Στον ηλεκτρικό τομέα, ένα από τα βασικά πράγματα για τα ηλεκτρικά καλώδια και καλώδια είναι η μόνωση και τα υλικά επένδυσης.Για πολλά χρόνια, το κατεξοχήν μονωτικό υλικό για τα καλώδια ρεύματος ήταν το χαρτί εμποτισμένο με λάδι λόγω των εξαιρετικών ηλεκτρικών του ιδιοτήτων.Έχει επίσης την ικανότητα να αντέχει σε υψηλό βαθμό θερμικής υπερφόρτωσης χωρίς υπερβολική φθορά.Ωστόσο, λόγω της υγροσκοπικής του φύσης, το μεταλλικό περίβλημα διαβρώνεται από την υγρασία.Υπήρχε, επομένως, μια μακροχρόνια αισθητή ανάγκη για ένα μονωτικό υλικό με τροφοδοτικό, το οποίο είχε έναν συνδυασμό της μη υγροσκοπικής φύσης των θερμοπλαστικών υλικών.
Η παρασκευή των διασυνδεδεμένων πολυμερών μπορεί να γίνει με δύο διαφορετικές μεθόδους.Η μία είναι η χημική μέθοδος και η άλλη η μέθοδος ιονισμού.Αν και η συνειδητοποίηση αυτού του φαινομένου της διασύνδεσης είναι πάνω από 150 χρόνια, η επίδραση σταυροσύνδεσης της ιονίζουσας ακτινοβολίας αποδείχθηκε οριστικά για πρώτη φορά από τον Charlesby.Η μέθοδος σταυροσύνδεσης ακτινοβολίας είναι η πιο παραγωγική για σύρματα μικρού μεγέθους και λεπτού τοιχώματος και επομένως τα καλώδια που χρησιμοποιούνται για ηλεκτρικό και ηλεκτρονικό εξοπλισμό έχουν παραχθεί με τη μέθοδο διασύνδεσης ακτινοβολίας.Η μέθοδος είναι πλεονεκτική λόγω της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας και χρειάζεται μικρό χώρο.Η διαδικασία ακτινοβολίας ελέγχεται εύκολα και έχει τη δυνατότητα εξοικονόμησης ενέργειας καθώς και ελεγχόμενης ρύπανσης.Τα συγκεκριμένα χαρακτηριστικά της διασύνδεσης ακτινοβολίας συνοψίζονται ως εξής: (1) Η ταχύτητα της γραμμής παραγωγής μπορεί να ελεγχθεί.Η κάλυψη υψηλής ταχύτητας (εξώθηση) είναι δυνατή, καθώς δεν απαιτείται παράγοντας διασταύρωσης.Με τη χρήση ενός επιταχυντή υψηλής ισχύος και χαμηλής ενέργειας, μπορεί να επιτευχθεί ταχεία σκλήρυνση.(2) Η ομοιομορφία σταυροσύνδεσης είναι εξαιρετική.Μπορεί να πραγματοποιηθεί η ομοιόμορφη διασύνδεση επιλέγοντας ένα κατάλληλο μηχάνημα και υιοθετώντας τον βέλτιστο σχεδιασμό για την τροφοδοσία σύρματος.(3) Μπορούν να παρασκευαστούν διάφορα είδη πολυμερών, ανάλογα με τον βαθμό διασύνδεσης με διαδικασία σταυροσύνδεσης ακτινοβολίας.Επιπλέον, η διαδικασία σκλήρυνσης με ακτινοβολία είναι προτιμότερη από τη διαδικασία σκλήρυνσης με ατμό.Στη διαδικασία σκλήρυνσης με ατμό, το νερό που διεισδύει στο στρώμα του πολυμερούς υπό υψηλή πίεση ατμού δημιουργεί πλήθος «μικροειδών», τα οποία θα μπορούσαν να προκαλέσουν μερική αποφόρτιση σε σχήμα δέντρου όταν το καλώδιο είναι σε λειτουργία.Αν και το φαινόμενο είναι πολύ περίπλοκο, τα δέντρα μπορεί να αναπτυχθούν και να προκαλέσουν μείωση της διηλεκτρικής αντοχής των καλωδίων.Εκτός από αυτά, η διαδικασία σκλήρυνσης με ατμό έχει ορισμένα μειονεκτήματα από την άποψη της κατανάλωσης ενέργειας: (α) απαιτείται υψηλή πίεση ατμού για να επιτευχθεί υψηλή θερμοκρασία.(β) η απόδοση της θερμικής αγωγιμότητας από το εξωτερικό του καλωδίου είναι χαμηλή και (γ) καταναλώνεται μεγάλη ποσότητα ενέργειας από τον αγωγό του καλωδίου, γεγονός που έχει ως αποτέλεσμα χαμηλότερη θερμική απόδοση και επίσης μεγαλύτερο χρόνο αντίδρασης σταυροσύνδεσης.Η σκλήρυνση με ακτινοβολία είναι υποψήφια για τις ξηρές διεργασίες.Ωστόσο, έχει το πρόβλημα ότι η συσσώρευση ηλεκτρονίων σταμάτησε και/ή σχηματίστηκε στο μονωτικό στρώμα από ακτινοβολία επίσης προκαλεί μερική διάσπαση σε σχήμα δέντρου κατά τη διάρκεια και μετά την ακτινοβόληση.Είναι εντελώς διαφορετικό από τη «διαδικασία χωρίς νερό».Καθώς το καλώδιο πολυμερούς περιέχει υψηλή υγρασία και μεγάλα κενά, η διαδικασία σκλήρυνσης είναι απαραίτητη.Εκτός από τα παραπάνω πλεονεκτήματα, τα ημιαγωγικά υλικά μπορούν να εισαχθούν εύκολα στη διαδικασία σκλήρυνσης με ακτινοβολία, κάτι που δεν είναι εύκολο στην περίπτωση της διαδικασίας σκλήρυνσης με ατμό, καθώς τα περισσότερα από τα υλικά δεν μπορούσαν να αντέξουν την υψηλή θερμοκρασία και πίεση.
Η τεχνική εμβολιασμού με ακτινοβολία προσδίδει επίσης την αγωγιμότητα στη μήτρα.Αυτή είναι η μοναδική μέθοδος συνδυασμού της αγώγιμης μήτρας με τη μονωτική.Αυτή η τεχνική περιλαμβάνει την απενεργοποίηση του πολυμερούς κορμού με ένα κατάλληλο μονομερές με εμβολιασμό και επακόλουθη εναπόθεση του αγώγιμου πολυμερούς πάνω από την ενεργή επιφάνεια του σκελετού.Εκτός από τη μονωτική συμπεριφορά, σε αυτή την περίπτωση το πολυμερές μπορεί να συμπεριφέρεται ως αγώγιμο.Αν και δεν έχει ακόμη καθιερωθεί, μπορεί να παρουσιάσει πολλές πιθανές εφαρμογές, όπως θωράκιση EMI, αγώγιμες επικαλύψεις και αντιστατικούς παράγοντες.Bhattacharya etal.έχουν παρασκευάσει τα σύνθετα πολυμερές–FEP-g-(AA)–PPY και πολυμερές–FEP-g-(sty)–PPY.Αρχικά, το πολυμερές-FEP ακτινοβολήθηκε από την πηγή Co-60 και το φιλμ στη συνέχεια βυθίστηκε σε διαφορετικό ποσοστό μονομερών.Το PPy στη συνέχεια εναποτέθηκε πάνω στην εμβολιασμένη επιφάνεια με οξειδωτικό πολυμερισμό της πυρρόλης χρησιμοποιώντας χλωριούχο σίδηρο ως οξειδωτικό.Η αντίσταση της επιφάνειας μειώνεται και είναι της τάξης των 104–105ohm/cm2.Η αντίσταση της επιφάνειας εξαρτάται από το ποσοστό εμβολιασμού των μονομερών.Χρησιμοποιώντας αυτήν την τεχνική, η επιφανειακή αγωγιμότητα και όχι η αγωγιμότητα του όγκου μπορεί να αυξηθεί.Η φωτοαγωγική συμπεριφορά της μεμβράνης μπορεί επίσης να μεταδοθεί με την τεχνική εμβολιασμού.Η οξική κυτταρίνη-g-(Ν-βινυλοκαρβαζόλη) και η οξική κυτταρίνη-g-(Ν-βινυλοκαρβαζόλη-μεθακυλικός μεθυλεστέρας) είναι τα παραδείγματα της φωτοαγώγιμης μεμβράνης.
Στη βιομηχανία ηλεκτρικών καλωδίων, χρησιμοποιούνται κυρίως πολυαιθυλένιο, πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC), λάστιχα EPDM.Το πολυαιθυλένιο χρησιμοποιείται λόγω των εξαιρετικών ηλεκτρικών του ιδιοτήτων και της μεγαλύτερης διάρκειάς του.Το πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας προτιμάται έναντι του πολυαιθυλενίου υψηλής πυκνότητας για διάφορους λόγους. Οι λόγοι είναι οι ακόλουθοι: (α) μεγαλύτερη ευελιξία.β) υψηλότερη διηλεκτρική αντοχή από το πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας.(γ) μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από το HDPE.(δ) λιγότερο δύσκολο στην επεξεργασία από το HDPE και (ε) μικρότερο κίνδυνο συμπερίληψης κενών στη μόνωση του LDPE, που προκαλεί ιονισμό.Παρά όλα αυτά τα πλεονεκτήματα, το LDPE έχει τους δικούς του περιορισμούς ως μονωτικό υλικό καλωδίων.Όντας ένα θερμοπλαστικό πολυμερές, έχει θερμοκρασία αποσκλήρυνσης περίπου 105–115⬚C και έχει την τάση να εμφανίζεται ρωγμές λόγω τάσης όταν έρχεται σε επαφή με ορισμένους επιφανειοδραστικούς παράγοντες.Η διασταύρωση των μορίων πολυαιθυλενίου βελτιώνει τις θερμικές καθώς και τις φυσικές ιδιότητες ενώ οι ηλεκτρικές του ιδιότητες παραμένουν σε μεγάλο βαθμό αμετάβλητες.Το διασυνδεδεμένο πολυαιθυλένιο, επομένως, δεν είναι πλέον ένα θερμοπλαστικό πολυμερές.Μαλακώνει στο κρυσταλλικό σημείο τήξης του πολυαιθυλενίου και αποκτά ελαστική υφή σαν καουτσούκ, μια ιδιότητα που διατηρεί σε περαιτέρω άνοδο της θερμοκρασίας, μέχρι να ενανθρακωθεί χωρίς να λιώσει στους 300⬚C.Η τάση για σπάσιμο του στρες εξαφανίζεται εντελώς και αποκτάται πολύ καλή αντοχή στη γήρανση στον ζεστό αέρα.Τα καλώδια διασυνδεδεμένου πολυαιθυλενίου προτιμώνται ευρέως λόγω των εξαιρετικών ηλεκτρικών και φυσικών τους ιδιοτήτων.Είναι ικανό να μεταφέρει μεγάλα ρεύματα, αντέχει κάμψη μικρής ακτίνας και είναι ελαφρύ, επιτρέποντας την εύκολη και αξιόπιστη εγκατάσταση, δηλαδή είναι απαλλαγμένο από περιορισμούς ύψους αφού δεν αποτελείται από λάδι και επομένως είναι απαλλαγμένο από βλάβες λόγω μετανάστευσης λαδιού στο λάδι καλώδιο πεδίου.Επίσης, δεν απαιτεί γενικά μεταλλικό περίβλημα. Έτσι, είναι απαλλαγμένο από αστοχίες που ιδιαίτερες στα καλώδια με μεταλλική επένδυση, διάβρωση και κόπωση.Σήμερα, η διασύνδεση ακτινοβολίας εφαρμόζεται βιομηχανικά όχι μόνο στο πολυαιθυλένιο αλλά και σε άλλα πολυμερή, όπως το πολυβινυλοχλωρίδιο, το πολυισοβουτυλένιο κ.λπ. Το PVC από μόνο του είναι εξαιρετικά ασταθές πολυμερές.Άρχισε να αποκτά εμπορική σημασία μόνο μετά την ανάπτυξη αποτελεσματικών μέσων σταθεροποίησης.Με τη βοήθεια παραγόντων τροποποίησης (σταθεροποιητές, πλαστικοποιητές, πληρωτικά και άλλα πρόσθετα), το PVC μπορεί να κατασκευαστεί ώστε να εμφανίζει ένα ευρύ φάσμα ιδιοτήτων, που κυμαίνονται από εξαιρετικά άκαμπτο έως πολύ εύκαμπτο.Η ποικιλομορφία της εφαρμογής του και το χαμηλό κόστος του ευθύνονται για τη σημασία του στην παγκόσμια αγορά.
Για να αυξηθεί η αποτελεσματικότητα της διασύνδεσης, τα πολυμερή χρησιμοποιούνται πολύ σπάνια στην καθαρή τους μορφή.Πλαστικοποιητές, αντιοξειδωτικά, πληρωτικά έχουν το ρόλο τους με τον αντίστοιχο τρόπο να προσδώσουν τις απαραίτητες ιδιότητες.Η προσθήκη είναι καλύτερη κατά τη διαδικασία διασταύρωσης.Στα πολυμερή προστίθενται πλαστικοποιητές για τη μείωση της ευθραυστότητας του πολυμερούς προϊόντος.Επηρεάζουν τη διασύνδεση όποτε συμμετέχουν στη δημιουργία ελεύθερων ριζών ή εισέρχονται στις αντιδράσεις διάδοσης.Ο φθαλικός διβουτυλεστέρας, ο φωσφορικός τριτολυλεστέρας και ο φωσφορικός διαλλυλεστέρας είναι τα κοινά παραδείγματα του πλαστικοποιητή του PVC.Η ευελιξία και η ελαστικότητα, η οποία είναι πολύ σημαντική στην ηλεκτρική μόνωση, βελτιώνονται με την προσθήκη των πλαστικοποιητών στο PVC.Στην πραγματικότητα, στην περίπτωση του PVC, το οποίο είναι πολικό λόγω μη ισορροπημένης δομής, δημιουργεί ισχυρούς διαμοριακούς δεσμούς, οι οποίοι ενώνουν άκαμπτα τις μακρομοριακές αλυσίδες, μαζί το καθιστούν άκαμπτο.Τα αντιοξειδωτικά είναι μια άλλη ομάδα προσθέτων, τα οποία είναι απαραίτητα για οποιοδήποτε μείγμα με σταυροδεσμούς σχεδιασμένο για πρακτικό σκοπό σύγκρισης υψηλότερης θερμοοξειδωτικής σταθερότητας σε μια παραγωγή πολυμερούς.Συνήθως επηρεάζουν τη διασύνδεση μέσω των ριζών δέσμευσης, οι οποίες μπορεί να σχηματίσουν σταυροδεσμούς.Τα RC (4,4-θειο-δις(6-τριτ-βουτυλ-3-μεθυλφαινόλη), MB (Mercapto benzoimidazole) είναι τα παραδείγματα αντιοξειδωτικών που χρησιμοποιούνται από τους Ueno et al. Εκτός από πλαστικοποιητές και αντιοξειδωτικά, απαιτούνται χρωστικές, όπως τα συρμάτινα μονωτικά υλικά που χρησιμοποιούνται ειδικά για συσκευές. Οι χρωστικές για πλαστικά περιλαμβάνουν μια ποικιλία ανόργανων και οργανικών υλικών. Τα αποχρωματισμένα πρόσθετα δεν προτιμώνται σε αυτόν τον τομέα. Τα πληρωτικά γενικά προστίθενται για τη βελτίωση των φυσικομηχανικών ιδιοτήτων και της ικανότητας επεξεργασίας. Μια θετική επίδραση των πληρωτικών μπορεί να Βρέθηκε ότι η απόδοση των ριζών στο πολυαιθυλένιο αυξήθηκε κατά 50%, όταν προστεθεί μια μικρή ποσότητα (0,05%) αερολύματος. Έχει θεωρηθεί ότι υψηλότερη παραγωγή ριζών λαμβάνει χώρα στην ενδιάμεση φάση του αεροσιλίου- πολυαιθυλένιο, όπου τα μακρομόρια μπορεί να βρίσκονται σε κατάσταση μη ισορροπίας μη αντιρροπούμενων στελεχών Με υψηλότερη περιεκτικότητα σε πληρωτικό, μπορεί να συμβεί μεταφορά ενέργειας από το πληρωτικό στη φάση του πολυμερούς και έτσι να συμβάλει σε υψηλότερη απόδοση ελεύθερων ριζών.Επιπλέον, ο συνδυασμός ακτινοβολίας με αντιδραστική πρόσμιξη μπορεί να επηρεάσει τον εντοπισμό των σταυροειδών συνδέσμων κατά μήκος των πολυμερών αλυσίδων.
Εν ολίγοις, η ακτινοβολία παίζει τον σημαντικό ρόλο στην επεξεργασία πολυμερών που χρησιμοποιείται στον ηλεκτρικό τομέα. Η «διασταυρούμενη σύνδεση ακτινοβολίας» είναι το φαινόμενο με το οποίο μπορούν να βελτιωθούν οι ιδιότητες των πολυμερών.Είναι η πιο προηγμένη μέθοδος όπως ο «βουλκανισμός» έχει ορισμένους περιορισμούς.Η αποτελεσματικότητα της διασύνδεσης μπορεί να βελτιωθεί με την επιλογή κατάλληλων μονομερών.Στη διαδικασία διασύνδεσης με ακτινοβολία, οι πλαστικοποιητές, τα πληρωτικά και η προσθήκη επιβραδυντικού φλόγας είναι αρκετά αποτελεσματικά στη διαδικασία διασύνδεσης ακτινοβολίας.Η μέθοδος διασταυρούμενης σύνδεσης με ακτινοβολία είναι επίσης πολύ χρήσιμη για την παρασκευή υλικών ημιαγωγών.Εκτός από αυτά, η τεχνική εμβολιασμού με ακτινοβολία μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την προετοιμασία της αγώγιμης σύνθετης μεμβράνης και φιλμ με φωτοαγωγική συμπεριφορά.
Ώρα δημοσίευσης: Μάιος-02-2017