Im Elektrobereich sind Isolier- und Mantelmaterialien eines der wesentlichen Dinge für elektrische Drähte und Kabel.Lange Zeit war ölimprägniertes Papier aufgrund seiner hervorragenden elektrischen Eigenschaften das wichtigste Isolationsmaterial für Stromkabel.Es ist außerdem in der Lage, einem hohen Grad an thermischer Überlastung ohne übermäßige Verschlechterung standzuhalten.Aufgrund seiner hygroskopischen Natur wird der Metallmantel jedoch durch Feuchtigkeit korrodiert.Daher bestand seit langem ein Bedarf an einem Isoliermaterial für Stromkabel, das die nicht hygroskopische Natur thermoplastischer Materialien kombiniert.
Die Herstellung vernetzter Polymere kann auf zwei verschiedene Arten erfolgen.Das eine ist die chemische Methode und das andere ist die ionisierende Methode.Obwohl die Erkenntnis dieses Vernetzungseffekts über 150 Jahre alt ist, wurde der Vernetzungseffekt ionisierender Strahlung erstmals von Charlesby schlüssig nachgewiesen.Das Strahlungsvernetzungsverfahren ist für kleine und dünnwandige Drähte am produktivsten, weshalb die für elektrische und elektronische Geräte verwendeten Drähte nach dem Strahlungsvernetzungsverfahren hergestellt wurden.Das Verfahren zeichnet sich durch einen geringen Energieverbrauch und einen geringen Platzbedarf aus.Der Strahlungsprozess lässt sich leicht steuern und bietet das Potenzial für Energieeinsparungen sowie die Kontrolle der Umweltverschmutzung.Die spezifischen Merkmale der Strahlenvernetzung lassen sich wie folgt zusammenfassen: (1) Die Geschwindigkeit der Produktionslinie kann gesteuert werden.Eine Hochgeschwindigkeitsbeschichtung (Extrusion) ist möglich, da kein Vernetzungsmittel erforderlich ist.Durch den Einsatz eines Beschleunigers mit hoher Leistung und geringer Energie kann eine schnelle Aushärtung erreicht werden.(2) Die Vernetzungsgleichmäßigkeit ist ausgezeichnet.Durch die Auswahl einer geeigneten Maschine und die optimale Gestaltung der Drahtzuführung kann eine gleichmäßige Vernetzung erreicht werden.(3) Je nach Vernetzungsgrad durch Strahlungsvernetzungsverfahren können verschiedene Arten von Polymeren hergestellt werden.Darüber hinaus ist das Strahlungshärtungsverfahren dem Dampfhärtungsverfahren vorzuziehen.Beim Dampfhärtungsprozess dringt Wasser unter hohem Dampfdruck in die Polymerschicht ein und erzeugt eine Reihe von „Mikrohohlräumen“, die im Betrieb des Kabels zu baumförmigen Teilentladungsausfällen führen können.Obwohl das Phänomen sehr kompliziert ist, können die Bäume wachsen und zu einer Verringerung der Spannungsfestigkeit der Kabel führen.Abgesehen davon weist der Dampfhärtungsprozess einige Nachteile hinsichtlich des Energieverbrauchs auf: (a) Um eine hohe Temperatur zu erreichen, ist ein hoher Dampfdruck erforderlich.(b) die Effizienz der Wärmeleitung von außerhalb des Kabels ist gering und (c) der Kabelleiter verbraucht viel Energie, was zu einer geringeren thermischen Effizienz und auch zu einer längeren Zeit für die Vernetzungsreaktion führt.Für die Trockenverfahren kommt die Strahlenhärtung infrage.Es besteht jedoch das Problem, dass der Aufbau von Elektronen, die durch die Bestrahlung in der Isolationsschicht gestoppt und/oder gebildet werden, während und nach der Bestrahlung auch einen baumförmigen Teildurchbruch hervorrufen kann.Es unterscheidet sich völlig vom „wasserfreien Verfahren“.Da das Polymerkabel viel Feuchtigkeit und große Hohlräume enthält, ist ein Aushärtungsprozess erforderlich.Abgesehen von den oben genannten Vorteilen können Halbleitermaterialien problemlos in den Strahlungshärtungsprozess eingebracht werden, was im Falle eines Dampfhärtungsprozesses nicht einfach ist, da die meisten Materialien der hohen Temperatur und dem hohen Druck nicht standhalten können.
Durch die Strahlentransplantationstechnik wird der Matrix auch Leitfähigkeit verliehen.Dies ist die einzigartige Methode der Verbindung der leitenden Matrix mit der isolierenden.Diese Technik beinhaltet die Deaktivierung des Grundgerüstpolymers mit einem geeigneten Monomer durch Aufpfropfen und anschließende Ablagerung des leitenden Polymers auf der aktiven Oberfläche des Grundgerüsts.Neben dem isolierenden Verhalten kann sich das Polymer in diesem Fall auch leitend verhalten.Obwohl es sich noch nicht etabliert hat, kann es mehrere potenzielle Anwendungen bieten, wie z. B. EMI-Abschirmung, leitende Beschichtungen und Antistatikmittel.Bhattacharya et al.haben die Verbundstoffe Polymer–FEP-g-(AA)–PPY und Polymer–FEP-g-(sty)–PPY hergestellt.Zunächst wurde Polymer-FEP aus einer Co-60-Quelle bestrahlt und der Film dann in unterschiedliche Monomeranteile getaucht.Anschließend wurde PPy durch oxidative Polymerisation von Pyrrol unter Verwendung von Eisenchlorid als Oxidationsmittel auf der gepfropften Oberfläche abgeschieden.Der Oberflächenwiderstand wird verringert und liegt in der Größenordnung von 104–105 Ohm/cm2.Der Oberflächenwiderstand hängt vom Anteil der aufgepfropften Monomere ab.Mit dieser Technik kann die Oberflächenleitfähigkeit anstelle der Massenleitfähigkeit erhöht werden.Das fotoleitende Verhalten des Films kann auch durch die Pfropftechnik verliehen werden.Beispiele für den fotoleitenden Film sind Celluloseacetat-g-(N-vinylcarbazol) und Celluloseacetat-g-(N-vinylcarbazol-methylmethacylat).
In der Elektrokabelindustrie werden hauptsächlich Polyethylen, Polyvinylchlorid (PVC) und EPDM-Kautschuke verwendet.Polyethylen wird aufgrund seiner hervorragenden elektrischen Eigenschaften und seiner längeren Lebensdauer verwendet.Polyethylen niedriger Dichte wird aus mehreren Gründen dem Polyethylen hoher Dichte vorgezogen. Die Gründe sind wie folgt: (a) mehr Flexibilität;(b) höhere Durchschlagsfestigkeit als Polyethylen hoher Dichte;(c)längere Lebensdauer als HDPE;(d) weniger schwierig zu verarbeiten als HDPE und (e) geringeres Risiko des Einschlusses von Hohlräumen in der Isolierung von LDPE, was zu Ionisierung führt.Trotz all dieser Vorteile weist LDPE als Kabelisolationsmaterial seine eigenen Einschränkungen auf.Da es sich um ein thermoplastisches Polymer handelt, hat es eine Erweichungstemperatur von etwa 105–115 °C und neigt bei Kontakt mit bestimmten oberflächenaktiven Stoffen zur Spannungsrissbildung.Durch die Vernetzung von Polyethylenmolekülen werden sowohl die thermischen als auch die physikalischen Eigenschaften verbessert, während die elektrischen Eigenschaften weitgehend unverändert bleiben.Vernetztes Polyethylen ist daher kein thermoplastisches Polymer mehr.Es erweicht beim kristallinen Schmelzpunkt von Polyethylen und nimmt eine elastische, gummiartige Konsistenz an, eine Eigenschaft, die es bei weiteren Temperaturanstiegen beibehält, bis es bei 300 °C verkohlt, ohne zu schmelzen.Die Neigung zur Spannungsrissbildung verschwindet vollständig und es wird eine sehr gute Heißluftalterungsbeständigkeit erreicht.Vernetzte Polyethylenkabel werden aufgrund ihrer hervorragenden elektrischen und physikalischen Eigenschaften weithin bevorzugt.Es ist in der Lage, große Ströme zu transportieren, widersteht kleinen Biegeradien und hat ein geringes Gewicht, was eine einfache und zuverlässige Installation ermöglicht, d Feldkabel.Außerdem ist in der Regel keine Metallummantelung erforderlich. Daher weist es keine Fehler auf, die bei Kabeln mit Metallummantelung auftreten, sowie Korrosion und Ermüdung.Heutzutage wird die Strahlenvernetzung industriell nicht nur auf Polyethylen, sondern auch auf andere Polymere wie Polyvinylchlorid, Polyisobutylen usw. angewendet. Für sich genommen ist PVC ein äußerst instabiles Polymer.Erst nach der Entwicklung wirksamer Stabilisierungsmittel erlangte es kommerzielle Bedeutung.Mit Hilfe von Modifizierungsmitteln (Stabilisatoren, Weichmacher, Füllstoffe und andere Additive) kann PVC ein breites Spektrum an Eigenschaften aufweisen, das von extrem steif bis sehr flexibel reicht.Die Vielseitigkeit seiner Anwendungsmöglichkeiten und seine geringen Kosten sind für seine Bedeutung auf dem Weltmarkt verantwortlich.
Um die Vernetzungseffizienz zu erhöhen, werden Polymere nur sehr selten in reiner Form eingesetzt.Weichmacher, Antioxidantien und Füllstoffe spielen auf ihre jeweilige Weise eine Rolle, um die erforderlichen Eigenschaften zu verleihen.Die Zugabe erfolgt besser während des Vernetzungsprozesses.Den Polymeren werden Weichmacher zugesetzt, um die Sprödigkeit des Polymerprodukts zu verringern.Sie beeinflussen die Vernetzung immer dann, wenn sie an der Bildung freier Radikale beteiligt sind oder an Ausbreitungsreaktionen teilnehmen.Dibutylphthalat, Tritolylphosphat und Diallylphosphat sind die häufigsten Beispiele für Weichmacher in PVC.Die bei der elektrischen Isolierung sehr wichtige Flexibilität und Elastizität werden durch die Zugabe der Weichmacher zu PVC verbessert.Tatsächlich führt PVC, das aufgrund seiner unausgeglichenen Struktur polar ist, zu starken intermolekularen Bindungen, die die makromolekularen Ketten starr verbinden und es zusammen unflexibel machen.Antioxidantien sind eine weitere Gruppe von Additiven, die für jede vernetzte Mischung erforderlich sind, die für den praktischen Zweck entwickelt wurde, eine höhere thermooxidative Stabilität bei der Polymerproduktion zu erreichen.Normalerweise beeinflussen sie die Vernetzung, indem sie Radikale abfangen, die Vernetzungen bilden können.RC (4,4-Thio-bis(6-tert-butyl-3-methylphenol) und MB (Mercaptobenzoimidazol) sind Beispiele für Antioxidantien, die von Ueno et al. verwendet werden. Zusätzlich zu Weichmachern und Antioxidantien sind Farbstoffe erforderlich. da die Drahtisolationsmaterialien insbesondere für Geräte verwendet werden. Farbstoffe für Kunststoffe umfassen eine Vielzahl anorganischer und organischer Materialien. Die verfärbten Zusatzstoffe werden in diesem Bereich nicht bevorzugt. Füllstoffe werden im Allgemeinen hinzugefügt, um ihre physikalisch-mechanischen Eigenschaften und Verarbeitbarkeit zu verbessern. Ein positiver Effekt von Füllstoffen kann sein beobachtet werden. Es wurde festgestellt, dass die Ausbeute an Radikalen in Polyethylen um 50 % erhöht wurde, wenn eine kleine Menge (0,05 %) Aerosil zugesetzt wurde. Es wurde angenommen, dass eine höhere Produktion von Radikalen an der Grenzfläche zwischen Aerosil und Aerosil stattfindet. Polyethylen, bei dem sich Makromoleküle im Ungleichgewichtszustand unkompensierter Spannungen befinden können. Bei einem höheren Füllstoffgehalt kann es zu einer Energieübertragung vom Füllstoff auf die Polymerphase kommen und so zu einer höheren Ausbeute an freien Radikalen beitragen.Darüber hinaus kann die Kombination von Bestrahlung mit reaktiver Beimischung die Lokalisierung von Vernetzungen entlang der Polymerketten beeinflussen.
Kurz gesagt, Strahlung spielt bei der Polymerverarbeitung im elektrischen Bereich eine wichtige Rolle. „Strahlungsvernetzung“ ist das Phänomen, durch das die Eigenschaften der Polymere verbessert werden können.Es handelt sich um die fortschrittlichste Methode wie die „Vulkanisation“, die einige Einschränkungen mit sich bringt.Die Vernetzungseffizienz kann durch die Wahl geeigneter Monomere verbessert werden.Bei der Strahlungsvernetzung ist der Zusatz von Weichmachern, Füllstoffen und Flammschutzmitteln sehr wirksam.Die Strahlungsvernetzungsmethode ist auch bei der Herstellung von Halbleitermaterialien sehr nützlich.Darüber hinaus kann die Strahlungspfropftechnik auch zur Herstellung des leitenden Verbundfilms und von Filmen mit fotoleitendem Verhalten eingesetzt werden.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 02.05.2017