ما هو البولي إيثيلين المكلور (cpe) وأين يُستخدم؟
مادة عزل الكابلات المصنوعة من مزيج البولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE) وبولي ثنائي ميثيل سيلوكسان (PDMS) المُحسّن بواسطة مطاط إيثيل ميثاكريلات (EMA) هي مادة عازلة فعالة ومقاومة للحرارة للكابلات. وقد دُرست خصائصها الكهربائية والميكانيكية والحرارية المختلفة. وأظهرت النتائج أن هذا المزيج يُمكن استخدامه كمادة عازلة حرارية، كما أنه يتميز بأداء اقتصادي أفضل مقارنةً بمادة مطاط السيليكون.
لطالما اعتُبر مطاط السيليكون نوعاً خاصاً من المطاط يُستخدم في صناعة الكابلات ضمن نطاق واسع من درجات الحرارة المرتفعة والمنخفضة. إلا أن ارتفاع سعره يحدّ من نطاق استخداماته.
يُعد البولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE) أكثر أنواع البلاستيك استخدامًا في الصناعة. يتميز بانخفاض تكلفته وخصائصه الكهربائية الممتازة، مما يجعله واسع الانتشار كبوليمر عازل في أسلاك وكابلات الجهد المتوسط والمنخفض. لا يقتصر تميز LDPE على انخفاض تكلفته فحسب، بل يشمل أيضًا انخفاض ثابت العزل الكهربائي ومعامل الفقد، وارتفاع المقاومة، وخصائصه الميكانيكية الممتازة عند درجات حرارة أقل من 90 درجة مئوية، مما أدى إلى تراجع حصة معظم أنواع المطاط الصناعي، مثل مطاط الستايرين بوتادين (SBR) ومطاط البوتيل (IR) والنيوبرين (CR) وغيرها، في السوق. وبالمقارنة مع مادة العزل المصنوعة من مطاط السيليكون، يتميز مزيج البولي ثنائي ميثيل سيلوكسان (PDMS) مع LDPE بانخفاض تكلفته لتلبية مختلف الاحتياجات. وبالإضافة إلى المتطلبات الخاصة للكابلات المستخدمة في نقل الطاقة والتحكم والأجهزة، فقد استمر تطوير العديد من مواد العزل البوليمرية الجديدة. ومع ذلك، فإن الخصائص الميكانيكية ومقاومة الحرارة لمواد أنظمة الجهد المنخفض (أقل من 10 كيلو فولت) أعلى من غيرها.
تُعد الخصائص الكهربائية أكثر أهمية.
على سبيل المثال، يجب أن تتمتع طبقة عزل الكابلات المستخدمة في الأفران بثبات جيد في الخواص الميكانيكية عند درجات الحرارة العالية. وبالمثل، تختلف متطلبات الكابلات منخفضة الدخان والمقاومة للزيوت والمثبطة للهب. لذا، يجب أن يحدد تطبيق الكابل متطلبات أدائه الخاص. يؤدي التحلل التأكسدي للمطاط وتكوّن طبقة أكسيد على سطحه إلى زيادة الموصلية، لأنه بعد أكسدة المطاط، تتولد قطبية بين تجمعات الكربون الأسود.
تُوفّر المجموعات (مثل الكربوكسيل) مسارًا أقصر للإلكترونات. هناك عدة عوامل يجب مراعاتها عند اختيار مادة لتطبيق معين. فيما يتعلق بعزل الكابلات، يُعدّ عامل المقاومة العالية أحد أهم المعايير، إذ يُحدّد قدرة التيار على المرور عبر طبقة العزل. بالنسبة للتيار المستمر، من الواضح أن استخدام مواد ذات مقاومة عالية يُمكن أن يُقلّل من سُمك طبقة العزل؛ أما بالنسبة للتيار المتردد، فإن السماحية النسبية والفقد يكونان منخفضين نسبيًا.
كما أن عامل التبديد يقلل من سمك العزل.
يمكن استبدال مادة إيثيل ميثاكريلات (EMA) إلى حد كبير بمطاط السيليكون كمادة عازلة باستخدام مزيج PDMS للحصول على خصائص كهربائية وميكانيكية ومقاومة للحرارة متنوعة.
فعالية نفس الكمية كمادة مساعدة على التوافق لمزيج البولي إيثيلين منخفض الكثافة و PDMSA (50:50).
1. نظام حماية مستقر، سيطلق CPE كلوريد الهيدروجين عند تسخينه أو فلكنته، لذلك يجب استخدام مثبتات ذات تأثير امتصاص الحمض في التركيبة، مثل ستيرات الكالسيوم، ستيرات الباريوم، كبريتات الرصاص ثلاثية القاعدة أو أكسيد المغنيسيوم.
٢. نظام التلدين. تُستخدم مُلدّنات الإستر بشكل شائع في مطاط البولي إيثيلين المُقوّى بالحرارة (CPEZ)، مثل ثنائي أوكتيل فثالات (DOP) وثنائي أوكتيل أديبات (DOA). تتشابه معاملات ذوبانها مع معاملات ذوبان مطاط البولي إيثيلين المُقوّى بالحرارة (CM). تتميز بقدرة جيدة. يُضفي استخدام DOA وDOS في المطاط مقاومة ممتازة للبرودة.
3. نظام فلكنة البولي إيثيلين المكلور (CPE): يُعدّ البولي إيثيلين المكلور مطاطًا مشبعًا، ولا يُمكن لنظام فلكنة الكبريت الشائع فلكنته بكفاءة. كان نظام فلكنة البولي إيثيلين المكلور هو النظام الأول الذي طُبّق فيه، وكان أكثرها فعالية هو Na-22، إلا أن Na-22 يتميز ببطء عملية الفلكنة، وضعف مقاومته للتقادم، وارتفاع معدل التشوه الدائم بعد الانضغاط، كما أنه مادة مسرطنة خطيرة. يُنتج Na-22 رائحة كريهة، ولذلك تم تقييد استخدامه في الخارج.
٤. نظام الحشو المعزز: يُعدّ البولي إيثيلين المكلور (CPE) نوعًا من المطاط غير ذاتي التقوية، ويتطلب نظام حشو معزز لتحقيق قوة أفضل. يشبه نظام الحشو المعزز فيه نظام الحشو المستخدم في المواد اللاصقة العامة. يتكون عامل التقوية بشكل أساسي من الكربون الأسود والكربون الأسود الأبيض. يُحسّن الكربون الأسود الأبيض مقاومة التمزق للبولي إيثيلين المكلور، ويُمكنه تكوين نظام ميتاميثيل أبيض لتحسين الالتصاق بين البولي إيثيلين المكلور والهيكل. يتميز البولي إيثيلين المكلور بقدرة حشو عالية، ويشمل نظام الحشو بشكل أساسي كربونات الكالسيوم، ومسحوق التلك، والطين، وغيرها.
تاريخ النشر: 5 يناير 2023
