การใช้งานไฟฟ้าโพลีเมอร์ส่วนที่ 2

ในสนามไฟฟ้า สิ่งสำคัญประการหนึ่งสำหรับสายไฟและสายเคเบิลคือวัสดุฉนวนและฉนวนหลายปีที่ผ่านมา วัสดุฉนวนที่โดดเด่นสำหรับสายไฟคือกระดาษที่ชุบน้ำมัน เนื่องจากมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมนอกจากนี้ยังมีความสามารถในการทนต่อความร้อนเกินพิกัดในระดับสูงโดยไม่เสื่อมสภาพมากเกินไปอย่างไรก็ตาม เนื่องจากคุณสมบัติในการดูดความชื้น ปลอกโลหะจึงถูกความชื้นสึกกร่อนดังนั้นจึงมีความต้องการวัสดุฉนวนสายไฟซึ่งมีมานานซึ่งมีการผสมผสานระหว่างวัสดุเทอร์โมพลาสติกที่ไม่ดูดความชื้น

การเตรียมโพลีเมอร์เชื่อมขวางสามารถทำได้สองวิธีที่แตกต่างกันวิธีหนึ่งคือวิธีทางเคมีและอีกวิธีคือวิธีไอออไนซ์แม้ว่าการตระหนักรู้ถึงผลของการเชื่อมขวางนี้จะมีอายุมากกว่า 150 ปีแล้ว แต่ผลของการเชื่อมขวางของรังสีไอออไนซ์ได้รับการแสดงให้เห็นอย่างแน่ชัดเป็นครั้งแรกโดย Charlesbyวิธีการเชื่อมขวางแบบแผ่รังสีมีประสิทธิภาพมากที่สุดสำหรับสายไฟขนาดเล็กและแบบผนังบาง ดังนั้นสายไฟที่ใช้สำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์จึงถูกสร้างขึ้นโดยวิธีการเชื่อมขวางแบบแผ่รังสีวิธีการนี้มีข้อดีเนื่องจากใช้พลังงานต่ำและต้องการพื้นที่ขนาดเล็กกระบวนการแผ่รังสีสามารถควบคุมได้ง่ายและมีศักยภาพในการประหยัดพลังงานและควบคุมมลพิษได้คุณลักษณะเฉพาะของการเชื่อมขวางด้วยรังสีสรุปได้ดังนี้:(1) สามารถควบคุมความเร็วของสายการผลิตได้สามารถปิดทับด้วยความเร็วสูง (อัดขึ้นรูป) ได้ เนื่องจากไม่ต้องใช้สารเชื่อมขวางด้วยการใช้เครื่องเร่งความเร็วที่มีกำลังสูงและพลังงานต่ำ จึงสามารถทำการบ่มอย่างรวดเร็วได้(2) ความสม่ำเสมอของการเชื่อมขวางเป็นเลิศการเชื่อมขวางแบบสม่ำเสมอโดยการเลือกเครื่องจักรที่เหมาะสมและการออกแบบที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการป้อนลวดสามารถทำได้(3) สามารถเตรียมโพลีเมอร์ได้หลายชนิด ขึ้นอยู่กับระดับของการเชื่อมขวางโดยกระบวนการเชื่อมขวางด้วยรังสีนอกจากนี้ กระบวนการบ่มด้วยรังสียังเป็นที่นิยมมากกว่ากระบวนการบ่มด้วยไอน้ำในกระบวนการบ่มด้วยไอน้ำ น้ำที่ซึมเข้าไปในชั้นโพลีเมอร์ภายใต้แรงดันไอน้ำสูงจะสร้าง 'ไมโครโมฆะ' จำนวนมาก ซึ่งอาจทำให้เกิดการพังทลายของการปล่อยประจุบางส่วนเป็นรูปต้นไม้เมื่อสายเคเบิลอยู่ในบริการแม้ว่าปรากฏการณ์นี้จะซับซ้อนมาก แต่ต้นไม้ก็สามารถเติบโตได้และทำให้ค่าความเป็นฉนวนของสายเคเบิลลดลงนอกจากนี้ กระบวนการบ่มด้วยไอน้ำยังมีข้อเสียบางประการในแง่ของการใช้พลังงาน: (ก) ต้องใช้แรงดันไอน้ำสูงเพื่อให้ได้อุณหภูมิที่สูง(b) ประสิทธิภาพการนำความร้อนจากภายนอกสายเคเบิลต่ำและ (c) ตัวนำสายเคเบิลใช้พลังงานจำนวนมาก ซึ่งส่งผลให้ประสิทธิภาพเชิงความร้อนลดลงและยังใช้เวลานานกว่าสำหรับปฏิกิริยาการเชื่อมขวางการบ่มด้วยรังสีเป็นตัวเลือกสำหรับกระบวนการแห้งอย่างไรก็ตาม มีปัญหาที่การสะสมของอิเล็กตรอนหยุดและ/หรือก่อตัวในชั้นฉนวนโดยช่องทางการฉายรังสี ยังทำให้เกิดการสลายบางส่วนที่มีรูปร่างเหมือนต้นไม้ในระหว่างและหลังการฉายรังสีมันแตกต่างอย่างสิ้นเชิงจาก 'กระบวนการไร้น้ำ'เนื่องจากสายเคเบิลโพลีเมอร์มีความชื้นสูงและมีช่องว่างขนาดใหญ่ กระบวนการบ่มจึงเป็นสิ่งจำเป็นนอกจากข้อดีข้างต้นแล้ว วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ยังสามารถนำมาใช้ได้ง่ายในกระบวนการบ่มด้วยรังสี ซึ่งไม่ใช่เรื่องง่ายในกรณีของกระบวนการบ่มด้วยไอน้ำ เนื่องจากวัสดุส่วนใหญ่ไม่สามารถทนต่ออุณหภูมิและความดันสูงได้

เทคนิคการฉายรังสียังช่วยเพิ่มค่าการนำไฟฟ้าให้กับเมทริกซ์อีกด้วยนี่เป็นวิธีการเฉพาะในการรวมเมทริกซ์นำไฟฟ้าเข้ากับฉนวนเทคนิคนี้เกี่ยวข้องกับการเลิกใช้งานของโพลีเมอร์แกนหลักด้วยโมโนเมอร์ที่เหมาะสมโดยการต่อกิ่งและการสะสมของโพลีเมอร์ที่นำไฟฟ้าบนพื้นผิวที่ใช้งานของกระดูกสันหลังในเวลาต่อมานอกเหนือจากพฤติกรรมการเป็นฉนวนแล้ว ในกรณีนี้ โพลีเมอร์ยังสามารถทำหน้าที่เป็นตัวนำไฟฟ้าได้แม้ว่าจะยังไม่ได้กำหนดขึ้น แต่ก็สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้หลายอย่าง เช่น การป้องกัน EMI การทำการเคลือบ และสารป้องกันไฟฟ้าสถิตภัตตาชารยา เอตัล.ได้เตรียมคอมโพสิตโพลีเมอร์–FEP-g-(AA)–PPY และโพลีเมอร์–FEP-g-(sty)–PPYขั้นแรก โพลีเมอร์–FEP ได้รับการฉายรังสีจากแหล่งกำเนิด Co-60 จากนั้นฟิล์มก็ถูกจุ่มด้วยเปอร์เซ็นต์ของโมโนเมอร์ที่แตกต่างกันจากนั้น PPy ถูกสะสมไว้บนพื้นผิวที่กราฟต์โดยปฏิกิริยาออกซิเดชันพอลิเมอไรเซชันของไพร์โรลโดยใช้เฟอร์ริกคลอไรด์เป็นสารออกซิแดนท์ความต้านทานพื้นผิวลดลงและอยู่ที่ 104–105 โอห์ม/ซม.2ความต้านทานพื้นผิวขึ้นอยู่กับเปอร์เซ็นต์ของการต่อกิ่งของโมโนเมอร์การใช้เทคนิคนี้ สามารถเพิ่มการนำไฟฟ้าของพื้นผิวแทนการนำไฟฟ้าจำนวนมากได้พฤติกรรมการนำแสงของฟิล์มสามารถบอกเล่าได้โดยเทคนิคการต่อกิ่งเซลลูโลสอะซิเตต-g-(N-ไวนิลคาร์บาโซล) และเซลลูโลสอะซิเตต-g-(N-ไวนิลคาร์บาโซล–เมทิลเมทาซิเลต) เป็นตัวอย่างของฟิล์มนำแสง

ในอุตสาหกรรมสายไฟฟ้า ส่วนใหญ่จะใช้โพลีเอทิลีน โพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC) และยาง EPDMโพลีเอทิลีนถูกนำมาใช้เนื่องจากมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมและมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำเป็นที่ต้องการมากกว่าโพลิเอทิลีนความหนาแน่นสูงเนื่องจากสาเหตุหลายประการ เหตุผลดังต่อไปนี้: (a) มีความยืดหยุ่นมากขึ้น;(b) ความเป็นฉนวนที่สูงกว่าโพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง(ค) อายุการใช้งานยาวนานกว่า HDPE;(d) ยากต่อการประมวลผลน้อยกว่า HDPE และ (e) ความเสี่ยงน้อยกว่าของการรวมช่องว่างในฉนวนของ LDPE ซึ่งทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนแม้จะมีข้อได้เปรียบดังกล่าวทั้งหมด LDPE ก็มีข้อจำกัดของตัวเองในฐานะวัสดุฉนวนสายเคเบิลเนื่องจากเป็นเทอร์โมพลาสติกโพลีเมอร์ จึงมีอุณหภูมิอ่อนตัวลงที่ประมาณ 105–115⬚C และมีแนวโน้มที่จะเกิดความเครียดแตกร้าวเมื่อสัมผัสกับสารที่ออกฤทธิ์ที่พื้นผิวบางชนิดการเชื่อมขวางของโมเลกุลโพลีเอทิลีนช่วยปรับปรุงคุณสมบัติทางความร้อนและทางกายภาพ ในขณะที่คุณสมบัติทางไฟฟ้าส่วนใหญ่ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงโพลีเอทิลีนเชื่อมขวางจึงไม่ใช่เทอร์โมพลาสติกโพลีเมอร์อีกต่อไปมันอ่อนตัวลงที่จุดหลอมเหลวที่เป็นผลึกของโพลีเอทิลีน และคาดว่าจะมีความยืดหยุ่นและคงตัวเหมือนยาง ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่มันจะคงไว้ในระหว่างการเพิ่มอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอีก จนกระทั่งกลายเป็นคาร์บอนโดยไม่ละลายที่อุณหภูมิ 300⬚Cแนวโน้มที่จะเกิดการแตกร้าวจากความเครียดหายไปโดยสิ้นเชิงและได้รับความต้านทานต่อความชราในอากาศร้อนได้ดีมากสายเคเบิลโพลีเอทิลีนแบบเชื่อมขวางเป็นที่ต้องการอย่างกว้างขวางเนื่องจากมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าและทางกายภาพที่ดีเยี่ยมสามารถรับกระแสน้ำขนาดใหญ่ ทนทานต่อการโค้งงอของรัศมีเล็กน้อย และมีน้ำหนักเบา ทำให้ติดตั้งได้ง่ายและเชื่อถือได้ กล่าวคือ ปราศจากข้อจำกัดด้านความสูงเนื่องจากไม่มีน้ำมันใดๆ เลย จึงปราศจากความล้มเหลวเนื่องจากการเคลื่อนตัวของน้ำมันในน้ำมัน สายเคเบิลภาคสนามโดยทั่วไปแล้วไม่จำเป็นต้องใช้ปลอกโลหะ ดังนั้นจึงปราศจากความล้มเหลวที่เกิดจากสายเคเบิลหุ้มโลหะ การกัดกร่อน และความล้าทุกวันนี้ การเชื่อมขวางด้วยรังสีถูกนำไปใช้ในทางอุตสาหกรรมไม่เพียงแต่กับโพลีเอทิลีนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงโพลีเมอร์อื่นๆ ด้วย เช่น โพลีไวนิลคลอไรด์, โพลิไอโซบิวทิลีน เป็นต้น PVC ในตัวมันเองนั้นเป็นโพลีเมอร์ที่ไม่เสถียรอย่างยิ่งมันเริ่มได้รับความสำคัญทางการค้าหลังจากการพัฒนาวิธีการรักษาเสถียรภาพที่มีประสิทธิผลเท่านั้นด้วยความช่วยเหลือของสารปรับเปลี่ยน (สารเพิ่มความคงตัว พลาสติไซเซอร์ สารตัวเติม และสารเติมแต่งอื่น ๆ) พีวีซีสามารถทำให้แสดงคุณสมบัติที่หลากหลาย ตั้งแต่ความแข็งมากไปจนถึงความยืดหยุ่นมากความหลากหลายของการใช้งานและต้นทุนต่ำมีส่วนสำคัญในตลาดโลก

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการเชื่อมขวาง จึงไม่ค่อยมีการใช้โพลีเมอร์ในรูปแบบบริสุทธิ์พลาสติไซเซอร์ สารต้านอนุมูลอิสระ และสารตัวเติมมีบทบาทในการให้คุณสมบัติที่จำเป็นตามลำดับนอกจากนี้จะดีกว่าในระหว่างกระบวนการเชื่อมขวางสารเติมพลาสติกจะถูกเติมลงในโพลีเมอร์เพื่อลดความเปราะบางของผลิตภัณฑ์โพลีเมอร์พวกมันส่งผลต่อการเชื่อมขวางเมื่อใดก็ตามที่พวกมันมีส่วนร่วมในการสร้างอนุมูลอิสระหรือเข้าสู่ปฏิกิริยาการแพร่กระจายไดบิวทิล พทาเลท, ไตรโทลิล ฟอสเฟต และไดอัลลิล ฟอสเฟต เป็นตัวอย่างทั่วไปของพลาสติไซเซอร์กับพีวีซีความยืดหยุ่นและความยืดหยุ่นซึ่งเป็นสิ่งสำคัญมากในฉนวนไฟฟ้าได้รับการปรับปรุงโดยการเติมสารพลาสติกลงใน PVCที่จริงแล้ว ในกรณีของพีวีซีซึ่งมีขั้วเนื่องจากโครงสร้างไม่สมดุล ทำให้เกิดพันธะระหว่างโมเลกุลที่แข็งแกร่ง ซึ่งเชื่อมสายโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่เข้าด้วยกันอย่างเหนียวแน่น ทำให้ไม่สามารถยืดหยุ่นได้สารต้านอนุมูลอิสระเป็นสารเติมแต่งอีกกลุ่มหนึ่งซึ่งจำเป็นสำหรับส่วนผสมเชื่อมขวางใดๆ ที่ออกแบบมาเพื่อวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติในการเปรียบเทียบความเสถียรทางเทอร์โมออกซิเดชันที่สูงขึ้นกับการผลิตโพลีเมอร์โดยปกติแล้วจะส่งผลต่อการเชื่อมโยงข้ามโดยการกำจัดอนุมูลซึ่งอาจก่อให้เกิดการเชื่อมโยงข้ามRC (4,4-thio-bis(6-tert-butyl-3-methyl phenol), MB(Mercapto benzoimidazole) เป็นตัวอย่างของสารต้านอนุมูลอิสระที่ Ueno และคณะ ใช้ นอกจากสารเติมแต่งพลาสติกและสารต้านอนุมูลอิสระแล้ว ยังต้องใช้สารแต่งสีอีกด้วย เนื่องจากวัสดุฉนวนลวดถูกนำมาใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าโดยเฉพาะ สารให้สีสำหรับพลาสติกประกอบด้วยวัสดุอนินทรีย์และอินทรีย์หลายชนิด สารเติมแต่งที่เปลี่ยนสีไม่เป็นที่ต้องการในสาขานี้ โดยทั่วไป สารตัวเติมจะถูกเติมเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางกลกายและทางกลและความสามารถในการขึ้นรูป ผลเชิงบวกของสารตัวเติมอาจ สังเกตได้ในระหว่างการเชื่อมขวางของการฉายรังสี พบว่าผลผลิตของอนุมูลในโพลีเอทิลีนเพิ่มขึ้น 50% เมื่อเติมละอองลอยจำนวนเล็กน้อย (0.05%) สันนิษฐานว่าการผลิตอนุมูลที่สูงขึ้นเกิดขึ้นที่ละอองลอยระหว่างเฟส– โพลีเอทิลีน ซึ่งโมเลกุลขนาดใหญ่สามารถอยู่ในสถานะไม่สมดุลของสายพันธุ์ที่ไม่ได้รับการชดเชย ด้วยปริมาณของตัวเติมที่สูงกว่า การถ่ายโอนพลังงานจากตัวตัวเติมไปยังเฟสของโพลีเมอร์อาจเกิดขึ้นได้ ส่งผลให้ผลผลิตของอนุมูลอิสระสูงขึ้นนอกจากนี้ การรวมกันของการฉายรังสีด้วยสารผสมปฏิกิริยาอาจส่งผลต่อตำแหน่งของการเชื่อมโยงข้ามตามสายโซ่โพลีเมอร์

กล่าวโดยสรุป การแผ่รังสีมีบทบาทสำคัญในการประมวลผลโพลีเมอร์ที่ใช้ในสนามไฟฟ้า 'การเชื่อมขวางด้วยรังสี' เป็นปรากฏการณ์ที่สามารถปรับปรุงคุณสมบัติของโพลีเมอร์ได้ซึ่งเป็นวิธีการที่ทันสมัยที่สุด เช่น 'การวัลคาไนเซชัน' มีข้อจำกัดบางประการประสิทธิภาพการเชื่อมขวางสามารถปรับปรุงได้โดยการเลือกโมโนเมอร์ที่เหมาะสมในกระบวนการเชื่อมขวางด้วยรังสี พลาสติไซเซอร์ สารตัวเติม และการเติมสารหน่วงไฟ ค่อนข้างมีประสิทธิภาพในกระบวนการเชื่อมขวางด้วยรังสีวิธีการเชื่อมโยงข้ามรังสียังมีประโยชน์อย่างมากในการเตรียมวัสดุเซมิคอนดักเตอร์นอกเหนือจากนี้ ยังสามารถใช้เทคนิคการฉายรังสีเพื่อเตรียมฟิล์มคอมโพสิตและฟิล์มด้วยพฤติกรรมของโฟโตคอนดักเตอร์