В области электротехники одним из важнейших компонентов электрических проводов и кабелей являются изоляционные и защитные материалы.В течение многих лет основным изоляционным материалом для силовых кабелей была пропитанная маслом бумага из-за ее превосходных электрических свойств.Он также обладает способностью выдерживать высокую степень термической перегрузки без чрезмерного разрушения.Однако из-за своей гигроскопичности металлическая оболочка подвергается коррозии под действием влаги.Поэтому давно ощущалась потребность в изоляционном материале силового кабеля, который сочетал бы в себе негигроскопичность термопластичных материалов.
Получение сшитых полимеров можно осуществлять двумя различными методами.Один из них — химический метод, другой — ионизирующий метод.Хотя эффект сшивки был осознан уже более 150 лет назад, сшивающий эффект ионизирующего излучения был впервые убедительно продемонстрирован Чарльзби.Метод радиационной сшивки является наиболее продуктивным для малогабаритных и тонкостенных проводов, поэтому провода, используемые в электротехнической и электронной технике, производятся методом радиационной сшивки.Этот метод выгоден из-за низкого энергопотребления и требует небольшого пространства.Радиационный процесс легко контролируется и имеет потенциал для экономии энергии, а также контроля загрязнения.Особенности радиационной сшивки суммируются следующим образом: (1) Скорость производственной линии можно контролировать.Возможно высокоскоростное покрытие (экструзия), поскольку нет необходимости в сшивающем агенте.Благодаря использованию ускорителя высокой мощности и низкой энергии можно добиться быстрого отверждения.(2) Превосходная однородность сшивки.Равномерное сшивание можно обеспечить, выбрав подходящую машину и выбрав оптимальную конструкцию подачи проволоки.(3) Могут быть получены различные виды полимеров, в зависимости от степени сшивки в процессе радиационной сшивки.Более того, процесс радиационного отверждения более предпочтителен, чем процесс отверждения паром.В процессе отверждения паром вода, проникающая в слой полимера под высоким давлением пара, создает ряд «микропустот», которые могут вызвать древовидный пробой частичного разряда при эксплуатации кабеля.Хотя это явление очень сложное, деревья могут расти и вызывать снижение диэлектрической прочности кабелей.Помимо этого, процесс паровой вулканизации имеет некоторые недостатки с точки зрения энергопотребления: (а) для получения высокой температуры необходимо высокое давление пара;(б) эффективность теплопроводности снаружи кабеля низка и (в) большое количество энергии потребляется жилой кабеля, что приводит к снижению теплового КПД, а также к увеличению времени реакции сшивки.Радиационное отверждение является кандидатом на сухие процессы.Однако существует проблема, заключающаяся в том, что накопление электронов, остановленное и/или образовавшееся в изоляционном слое в результате облучения, также может вызвать частичный древовидный пробой во время и после облучения.Это полностью отличается от «безводного процесса».Поскольку полимерный кабель содержит высокую влажность и большие пустоты, необходим процесс отверждения.Помимо вышеуказанных преимуществ, полупроводниковые материалы можно легко вводить в процесс радиационного отверждения, что непросто в случае процесса отверждения паром, поскольку большинство материалов не выдерживают высокой температуры и давления.
Техника радиационной прививки также придает проводимость матрице.Это уникальный метод соединения проводящей матрицы с изолирующей.Этот метод включает дезактивацию полимера основной цепи подходящим мономером путем прививки и последующего осаждения проводящего полимера на активную поверхность основной цепи.Помимо изолирующих свойств, полимер в этом случае может вести себя как проводящий.Хотя это еще не установлено, оно может иметь несколько потенциальных применений, таких как экранирование от электромагнитных помех, проводящие покрытия и антистатики.Бхаттачарья и др.получили композиты полимер–ФЭП-г-(АА)–ППИ и полимер–ФЭП-г-(сти)–ППИ.Сначала полимер-ФЭП облучался от источника Co-60, а затем пленка погружалась в различное процентное содержание мономеров.Затем PPy наносился на привитую поверхность путем окислительной полимеризации пиррола с использованием хлорида железа в качестве окислителя.Поверхностное сопротивление уменьшается и составляет порядка 104–105 Ом/см2.Поверхностное сопротивление зависит от процента прививки мономеров.Используя этот метод, можно увеличить поверхностную проводимость, а не объемную проводимость.Фотопроводящее поведение пленки можно придать также методом прививки.Ацетат-g-(N-винилкарбазол) целлюлозы и ацетат-g-(N-винилкарбазол-метилметацилат) целлюлозы являются примерами фотопроводящей пленки.
В электрокабельной промышленности применяют в основном полиэтилен, поливинилхлорид (ПВХ), каучуки EPDM.Полиэтилен используется из-за его превосходных электрических свойств и длительного срока службы.Полиэтилен низкой плотности предпочтительнее полиэтилена высокой плотности по нескольким причинам. Причины заключаются в следующем: (а) большая гибкость;(б) более высокая диэлектрическая прочность, чем у полиэтилена высокой плотности;(c) более длительный срок службы, чем у ПЭВП;(г) менее сложен в обработке, чем ПЭВП, и (д) меньший риск образования пустот в изоляции из ПЭВД, что вызывает ионизацию.Несмотря на все эти преимущества, ПЭВД имеет свои ограничения как материал для изоляции кабелей.Будучи термопластичным полимером, он имеет температуру размягчения около 105–115°C и склонен к растрескиванию под напряжением при контакте с некоторыми поверхностно-активными веществами.Сшивка молекул полиэтилена улучшает как термические, так и физические свойства, в то время как его электрические свойства в основном остаются неизменными.Таким образом, сшитый полиэтилен больше не является термопластичным полимером.Он размягчается при температуре кристаллического плавления полиэтилена и приобретает эластичную, резиноподобную консистенцию, свойство, которое он сохраняет при дальнейшем повышении температуры, пока не станет карбонизированным, не плавясь при 300°С.Тенденция к растрескиванию под напряжением полностью исчезает и приобретается очень хорошая устойчивость к старению в горячем воздухе.Кабели из сшитого полиэтилена широко предпочтительны из-за его превосходных электрических и физических свойств.Он способен проводить большие токи, выдерживает изгиб небольшого радиуса и имеет небольшой вес, что обеспечивает простую и надежную установку, т. е. он не имеет ограничений по высоте, поскольку не содержит масла и, следовательно, не подвержен сбоям из-за миграции масла в масле. полевой кабель.Он также обычно не требует металлической оболочки. Таким образом, он лишен недостатков, свойственных кабелям с металлической оболочкой, коррозии и усталости.В настоящее время радиационное сшивание промышленно применяется не только к полиэтилену, но и к другим полимерам, таким как поливинилхлорид, полиизобутилен и т. д. Сам по себе ПВХ является чрезвычайно нестабильным полимером.Коммерческое значение оно начало приобретать лишь после разработки эффективных средств стабилизации.С помощью модифицирующих агентов (стабилизаторов, пластификаторов, наполнителей и других добавок) ПВХ можно придать ему широкий спектр свойств: от чрезвычайно жесткого до очень гибкого.Разнообразие применения и низкая стоимость определяют его важность на мировом рынке.
Для повышения эффективности сшивания полимеры очень редко используются в чистом виде.Пластификаторы, антиоксиданты и наполнители играют свою роль в придании необходимых свойств.Добавление лучше проводить в процессе сшивания.Пластификаторы добавляются в полимеры для уменьшения хрупкости полимерного продукта.Они влияют на сшивку всякий раз, когда принимают участие в образовании свободных радикалов или вступают в реакции распространения.Дибутилфталат, тритолилфосфат и диаллилфосфат являются распространенными примерами пластификаторов ПВХ.Гибкость и эластичность, которые очень важны для электроизоляции, улучшаются за счет добавления в ПВХ пластификаторов.Действительно, в случае ПВХ, который из-за несбалансированной структуры является полярным, возникают прочные межмолекулярные связи, которые жестко соединяют цепи макромолекул и в совокупности делают его негибким.Антиоксиданты представляют собой еще одну группу добавок, которые необходимы для любой сшитой смеси, предназначенной для практической цели сравнения более высокой термоокислительной стабильности при производстве полимеров.Обычно они влияют на сшивку, поглощая радикалы, которые могут образовывать сшивки.RC (4,4-тио-бис(6-трет-бутил-3-метилфенол), MB (меркаптобензимидазол) являются примерами антиоксидантов, которые используются Уэно и др. Помимо пластификаторов и антиоксидантов требуются красители, поскольку материалы для изоляции проводов используются специально для бытовой техники. Красители для пластмасс включают различные неорганические и органические материалы. Обесцвечивающие добавки не являются предпочтительными в этой области. Наполнители обычно добавляются для улучшения их физико-механических свойств и технологичности. Положительный эффект наполнителей может Наблюдаться при радиационной сшивке.Обнаружено, что выход радикалов в полиэтилене увеличивается на 50% при добавлении небольшого количества (0,05%) аэросила.Предполагается, что большее образование радикалов происходит на межфазной границе аэросил– полиэтилен, где макромолекулы могут находиться в неравновесном состоянии некомпенсированных штаммов.При более высоком содержании наполнителя может происходить передача энергии от наполнителя к полимерной фазе, что будет способствовать более высокому выходу свободных радикалов.Кроме того, сочетание облучения с реакционноспособной добавкой может повлиять на локализацию сшивок вдоль полимерных цепей.
Короче говоря, радиация играет важную роль в обработке полимеров, которая используется в электрическом поле. «Радиационная сшивка» — это явление, с помощью которого можно улучшить свойства полимеров.Это самый продвинутый метод, такой как «вулканизация», имеющий некоторые ограничения.Эффективность сшивания можно повысить выбором подходящих мономеров.В процессе радиационной сшивки добавление пластификаторов, наполнителей и антипиренов весьма эффективно.Метод радиационной сшивки также очень полезен при получении полупроводниковых материалов.Помимо этого, метод радиационной прививки также может быть использован для изготовления проводящих композитных пленок и пленок с фотопроводящими свойствами.
Время публикации: 02 мая 2017 г.