การเลือกวัสดุปลอกหุ้มสายเคเบิลที่เหมาะสม: ประเภทและแนวทางการเลือก

ปลอกหุ้มสายเคเบิล (เรียกอีกอย่างว่าปลอกหุ้มด้านนอกหรือปลอกหุ้ม) คือชั้นนอกสุดของสายเคเบิล สายเคเบิลออปติก หรือสายไฟ ซึ่งเป็นสิ่งกีดขวางที่สำคัญที่สุดในสายเคเบิล เพื่อปกป้องความปลอดภัยของโครงสร้างภายใน ปกป้องสายเคเบิลจากความร้อนภายนอก ความเย็น ความเปียกชื้น อุลตราไวโอเลต โอโซน หรือความเสียหายทางเคมีและทางกลระหว่างและหลังการติดตั้ง ปลอกหุ้มสายเคเบิลไม่ได้มีไว้เพื่อทดแทนการเสริมแรงภายในสายเคเบิล แต่สามารถให้การป้องกันในระดับจำกัดที่ค่อนข้างสูงได้ นอกจากนี้ ปลอกหุ้มสายเคเบิลยังสามารถกำหนดรูปร่างและรูปแบบของตัวนำเกลียว ตลอดจนชั้นป้องกัน (ถ้ามี) จึงช่วยลดการรบกวนต่อความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) ของสายเคเบิลให้น้อยที่สุด ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่ามีการส่งสัญญาณไฟฟ้า สัญญาณ หรือข้อมูลภายในสายเคเบิลหรือสายไฟอย่างสม่ำเสมอ ปลอกหุ้มยังมีบทบาทสำคัญต่อความทนทานของสายเคเบิลออปติกและสายไฟอีกด้วย

วัสดุหุ้มสายไฟมีหลายประเภท วัสดุหุ้มสายไฟที่นิยมใช้กันทั่วไปได้แก่ –โพลิเอทิลีนเชื่อมขวาง (XLPE), โพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีน (PTFE), เอทิลีนโพรพิลีนฟลูออรีน (FEP), เรซินเพอร์ฟลูออโรอัลคอกซี (PFA), โพลียูรีเทน (PUR),โพลีเอทิลีน (PE), เทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์ (TPE) และโพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC), แต่ละอย่างก็จะมีคุณลักษณะการทำงานที่แตกต่างกันออกไป

การเลือกวัตถุดิบสำหรับหุ้มสายเคเบิลต้องคำนึงถึงความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมและความเข้ากันได้ของการใช้งานขั้วต่อก่อน ตัวอย่างเช่น สภาพแวดล้อมที่หนาวเย็นมากอาจต้องใช้หุ้มสายเคเบิลที่มีความยืดหยุ่นได้แม้ในอุณหภูมิที่ต่ำมาก การเลือกวัสดุหุ้มที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญในการตัดสินใจเลือกสายเคเบิลออปติกที่ดีที่สุดสำหรับการใช้งานแต่ละประเภท ดังนั้น จึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องเข้าใจให้แน่ชัดว่าสายเคเบิลหรือสายออปติกต้องเป็นไปตามวัตถุประสงค์ใดและต้องเป็นไปตามข้อกำหนดใดบ้าง โพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC)เป็นวัสดุที่นิยมใช้กันทั่วไปสำหรับปลอกหุ้มสายเคเบิล ผลิตจากเรซินโพลีไวนิลคลอไรด์ โดยเติมสารทำให้คงตัว พลาสติไซเซอร์ สารตัวเติมอนินทรีย์ เช่น แคลเซียมคาร์บอเนต สารเติมแต่งและสารหล่อลื่น เป็นต้น ผ่านการผสม การนวด และการอัดรีด มีคุณสมบัติทางกายภาพ เชิงกล และทางไฟฟ้าที่ดี ทนต่อสภาพอากาศและเสถียรภาพทางเคมีได้ดี นอกจากนี้ยังสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพได้โดยการเติมสารเติมแต่งต่างๆ เช่น สารหน่วงการติดไฟ ทนความร้อน เป็นต้น

วิธีการผลิตปลอกหุ้มสายเคเบิล PVC คือการเติมอนุภาค PVC ลงในเครื่องอัดรีดและอัดภายใต้ความร้อนและแรงดันสูงเพื่อสร้างปลอกหุ้มสายเคเบิลแบบท่อ

ข้อดีของปลอกหุ้มสายเคเบิล PVC คือราคาถูก ง่ายต่อการประมวลผลและติดตั้งง่าย และมีการใช้งานที่หลากหลาย มักใช้ในสายเคเบิลแรงดันต่ำ สายสื่อสาร สายก่อสร้าง และสาขาอื่นๆ อย่างไรก็ตาม ความต้านทานอุณหภูมิสูง ความต้านทานความเย็น ความต้านทานรังสียูวี และคุณสมบัติอื่นๆ ของปลอกหุ้มสายเคเบิล PVC ค่อนข้างอ่อนแอ เนื่องจากมีสารที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมและร่างกายมนุษย์ และมีปัญหาหลายประการเมื่อนำไปใช้กับสภาพแวดล้อมพิเศษ ด้วยการเพิ่มความตระหนักด้านสิ่งแวดล้อมของผู้คนและการปรับปรุงข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของวัสดุ จึงมีการกำหนดข้อกำหนดที่สูงขึ้นสำหรับวัสดุ PVC ดังนั้น ในพื้นที่พิเศษบางแห่ง เช่น การบิน อวกาศ พลังงานนิวเคลียร์ และสาขาอื่นๆ จึงมีการใช้ปลอกหุ้มสายเคเบิล PVC อย่างระมัดระวัง โพลีเอทิลีน (PE)เป็นวัสดุหุ้มสายเคเบิลทั่วไป มีคุณสมบัติทางกลและความเสถียรทางเคมีที่ดี ทนความร้อน ทนความเย็น และทนต่อสภาพอากาศได้ดี ปลอกสายเคเบิล PE สามารถปรับปรุงได้โดยการเติมสารเติมแต่ง เช่น สารต้านอนุมูลอิสระ สารดูดซับรังสี UV เป็นต้น

วิธีการผลิตปลอกหุ้มสาย PE นั้นคล้ายคลึงกับ PVC โดยจะเติมอนุภาค PE ลงในเครื่องอัดรีด แล้วอัดภายใต้ความร้อนและแรงดันสูงเพื่อสร้างปลอกหุ้มสายแบบท่อ

ปลอกหุ้มสาย PE มีข้อดีคือทนทานต่อสภาพแวดล้อมและทนต่อรังสี UV ได้ดี ในขณะที่ราคาค่อนข้างต่ำ ใช้กันอย่างแพร่หลายในสายออปติก สายแรงดันต่ำ สายสื่อสาร สายเหมืองแร่ และสาขาอื่นๆ โพลิเอทิลีนแบบเชื่อมขวาง (XLPE) เป็นวัสดุปลอกหุ้มสายที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าและทางกลสูง ผลิตขึ้นโดยการเชื่อมขวางวัสดุโพลีเอทิลีนที่อุณหภูมิสูง ปฏิกิริยาการเชื่อมขวางสามารถทำให้วัสดุโพลีเอทิลีนสร้างโครงสร้างเครือข่ายสามมิติ ซึ่งทำให้มีความแข็งแรงสูงและทนต่ออุณหภูมิสูง ปลอกหุ้มสาย XLPE ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านสายไฟฟ้าแรงสูง เช่น สายส่งไฟฟ้า สถานีไฟฟ้า ฯลฯ มีคุณสมบัติทางไฟฟ้า ความแข็งแรงเชิงกล และความเสถียรทางเคมีที่ยอดเยี่ยม แต่ยังทนความร้อนและทนต่อสภาพอากาศได้ดีเยี่ยมอีกด้วย

โพลียูรีเทน (PUR)หมายถึงกลุ่มของพลาสติกที่พัฒนาขึ้นในช่วงปลายทศวรรษปี 1930 ผลิตโดยกระบวนการทางเคมีที่เรียกว่าการโพลีเมอไรเซชันแบบเพิ่ม วัตถุดิบมักเป็นปิโตรเลียม แต่สามารถใช้พืช เช่น มันฝรั่ง ข้าวโพด หรือหัวบีตน้ำตาลในการผลิตได้เช่นกัน PUR เป็นวัสดุหุ้มสายเคเบิลที่ใช้กันทั่วไป เป็นวัสดุอีลาสโตเมอร์ที่มีความทนทานต่อการสึกหรอ ทนทานต่อการเสื่อมสภาพ ทนทานต่อน้ำมัน ทนกรดและด่างได้ดี ในขณะที่มีความแข็งแรงเชิงกลที่ดีและคุณสมบัติการคืนตัวแบบยืดหยุ่น ปลอกสายเคเบิล PUR สามารถปรับปรุงได้โดยการเติมสารเติมแต่งต่างๆ เช่น สารหน่วงการติดไฟ สารที่ทนต่ออุณหภูมิสูง เป็นต้น

วิธีการผลิตปลอกหุ้มสายเคเบิล PUR คือการเติมอนุภาค PUR ลงในเครื่องอัดรีดและอัดภายใต้ความร้อนและแรงดันสูงเพื่อสร้างปลอกหุ้มสายเคเบิลรูปท่อ โพลียูรีเทนมีคุณสมบัติทางกลที่ดีเป็นพิเศษ

วัสดุนี้มีความทนทานต่อการสึกหรอ ทนทานต่อการตัด และทนต่อการฉีกขาดได้ดีเยี่ยม และยังคงมีความยืดหยุ่นสูงแม้ในอุณหภูมิต่ำ ซึ่งทำให้ PUR เหมาะเป็นพิเศษสำหรับการใช้งานที่ต้องมีการเคลื่อนไหวแบบไดนามิกและการดัดงอ เช่น โซ่ลากจูง ในการใช้งานหุ่นยนต์ สายเคเบิลที่มีปลอกหุ้ม PUR สามารถทนต่อการดัดงอหรือแรงบิดที่รุนแรงได้หลายล้านรอบโดยไม่มีปัญหา PUR ยังมีความทนทานต่อน้ำมัน ตัวทำละลาย และรังสีอัลตราไวโอเลตได้ดี นอกจากนี้ ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของวัสดุ สายเคเบิลจะปราศจากฮาโลเจนและทนไฟ ซึ่งเป็นเกณฑ์สำคัญสำหรับสายเคเบิลที่ได้รับการรับรองจาก UL และใช้ในสหรัฐอเมริกา สายเคเบิล PUR มักใช้ในเครื่องจักรและการก่อสร้างโรงงาน ระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรม และอุตสาหกรรมยานยนต์

แม้ว่าปลอกสาย PUR จะมีคุณสมบัติทางกายภาพ เชิงกล และทางเคมีที่ดี แต่ราคาก็ค่อนข้างสูงและไม่เหมาะกับการผลิตจำนวนมากที่มีต้นทุนต่ำ โพลียูรีเทนเทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์ (TPU)เป็นวัสดุหุ้มสายเคเบิลที่นิยมใช้กันทั่วไป TPU เป็นวัสดุเทอร์โมพลาสติกที่แตกต่างจากอีลาสโตเมอร์โพลียูรีเทน (PUR) โดยสามารถแปรรูปและมีความยืดหยุ่นได้ดี

ปลอกสาย TPU มีคุณสมบัติทนทานต่อการสึกหรอ ทนน้ำมัน ทนกรด ด่าง และทนต่อสภาพอากาศได้ดี และมีความแข็งแรงทางกลและประสิทธิภาพการคืนตัวแบบยืดหยุ่นที่ดี ซึ่งสามารถปรับให้เข้ากับการเคลื่อนไหวทางกลที่ซับซ้อนและสภาพแวดล้อมการสั่นสะเทือนได้

ปลอกหุ้มสายเคเบิล TPU ผลิตขึ้นโดยการเพิ่มอนุภาค TPU ลงในเครื่องอัดรีด และอัดภายใต้ความร้อนและแรงดันสูงเพื่อสร้างปลอกหุ้มสายเคเบิลทรงท่อ

ปลอกหุ้มสายเคเบิล TPU ใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม อุปกรณ์เครื่องมือเครื่องจักร ระบบควบคุมการเคลื่อนที่ หุ่นยนต์ และสาขาอื่นๆ รวมถึงรถยนต์ เรือ และสาขาอื่นๆ ปลอกหุ้มสายเคเบิล TPU มีคุณสมบัติทนทานต่อการสึกหรอและความยืดหยุ่นในการคืนตัวที่ดี สามารถปกป้องสายเคเบิลได้อย่างมีประสิทธิภาพ อีกทั้งยังทนทานต่ออุณหภูมิสูงและอุณหภูมิต่ำได้ดีเยี่ยมอีกด้วย

เมื่อเปรียบเทียบกับ PUR ปลอกหุ้มสายเคเบิล TPU มีข้อได้เปรียบในด้านประสิทธิภาพการประมวลผลและความเป็นพลาสติกที่ดี ซึ่งสามารถปรับให้เข้ากับความต้องการด้านขนาดและรูปร่างของสายเคเบิลได้มากขึ้น อย่างไรก็ตาม ราคาของปลอกหุ้มสายเคเบิล TPU ค่อนข้างสูง และไม่เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมากที่มีต้นทุนต่ำ

ยางซิลิโคน (PU)เป็นวัสดุหุ้มสายเคเบิลที่ใช้กันทั่วไป เป็นวัสดุโพลีเมอร์อินทรีย์ ซึ่งหมายถึงโซ่หลักที่ประกอบด้วยอะตอมซิลิกอนและออกซิเจนสลับกัน และอะตอมซิลิกอนมักเชื่อมต่อกับกลุ่มยางอินทรีย์สองกลุ่ม ยางซิลิโคนทั่วไปประกอบด้วยโซ่ซิลิโคนเป็นหลักซึ่งประกอบด้วยกลุ่มเมทิลและไวนิลจำนวนเล็กน้อย การนำกลุ่มฟีนิลมาใช้สามารถปรับปรุงความต้านทานอุณหภูมิสูงและต่ำของยางซิลิโคนได้ และการนำกลุ่มไตรฟลูออโรโพรพิลและไซยาไนด์มาใช้สามารถปรับปรุงความต้านทานอุณหภูมิและความต้านทานน้ำมันของยางซิลิโคนได้ PU มีความต้านทานอุณหภูมิสูง ความต้านทานความเย็น และความต้านทานการเกิดออกซิเดชันได้ดี และยังมีความนุ่มนวลและคุณสมบัติการคืนตัวที่ยืดหยุ่นได้ดี ปลอกหุ้มสายเคเบิลยางซิลิโคนสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพได้โดยการเพิ่มสารเติมแต่งต่างๆ เช่น สารต้านการสึกหรอ สารต้านน้ำมัน เป็นต้น

วิธีการผลิตปลอกหุ้มสายเคเบิลที่ทำจากยางซิลิโคนคือการเติมส่วนผสมของยางซิลิโคนลงในเครื่องอัดรีดและอัดภายใต้ความร้อนและแรงดันสูงเพื่อสร้างปลอกหุ้มสายเคเบิลแบบท่อ ปลอกหุ้มสายเคเบิลที่ทำจากยางซิลิโคนใช้กันอย่างแพร่หลายในอุณหภูมิสูงและแรงดันสูง ความต้องการความทนทานต่อสภาพอากาศ เช่น อุตสาหกรรมการบินและอวกาศ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ปิโตรเคมี การทหาร และสาขาอื่นๆ

มีคุณสมบัติทนทานต่ออุณหภูมิสูงและทนต่อการเกิดออกซิเดชันได้ดี สามารถทำงานได้อย่างเสถียรในอุณหภูมิสูง แรงดันสูง และมีการกัดกร่อนที่รุนแรง แต่ยังมีความแข็งแรงทางกลที่ดีและประสิทธิภาพในการคืนตัวแบบยืดหยุ่น สามารถปรับให้เข้ากับการเคลื่อนไหวทางกลที่ซับซ้อนและสภาพแวดล้อมการสั่นสะเทือนได้

เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุหุ้มสายเคเบิลอื่นๆ ปลอกหุ้มสายเคเบิลที่ทำจากยางซิลิโคนจะทนต่ออุณหภูมิและทนต่อการเกิดออกซิเดชันได้ดีกว่า แต่ยังมีความนุ่มนวลและประสิทธิภาพการคืนตัวแบบยืดหยุ่นที่ดี เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมการทำงานที่ซับซ้อนกว่า อย่างไรก็ตาม ราคาของปลอกหุ้มสายเคเบิลที่ทำจากยางซิลิโคนนั้นค่อนข้างสูง และไม่เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมากที่มีต้นทุนต่ำ พอลิเตตระฟลูออโรเอทิลีน (PTFE)เป็นวัสดุหุ้มสายเคเบิลที่นิยมใช้กันทั่วไป หรือเรียกอีกอย่างว่า โพลิเตตระฟลูออโรเอทิลีน เป็นวัสดุโพลีเมอร์ที่มีความทนทานต่อการกัดกร่อน ทนต่ออุณหภูมิสูงและทนต่อสารเคมีได้ดี และสามารถทำงานได้อย่างเสถียรในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงมาก แรงดันสูง และการกัดกร่อนรุนแรง นอกจากนี้ พลาสติกฟลูออรีนยังมีคุณสมบัติหน่วงการติดไฟและทนต่อการสึกหรอได้ดีอีกด้วย

วิธีการผลิตปลอกหุ้มสายเคเบิลฟลูออรีนพลาสติก คือการเติมอนุภาคฟลูออรีนพลาสติกลงในเครื่องอัดรีด และอัดภายใต้ความร้อนและแรงดันสูงเพื่อสร้างปลอกหุ้มสายเคเบิลรูปท่อ

ปลอกหุ้มสายเคเบิลพลาสติกฟลูออรีนใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ปิโตรเคมี และสาขาอื่นๆ ระดับไฮเอนด์ รวมถึงเซมิคอนดักเตอร์ การสื่อสารด้วยแสง และสาขาอื่นๆ ปลอกหุ้มพลาสติกฟลูออรีนมีคุณสมบัติทนต่อการกัดกร่อนและทนต่ออุณหภูมิสูงได้ดีเยี่ยม สามารถทำงานได้อย่างเสถียรในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง แรงดันสูง และการกัดกร่อนรุนแรงเป็นเวลานาน แต่ยังมีความแข็งแรงเชิงกลที่ดีและประสิทธิภาพการคืนตัวแบบยืดหยุ่น สามารถปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่มีการเคลื่อนไหวเชิงกลและการสั่นสะเทือนที่ซับซ้อนได้

เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุปลอกหุ้มสายเคเบิลชนิดอื่น ปลอกหุ้มสายเคเบิลฟลูออรีนพลาสติกมีความทนทานต่อการกัดกร่อนและทนต่ออุณหภูมิสูงได้ดีกว่า จึงเหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมการทำงานที่รุนแรงกว่า อย่างไรก็ตาม ราคาของปลอกหุ้มสายเคเบิลฟลูออรีนพลาสติกค่อนข้างสูง และไม่เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมากที่มีต้นทุนต่ำ