การประยุกต์ใช้วัสดุโพลีโอเลฟินในอุตสาหกรรมสายไฟและสายเคเบิล

วัสดุโพลีโอเลฟิน ซึ่งเป็นที่รู้จักในด้านคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม ความสามารถในการแปรรูป และประสิทธิภาพด้านสิ่งแวดล้อม ได้กลายเป็นหนึ่งในวัสดุฉนวนและปลอกหุ้มที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในอุตสาหกรรมสายไฟและสายเคเบิล

โพลิโอเลฟินเป็นพอลิเมอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง สังเคราะห์จากโมโนเมอร์โอเลฟิน เช่น เอทิลีน โพรพิลีน และบิวทีน มีการนำไปประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น สายเคเบิล บรรจุภัณฑ์ การก่อสร้าง ยานยนต์ และการแพทย์

ในกระบวนการผลิตสายเคเบิล วัสดุโพลีโอเลฟินมีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำ เป็นฉนวนที่ดีเยี่ยม และทนทานต่อสารเคมีได้อย่างดีเยี่ยม ทำให้มั่นใจได้ถึงเสถียรภาพและความปลอดภัยในระยะยาว คุณสมบัติที่ปราศจากฮาโลเจนและสามารถรีไซเคิลได้ยังสอดคล้องกับแนวโน้มสมัยใหม่ในการผลิตที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและยั่งยืนอีกด้วย

1. การจำแนกประเภทตามชนิดของโมโนเมอร์

1. โพลีเอทิลีน (PE)

โพลีเอทิลีน (PE) เป็นเรซินเทอร์โมพลาสติกที่ได้จากการพอลิเมอไรเซชันของโมโนเมอร์เอทิลีน และเป็นหนึ่งในพลาสติกที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดทั่วโลก โดยแบ่งตามความหนาแน่นและโครงสร้างโมเลกุลออกเป็นประเภท LDPE, HDPE, LLDPE และ XLPE

(1)โพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (LDPE)
โครงสร้าง: ผลิตโดยการพอลิเมอไรเซชันแบบอนุมูลอิสระภายใต้ความดันสูง ประกอบด้วยสายโซ่แตกแขนงจำนวนมาก มีความเป็นผลึก 55–65% และความหนาแน่น 0.91–0.93 กรัม/ซม³

คุณสมบัติ: นุ่ม โปร่งใส และทนทานต่อแรงกระแทก แต่ทนความร้อนได้ปานกลาง (สูงสุดประมาณ 80 °C)

การใช้งาน: นิยมใช้เป็นวัสดุหุ้มสายเคเบิลสื่อสารและสายสัญญาณ โดยคำนึงถึงความสมดุลระหว่างความยืดหยุ่นและการเป็นฉนวน

(2) โพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE)
โครงสร้าง: เกิดจากการพอลิเมอไรเซชันภายใต้ความดันต่ำโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา Ziegler–Natta มีกิ่งก้านน้อยหรือไม่มีเลย มีความเป็นผลึกสูง (80–95%) และมีความหนาแน่น 0.94–0.96 กรัม/ซม³

คุณสมบัติ: มีความแข็งแรงและความแข็งแกร่งสูง มีเสถียรภาพทางเคมีดีเยี่ยม แต่ความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำลดลงเล็กน้อย

การใช้งาน: ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับชั้นฉนวน ท่อร้อยสายสื่อสาร และปลอกสายเคเบิลใยแก้วนำแสง ให้การปกป้องจากสภาพอากาศและแรงทางกลได้ดีเยี่ยม โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการติดตั้งกลางแจ้งหรือใต้ดิน

(3) โพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำเชิงเส้น (LLDPE)
โครงสร้าง: เกิดจากการโคพอลิเมอไรเซชันของเอทิลีนและอัลฟาโอเลฟิน โดยมีกิ่งก้านสาขาสายสั้น ความหนาแน่นอยู่ระหว่าง 0.915–0.925 กรัม/ซม³

คุณสมบัติ: ผสานความยืดหยุ่นและความแข็งแรงเข้าด้วยกัน พร้อมคุณสมบัติทนทานต่อการเจาะทะลุได้ดีเยี่ยม

การใช้งาน: เหมาะสำหรับใช้เป็นวัสดุหุ้มและฉนวนในสายเคเบิลแรงดันต่ำและปานกลาง รวมถึงสายเคเบิลควบคุม เพื่อเพิ่มความทนทานต่อแรงกระแทกและการดัดงอ

(4)โพลีเอทิลีนแบบเชื่อมโยงข้าม (XLPE)
โครงสร้าง: โครงข่ายสามมิติที่เกิดขึ้นจากการเชื่อมโยงทางเคมีหรือทางกายภาพ (เช่น ไซเลน เพอร์ออกไซด์ หรือลำแสงอิเล็กตรอน)

คุณสมบัติ: ทนความร้อนได้ดีเยี่ยม แข็งแรงทนทาน เป็นฉนวนไฟฟ้า และทนต่อสภาพอากาศได้ดี

การใช้งาน: ใช้กันอย่างแพร่หลายในสายไฟแรงดันปานกลางและสูง สายเคเบิลพลังงานใหม่ และชุดสายไฟในรถยนต์ ซึ่งเป็นวัสดุฉนวนหลักในการผลิตสายเคเบิลสมัยใหม่

2. โพลีโพรพีลีน (PP)

โพลีโพรพีลีน (PP) ซึ่งได้จากการพอลิเมอไรเซชันของโพรพีลีน มีความหนาแน่น 0.89–0.92 กรัม/ซม³ จุดหลอมเหลว 164–176 องศาเซลเซียส และช่วงอุณหภูมิใช้งาน –30 องศาเซลเซียส ถึง 140 องศาเซลเซียส
คุณสมบัติ: น้ำหนักเบา แข็งแรงทนทานสูง ทนต่อสารเคมีได้ดีเยี่ยม และเป็นฉนวนไฟฟ้าชั้นยอด

การใช้งาน: ใช้เป็นวัสดุฉนวนที่ปราศจากฮาโลเจนในสายเคเบิลเป็นหลัก ด้วยความสำคัญที่เพิ่มมากขึ้นต่อการรักษาสิ่งแวดล้อม โพลีโพรพีลีนแบบเชื่อมโยงข้าม (XLPP) และโพลีโพรพีลีนโคพอลิเมอร์ดัดแปลงจึงเข้ามาแทนที่โพลีเอทิลีนแบบดั้งเดิมในระบบสายเคเบิลอุณหภูมิสูงและแรงดันสูงมากขึ้น เช่น สายเคเบิลสำหรับรถไฟ พลังงานลม และยานยนต์ไฟฟ้า

3. โพลีบิวทิลีน (PB)

โพลีบิวทิลีนประกอบด้วย โพลี(1-บิวทีน) (PB-1) และโพลีไอโซบิวทิลีน (PIB)

คุณสมบัติ: ทนความร้อนได้ดีเยี่ยม มีเสถียรภาพทางเคมี และทนต่อการคืบตัว

การใช้งาน: PB-1 ใช้ในท่อ ฟิล์ม และบรรจุภัณฑ์ ในขณะที่ PIB ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตสายเคเบิลในฐานะเจลกันน้ำ สารปิดผนึก และสารเติมแต่ง เนื่องจากคุณสมบัติกันก๊าซและเฉื่อยทางเคมี ซึ่งมักใช้ในสายเคเบิลใยแก้วนำแสงเพื่อการปิดผนึกและป้องกันความชื้น

II. วัสดุโพลีโอเลฟินชนิดอื่นๆ ที่พบได้ทั่วไป

(1) โคพอลิเมอร์เอทิลีน-ไวนิลอะซิเตต (EVA)

EVA เป็นวัสดุที่ผสมผสานระหว่างเอทิลีนและไวนิลอะซิเตท มีคุณสมบัติยืดหยุ่นและทนต่อความเย็น (คงความยืดหยุ่นได้ที่อุณหภูมิ -50 °C)
คุณสมบัติ: อ่อนนุ่ม ทนต่อแรงกระแทก ปลอดสารพิษ และทนทานต่อการเสื่อมสภาพ

การใช้งาน: ในสายเคเบิล EVA มักใช้เป็นสารปรับปรุงความยืดหยุ่นหรือเรซินตัวนำในสูตร Low Smoke Zero Halogen (LSZH) ซึ่งช่วยปรับปรุงเสถียรภาพในการประมวลผลและความยืดหยุ่นของวัสดุฉนวนและปลอกหุ้มที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

(2) โพลีเอทิลีนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงมาก (UHMWPE)

UHMWPE เป็นพลาสติกวิศวกรรมชั้นยอดที่มีน้ำหนักโมเลกุลมากกว่า 1.5 ล้าน

คุณสมบัติ: ทนทานต่อการสึกหรอสูงที่สุดในบรรดาพลาสติก มีความแข็งแรงต่อแรงกระแทกมากกว่า ABS ถึงห้าเท่า ทนทานต่อสารเคมีได้ดีเยี่ยม และดูดซับความชื้นต่ำ

การใช้งาน: ใช้ในสายเคเบิลใยแก้วนำแสงและสายเคเบิลพิเศษเป็นวัสดุหุ้มหรือเคลือบที่มีความทนทานต่อการสึกหรอสูงสำหรับชิ้นส่วนรับแรงดึง เพื่อเพิ่มความต้านทานต่อความเสียหายทางกลและการเสียดสี

III. บทสรุป

วัสดุโพลีโอเลฟินปราศจากฮาโลเจน มีควันน้อย และไม่เป็นพิษเมื่อเผาไหม้ มีคุณสมบัติทางไฟฟ้า ทางกล และเสถียรภาพในการแปรรูปที่ดีเยี่ยม และสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพให้ดียิ่งขึ้นได้ด้วยเทคโนโลยีการเชื่อมต่อ การผสม และการเชื่อมโยงข้ามสายโซ่

ด้วยคุณสมบัติที่ผสมผสานกันอย่างลงตัวระหว่างความปลอดภัย เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ วัสดุโพลีโอเลฟินจึงกลายเป็นระบบวัสดุหลักในอุตสาหกรรมสายไฟและสายเคเบิลสมัยใหม่ ในอนาคต เมื่อภาคส่วนต่างๆ เช่น ยานยนต์พลังงานใหม่ พลังงานแสงอาทิตย์ และการสื่อสารข้อมูลยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่อง นวัตกรรมในการใช้งานโพลีโอเลฟินจะยิ่งผลักดันให้เกิดการพัฒนาที่มีประสิทธิภาพสูงและยั่งยืนของอุตสาหกรรมสายเคเบิลต่อไป