل‌هایی که در پوشش آنها از گرانول کابلی PVC استفاده، به خاطر ویژگی‌های باارزش آنها، در کابل‌کشی منازل، پمپ‌‌های شناور، کابلها ضد حریق، چراغ‌های معادن و فرودگاه‌ها و بسیاری نقاط دیگر به کار رفته‌اند.
دیدگاهتان را بنویسید