الدرع الخفي: دليل لمركبات الكابلات

يكمن سرّ أي كابل تحت غلافه الخارجي الظاهر: مركب الكابل. فهو ليس مادة واحدة، بل مزيج مُصمّم بدقة من البوليمرات والحشوات والمثبتات والمواد المضافة التي تُشكّل العازل والغلاف الخارجي. وبينما يحمل الموصل التيار، تُحدّد هذه المركبات سلامة الكابل ومتانته وكفاءته. فهي تحميه من الأعطال الكهربائية والتأثيرات البيئية والتلف الميكانيكي. ويُعدّ علم تركيب هذه المركبات تخصصًا بالغ الأهمية، إذ يُحدّد ما إذا كان الكابل سيدوم لعقود أم سيتلف قبل الأوان.

الوظائف الأساسية: أكثر من مجرد غلاف

تؤدي مركبات الكابلات أدوارًا مميزة وحيوية:

• مركب عازل: تتمثل وظيفتها الأساسية في العزل الكهربائي - لمنع تسرب التيار بين الموصلات أو إلى الأرض. يجب أن تتمتع بمقاومة كهربائية عالية، وخصائص عازلة مستقرة عبر نطاق واسع من درجات الحرارة، ومقاومة ممتازة للتشقق الكهربائي (الشقوق المجهرية التي تؤدي إلى العطل).

• مركب الغمد/السترة: هذا هو خط الدفاع الأول للكابل ضد العوامل المادية والبيئية. فهو يوفر حماية ميكانيكية ضد التآكل والسحق والصدمات. كما أنه يعمل كحاجز ضد الرطوبة والمواد الكيميائية وأشعة الشمس (الأشعة فوق البنفسجية)، والأهم من ذلك، ضد اللهب.

علم المواد: من البولي فينيل كلوريد إلى المطاطات المتقدمة

يُحدد اختيار البوليمر الأساسي القدرات الأساسية للكابل:

• كلوريد البولي فينيل (مادة PVC): المادة التقليدية الفعّالة من حيث التكلفة. تتميز بالمرونة، ومقاومة اللهب (بفضل محتواها من الكلور)، ومقاومة الماء والأحماض. لكن يعيبها انخفاض قدرتها على تحمل درجات الحرارة العالية (عادةً 70-105 درجة مئوية)، وإمكانية هجرة الملدنات مما يُسبب هشاشة المادة، بالإضافة إلى إنتاجها دخانًا كثيفًا سامًا عند احتراقها.

• البولي إيثيلين (البولي إيثيلين): يتميز البولي إيثيلين منخفض الكثافة (البولي إيثيلين منخفض الكثافة) بخصائص عزل كهربائي ممتازة ومقاومة عالية للرطوبة، ويُستخدم في كابلات الاتصالات. أما البولي إيثيلين المتشابك (XLPE) فيُصنع عن طريق ربط سلاسل البوليمر كيميائيًا أو إشعاعيًا، مما يحوله إلى مادة متصلبة حراريًا ذات خصائص فائقة: قدرة تحمل درجات حرارة أعلى (تصل إلى 90 درجة مئوية)، ومقاومة أفضل للتشقق الناتج عن الإجهاد والأحمال الزائدة. وهو المعيار المعتمد لعزل كابلات الطاقة الحديثة.

• البولي إيثيلين المكلور سلفونات (CSPE / هايبالون) والبولي إيثيلين المكلور (التعليم المهني المستمر): تشتهر بمقاومتها الاستثنائية للظروف الجوية والأوزون والمواد الكيميائية. وتستخدم غالباً في أغلفة الكابلات الصناعية والخارجية.

• اللدائن الحرارية واللدائن المتصلبة بالحرارة (مادة TPE، تقرير الأداء الإلكتروني، EPDM): مواد شبيهة بالمطاط تتميز بمرونة فائقة، وثبات حراري، ومقاومة عالية للظروف البيئية. يُعد مطاط الإيثيلين بروبيلين (تقرير الأداء الإلكتروني/EPDM) عازلاً حرارياً شائعاً للكابلات المرنة والكابلات المقاومة لدرجات الحرارة العالية. أما البولي يوريثان الحراري (مادة TPU) فيوفر مقاومة استثنائية للتآكل والزيوت.

• البوليمرات الفلورية (مادة PTFE، FEP، رابطة كرة القدم الأمريكية): الخيار الأمثل للبيئات القاسية. تتميز هذه الكابلات بقدرتها على تحمل درجات حرارة تشغيل مستمرة عالية جدًا (تصل إلى 250 درجة مئوية)، ومقاومتها الفطرية للهب، ومقاومتها الكيميائية الممتازة. تُستخدم في صناعة الطيران والفضاء، والقطاع العسكري، وكابلات البيانات عالية الأداء.

ترسانة الإضافات: هندسة خصائص محددة

يتم تحويل البوليمرات الأساسية إلى مركبات وظيفية من خلال الإضافات:

• مثبطات اللهب ومثبطات الدخان: يُعدّ هذا الأمر بالغ الأهمية للسلامة. تُعتبر الأنظمة القائمة على الهالوجين (باستخدام الكلور أو البروم) فعّالة، لكنها تُنتج دخانًا مُسبّبًا للتآكل. أما مركبات مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين (HFFR) فتستخدم هيدروكسيدات المعادن (مثل هيدرات الألومنيوم الثلاثية) التي تُطلق بخار الماء عند تسخينها، مما يُبرّد اللهب ويُشكّل طبقةً واقيةً من الفحم.

• المثبتات: تمنع مثبتات الحرارة التدهور الحراري أثناء التصنيع والاستخدام. كما تحمي مثبتات الأشعة فوق البنفسجية من التشقق وتغير اللون الناتجين عن أشعة الشمس.

• الملدنات: تُضاف هذه المادة إلى البوليمرات الصلبة مثل البولي فينيل كلوريد (مادة PVC) لإضفاء المرونة. ويحدد نوع المادة وكميتها مدى نعومة الكابل ومرونته على المدى الطويل.

• مواد مالئة: تُضاف معادن مثل الطين وكربونات الكالسيوم والسيليكات لتحسين الخواص الميكانيكية، وتسهيل عملية التصنيع، وخفض التكلفة. وتُعدّ هذه المعادن مكونًا نشطًا أساسيًا في مركبات مثبطات اللهب عالية التدفق.

• الملونات والمواد المساعدة في التصنيع: لأغراض التعريف وتسهيل عملية التصنيع.

الخيار الحاسم: خالٍ من الهالوجين مقابل محتوي على الهالوجين

هذا قرار أساسي يتعلق بالسلامة والبيئة:

• المركبات الهالوجينية (مادة PVC، CSPE): توفر ذرات الهالوجين مقاومة جيدة للهب. ومع ذلك، في حالة نشوب حريق، فإنها تطلق دخانًا كثيفًا يحجب الرؤية وأحماضًا سامة شديدة التآكل (حمض الهيدروكلوريك، حمض الهيدروبروميك)، والتي تُعد السبب الرئيسي لتلف المعدات ووفيات البشر في حرائق الأماكن المغلقة.

• مركبات خالية من الهالوجين، منخفضة الدخان، وخالية من الهالوجين (LSZH/LS0H): مُصنّع بدون كلور أو بروم. ورغم أنه قد يكون أقل مقاومة للاشتعال بطبيعته، إلا أنه يعتمد على حشوات هيدروكسيد المعادن. في حالة نشوب حريق، ينتج عنه دخان أقل بكثير، وهذا الدخان غير قابل للتآكل وأقل سمية. وهو إلزامي في الأماكن العامة المغلقة مثل المطارات ومحطات المترو والسفن والمباني الشاهقة.

التطبيق يحدد التركيبة: مادة لكل حاجة

• شبكة البناء: تعطي الأولوية لمقاومة اللهب وانخفاض انبعاثات الدخان (LSZH) من أجل سلامة الأرواح.

• الكابلات الصناعية والمرنة: يتطلب مقاومة للزيوت والمواد الكيميائية والتآكل (مادة TPU، CSPE) إلى جانب المرونة.

• كابلات السيارات: تتطلب مقاومة عالية للحرارة، وقدرات على التعامل مع الجدران الرقيقة، ومقاومة للسوائل.

• الكابلات الأرضية/الخارجية: يلزم مقاومة الرطوبة والأشعة فوق البنفسجية (سترات من البولي إيثيلين، والبولي إيثيلين عالي الكثافة).

• كابلات البيانات/الاتصالات: يتطلب الأمر خصائص دقيقة لثابت العزل الكهربائي وتوهين الإشارة (بولي إيثيلين رغوي).

تُعدّ مركبات الكابلات من العناصر الأساسية غير المعروفة في البنية التحتية الكهربائية وشبكات البيانات. فتركيبتها تُمثّل توازناً دقيقاً بين الأداء الكهربائي، والمتانة الميكانيكية، والمقاومة الكيميائية، والأهم من ذلك كله، السلامة. ويعكس التحوّل نحو المواد الخالية من الهالوجين والمواد المتصلبة حرارياً عالية الأداء، مثل البولي إيثيلين المتشابك (XLPE)، توجهاً صناعياً يُولي أهمية قصوى للموثوقية طويلة الأمد وسلامة الإنسان. ويُعدّ فهم هذه المواد أساسياً لتحديد الكابل المناسب لكل مهمة، مما يضمن بقاء الاتصالات الحيوية في عالمنا آمنة وفعّالة طوال فترة خدمتها. فهي بمثابة الدرع الحقيقي غير المرئي الذي تعتمد عليه الاتصالات الحديثة.