مقارنة أداء وتطبيقات مواد الأسلاك والكابلات المصنوعة من مادة TPE و TPU

دخان منخفض | خالٍ من الهالوجين | مقاوم للاشتعال

أصبحت اللدائن الحرارية المرنة مفضلة لدى الكثيرين الآن الأسلاك والكابلات تُصنع هذه المواد في المصانع لما تتميز به من مرونة عالية، وليونة، وملمس ناعم. ونظرًا لتقييد استخدام مواد PVC في كثير من الأحيان، فقد تم الترويج بقوة لمرونة اللدائن الحرارية.

شهدت الصين خلال السنوات الخمس عشرة الماضية تطوراً متزايداً في مجال تطوير المواد البلاستيكية الحرارية المقاومة للهب. وقد شاع استخدام هذه المواد، وخاصةً TPE وTPU، في خطوط نقل البيانات في المنتجات الاستهلاكية، وخطوط الشحن المغلفة والمعزولة في محطات الطاقة الجديدة، وخطوط الجهد العالي في المركبات.

مع ذلك، لا تزال هناك العديد من المشكلات الموضوعية في أبحاث مثبطات اللهب في اللدائن الحرارية المرنة. على سبيل المثال، كثيرًا ما يتساءل الباحثون عن الفرق بين اللدائن الحرارية المرنة (TPE) واللدائن الحرارية المرنة (TPU). تتناول هذه المقالة بإيجاز خصائص اللدائن الحرارية المرنة (TPE) واللدائن الحرارية المرنة (TPU) ومقارنة أدائها وتطبيقاتها في صناعة الأسلاك والكابلات.

1. استخدام مادة TPE في مجال الأسلاك والكابلات

يشير مصطلح TPE إلى مطاط لدن حراري يحتوي على SEBS كمادة راتنجية أساسية. SEBS عبارة عن بوليمر مشترك مكون من ستايرين (S)-إيثيلين (E)/بيوتين (B)-ستايرين (S).

يتم تشبع الروابط المزدوجة في SEBS، أي SBS، عن طريق الهدرجة، لذلك يتمتع SEBS بمقاومة جيدة للطقس، ومقاومة للحرارة، ومقاومة لتشوه الضغط، وخصائص ميكانيكية ممتازة.

(1) تتميز منتجات SEBS بأداء عزل كهربائي ممتاز، وهي غير سامة، ومقاومة للعوامل الجوية والتقادم، بالإضافة إلى مرونة عالية وقوة فائقة، وتتحمل نطاقًا واسعًا من درجات الحرارة. تُعد هذه المنتجات موادًا مثالية لصناعة الأغلفة الخارجية وأشرطة العزل للأسلاك والكابلات. وتُستخدم بشكل أساسي في الأجهزة الذكية المحمولة والأجهزة المنزلية وغيرها من المجالات.

في الوقت الحاضر، أصبح من الاتجاهات العامة استبدال مادة PVC في مجال الأسلاك ذات الجهد المنخفض (مثل كابلات سماعات الرأس، وكابلات الشحن، وكابلات USB، وكابلات الصوت/الفيديو، وكابلات الكمبيوتر، وما إلى ذلك).

(2) نظرًا لأن المنتجات الإلكترونية الاستهلاكية تتميز بالتحديثات السريعة وعمر الخدمة القصير، ومع ظهور عصر ترقية الاستهلاك، فإن المنتجات المتعلقة بـ SEBS لديها مجال كبير للتطوير في هذه الصناعة.

مع تزايد الطلب على مقاومة الكابلات للحريق وأدائها في مجال حماية البيئة محليًا وعالميًا، واستمرار تحسن مستوى استهلاك الأفراد، يتجه التوجه نحو منتجات SEBS عالية الأداء المقاومة للهب لاستبدال الكابلات التقليدية.هذا الكابل تزداد أهمية استخدام مواد مثل PVC وCPE في المستقبل، وتتسع آفاق تطبيقاتها المستقبلية. ويشهد السوق حاليًا طلبًا كبيرًا على تعديل SEBS بمواد مثبطة للهب وتطوير منتجات عالية الأداء.

مادة TPE ذات وظيفة خاصة: مع تطبيق وتطوير التقنيات الجديدة لمواد TPE، تشمل مادة TPE ذات الوظيفة الخاصة الحالية بشكل أساسي مادة TPE الموصلة، ومادة TPE المضادة للكهرباء الساكنة، ومادة TPE العازلة، وXLTPO المتشابك المشع، ومادة TPE عالية المرونة، ومادة TPE عالية مقاومة اللهب، وما إلى ذلك.

02 تطبيق مادة TPU في مجال الأسلاك والكابلات

مادة TPU هي بوليمر لدن حراري من البولي يوريثان، وهو عبارة عن بوليمر خطي مشترك ينتج عن تفاعل ثنائي إيزوسيانات مع بوليول جزيئي كبير، ومطيل سلسلة/رابط متقاطع، وكمية قليلة من الإضافات. أحدهما مادة بولي يوريثان بشكل أساسي، والآخر نوع بولي إيثر بشكل أساسي.

عادة ما يكون بوليمرًا كتليًا، ويستخدم البولي يوريثان الناتج عن تفاعل البوليول طويل السلسلة مع الإيزوسيانات كجزء ناعم، ويستخدم البولي يوريثان الناتج عن تفاعل الديول قصير السلسلة مع الإيزوسيانات كجزء صلب.

تُستخدم مطاطات البولي يوريثان الحراري (TPU) في الأسلاك والكابلات بشكل رئيسي في المجالات التالية:

·مجموعة أسلاك السيارات: مجموعة أسلاك نظام منع انغلاق المكابح (ABS)، كابل عداد المسافات، كابل اتصال السيارة، كابل غلاف مقاوم للهب لبطاريات الشحن، إلخ؛

• كابلات الاستكشاف الجغرافي: كابلات استكشاف حقول النفط/المحيطات/الأراضي، كابلات الكشف عن الموجات الزلزالية، إلخ؛

أسلاك الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية: كابل سماعة الرأس (مقاوم للهب) كابل بيانات لشحن الهواتف المحمولة، وكابلات الصوت، وكابلات USB، وكابلات ملحقات الكمبيوتر، وما إلى ذلك؛

·كابلات الطاقة والصناعية: كابلات الكمبيوتر CNC، كابلات طاقة الرياح، كابلات التعدين، كابلات الطاقة الكهربائية؛

كابلات الاتصالات السلكية: كابلات الألياف الضوئية المغلفة بالأسلاك، ويتطلب استخدام مواد مثبطة للهب؛

كابلات المعدات الطبية: كابل تخطيط القلب الكهربائي، كابل كشف نسبة الأكسجين في الدم، كابل توصيل الأقطاب الكهربائية، كابل جهاز التدليك.

03 مقارنة أداء مواد الأسلاك والكابلات المصنوعة من مادة TPE ومادة TPU

(1) يتميز البولي يوريثين الحراري (TPU) بقوة أفضل من البولي يوريثين الحراري المرن (TPE)، وقوة شد ومعدل استطالة أفضل: تبلغ قوة شد البولي يوريثين الحراري من 2 إلى 3 أضعاف قوة المطاط الطبيعي والمطاط الصناعي، كما يتميز البولي يوريثين الحراري بمقاومة جيدة للانحناء؛ ومقاومة جيدة للتآكل، حيث تبلغ قيمة تآكل تابر 0.35-0.5 ملغ، وهي الأقل بين أنواع البلاستيك، لذلك يتمتع بمقاومة جيدة للتمزق.

(2) ملمس وأداء مادة TPE وTPU: تتميز مادة TPE بإمكانية تعديل صلابتها ومرونتها ضمن نطاق واسع يتراوح من 0 إلى 99A، بينما يتراوح نطاق صلابة مادة TPU بين 60 و95A، مع احتفاظها بمرونتها حتى عند صلابة أعلى من 85A. هذه خاصية لا تتوفر في أنواع المطاط الأخرى، مما يمنح مادة TPU قدرة عالية على تحمل الأحمال وتأثير امتصاص وتفريغ ممتازين. يختلف ملمس المادتين اختلافًا كبيرًا باختلاف نطاقات الصلابة، مما يسمح بتكييفهما مع مختلف الظروف وفقًا للاحتياجات. أما مادة TPE، فتُظهر فقدانًا كبيرًا في المرونة عند الصلابة العالية.

(3) يتمتع كل من البولي إيثر TPU و TPE بمقاومة جيدة للماء، لكن البوليستر TPU لديه مقاومة ضعيفة للماء؛ يتمتع TPU بمقاومة أفضل للزيت من TPE.

(4) تتميز مادة البوليستر TPU بمقاومة ضعيفة نسبياً للأشعة فوق البنفسجية، مما يجعلها عرضة للاصفرار. ونظراً لارتباط حلقة البنزين في الجزء الصلب من البولي يوريثان وعامل المعالجة العطري مع إستر حمض الكربوكسيل، يحدث تأكسد وإعادة ترتيب، مكوناً بنية الكينون مع مجموعات ملونة، وبالتالي تكوين رابطة غير مشبعة في جزء البوليمر. وتحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية، تُوفر "الجذور الحرة" الطاقة اللازمة لتفاعل تغيير اللون، مما يوفر طاقة كافية لتدمير الروابط الكيميائية لمعظم البوليمرات، ويحفز تفاعل تأكسد تلقائي، ويؤدي إلى التقادم والتدهور.

يتميز البولي إيثر TPU بمقاومة أفضل للاصفرار مقارنةً بالبوليستر TPU. ويمكن تحسين مقاومته للأشعة فوق البنفسجية بعد التعديل، مما يضمن عدم اصفراره خلال سنة إلى سنتين. وبشكل عام، تكون مقاومة الأشعة فوق البنفسجية في مادة TPE أفضل من TPU، لذا فإن مادة TPE المقاومة للون أفضل بكثير من TPU.

باختصار، يتميز البولي إيثر TPU بمقاومته للتحلل المائي والعفن، ومرونته العالية، وأدائه الجيد في درجات الحرارة المنخفضة. أما البوليستر TPU فيتميز بقوة شد عالية، ومرونة، ومقاومة للتآكل، ومقاومة للمذيبات، ومقاومة للأكسدة، ومقاومة لدرجات الحرارة العالية.

04 معالجة وتشكيل مواد الأسلاك والكابلات من مادة TPE و TPU ومقارنة التكلفة

مقارنة بين معالجة وتشكيل مواد الأسلاك والكابلات المصنوعة من مادة TPE و TPU:

(1) مادة TPU سهلة الامتصاص للغاية للماء. يجب تجفيفها عند 100 درجة مئوية لمدة 3 إلى 4 ساعات قبل المعالجة، بينما يتم تجفيف مادة TPE عند 70 إلى 80 درجة مئوية لمدة ساعتين؛

(2) متطلبات البولي يوريثان الحراري (TPU) لأجهزة البثق. تُعدّ أجهزة البثق أحادية اللولب ثلاثية المراحل، بنسبة طول إلى قطر تتراوح بين 20 و30 ونسبة ضغط تتراوح بين 2 و4، مناسبةً لمعالجة البولي يوريثان الحراري؛ وتبلغ الفجوة بين اللولب وأنابيب المادة حوالي 0.1-0.2 مم. يجب أن يتجنب التصميم الأمثل للولب الاحتكاك الشديد وارتفاع درجة الحرارة، مما يؤدي إلى تحلل المادة وتشققها، وبالتالي تقليل الخواص الميكانيكية للمنتج.

تعتمد سرعة البرغي على قطره. ولأن مادة البولي يوريثين الحراري (TPU) حساسة للقلي والتقطيع، فإن السرعة العالية جدًا قد تؤدي بسهولة إلى تشققها. أما السرعة المنخفضة جدًا، فستؤدي أيضًا إلى تشققها نتيجةً لطول مدة بقائها في الجهاز. عمومًا، تُضبط سرعة البرغي بين 25 و60 دورة في الدقيقة، بينما تتطلب مادة اللدائن الحرارية المرنة (TPE) جهاز بثق ذي قطر أكبر نسبيًا.

(3) قبل تشغيل جهاز TPU، تأكد من تنظيف البرغي ورأس الجهاز وأسطوانة البرغي جيدًا، مع الحرص على عدم وجود زوايا غير ظاهرة. تأكد من إتمام جميع التحضيرات، مثل تجهيز المنتج شبه النهائي والطباعة والمعايرة، إلخ. الخطوة الأخيرة هي فتح المنتج النهائي بالكامل قبل سحب القادوس لتفريغ المادة إلى البرغي. في المرحلة الأولى من تشغيل الجهاز، حاول تقليل مدة بقاء المطاط على البرغي. بعد تفريغ المادة، سيبدأ الجهاز بالعمل بسرعة في غضون 5 دقائق. يجب التعامل مع هذه الفترة الحرجة جيدًا في البداية. انتبه للترتيب، وستحصل على ضعف النتيجة بنصف الجهد.

(4) مادة TPE غير حساسة للقص، ولن تتحلل بسهولة إذا بقيت لفترة طويلة. كما أنها أسهل نسبياً في المعالجة.

مقارنة تكاليف معالجة مواد الأسلاك والكابلات المصنوعة من مادة TPE ومادة TPU:

(1) لا يختلف سعر مادة TPE ومادة TPU المصنوعة من البوليستر اختلافًا كبيرًا. سعر مادة TPU المصنوعة من البوليستر أعلى قليلًا، بينما سعر مادة TPU المصنوعة من البولي إيثر مرتفع نسبيًا.

(2) الثلاثة لديهم أقل كثافة TPE، تليها كثافة TPU البولي إيثر، وأكبر كثافة TPU البوليستر، وأقل تكلفة لاستخدام TPE.

بمقارنة الخصائص الأساسية لمادتي TPE وTPU وتقنيات معالجة المواد، نجد أن لكل منهما مزايا وعيوب. ومع ذلك، يُظهر تحليل سلاسل صناعة TPU وTPE المحلية أن سوق المواد الخام لـTPE أكثر استقرارًا وسهولة، بينما تعتمد معظم المواد الخام لإنتاج TPU على الاستيراد، وعملية الإنتاج المحلية متخلفة نسبيًا، مما يجعل ضمان استقرار المنتج أمرًا صعبًا. وتختلف خصائص المواد الخام لكل مُصنِّع اختلافًا كبيرًا. لذا، يحتاج منافسونا في مجال المطاط الصناعي إلى فهم كافٍ لتسهيل تطوير التطبيقات والتعديلات.

من خلال دراسة معمقة للبنية الداخلية للمادة، ومراقبة تغيرات الأداء في الوقت الفعلي، والتحقق المستمر من الاستقرار، تم إثبات توافق الأسلاك وقدرتها على التحمل في البيئات البحرية القاسية. وبالنظر إلى المستقبل، فإن التحسين المستمر لمواد وبنية خطوط نقل الطاقة البحرية سيضع بلا شك أساسًا أكثر متانة لاستخراج الموارد البحرية وتطبيقها.       

شنغهاي لانشينغ يمكن للكابل أن يلبي احتياجاتك المختلفة من الكابلات.