W branży elektrycznej jedną z najważniejszych rzeczy w przypadku przewodów i kabli elektrycznych są materiały izolacyjne i osłonowe.Przez wiele lat dominującym materiałem izolacyjnym kabli elektroenergetycznych był papier impregnowany olejem ze względu na jego doskonałe właściwości elektryczne.Ma również zdolność wytrzymywania wysokiego stopnia przeciążenia termicznego bez nadmiernego niszczenia.Jednakże, ze względu na swoją higroskopijną naturę, metalowa osłona ulega korozji pod wpływem wilgoci.Dlatego od dawna istniało zapotrzebowanie na materiał izolacyjny do kabli zasilających, który miałby połączenie niehigroskopijnego charakteru materiałów termoplastycznych.
Wytwarzanie usieciowanych polimerów można przeprowadzić dwoma różnymi metodami.Pierwsza to metoda chemiczna, druga to metoda jonizacyjna.Chociaż świadomość tego efektu sieciowania ma ponad 150 lat, efekt sieciujący promieniowania jonizującego został ostatecznie zademonstrowany po raz pierwszy przez Charlesby'ego.Metoda sieciowania radiacyjnego jest najbardziej wydajna w przypadku drutów małogabarytowych i cienkościennych, dlatego też druty stosowane w sprzęcie elektrycznym i elektronicznym produkowane są metodą sieciowania radiacyjnego.Metoda jest korzystna ze względu na niskie zużycie energii i wymaga małej przestrzeni.Proces promieniowania jest łatwy do kontrolowania i ma potencjał w zakresie oszczędności energii, a także kontroli zanieczyszczeń.Specyficzne cechy sieciowania radiacyjnego podsumowano w następujący sposób: (1) Można kontrolować prędkość linii produkcyjnej.Możliwe jest pokrycie z dużą prędkością (wytłaczanie), ponieważ nie ma wymagania stosowania środka sieciującego.Dzięki zastosowaniu przyspieszacza o dużej mocy i niskim zużyciu energii można osiągnąć szybkie utwardzanie.(2) Jednorodność sieciowania jest doskonała.Jednolite sieciowanie można przeprowadzić wybierając odpowiednią maszynę i przyjmując optymalną konstrukcję podawania drutu.(3) Można wytwarzać różne rodzaje polimerów, w zależności od stopnia usieciowania w procesie sieciowania radiacyjnego.Ponadto proces utwardzania radiacyjnego jest bardziej korzystny niż proces utwardzania parą.W procesie utwardzania parą woda wnikająca do warstwy polimeru pod wysokim ciśnieniem pary tworzy wiele „mikroroidów”, które mogą powodować awarię wyładowania niezupełnego w kształcie drzewa, gdy kabel jest używany.Chociaż zjawisko jest bardzo skomplikowane, drzewa mogą rosnąć i powodować spadek wytrzymałości dielektrycznej kabli.Oprócz tego proces utwardzania parą ma pewne wady z punktu widzenia zużycia energii: (a) do uzyskania wysokiej temperatury potrzebne jest wysokie ciśnienie pary;(b) efektywność przewodzenia ciepła z zewnątrz kabla jest niska oraz (c) duża ilość energii zużywana jest przez żyłę kabla, co skutkuje mniejszą sprawnością cieplną, a także dłuższym czasem reakcji sieciowania.Utwardzanie radiacyjne jest kandydatem do procesów suchych.Jednakże występuje problem polegający na tym, że gromadzenie się elektronów zatrzymanych i/lub utworzonych w warstwie izolacyjnej przez napromienianie może również powodować częściowy rozkład w kształcie drzewa podczas i po napromienianiu.Różni się to całkowicie od „procesu bezwodnego”.Ponieważ kabel polimerowy zawiera dużą ilość wilgoci i duże puste przestrzenie, proces utwardzania jest konieczny.Oprócz powyższych zalet, materiały półprzewodnikowe można łatwo wprowadzić do procesu utwardzania radiacyjnego, co nie jest łatwe w przypadku procesu utwardzania parą, ponieważ większość materiałów nie wytrzymuje wysokiej temperatury i ciśnienia.
Technika szczepienia radiacyjnego również nadaje przewodność matrycy.Jest to unikalna metoda łączenia osnowy przewodzącej z izolacyjną.Technika ta polega na dezaktywacji polimeru szkieletowego odpowiednim monomerem poprzez szczepienie, a następnie osadzanie polimeru przewodzącego na aktywnej powierzchni szkieletu.Oprócz właściwości izolujących, w tym przypadku polimer może zachowywać się jak przewodzący.Chociaż nie został jeszcze ustalony, może wykazywać kilka potencjalnych zastosowań, takich jak ekranowanie EMI, powłoki przewodzące i środki antystatyczne.Bhattacharya i in.przygotowali kompozyty polimer–FEP-g-(AA)–PPY i polimer–FEP-g-(sty)–PPY.Najpierw napromieniano polimer-FEP ze źródła Co-60, a następnie film zanurzano w różnej zawartości monomerów.Następnie na szczepioną powierzchnię osadzono PPy metodą oksydacyjnej polimeryzacji pirolu przy użyciu chlorku żelaza jako utleniacza.Rezystancja powierzchniowa jest zmniejszona i jest rzędu 104–105 omów/cm2.Opór powierzchniowy zależy od procentu szczepienia monomerów.Stosując tę technikę, można zwiększyć przewodność powierzchniową, a nie przewodność objętościową.Właściwości fotoprzewodzące folii można także uzyskać stosując technikę szczepienia.Przykładami folii fotoprzewodzącej są octan celulozy-g-(N-winylokarbazol) i octan celulozy-g-(N-winylokarbazol-metacylan metylu).
W przemyśle kabli elektrycznych stosuje się głównie polietylen, polichlorek winylu (PVC), kauczuki EPDM.Polietylen jest stosowany ze względu na jego doskonałe właściwości elektryczne i dłuższą trwałość.Polietylen o małej gęstości jest preferowany w stosunku do polietylenu o dużej gęstości z kilku powodów. Powody są następujące: (a) większa elastyczność;(b) wyższa wytrzymałość dielektryczna niż polietylen o dużej gęstości;(c) dłuższa żywotność niż HDPE;(d) mniej trudny w obróbce niż HDPE i (e) mniejsze ryzyko włączenia pustek w izolacji LDPE, co powoduje jonizację.Pomimo wszystkich tych zalet, LDPE ma swoje ograniczenia jako materiał izolujący kable.Będąc polimerem termoplastycznym, ma temperaturę mięknienia około 105–115⬚C i ma tendencję do pękania naprężeniowego w kontakcie z pewnymi środkami powierzchniowo czynnymi.Sieciowanie cząsteczek polietylenu poprawia właściwości termiczne i fizyczne, podczas gdy jego właściwości elektryczne w dużej mierze pozostają niezmienione.Dlatego usieciowany polietylen nie jest już polimerem termoplastycznym.Mięknie w temperaturze topnienia krystalicznego polietylenu i przyjmuje elastyczną, gumowatą konsystencję, którą zachowuje podczas dalszego wzrostu temperatury, aż do zwęglenia bez topnienia w temperaturze 300°C.Skłonność do pękania naprężeniowego zanika całkowicie i uzyskuje się bardzo dobrą odporność na starzenie w gorącym powietrzu.Kable z usieciowanego polietylenu są powszechnie preferowane ze względu na ich doskonałe właściwości elektryczne i fizyczne.Jest w stanie przenosić duże prądy, wytrzymuje zginanie o małym promieniu i jest lekki, co pozwala na łatwy i niezawodny montaż, tj. nie ma ograniczeń wysokości, ponieważ nie zawiera oleju, a zatem jest wolny od awarii spowodowanych migracją oleju do oleju kabel polowy.Zasadniczo nie wymaga również metalowej osłony. Dzięki temu jest wolny od uszkodzeń charakterystycznych dla kabli z metalową powłoką, korozji i zmęczenia.Obecnie sieciowanie radiacyjne jest stosowane przemysłowo nie tylko do polietylenu, ale także do innych polimerów, takich jak polichlorek winylu, poliizobutylen itp. Sam PVC jest polimerem wyjątkowo niestabilnym.Znaczenie komercyjne zaczęło zyskiwać dopiero po opracowaniu skutecznych środków stabilizacji.Za pomocą środków modyfikujących (stabilizatorów, plastyfikatorów, wypełniaczy i innych dodatków) można nadać PCV szerokie spektrum właściwości, od wyjątkowo sztywnego do bardzo elastycznego.Różnorodność zastosowań i niski koszt decydują o jego znaczeniu na rynku światowym.
Aby zwiększyć skuteczność sieciowania, bardzo rzadko stosuje się polimery w czystej postaci.Plastyfikatory, przeciwutleniacze i wypełniacze spełniają swoją rolę w celu nadania wymaganych właściwości.Dodatek jest lepszy podczas procesu sieciowania.Plastyfikatory dodaje się do polimerów w celu zmniejszenia kruchości produktu polimerowego.Wpływają na sieciowanie zawsze, gdy biorą udział w powstawaniu wolnych rodników lub wchodzą w reakcje propagacji.Ftalan dibutylu, fosforan tritolilu i fosforan diallilu są typowymi przykładami plastyfikatora do PVC.Elastyczność i sprężystość, które są bardzo ważne w izolacji elektrycznej, poprawia się poprzez dodanie plastyfikatorów do PVC.Właściwie w przypadku PVC, który ze względu na niezrównoważoną strukturę jest polarny, powstają silne wiązania międzycząsteczkowe, które sztywno łączą łańcuchy makrocząsteczkowe, razem czyniąc go nieelastycznym.Przeciwutleniacze to kolejna grupa dodatków, które są niezbędne w każdej usieciowanej mieszaninie zaprojektowanej w praktycznym celu porównania wyższej stabilności termooksydacyjnej przy produkcji polimeru.Zwykle wpływają one na sieciowanie poprzez wychwytywanie rodników, które mogą tworzyć wiązania sieciujące.RC (4,4-tio-bis(6-tert-butylo-3-metylofenol), MB(Mercapto benzoimidazol) to przykłady przeciwutleniaczy stosowanych przez Ueno i wsp. Oprócz plastyfikatorów i przeciwutleniaczy wymagane są barwniki, jako materiały izolacyjne przewodów stosowane zwłaszcza w urządzeniach. Barwniki do tworzyw sztucznych obejmują różnorodne materiały nieorganiczne i organiczne. Odbarwiające dodatki nie są preferowane w tej dziedzinie. Wypełniacze są zazwyczaj dodawane w celu poprawy ich właściwości fizyko-mechanicznych i przetwarzalności. Pozytywny wpływ wypełniaczy może Podczas sieciowania napromieniowania zaobserwowano, że wydajność rodników w polietylenie wzrosła o 50% po dodaniu niewielkiej ilości (0,05%) aerosilu. Przyjęto, że większa produkcja rodników następuje na granicy międzyfazowej aerosil– polietylen, gdzie makrocząsteczki mogą znajdować się w stanie nierównowagowym o nieskompensowanych odkształceniach.Przy większej zawartości napełniacza może nastąpić transfer energii z napełniacza do fazy polimerowej, co może przyczynić się do większego uzysku wolnych rodników.Ponadto połączenie naświetlania z domieszką reaktywną może wpływać na lokalizację wiązań poprzecznych wzdłuż łańcuchów polimeru.
Krótko mówiąc, promieniowanie odgrywa ważną rolę w przetwarzaniu polimerów stosowanym w polu elektrycznym. „Sieciowanie radiacyjne” to zjawisko, dzięki któremu można poprawić właściwości polimerów.Jest to najbardziej zaawansowana metoda, jaką jest „wulkanizacja”, obarczona pewnymi ograniczeniami.Skuteczność sieciowania można poprawić przez dobór odpowiednich monomerów.W procesie sieciowania radiacyjnego dość skuteczne są plastyfikatory, wypełniacze i dodatki zmniejszające palność.Metoda sieciowania radiacyjnego jest również bardzo przydatna przy wytwarzaniu materiałów półprzewodnikowych.Oprócz tego technikę szczepienia radiacyjnego można również zastosować do przygotowania przewodzącej folii kompozytowej i folii o właściwościach fotoprzewodzących.
Czas publikacji: 2 maja 2017 r