عایق سیم پلی اتیلن: انواع، خواص، روش های اکستروژن و انتخاب

اگر ژاکت بیرونی را از کابل شبکه Cat 6، یک خط داده USB یا یک کابل کنترل ولتاژ پایین جدا کنید، عایق رنگی روی هر هادی مسی به احتمال زیاد پلی اتیلن (PE) است. عایق سیم پلی اتیلن یک لایه پلیمری جامد یا فومی است که در اطراف یک هادی اکسترود می شود تا سیگنال های الکتریکی را ایزوله نگه دارد و امپدانس، مقاومت عایق و ظرفیت خازنی را در طول کل کابل حفظ کند. پاسخ مستقیم به اینکه چرا مهندسان به انتخاب PE ادامه می دهند این است: ثابت دی الکتریک پایین حدود 2.26 در 1 مگاهرتز را با ضریب اتلاف زیر 0.0005، مقاومت حجمی بالای 10 ترکیب می کند. ¹⁶ اهم سانتی‌متر، و محدوده عملیاتی وسیع از -40 درجه سانتی‌گراد تا 70 درجه سانتی‌گراد، همگی با چگالی و هزینه کمتری نسبت به سایر گزینه‌ها.

در ساخت کابل، عایق پلی اتیلن با خط اکستروژن اعمال می شود. ترکیب پلی اتیلن توسط یک اکسترودر تک پیچ ذوب می شود، از طریق یک قالب متقاطع روی هادی متحرک وارد می شود و در یک فرورفتگی آب سرد می شود تا دیواره ای صاف و متحدالمرکز تشکیل شود. از همان خانواده مواد برای ژاکت ها استفاده می شود، اما لایه های عایق جایی هستند که ترکیبات پلی اتیلن با سخت ترین الزامات برای ضخامت دیواره، متمرکز بودن، ساختار سلول فوم دار و تمیزی مواجه هستند.

چرا پلی اتیلن انتخاب پیش فرض برای عایق هادی است؟

پلی اتیلن برای چندین دهه جایگاه پیشرو در عایق بندی هادی را به خود اختصاص داده است و دلایل آن قابل اندازه گیری هستند نه داستانی. هنگامی که مهندسان طراح مواد عایق را با هم مقایسه می کنند، به مقادیر زیر توجه می کنند:

• پایداری الکتریکی - پلی اتیلن جامد یک ثابت دی الکتریک بین 2.25 و 2.35 در 1 مگاهرتز و ضریب اتلاف تا 0.0002 را حفظ می کند، که از دست دادن سیگنال در کابل های جفت تابیده و کواکسیال کم می کند.
• مقاومت عایق - مقاومت حجمی بالای 10 ¹⁶ اهم سانتی متر جریان نشتی بسیار کم تولید می کند که هم برای ایمنی اپراتور و هم برای حفظ یکپارچگی سیگنال در محیط های مرطوب اهمیت دارد.
• مقاومت در برابر رطوبت - پلی اتیلن کمتر از 0.01 درصد وزنی آب را تحت آزمایش استاندارد غوطه وری 24 ساعته جذب می کند، بنابراین خواص الکتریکی در داخل کانال ها، مجراها و تاسیسات دفن مستقیم ثابت می ماند.
• وزن و هزینه مواد - چگالی PE از 0.918 تا 0.965 g/cm³ متغیر است، بنابراین هر کیلومتر از هادی عایق شده پلیمر کمتری نسبت به پی وی سی مصرف می کند که معمولاً بین 1.2 تا 1.5 g/cm³ قرار می گیرد.
• بدون مهاجرت نرم کننده - پلی اتیلن با نرم کننده های مایع ترکیب نمی شود، بنابراین ابعاد، انعطاف پذیری و عملکرد الکتریکی در طول زمان مانند فرمولاسیون های PVC انعطاف پذیر تغییر نمی کند.
• قابلیت بازیافت - پلی اتیلن یک ترموپلاستیک است، بنابراین ضایعات راه اندازی و عایق خارج از مشخصات را می توان دانه بندی و دوباره پردازش کرد، که باعث کاهش ضایعات مواد در کارخانه های کابل می شود.

انواع ترکیب پلی اتیلن مورد استفاده برای عایق سیم

"عایق سیم پلی اتیلن" یک ماده واحد نیست. تامین کنندگان ترکیب پلی اتیلن را بر اساس چگالی، ساختار مولکولی و قابلیت کف کردن طبقه بندی می کنند و هر نوع نحوه رفتار کابل در میدان را تغییر می دهد. جدول زیر رایج ترین گریدهای پلی اتیلن مورد استفاده در اکستروژن عایق را خلاصه می کند.

برای کابل های داده و ارتباطی، پلی اتیلن فوم پذیر به انتخاب غالب تبدیل شده است. سلول های گازی پراکنده شده در عایق، ثابت دی الکتریک موثر را کاهش می دهند، که به طور مستقیم سرعت انتشار را بهبود می بخشد و تضعیف را کاهش می دهد. برای سیم‌کشی ماشین‌ها و سیم‌های دستگاه، LDPE جامد یا MDPE رایج‌تر است، زیرا کنترل دیواره‌های نازک آسان‌تر است و خواص مکانیکی آن قابل پیش‌بینی‌تر است.

خواص کلیدی الکتریکی و مکانیکی عایق پلی اتیلن

یک طراح کابل دیتاشیت ترکیب PE را متفاوت از اپراتور اکسترودر می خواند. چهار عدد زیر بیشتر تصمیمات طراحی را تعیین می کنند: ثابت دی الکتریک، ضریب اتلاف، مقاومت حجمی و مقاومت دی الکتریک. بقیه برگه داده، از جمله چگالی و محدوده دما، بر نحوه تنظیم خط تأثیر می گذارد.

نتیجه عملی ساده است: اگر یک کابل باید در محفظه موتور گرم، محیط صنعتی گرم، یا کاربرد ولتاژ بالا بالای 1 کیلو ولت کار کند، عایق پلی اتیلن جامد به حد خود می رسد. در این موارد، سازنده کابل به جای اینکه بخواهد PE را فراتر از پنجره طراحی خود فشار دهد، خانواده ترکیب را تغییر می دهد.

نحوه اعمال عایق پلی اتیلن: اکستروژن جامد، فوم و پشت سر هم

روش اکستروژن تعیین می کند که آیا عایق تمام شده با امپدانس، ظرفیت خازنی و اهداف مکانیکی نوشته شده در مشخصات کابل مطابقت دارد یا خیر. پلی اتیلن را می توان به سه روش عملی اعمال کرد و هر کدام به پیکربندی خط متفاوتی نیاز دارند.

اکستروژن پلی اتیلن جامد برای کابل های دیوار نازک و همه منظوره

در اکستروژن جامد، ترکیب پلی اتیلن توسط یک اکسترودر تک پیچ با نسبت L/D بین 24:1 و 28:1 پلاستیکی می شود. مشخصات دمای بشکه معمولاً بین 150 درجه سانتیگراد تا 210 درجه سانتیگراد بسته به شاخص جریان مذاب ترکیب است. پلی اتیلن مذاب از طریق یک قالب متقاطع جریان می یابد، روی هادی از پیش گرم شده فرود می آید و سپس وارد یک حفره آب می شود که در آن به دیوار یکنواخت منجمد می شود. ابزارهای مهم پایین دست عبارتند از یک قطر سنج لیزری، یک مانیتور ظرفیت خازنی و یک تستر جرقه که سوراخ های سوزنی را با سرعت کامل خط تشخیص می دهد. برای کارخانه‌های کابلی که عایق PVC/PE/PP/PU با تغییرات مکرر مواد تولید می‌کنند، یک خط هسته جامد با دسترسی آسان به پیچ و بشکه سریع‌ترین تغییر کار به کار را می‌دهد.

خط اکستروژن سیم هسته جامد PVC/PE/PP/PU این خط از عایق هسته جامد برای سیم های الکترونیکی و سیگنال با تغییر سریع بین مواد پشتیبانی می کند، که برای کارخانه هایی ساخته شده است که به تحمل قطر پایدار و کیفیت اکستروژن ثابت در سراسر سوئیچ های کاری مکرر نیاز دارند. مشاهده محصول →

اکستروژن پلی اتیلن فوم شده برای کابل های شبکه و کواکسیال

عایق سیم پلی اتیلن فوم شده با مخلوط کردن یک عامل دمنده شیمیایی در ترکیب PE قبل از اکستروژن ساخته می شود. عامل دمنده در داخل مذاب داغ تجزیه می شود و میلیون ها سلول کوچک ایجاد می کند و ثابت دی الکتریک را از تقریباً 2.26 به 1.3 - 1.6 کاهش می دهد. ثابت دی الکتریک کمتر مستقیماً تأخیر انتشار و تضعیف را بهبود می بخشد، به همین دلیل است که کابل های داده رده بالا و کابل های کواکسیال به PE فوم متکی هستند. چالش یکنواختی سلول است: اگر مشخصات دما در امتداد بشکه و قالب تغییر کند، سلول‌ها به‌طور ناهموار رشد می‌کنند و ظرفیت خازنی متر به متر تغییر می‌کند. یک خط عایق فوم شیمیایی اختصاصی این مشکل را با منطقه بندی دقیق دما و بخش خنک کننده طولانی تر حل می کند.

خط عایق سیم هسته فوم شیمیایی برای PE/PP/PU این خط برای عایق فوم طراحی شده است که ثابت دی الکتریک و تضعیف سیگنال را کاهش می دهد، این خط کنترل دقیق دما را در 1± درجه سانتیگراد ارائه می دهد و از اکستروژن دو لایه برای افزودن پوسته جامد بر روی لایه فوم شکننده پشتیبانی می کند. مشاهده محصول →

خطوط اتصال پشت سر هم و سری برای تولید با سرعت بالا

خطوط اکستروژن PE پشت سر هم دو یا چند اکسترودر را به ترتیب قرار می دهند تا چندین لایه عایق بدون پیچیدن هسته اعمال شوند. این طرح برای کابل های داده جفت تابیده معمول است، که در آن یک لایه پلی اتیلن جامد و یک لایه پوسته فوم در یک گذر اعمال می شوند. مزیت این است که چسبندگی لایه به لایه و متمرکز بودن در زمانی که هادی هنوز در یک راستا قرار دارد قفل می شود و سرعت خط به جای اینکه چند بار کابل را بچرخاند، بر اساس ظرفیت خنک کننده و کشش جذب کنترل می کند. شما می توانید با بررسی گیربکس، پیچ و چینش بشکه که به تفصیل در مورد نحوه مونتاژ اکسترودرها در یک خط توضیح داده شده است، اطلاعات بیشتری کسب کنید. صفحه پیکربندی قطعه اکسترودر .

پلی اتیلن در مقابل PVC، XLPE و FEP برای عایق سیم

اکثر سوالات انتخاب مواد در کارخانه های کابل به چهار نامزد می رسد: PE، PVC، XLPE، و FEP/PFA. مقایسه زیر بر اساس مقادیر معمولی تامین کننده ترکیب و شرایط تست استاندارد است.

نتیجه گیری برای یک تولید کننده کابل عملی است: زمانی که یکپارچگی سیگنال و هزینه در محدوده دمای معمولی بیشترین اهمیت را دارد، پلی اتیلن جامد را انتخاب کنید. هنگامی که انعطاف پذیری و هزینه کم ابزار در اولویت هستند، به PVC بروید. تنها زمانی به XLPE بروید که خط باید در دمای بالا رسانا زنده بماند. و FEP/PFA را برای محیط هایی که هیچ چیز دیگری نمی تواند گرما را تحمل کند، رزرو کنید.

نقص های رایج عایق پلی اتیلن و نحوه جلوگیری از آنها

کارخانه های کابل سازی که عایق پلی اتیلن را اجرا می کنند، مجموعه ای از عیوب را به طور مکرر مشاهده می کنند. دانستن علت و اصلاح آن قبل از شروع سفارش تولید باعث صرفه جویی در زمان مواد و ماشین می شود.

بیشتر این عیوب از شیمی پلیمری بد ناشی نمی شوند. آنها از کنترل دمای ناپایدار، هندسه پیچ فرسوده یا نوسانات کشش ناشی می شوند. به همین دلیل است که روال تعمیر و نگهداری برای یک خط اکستروژن به اندازه فرمول ترکیبی مهم است. رویکرد توصیه شده پیروی از یک مستند است برنامه عملیاتی، نگهداری و تعمیرات برای هر واحد اکسترودر

قبل از خرید تجهیزات اکستروژن عایق پلی اتیلن چه چیزی را باید بررسی کرد

یک خط عایق پلی اتیلن جدید یک سرمایه گذاری بلندمدت است، بنابراین تصمیم گیری در مورد تجهیزات باید بر اساس ترکیباتی باشد که اجرا می کنید، انواع کابلی که قصد تولید آن را دارید و سرعت خط مورد نیاز سیستم کیفیت شما. چک لیست زیر مهمترین تصمیمات در سطح ماشین را پوشش می دهد.

• هندسه پیچ و نسبت L/D - عایق پلی اتیلن نیاز به پیچ طراحی شده برای ذوب برشی متوسط ​​دارد. یک بشکه L/D 24:1 تا 28:1 با یک پیچ از نوع مانع، خروجی بالاتر و یکنواختی مذاب بهتری نسبت به پیچ PVC همه منظوره دارد.
• تعداد مناطق دما - حداقل پنج یا شش منطقه گرمایش و سرمایش مستقل روی بشکه، به علاوه کنترل جداگانه روی کراس هد و قالب، دمای مذاب را به اندازه کافی برای تولید پلی اتیلن کف شده پایدار نگه می دارد.
• طراحی صلیب و ابزار - یک کراس هد کم حجم و کارآمد، زمان صرف PE در دمای مذاب را کاهش می دهد و آب دهان را به حداقل می رساند، که به ویژه برای کاربردهای تغییر رنگ مهم است.
• بسته پایین دست - بررسی کنید که مخزن خنک کننده به اندازه کافی برای سرعت خط هدف بلند است و کاپیتان، رقصنده و برداشتن می توانند کشش را در حد تحمل محدود مورد نیاز برای عایق دیواره نازک نگه دارند.
• قابلیت کف کردن - اگر قصد دارید کابل های Cat 6 یا کواکسیال بسازید، خط باید تغذیه مستربچ ماده دمنده شیمیایی را بپذیرد و پنجره باریک اندازه سلول مورد نیاز برای ظرفیت خازنی پایدار را حفظ کند.
• اتوماسیون و کنترل حلقه بسته - قطر سنج های لیزری و مانیتورهای ظرفیت خازنی باید به سرعت پیچ وصل شوند تا انحرافات قبل از تولید یک بخش طولانی از ضایعات اصلاح شوند.
• دسترسی به تعمیر و نگهداری - روکش‌های بشکه‌ای لولایی، پیچ‌هایی که به راحتی قابل جدا شدن هستند و مدارهای خنک‌کننده به وضوح مشخص شده، زمان لازم برای تمیز کردن بین پلی اتیلن و سایر ترکیبات را کاهش می‌دهند.

برای تولید کابل داده با سرعت بالا، بسیاری از کارخانه ها یک خط عایق اتصال سری PE/PP را انتخاب می کنند تا هر لایه با مشخصات دمایی خاص خود اعمال شود. می توانید پیکربندی های موجود را با هم مقایسه کنید بخش دستگاه اکستروژن عایق سیم برای تطبیق طرح خط با محدوده کابلی که در واقع تولید می کنید.

خط اکستروژن سیم عایق سری PE/PP با سرعت بالا این خط یکپارچه سری، کشیدن مس، بازپخت و اکستروژن را برای عایق‌سازی فوری هادی‌ها، جلوگیری از اکسیداسیون و حفظ عملکرد انتقال ثابت در طول دوره‌های تولید طولانی برای سیم سیگنال پرسرعت، ترکیب می‌کند. مشاهده محصول →

سوالات متداول در مورد عایق سیم پلی اتیلن

آیا می توان از عایق پلی اتیلن برای کابل های برق AC استفاده کرد؟

بله، برای کابل های ولتاژ پایین تا حدود 1 کیلو ولت، PE جریان نشتی کم و مقاومت خوبی در برابر رطوبت دارد. برای کابل های برق با ولتاژ متوسط ​​و بالا، صنعت به طور کلی به سمت XLPE حرکت می کند که پلی اتیلن متقاطع با درجه حرارت هادی پیوسته بالاتر است. بنابراین تصمیم بر اساس حداکثر دمای هادی و کلاس ولتاژ است، نه بر اساس نام رزین پایه.

عایق سیم پلی اتیلن چه محدوده دمایی را می تواند تحمل کند؟

گریدهای پلی اتیلن جامد استاندارد برای سرویس مداوم بین -40 تا 70 درجه سانتیگراد درجه بندی می شوند. برخی از گریدهای HDPE پیک های کوتاه مدت نزدیک به 80 درجه سانتی گراد را تحمل می کنند، اما اگر کابل گرمای پایدار بالاتر از آن را ببیند، انتخاب صحیح XLPE، FEP/PFA یا عایق سیلیکونی است. فراتر از دمای نامی، اکسیداسیون را تسریع کرده و باعث شکننده شدن پلیمر می شود.

چرا از PE فوم شده به جای پلی اتیلن جامد در کابل های شبکه استفاده می شود؟

پلی اتیلن فوم دار حاوی میلیون ها سلول گازی است که ثابت دی الکتریک را از حدود 2.26 به 1.3 - 1.6 کاهش می دهد. ثابت دی الکتریک کمتر، ظرفیت خازنی در واحد طول را کاهش می دهد، سرعت انتشار سیگنال را بهبود می بخشد، و تضعیف را کاهش می دهد، که دقیقا همان ویژگی هایی است که Cat 6، Cat 6A و کابل های کواکسیال به آن نیاز دارند. معاوضه این است که اکستروژن فوم شده به کنترل دمای سخت تری نسبت به اکستروژن جامد نیاز دارد.

چگونه یک کارخانه کابل می تواند کیفیت عایق پلی اتیلن را در حین تولید به سرعت قضاوت کند؟

سه ابزار آنلاین تصویری تقریباً فوری ارائه می دهند: یک قطر سنج لیزری برای قطر بیرونی و تمرکز، یک مانیتور خازن برای یکنواختی عایق در خطوط فوم و یک تستر جرقه برای سوراخ‌ها. اگر قطر خارجی در مشخصات چاپ باقی بماند و مقدار خازن تغییر نکند، عایق تقریباً همیشه قابل قبول است. آفلاین، یک نمونه کوتاه را می توان از نظر صافی سطح و چسبندگی به هادی بررسی کرد.

آیا ترکیب عایق پلی اتیلن قبل از اکستروژن باید خشک شود؟

برخلاف نایلون یا PET، پلی اتیلن تقریباً هیچ رطوبتی را جذب نمی کند، بنابراین خشک کردن معمولی قیف اجباری نیست. احتیاط مهم این است که ترکیب را در شرایط خشک نگهداری کنید و از چگالش روی گلوله های سردی که وارد بشکه داغ می شوند جلوگیری کنید. اگر مشکلات رطوبت ظاهر شود، معمولاً به نشتی مهر و موم خنک کننده یا ذخیره مرطوب مربوط می شود، نه به خود پلی اتیلن..