مقدمة
تُعرف المواد البلاستيكية الفلورية جيدًا في صناعة الكابلات باعتبارها مواد راتينجية شبه مثالية مع مزيج فريد من الخصائص الممتازة التي توفر أداءً متميزًا في العديد من التطبيقات الصعبة، وبالتالي تستخدم على نطاق واسع في الأسلاك والكابلات لنقل البيانات عالي السرعة والتطبيقات العسكرية والفضائية. تتمتع المواد البلاستيكية الفلورية الرغوية بخصائص كهربائية ممتازة مع الحفاظ على مثبطات اللهب المتأصلة، ومقاومة درجات الحرارة، والمقاومة الكيميائية ومقاومة الطقس للبلاستيك الفلورية، مما يجعل الكابلات البلاستيكية الفلورية الرغوية ميزة كبيرة للتطبيقات. تتناول هذه الورقة التطوير الفني لتكنولوجيا ومعدات الكابلات الرغوية الفلورية البلاستيكية.
1. مزايا تطبيقات الكابلات الرغوية الفلورية البلاستيكية
1.1 خصائص أداء المواد البلاستيكية الفلورية الرغوية
الخصائص الأساسية الذرية الفريدة للبلاستيك الفلوري وتكوين الروابط الجزيئية هي المفتاح لمزيج الأداء الممتاز. PTFE على أساس خصائصه الخاصة لا يمكن أن يذوب البثق. 1960 تم تطوير FEP كمعالجة ذوبان حقيقية للبوليمرات الفلورية لأول مرة.
يسمح ETFE بربط البوليمر بشكل متقاطع لزيادة تحسين الخصائص مثل مقاومة القطع ويستخدم بشكل أساسي في تطبيقات الفضاء الجوي وأسلاك الطاقة النووية والكابلات. تُستخدم البوليمرات الفلورية في التطبيقات عالية التردد نظرًا لانخفاض ثابت العزل الكهربائي وفقد العزل الكهربائي الصغير جدًا.
إنها أفضل مادة عازلة لخطوط النقل عالية التردد نظرًا لانخفاض ثابت العزل الكهربائي وزاوية فقدان العزل الكهربائي الصغيرة جدًا. في السنوات الأخيرة، تجاوزت الخصائص الفيزيائية والكهربائية الممتازة للمواد البلاستيكية الفلورية بكثير تلك الموجودة في المواد الأخرى، مما يجعلها تستخدم على نطاق واسع في خطوط نقل الاتصالات المتطورة والأسلاك والكابلات المقاومة للحرارة العالية. ومع ذلك، فإن ارتفاع أسعار المواد البلاستيكية الفلورية قد حد من استخدامها في المستقبل.
لذلك، واستنادًا إلى التطبيق الناجح لتقنيات الرغوة مثل البولي إيثيلين (PE)، تم أيضًا تطوير المواد البلاستيكية الفلورية الرغوية.
بالمقارنة مع اللدائن الفلورية والمواد العازلة للكابلات الأخرى، تتمتع اللدائن الفلورية الرغوية بالمزايا التالية
أ. خصائص كهربائية أفضل، مع ثابت عازل أقل بكثير ε وقيمة عرضية أقل لزاوية استنفاد العزل الكهربائي tanδ (كما هو موضح في الشكل 2). على سبيل المثال، ثابت العزل الكهربائي النسبي εr لـ FEP الصلب هو 2.1 وtanδ هو 5 × 10-4 عند 1 ميجاهرتز، بينما عند 60٪ رغوة FEP، يتم تقليل εr إلى 1.4 ويتم تقليل tanδ إلى 2.4 × 10-4 عند 1 ميجاهرتز . وقطر خارجي أصغر للكابل (المقاومة دون تغيير)، مما يؤدي إلى منتج أكثر إحكاما. على سبيل المثال، باستخدام 60% من FEP الرغوي لعزل الكابلات المحورية، يمكن تقليل توهين الكابل بنسبة 20% عند 1 ميجا هرتز، بينما يمكن تقليل القطر الخارجي للكابل بحوالي 12% (بدون تغيير في المقاومة).
ب. التوفير في تكاليف المواد المرتفعة. بسبب رغوة المواد العازلة، فإن جزء الفقاعة عبارة عن غاز، مما يوفر بشكل مباشر كمية كبيرة من المواد العازلة، إذا كانت درجة الرغوة 60٪، فيمكن حفظ 80٪ من المواد العازلة.
ج. ولا يؤثر على الخصائص الجيدة الأخرى للبلاستيك الفلوري. تحافظ المواد البلاستيكية الفلورية الرغوية على مثبطات اللهب المتأصلة، ومقاومة درجات الحرارة، والمقاومة الكيميائية ومقاومة الطقس للبلاستيك الفلوري، ولا تؤثر بشكل أساسي على الخواص الميكانيكية للبلاستيك الفلوري.
1.2 خصائص تطبيق الكابلات الفلورية البلاستيكية الرغوية
خصائص التطبيق الرئيسية للكابلات الفلورية البلاستيكية الرغوية هي: أ. لتلبية احتياجات كابلات شبكة البيانات من معدلات نقل أعلى ومثبطات الحريق (خاصة التشريعات الأمريكية). على الرغم من أن سوق كابلات CAT6 وCAT6A آخذ في النمو، فمن الصعب الجمع بين الزيادة في مسافة النقل الفعالة وسرعة النقل (> 10 جيجابايت/ ثانية) وعرض النطاق الترددي (> 500 ميجاهرتز) للكابلات التقليدية بطول 100 متر. ونتيجة لذلك، فإن الكابلات البلاستيكية الفلورية ذات الرغاوي الثابتة العازلة المنخفضة هي الخيار الواضح للكابلات ذات التردد العالي والكمون المنخفض. بالإضافة إلى ذلك، تتوفر كابلات ومجمعات CAT6 وCAT6A مع عزل FEP وPFA/MFA مع معدلات مقاومة للحريق تصل إلى CMP. ب. تلبي كابلات الطاقة عبر إيثرنت (PoE) الحاجة إلى توفير الطاقة والاتصالات في نفس الوقت. يمكن لكابلات PoE الفلورية البلاستيكية أن توفر الطاقة للمعدات التي تطبق "إنترنت الأشياء" وتقنيات الجيل الجديد للمؤسسات.
يوفر كابل PoE الطاقة والاتصالات للأجهزة التي تطبق "إنترنت الأشياء" وتقنيات الجيل الجديد للمؤسسات. من الإضاءة الذكية إلى نقاط الوصول اللاسلكية (WAPs)، تعمل كابلات PoE على تحويل مستقبل البنية التحتية للأسلاك من خلال الجمع بين وظائف كابلات الطاقة والاتصالات للأجهزة في المنزل ومباني المكاتب ومستقبل المركبات المستقلة.
ج. تلبية الطلب على قدرة نقل البيانات ذات التردد العالي في كابلات الإلكترونيات الاستهلاكية. يمكن استخدام الكابل المحوري الفلوروبلاستيكي الرغوي ككابل محوري أصغر وأخف وزنًا وفائق الدقة في صناعات الهواتف المحمولة والكابلات الطبية.
د. يمكن تلبية الطلب على قدرة نقل بيانات أعلى لكابلات نقل الترددات العالية جدًا في مراكز البيانات. يمكن استخدام الكابلات الفلورية البلاستيكية الرغوية ككابلات مقاومة للحريق أصغر حجمًا وخفيفة الوزن ومقاومة لدرجة الحرارة العالية.
2 تكنولوجيا الكابلات الرغوية الفلورية البلاستيكية
2.1 تكنولوجيا الرغوة الفلورية
في وقت مبكر من عام 1995، أجرى معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) بحثًا رائدًا في تكنولوجيا الرغوة البلاستيكية الفلورية وأبلغ عن النتائج بالتفصيل في المقالة "العمليات الدقيقة المسامية للبوليمرات الفلورية وتصميم أنظمة بثق الرغوة الدقيقة المسامية لتكسية الأسلاك".
وترد نتائج البحوث ذات الصلة بالتفصيل في
أ. وقد تمت الإشارة إلى أن السوائل فوق الحرجة يمكن أن تؤثر على الرغوة البلاستيكية الفلورية في ظل ظروف معينة. كثافة الغاز فوق الحرج
كثافة الغاز فوق الحرج هي في الأساس نفس كثافة السائل، ولزوجته تبلغ 2 إلى 3 مرات فقط من الغاز العادي (حوالي 1/10 من لزوجة السائل)، مع معامل تشتت حوالي 10 أضعاف ذلك من السائل. بالإضافة إلى زيادة كثافة الفقاعات في رغوة البلاستيك الفلوري، يمكن للسوائل فوق الحرجة أيضًا تقليل وقت التشبع. على سبيل المثال، يتم استخدام ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج (درجة الحرارة الحرجة 31 درجة مئوية والضغط الحرج 7.38 ميجاباسكال) في رغوة الفلوربلاستيك، وتظهر نتائج الاختبار أن اللدائن الفلورية تتمتع بأفضل امتصاص للغاز عند درجة حرارة الانصهار.
أظهرت النتائج أن المواد البلاستيكية الفلورية تتمتع بامتصاص مثالي للغاز عند درجة حرارة الانصهار وتخضع لتغير سريع في الحالة الديناميكية الحرارية، مما يشكل فقاعات صغيرة موزعة بشكل موحد.
ب. قم بتقييم خصائص الرغوة بالجملة للمواد البلاستيكية الفلورية FEP4100 وPFA440HP التي طورتها شركة Dupont. PFA عبارة عن بوليمر أكثر بلورة من FEP وبالتالي فإن انتشار الغازات في مصفوفته يكون أكثر صعوبة.
ج. تم تلخيص خصائص رغوة الخلايا الدقيقة، بما في ذلك حقيقة أن رغوة الخلايا الدقيقة ناتجة عن عدم الاستقرار الديناميكي الحراري لنظام الغاز/البوليمر فوق الحرج المتجانس، وأن عدد النواة في رغوة الخلايا الدقيقة أكبر بكثير من الرغوة الكيميائية النموذجية، وأن حجم المسام في رغوة الخلايا الدقيقة أصغر من حجم الرغوة الكيميائية النموذجية.
أظهرت العديد من الدراسات أن ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين هما غازان مناسبان لرغوة البلاستيك الفلوري، مع درجة حرارة حرجة تبلغ -147 درجة مئوية وضغط حرج يبلغ 34 بار (3.4 ميجا باسكال) للنيتروجين.