מהם חומרי בידוד שאינם הלוגן?

(1)חומר בידוד מוצלב עם עשן נמוך אפס הלוגן פוליאתילן (XLPE).:
חומר בידוד XLPE מיוצר על ידי שילוב של פוליאתילן (PE) ואתילן ויניל אצטט (EVA) כמטריצת הבסיס, יחד עם תוספים שונים כגון מעכבי בעירה נטולי הלוגן, חומרי סיכה, נוגדי חמצון וכו', באמצעות תהליך תרכוב ופלטיזציה. לאחר עיבוד הקרנה, PE הופך ממבנה מולקולרי ליניארי למבנה תלת מימדי, ומשתנה מחומר תרמופלסטי לפלסטיק תרמו-מסיס בלתי מסיס.

לכבלי בידוד XLPE יש מספר יתרונות בהשוואה ל-PE תרמופלסטי רגיל:
1. עמידות משופרת לעיוות תרמי, תכונות מכניות משופרות בטמפרטורות גבוהות ושיפור עמידות בפני פיצוח מתח סביבתי והזדקנות תרמית.
2. יציבות כימית משופרת ועמידות לממסים, זרימת קור מופחתת ושמירה על תכונות חשמליות. טמפרטורות הפעלה לטווח ארוך יכולות להגיע ל-125°C עד 150°C. לאחר עיבוד הצלבה, ניתן להעלות את טמפרטורת הקצר של PE ל-250 מעלות צלזיוס, מה שמאפשר יכולת נשיאת זרם גבוהה משמעותית עבור כבלים באותו עובי.
3. כבלים מבודדים XLPE מציגים גם תכונות מכאניות, עמיד למים ועמידות בפני קרינה, מה שהופך אותם למתאימים ליישומים שונים, כגון חיווט פנימי במכשירי חשמל, מובילי מנוע, מובילי תאורה, חוטי בקרת אותות במתח נמוך לרכב, חוטי קטר , כבלי רכבת תחתית, כבלי כרייה ידידותיים לסביבה, כבלי ספינות, כבלים בדרגה 1E לתחנות כוח גרעיניות, כבלי משאבה טבולה וכבלי הולכת חשמל.

הכיוונים הנוכחיים בפיתוח חומרי בידוד XLPE כוללים חומרי בידוד של כבלי חשמל PE מוצלבים בהקרנה, חומרי בידוד אווירי PE מוצלבים בהקרנה וחומרי מעטפת פוליאולפינים מעכבי בעירה מצולבים בהקרנה.

(2)חומר בידוד מפוליפרופילן מוצלב (XL-PP).:
לפוליפרופילן (PP), כפלסטיק נפוץ, יש מאפיינים כמו משקל קל, מקורות חומר גלם בשפע, עלות-תועלת, עמידות בפני קורוזיה כימית מעולה, קלות יציקה וניתנות למיחזור. עם זאת, יש לו מגבלות כגון חוזק נמוך, עמידות בחום ירודה, עיוות התכווצות משמעותי, עמידות ירודה לזחילה, שבירות בטמפרטורה נמוכה ועמידות ירודה להזדקנות חום וחמצן. מגבלות אלו הגבילו את השימוש בו ביישומי כבלים. חוקרים עבדו על שינוי חומרי פוליפרופילן כדי לשפר את הביצועים הכוללים שלהם, ופוליפרופילן מוצלב מוצלב בקרינה (XL-PP) התגבר ביעילות על מגבלות אלו.

חוטים מבודדים XL-PP יכולים לעמוד במבחני להבה של UL VW-1 ובתקני חוט של 150°C בדירוג UL. ביישומי כבלים מעשיים, EVA מעורבב לעתים קרובות עם PE, PVC, PP וחומרים אחרים כדי להתאים את הביצועים של שכבת בידוד הכבלים.

אחד החסרונות של PP בצולב קרינה הוא שהיא כרוכה בתגובה תחרותית בין היווצרות קבוצות קצה בלתי רוויות באמצעות תגובות פירוק ותגובות צולבות בין מולקולות מעוררות ורדיקלים חופשיים מולקולות גדולות. מחקרים הראו כי היחס בין תגובות הפירוק לתגובות צולבות בהצלבה של קרינת PP הוא כ-0.8 בעת שימוש בקרינת גמא. כדי להשיג תגובות צולבות יעילות ב-PP, יש להוסיף מקדמי קישור צולבות לצולב קרינה. בנוסף, עובי ההצלבה האפקטיבי מוגבל על ידי יכולת החדירה של קרני אלקטרונים במהלך הקרנה. הקרנה מובילה לייצור גז והקצפה, דבר המועיל להצלבה של מוצרים דקים אך מגביל את השימוש בכבלים בעלי דופן עבה.

(3) חומר בידוד של אתילן-ויניל אצטט (XL-EVA) מוצלב:
ככל שהדרישה לבטיחות כבלים עולה, הפיתוח של כבלים צולבים מעכבי בעירה נטולי הלוגן גדל במהירות. בהשוואה ל-PE, ל-EVA, שמכניסה מונומרים של ויניל אצטט לשרשרת המולקולרית, יש גבישיות נמוכה יותר, וכתוצאה מכך גמישות משופרת, עמידות בפני פגיעות, תאימות חומרי מילוי ותכונות איטום בחום. בדרך כלל, התכונות של שרף EVA תלויות בתכולת מונומרים של ויניל אצטט בשרשרת המולקולרית. תכולת ויניל אצטט גבוהה יותר מובילה לשקיפות מוגברת, גמישות וקשיחות. לשרף EVA יש תאימות מצוינת של חומרי מילוי וקישור צולב, מה שהופך אותו ליותר ויותר פופולרי בכבלים מצולבים נטולי הלוגן מעכבי בעירה.

שרף EVA עם תכולת ויניל אצטט של כ-12% עד 24% נמצא בשימוש נפוץ בבידוד תיל וכבלים. ביישומי כבלים בפועל, EVA מעורבב לעתים קרובות עם PE, PVC, PP וחומרים אחרים כדי להתאים את הביצועים של שכבת בידוד הכבלים. רכיבי EVA יכולים לקדם קישור צולב, לשפר את ביצועי הכבלים לאחר ההצלבה.

(4) חומר בידוד אתילן-פרופילן-דיאן מונומר מוצלב (XL-EPDM):
XL-EPDM הוא טרפולימר המורכב מאתילן, פרופילן ומונומרים דין לא מצומדים, מקושרים באמצעות הקרנה. כבלי XL-EPDM משלבים את היתרונות של כבלים מבודדים פוליאולפין וכבלים נפוצים מבודדי גומי:
1. גמישות, גמישות, אי הידבקות בטמפרטורות גבוהות, עמידות להזדקנות ארוכת טווח ועמידות באקלים קשה (-60°C עד 125°C).
2. עמידות לאוזון, עמידות UV, ביצועי בידוד חשמלי ועמידות בפני קורוזיה כימית.
3. עמידות בפני שמן וממיסים דומה לבידוד גומי כלורופרן לשימוש כללי. ניתן לייצר אותו באמצעות ציוד נפוץ לעיבוד שחול חם, מה שהופך אותו לחסכוני.

לכבלים מבודדים XL-EPDM יש מגוון רחב של יישומים, כולל אך לא רק כבלי חשמל במתח נמוך, כבלי ספינות, כבלי הצתה לרכב, כבלי בקרה למדחסי קירור, כריית כבלים ניידים, ציוד קידוח ומכשור רפואי.

החסרונות העיקריים של כבלי XL-EPDM כוללים עמידות ירודה לקרעים ותכונות דבק והדבקה חלשות, שעלולות להשפיע על העיבוד הבא.

(5) חומר בידוד גומי סיליקון

גומי סיליקון בעל גמישות ועמידות מצוינת בפני אוזון, פריקת קורונה ולהבות, מה שהופך אותו לחומר אידיאלי לבידוד חשמלי. היישום העיקרי שלו בתעשיית החשמל הוא עבור חוטים וכבלים. חוטים וכבלים מגומי סיליקון מתאימים במיוחד לשימוש בסביבות טמפרטורה גבוהות ותובעניות, עם תוחלת חיים ארוכה משמעותית בהשוואה לכבלים סטנדרטיים. יישומים נפוצים כוללים מנועים בטמפרטורה גבוהה, שנאים, גנרטורים, ציוד אלקטרוני וחשמלי, כבלי הצתה בכלי תחבורה וכבלי חשמל ובקרה ימיים.

נכון לעכשיו, כבלים מבודדים מגומי סיליקון מקושרים בדרך כלל באמצעות לחץ אטמוספרי עם אוויר חם או קיטור בלחץ גבוה. קיים גם מחקר מתמשך על שימוש בקרינת אלקטרונים לצורך הצלבה של גומי סיליקון, למרות שזה עדיין לא הפך נפוץ בתעשיית הכבלים. עם ההתקדמות האחרונה בטכנולוגיית קישור צולב קרינה, היא מציעה אלטרנטיבה זולה יותר, יעילה יותר וידידותית לסביבה עבור חומרי בידוד מגומי סיליקון. באמצעות הקרנת קרן אלקטרונים או מקורות קרינה אחרים, ניתן להשיג הצלבה יעילה של בידוד גומי סיליקון תוך מתן שליטה על עומק ומידת ההצלבה כדי לעמוד בדרישות היישום הספציפיות.

לפיכך, היישום של טכנולוגיית הצלבת קרינה עבור חומרי בידוד מגומי סיליקון טומן בחובו הבטחה משמעותית בתעשיית החוטים והכבלים. טכנולוגיה זו צפויה להפחית את עלויות הייצור, לשפר את יעילות הייצור ולתרום להפחתת ההשפעות הסביבתיות השליליות. מאמצי מחקר ופיתוח עתידיים עשויים להניע עוד יותר את השימוש בטכנולוגיית צולבות קרינה עבור חומרי בידוד מגומי סיליקון, מה שיהפוך אותם ליישומים נרחבים יותר לייצור חוטים וכבלים בעלי ביצועים גבוהים בטמפרטורה גבוהה בתעשיית החשמל. זה יספק פתרונות אמינים ועמידים יותר עבור תחומי יישום שונים.