اگر زمان کافی برای خواندن این مقاله را ندارید، کافیست با مشاوران گستره آبی تماس بگیرید.
عایق کابل برق
برای اینکه هادی های فلزی در اثر عبور جریان الکتریکی دچار اتصال کوتاه به یکدیگر شوند، به متریالی نیاز دارند که بتواند خاصیت عایق الکتریکی را برای آنها فرآهم نماید. در واقع این مواد عایقی برای جدایی رساناها از یکدیگر به کار برده می شود و البته لازم به ذکر است که در اکثر مواقع این پوشش عایقی از جنس پلیمر می باشد. چرا که پلاستیک ها دارای مقاومت زیادی در مقابل جریان های الکتریکی هستند. با این حال آنچه از هادی و عایق هر دو محافظت میکند، ژاکتی است که به عنوان یک پوشش خارجی روی موارد اخیر قرار گرفته و از آنها در مقابل نیروهای فیزیک و البته آسیب های شیمیایی محافظت می نماید.
اگر زمان کافی برای خواندن این مقاله را ندارید، کافیست با مشاوران گستره آبی تماس بگیرید.
برای اینکه بتوان از عایق ها در شرایط مختلف مثل دمای کم و یا زیاد به طور همزمان استفاده کرد می بایست ترکیبات مختلف پلیمری را در نظر گرفت تا بتواند نیاز به عدم بروز اتصال کوتاه را در هر شرایطی تامین نماید. از این رو در اینجا قصد معرفی انواع مختلف مواد عایقی را داریم. لازم به ذکر است که دسته بندی این مواد به صورت گرما نرمها، گرما سخت ها و پوشش رشته ای صورت می گیرد.
عایق هایی که برای سیم برق و کابل برق در نظر گرفته می شود به طور رایج شامل عایق PVC، عایق XPLE و در نهایت الیاف می باشد که در این بخش به ارائه توضیحاتی درباره خاصیت انواع این عایق ها و مدلهایی که در گروه این عایق ها قرار می گیرند را ارائه می نماییم،
عایق های کابل
عایق های گرمانرم رایج ترین انواع عایق کاری کابل برق هستند که به انواع زیر تقسیم بندی می شوند،
در صورتی که از فرمول درست و مناسبی برای تهیه پلی وینیل کلراید استفاده شود، می تواند محدوده کارکرد حرارتی این ترکیب را بین 105 تا 225 درجه سانتی گراد بالا ببرد و این در حالی است که محدوده حرارتی این ماده در حالت کلی بین 60 تا 255 درجه سانتی گراد بوده و متغیر است. از طرفی فرمول های مختلف پلی وینیل کلراید از نظر قابلیت انعطاف و خواص الکتریکی و یا مکانیکی متفاوت می باشند.
لازم به ذکر است کابل های که با پلی وینیل کلراید روکش می شوند دارای پایداری مناسبی در مقابل روغن، اسیدها، قلیاها، نور خورشید، گرما، باد و خراش هستند و علاوه بر ان تغییر در فرمول این ترکیب می تواند پوشش خارجی مناسبی را برای انواع کابلهای کنترل، کابلهای آنتن، کابل روشنایی و کابلهای ویژه دفن مستقیم و غیره تامین نماید.
عایق پی وی سی یا پلی وینیل کلراید (PVC)
به دلیل ویژگی خاصی که پلی وینیل کلراید دارد از این ترکیب به عنوان پوشش نفوذ ناپذیری برای زیر و یا روی زره فلزی یا آرمور در کابل آرموردار استفاده می گردد و از طرفی با استفاده از شعله درنگان در پوشش سیم و کابل، دود و شعله کاهش یافته و از طرفی از انتشار شعله توسط کابل ممانعت می شود.
تمامی انواع فلوئوروپلیمرها قابلیت تزریق داشته و برای کابلهای ولتاژ پایین یا فشار ضعیف مناسب می باشند و تنها استثناء در این گروه TFE Teflon می باشد. این ماده به دلیل وجود فلوئور در ترکیب مولکولی خود، از خصوصیات مکانیکی، شیمیایی، گرمایی و الکتریکی به خصوصی بهره می برند. رایج ترین انواع فلوئوروپلیمرها شامل Halar (ECTFE)، Tefzel (ETFE)، Teflon (TFE, FEP, PFA) و در نهایت Solef (PVDF) یا Kynar می شود.
تفلون به دلیل خواص الکتریکی ویژه، حدود تغییرات حرارتی وسیع و البته مقاومت شیمیایی فوق العاده برای استفاده به عنوان پوشش کابل ها مناسبند ولی می بایست به این مساله اشاره کرد که تفلون در برابر تشعشع هسته ای و یا ولتاژ بالا پایداری مناسبی ندارد. این ترکیب همانند پلی وینیل کلراید و پلی اتیلن قابل تزریق بوده و برای عایق سیم و کابل به صورت طولی به کار برده می شود. این تزریق توسط پیستون و یا پمپ هیدرولیک انجام شده و به دلیل محدودیت مواد داخل پیستون و پمپ هیدرولیک، طول عایق برای سیم و کابل برق نیز محدود است. البته ذکر این نکته ضروری است که طول، ضخامت عایق و قطر خارجی سیم و کابل نیز در این محدودیت نقش بسزایی دارند. از تفلون می بایست تنها بر روی سیم هایی با پوشش نقره یا نیکل استفاده نمود و محدوده کاربرد آنها از 200 تا 260 درجه سانتی گراد است.
یکی از انواع رزین های مورد استفاده در صنعت سیم و کابل، رزین تفلون TFE می باشد که این مواد به رنگ مات و سفید تهیه می شوند و در صورت ایجاد لایه ای نازک روی رشته های سیم، ظاهری شفاف دارند. با این که این رزین معمولا در روشهای عمومی مذاب نمی شود، با این حال قابلیت اکسترود به عنوان روکش سیم را دارد و به همین خاطر در برخی از مواقع از نوار تفلون TFE برای پیچیدن به دور هادی ها استفاده می گردد و قابلیت استفاده در دمای 250 درجه سانتی گراد را به صورت پیوسته دارد. غیر قابل اشتعال بودنن، مقاومت عایق بسیار زیاد، ثبات دی الکتریک بسیار کم، حجم کم، خنثی بودن از نظر شیمیایی و سهولت نصب را می توان جزو مزایای استفاده از تفلون TFE دانست.
تفلون TFE
این رزین از سطحی صیقلی و براق بهره می برد و در حالتی که به صورت لایه ای نازک اعمال گردد، شفاف خواهد بود. تفلون FEP در واقع یک رزین ترموپلاستیک است و با کمک روشهای عمومی و همچنین با توجه به قابلیت اکسترود، می توان از آن به عنوان روکش سیم استفاده نمود. این رزین قابلیت کارکرد در دمای 205 درجه سانتی گراد را دارد و البته یک پوشش غیرقابل اشتعال برای کابلهای چند رشته ای محسوب می شود. مزایای استفاده از تفلون FEP در روکش سیم شامل قابلیت حمل جریان بالا، سهلوت در نشانه گذاری رنگی، تحمل دمای بالا حتی در صورتی که هادی اندازه کوچکی داشته باشد، عدم اشتعال و جذب رطوبت به مقدار بسیار کم می باشد.
به دلیل مقاومت بسیار مناسب در برابر سایش از رزین تفزل ETFE برای روکش سیم های پشت رایانه استفاده می گردد. این رزین از نوع ترموپلاستیک است و به خاطر ویژگی های الکتریکی و استحکام، از پایداری مناسبی در برابر گرما، مواد شیمیایی، شعله و تابش اشعه برخوردار است. محدوده دمایی مربوط به این ترکیب بین 150 الی 265 درجه سانتی گراد است.
تفزل ETFE
از رززین هالار ECFTE به طور معمول در فضاهای فشرده و یا در کابلهای تلفن استفاده می گردد و لازم به ذکر است که همانند تفزل ETFE دارای پایداری بسیار مناسب در برابر مواد شیمیایی و ضربه می باشد و از طرفی همانطور که اشاره شد از ویژگی های الکتریکی عالی و خصوصیات گرمایی ویژه ای برخوردار می باشد. محدوده دمایی این ماده 70 تا 150 درجه سانتی گراد است.
با این که کینار یکی از گرانترین انواع فلوئوروپلیمرها به حساب می آید به دلیل ثابت دی الکتریک بسیار کم به طور گستره به عنوان پوشش کابلها استفاده می شود و قابلیت کارکرد پیوسته در دمای 135 درجه سانتی گراد را دارد.
یکی از گروه های خانواده پلیمرها، پلی اولفین ها هستند که عمومی ترین انواع این پلیمرها که برای روکش سیم و کابل استفاده می شود پلی اتیلن PE، پلی پروپیلن PP و اتیلن وینیل استات EVA می باشد.
ویژگی الکتریکی مناسب، ثبات دی الکتریک بسیار کم، مقاومت عایقی بالا در کاربری در مدارات فرکانس بالا به گزینه ای مناسبی برای روکش و پوشش سیم و کابل تبدیل شده است. پلی اتیلن ها در حالت کلی بسیار سفت و سخت می باشند و پلی اتیلن با چگالی کم (LDPE) دارای انعطاف پذیری قابل توجه و پلی اتیلن با چگالی و وزن مولکولی زیاد (HDPE) کمترین میزان انعطاف پذیری را دارند ولی با این حال در مقابل رطوبت از پایداری مناسبی برخوردارند.
پلی اتیلن PE
از لحاظ ویژگی های الکتریکی این ترکیب شبیه به پلی اتیلن است ولی نسبت به پلی اتیلن از سختی بیشتری برخوردار است. در اکثر مواقع از این مواد برای سیم دارای روکش نازک استفاده می شود. محدوده دمایی پلی پروپیلن از لحاظ استاندارد بین 60 الی 80 درجه سانتی گراد می باشد.
الاستومر ترموپلاستیک TPE که معمولا با نام ترموپلاستیک لاستیک TPR نیز شناخته می شود برای عایق در مکانهای سرد و همچنین در شرایط آب و هوایی مختلف از ویژگی های مناسبی برخوردار است. از طرفی این ترکیب در برابر نور خورشید و اکسیداسیون نیز مقاوم است و این ویژگی ها در شرایط فیزیکی و الکتریکی مختلف مثل نزدیکی به محیط های آبی و نمکی حفظ می شوند. البته لازم به ذکر است که الاستومر ترموپلاستیک در مقابل همه مواد شیمیایی به غیر از هیدروکربنها مقاوم می باشند و در برابر سایش، ضربه، برش یا قطع شدن مقاوم بوده و از این رو در کابل کنترل از آنها استفاده می شود.
به طور کلی از این عایق تنها به عنوان پوشش کابل استفاده می شود و در برابر ازن، روغن و سایش مقاوم است. با به کارگیری فرمول مناسب آن می توان پایداری آن در مقابل شعله را افزایش داد و این ماده برای پوشش سیم های جمع شونده بسیار مناسب است.
پلی اوره تان PUR
این سری از عایق ها شامل پلی اتیلن ترکیب شده با کلر، نئوپرن، پلی اتیلن پیوندی، اتیلن پروپیلن رابر و در نهایت سیلیکون می باشد. در ادامه به توضیح هر یک به صورت جزئی خواهیم پرداخت.
این ترکیب یک لاستیک با پیوند زنجیری به شکل کراسلینک شده می باشد که به دلیل پایداری عالی و ویژگی های الکتریکی مناسب و ویژگی های فیزیکی خاصی که دارد به عنوان پوشش برای سیم و کابل مناسب است. پلی اتیلن ترکیب شده با کلر یا به عبارت دقیق تر CPE از استقامت کافی در برابر سرما و گرمای شدید و همچنین حملات شیمیایی برخوردار است. از طرفی در برابر ازن، اشعه ماورا بنقش ناشی از نور خورشید نیز مقاوم است. عایق CPE برای غوطه ور شدن برای مدت طولانی در زیر آب مناسب است ولی در مقابل احتراق و شعله تحمل زیادی ندارد و به آرامی در آتش سوخته می شود و البته خاصیت اطفاء حریق را با دور شدن از شعله دارد.
لاستیک مصنوعی ولکانیزه شده با نام نئوپرن شناخته می شود و به دلیل انعطاف پذیری که دارد برای کاربری در فضا و محیط های گرم و یا زیر بار پایدار مناسبند چرا که در اثر قرار گرفتن در این محیط سیم و کابل دچار تغییر شکل ناخواسته می شوند. عایق CP در دمای کم ترد و شکننده نیست و همچنین در مقابل نور خورشید، کهنگی، اکسیداسیون و ازن کاملا مقاوم می باشد. توجه داشته باشید که این که عایق ها تا چهال سال انعطاف پذیری و پایداری خود را حفظ می کنند و از استقامت و استحکام کافی در مقابل شعله بر خوردارند ولی با این حال نمی توانند در معرض مستقیم احتراق قرار گیرند. به دلیل مقاومت در برابر روغن برای استفاده به عنوان پوشش های کابلهای قابل مل و کابلهای جرقه احتراق خودرو مناسبند.
یکی از انواع بسیار رایج عایق های سیم و کابل در کنار PVC، عایق XPL یا عایق XLPE می باشد. در واقع بیشترین جایی که این سیم و کابل برق عایق XPLE کاربرد دارد در سیم های ساختمانی با ولتاژ نامی 600 ولت و کابلهای فشار قوی 5 الی 69 کیلو ولت می باشد و البته کابلهای کنترل نیز از این روکش ها استفاده می نمایند. پلی اتیلن کراسلینک شده از مقاومت عایقی بالایی برخوردار است و ثبات دی الکتریک آن نیز پایین است. علاوه بر این به دلیل دوام زیاد این ترکیبات منجر شده است که در درجه حرارت های زیر 100 درجه سانتی گراد، نسبت به بریدگی، ضربه و نیروهای دیگر مصون بماند. عایق XPL و XPLE قادر است در دمای 240 درجه سانتی گراد به صورت پیوسته کار کند. در حالت معمول دارای مقاومت کلی در مقابل آتش است که مواد کننده انتشار شعله به پلی اتیلن کراسلینک شده می توان این مشکل را برطرف نمود. از طرفی لازم به ذکر است که پلی اتیلن پیوندی XPLE یا XPL دارای قیمت کمتری نیست به اتیلن پروپیلن می باشد.
پلی اتیلن پیوندی XPLE یا XPL
ترکیبی از پلیمر و لاستیک مصنوعی یعنی الاستومر برای ساخت اتیلن پروپیلن رابر استفاده می شود که برای روکش سیم و کابل به کار می رود و معمولا به عنوان عایق کابلهای 600 ولتی و یا فشار قوی تا 69 ولت، روکش داخلی یا اولیه کابلهای جوشکاری، کابلهای سیار معدن، کابلهای کنترل و کابلهای ماشین آلات به کار برده می شوند چرا که از نظر ویژگی شباهت زیادی به لاستیک دارد. این عایق ها خاصیت انعطاف پذیری بسیار بالایی دارند. این عایق برای استفاده از درجه حرارت پایین تر از 260 درجه سانتی گراد مناسب است.
هیپالن الاستومری گرماسخت است و دارای ویژگی های فیزیکی و الکتریکی مناسب است که در برابر سرما، حمله های ازن، نور خورشید، اکسیداسیون و کهنگی مقاوم است. کابلهایی که از روکش هیپالن برخوردارند آب کمی جذب می کنند و به آهستگی در داخل شعله می سوزند ولی با دور شدن از شعله با داشتن ویژگی خود خاموش کنی به سرعت خاموش می شود. این ماده در برابر خراش، حملات روغن های هیدروکربنی و مواد نفتی استقامت زیادی دارد و برای استفاده در ولتاژ های 600 ولت مناسبند.
آخرین نوع از عایقهای گرماسخت سیلیکون می باشد و در محدوده دمایی از 180 تا 200 درجه سانتی گراد برای عایق سیم و کابل به کار برده می شود و دارای ویژگی های خاص الکتریکی، جذب کم رطوبت و پایداری در برابر ازن، شرایط مختلف آب و هوایی و همچنین تابش اشعه می باشند.
الیاف K معمولا به صورت رشته هایی پارچه مانند یا نوار قیطان همانند الیاف شیشه ای به عنوان روکش برای کابل برق کاربرد دارند.
پوشش های رشته ای
این الیاف از مخلوط پلی آرامید و پلی آمید و فنولین بر پایه الیاف شیشه ساخته ی شود و مانند نخ و رشته برا عایق ها و پرکننده ها به کار می روند و مقاومت لازم در بربر رطوبت، خراش، شعله و حرارت را دارند و در حداکثر دمای 250 درجه سانتی گراد به کار می روند.