יישום חומרי פוליאולפין בתעשיית החוטים והכבלים

חומרי פוליאולפין, הידועים בתכונותיהם החשמליות המצוינות, יכולת העיבוד והביצועים הסביבתיים שלהם, הפכו לאחד מחומרי הבידוד והמעטפת הנפוצים ביותר בתעשיית החוטים והכבלים.

פוליאולפינים הם פולימרים בעלי משקל מולקולרי גבוה המסונתזים ממונומרים של אולפינים כגון אתילן, פרופילן ובוטן. הם משמשים באופן נרחב בתעשיות הכבלים, האריזות, הבנייה, הרכב והרפואה.

בייצור כבלים, חומרי פוליאולפין מציעים קבוע דיאלקטרי נמוך, בידוד מעולה ועמידות כימית יוצאת דופן, מה שמבטיח יציבות ובטיחות לטווח ארוך. מאפייניהם נטולי הלוגן והניתנים למחזור תואמים גם למגמות מודרניות בייצור ירוק ובר-קיימא.

א. סיווג לפי סוג מונומר

1. פוליאתילן (PE)

פוליאתילן (PE) הוא שרף תרמופלסטי המיוצר ממונומרים של אתילן והוא אחד הפלסטיקים הנפוצים ביותר בעולם. בהתבסס על צפיפות ומבנה מולקולרי, הוא מחולק לסוגים LDPE, HDPE, LLDPE ו-XLPE.

(1)פוליאתילן בצפיפות נמוכה (LDPE)
מבנה: מיוצר על ידי פולימריזציה של רדיקלים חופשיים בלחץ גבוה; מכיל שרשראות מסועפות רבות, עם גבישיות של 55-65% וצפיפות של 0.91-0.93 גרם/סמ"ק.

מאפיינים: רך, שקוף ועמיד בפני פגיעות אך בעל עמידות בינונית בחום (עד כ-80 מעלות צלזיוס).

יישומים: משמש בדרך כלל כחומר מעטפת לכבלי תקשורת ואותות, איזון גמישות ובידוד.

(2) פוליאתילן בצפיפות גבוהה (HDPE)
מבנה: פולימריזציה בלחץ נמוך עם זרזים של זיגלר-נטה; בעל מעט ענפים או ללא ענפים כלל, גבישיות גבוהה (80–95%), וצפיפות של 0.94–0.96 גרם/סמ"ק.

מאפיינים: חוזק וקשיחות גבוהים, יציבות כימית מצוינת, אך קשיחות מופחתת מעט בטמפרטורה נמוכה.

יישומים: בשימוש נרחב עבור שכבות בידוד, צינורות תקשורת וכיסויי כבלי סיבים אופטיים, ומספקים הגנה מעולה מפני מזג אוויר ומכניקה, במיוחד עבור התקנות חיצוניות או תת-קרקעיות.

(3) פוליאתילן ליניארי בצפיפות נמוכה (LLDPE)
מבנה: קופולימריזציה מאתילן ו-α-אולפין, עם הסתעפות קצרת שרשרת; צפיפות בין 0.915–0.925 גרם/סמ"ק.

מאפיינים: משלב גמישות וחוזק עם עמידות מצוינת בפני ניקוב.

יישומים: מתאים לחומרי מעטפת ובידוד בכבלים במתח נמוך ובינוני ובכבלים בקרה, לשיפור עמידות בפני פגיעות וכיפוף.

(4)פוליאתילן צולב (XLPE)
מבנה: רשת תלת-ממדית הנוצרת באמצעות קישור צולב כימי או פיזיקלי (סילאן, מי חמצן או אלומת אלקטרונים).

מאפיינים: עמידות תרמית יוצאת דופן, חוזק מכני, בידוד חשמלי ועמידות בפני מזג אוויר.

יישומים: בשימוש נרחב בכבלי חשמל במתח בינוני וגבוה, כבלי אנרגיה חדשים ורתמות חיווט לרכב - חומר בידוד מרכזי בייצור כבלים מודרני.

2. פוליפרופילן (PP)

פוליפרופילן (PP), המיוצר מפולימר מפרופילן, בעל צפיפות של 0.89–0.92 גרם/סמ"ק, נקודת התכה של 164–176 מעלות צלזיוס, וטווח טמפרטורות פעולה של -30 מעלות צלזיוס עד 140 מעלות צלזיוס.
מאפיינים: קל משקל, חוזק מכני גבוה, עמידות כימית מעולה ובידוד חשמלי מעולה.

יישומים: משמש בעיקר כחומר בידוד נטול הלוגן בכבלים. עם הדגש הגובר על הגנת הסביבה, פוליפרופילן צולב (XLPP) וקופולימר PP שעבר שינוי מחליפים יותר ויותר את הפוליאתילן המסורתי במערכות כבלים בטמפרטורה גבוהה ובמתח גבוה, כגון כבלים לרכבות, אנרגיית רוח וכלי רכב חשמליים.

3. פוליבוטילן (PB)

פוליבוטילן כולל פולי(1-בוטן) (PB-1) ופוליאיזובוטילן (PIB).

מאפיינים: עמידות מעולה בחום, יציבות כימית ועמידות בפני זחילה.

יישומים: PB-1 משמש בצינורות, סרטים ואריזות, בעוד ש-PIB מיושם באופן נרחב בייצור כבלים כג'ל חוסם מים, חומר איטום ומילוי בשל אטימותו לגזים ואינרטיותו הכימית - נפוץ בכבלי סיבים אופטיים לאיטום והגנה מפני לחות.

II. חומרי פוליאולפין נפוצים אחרים

(1) קופולימר אתילן-ויניל אצטט (EVA)

EVA משלב אתילן וויניל אצטט, ומציע גמישות ועמידות בפני קור (שומר על גמישות ב-50°C-).
מאפיינים: רך, עמיד בפני פגיעות, לא רעיל ועמיד בפני הזדקנות.

יישומים: בכבלים, EVA משמש לעתים קרובות כמשנה גמישות או שרף נשא בניסוחים בעלי פליטת עשן אפס הלוגן (LSZH), ומשפר את יציבות העיבוד והגמישות של חומרי בידוד וניילון ידידותיים לסביבה.

(2) פוליאתילן בעל משקל מולקולרי גבוה במיוחד (UHMWPE)

עם משקל מולקולרי העולה על 1.5 מיליון, UHMWPE הוא פלסטיק הנדסי מהשורה הראשונה.

מאפיינים: עמידות בפני שחיקה הגבוהה ביותר מבין סוגי הפלסטיק, חוזק פגיעות גדול פי חמישה מ-ABS, עמידות כימית מעולה וספיגת לחות נמוכה.

יישומים: משמש בכבלים אופטיים ובכבלים מיוחדים כציפוי עמיד בפני שחיקה גבוהה לאלמנטים מתיחה, משפר את העמידות בפני נזק מכני ושחיקה.

ג. סיכום

חומרי פוליאולפין הם ללא הלוגן, בעלי עשן נמוך ואינם רעילים בעת שריפה. הם מספקים יציבות חשמלית, מכנית ועיבודית מצוינת, וניתן לשפר את ביצועיהם עוד יותר באמצעות טכנולוגיות השתלה, ערבוב וקישור צולב.

הודות לשילוב של בטיחות, ידידותיות לסביבה וביצועים אמינים, חומרי פוליאולפין הפכו למערכת החומרים המרכזית בתעשיית הכבלים והחוטים המודרנית. במבט קדימה, ככל שמגזרים כמו כלי רכב לאנרגיה חדשה, אנרגיה פוטו-וולטאית ותקשורת נתונים ממשיכים לצמוח, חידושים ביישומי פוליאולפין יניעו עוד יותר את הפיתוח בעל הביצועים הגבוהים והבר-קיימא של תעשיית הכבלים.