Ứng dụng điện polyme Phần 2

Trong lĩnh vực điện, một trong những thứ không thể thiếu đối với dây và cáp điện là vật liệu cách điện và vỏ bọc.Trong nhiều năm, vật liệu cách nhiệt ưu việt cho dây cáp điện là giấy tẩm dầu do đặc tính cách điện tuyệt vời của nó.Nó cũng có khả năng chịu được mức độ quá tải nhiệt cao mà không bị hư hỏng quá mức.Tuy nhiên, do có tính hút ẩm nên vỏ kim loại bị ăn mòn do hơi ẩm.Do đó, từ lâu đã xuất hiện nhu cầu về vật liệu cách điện dùng cho cáp điện, vật liệu này có sự kết hợp giữa tính chất không hút ẩm của vật liệu nhựa nhiệt dẻo.

Việc điều chế các polyme liên kết ngang có thể được thực hiện bằng hai phương pháp khác nhau.Một là phương pháp hóa học và một là phương pháp ion hóa.Mặc dù việc nhận ra hiệu ứng liên kết ngang này đã hơn 150 năm nhưng hiệu ứng liên kết ngang của bức xạ ion hóa đã được chứng minh một cách thuyết phục lần đầu tiên bởi Charlesby.Phương pháp liên kết ngang bức xạ là phương pháp hiệu quả nhất đối với dây có kích thước nhỏ và thành mỏng, do đó dây dùng cho thiết bị điện và điện tử được sản xuất bằng phương pháp liên kết ngang bức xạ.Phương pháp này thuận lợi vì tiêu thụ năng lượng thấp và cần không gian nhỏ.Quá trình bức xạ được kiểm soát dễ dàng và có tiềm năng tiết kiệm năng lượng cũng như kiểm soát ô nhiễm.Các đặc điểm cụ thể của liên kết ngang bức xạ được tóm tắt như sau: (1) Tốc độ dây chuyền sản xuất có thể được kiểm soát.Có thể phủ tốc độ cao (đùn) vì không yêu cầu tác nhân liên kết ngang.Bằng cách sử dụng máy gia tốc có công suất cao và năng lượng thấp, có thể đạt được tốc độ xử lý nhanh.(2) Tính đồng nhất của liên kết chéo là tuyệt vời.Có thể thực hiện liên kết ngang thống nhất bằng cách chọn một máy thích hợp và áp dụng thiết kế tối ưu cho việc cấp dây.(3) Có thể điều chế được nhiều loại polyme khác nhau, tùy thuộc vào mức độ liên kết ngang bằng quá trình liên kết ngang bức xạ.Hơn nữa, quy trình xử lý bằng bức xạ được ưa chuộng hơn quy trình xử lý bằng hơi nước.Trong quy trình xử lý bằng hơi nước, nước thấm vào lớp polyme dưới áp suất hơi cao sẽ tạo ra một số 'khoảng trống cực nhỏ', có thể gây ra hiện tượng phóng điện cục bộ hình cây khi cáp đang hoạt động.Mặc dù hiện tượng này rất phức tạp nhưng cây có thể phát triển và làm giảm độ bền điện môi của cáp.Ngoài những điều này, quá trình xử lý bằng hơi nước còn có một số hạn chế về mặt tiêu thụ năng lượng: (a) cần áp suất hơi cao để đạt được nhiệt độ cao;(b) hiệu suất dẫn nhiệt từ bên ngoài cáp thấp và (c) dây dẫn cáp tiêu thụ một lượng lớn năng lượng, dẫn đến hiệu suất nhiệt thấp hơn và thời gian phản ứng liên kết ngang dài hơn.Chữa bằng bức xạ là một ứng cử viên cho quá trình khô.Tuy nhiên, có vấn đề là sự tích tụ các electron bị dừng lại và/hoặc hình thành trong lớp cách nhiệt do chiếu xạ cũng có thể gây ra hiện tượng đánh thủng một phần hình cây trong và sau khi chiếu xạ.Nó hoàn toàn khác với 'quá trình không có nước'.Vì cáp polymer có độ ẩm cao và khoảng trống lớn nên quá trình đóng rắn là cần thiết.Ngoài những ưu điểm trên, vật liệu bán dẫn có thể dễ dàng đưa vào quá trình xử lý bằng bức xạ, điều này không dễ dàng trong quá trình xử lý bằng hơi nước vì hầu hết các vật liệu không chịu được nhiệt độ và áp suất cao.

Kỹ thuật ghép bức xạ cũng truyền đạt độ dẫn điện cho chất nền.Đây là phương pháp độc đáo kết hợp ma trận dẫn điện vào ma trận cách điện.Kỹ thuật này bao gồm việc khử hoạt tính của polyme khung bằng một monome thích hợp bằng cách ghép và sau đó lắng đọng polyme dẫn trên bề mặt hoạt động của khung.Ngoài đặc tính cách điện, trong trường hợp này polyme có thể hoạt động như chất dẫn điện.Mặc dù chưa được thiết lập nhưng nó có thể có một số ứng dụng tiềm năng như che chắn EMI, lớp phủ dẫn điện và chất chống tĩnh điện.Bhattacharya etal.đã điều chế được vật liệu tổng hợp polyme–FEP-g-(AA)–PPY và polyme–FEP-g-(sty)–PPY.Đầu tiên, polymer-FEP được chiếu xạ dưới dạng nguồn Co-60 và sau đó màng được nhúng vào các tỷ lệ phần trăm monome khác nhau.PPy sau đó được lắng đọng trên bề mặt ghép bằng phản ứng trùng hợp oxy hóa pyrrole sử dụng clorua sắt làm chất oxy hóa.Điện trở bề mặt giảm và ở mức 104–105ohm/cm2.Độ bền bề mặt phụ thuộc vào tỷ lệ ghép của các monome.Sử dụng kỹ thuật này, độ dẫn bề mặt có thể tăng lên thay vì độ dẫn khối.Tính chất quang dẫn của màng cũng có thể được truyền bằng kỹ thuật ghép.Cellulose acetate-g-(N-vinyl carbazole) và cellulose acetate-g-(N-vinyl carbazole–methyl methacylate) là những ví dụ về màng quang dẫn.

Trong ngành cáp điện, chủ yếu sử dụng polyetylen, polyvinyl clorua (PVC), cao su EPDM.Polyethylene được sử dụng vì tính chất điện tuyệt vời và thời gian sử dụng lâu hơn.Polyetylen mật độ thấp được ưa chuộng hơn polyetylen mật độ cao vì một số lý do. Những lý do như sau: (a) linh hoạt hơn;(b) độ bền điện môi cao hơn polyetylen mật độ cao;(c) tuổi thọ cao hơn HDPE;(d) ít khó xử lý hơn HDPE và (e) ít nguy cơ tạo ra các khoảng trống trong lớp cách điện của LDPE, nguyên nhân gây ra hiện tượng ion hóa.Bất chấp tất cả những ưu điểm đó, LDPE cũng có những hạn chế riêng đối với vai trò là vật liệu cách điện cáp.Là một polyme nhiệt dẻo, nó có nhiệt độ hóa mềm khoảng 105–115⬚C và có xu hướng xảy ra hiện tượng nứt do ứng suất khi tiếp xúc với một số chất hoạt động bề mặt nhất định.Liên kết ngang của các phân tử polyetylen cải thiện các tính chất nhiệt cũng như vật lý trong khi tính chất điện của nó hầu như không thay đổi.Do đó, polyetylen liên kết ngang không còn là polyme nhiệt dẻo nữa.Nó mềm đi ở điểm nóng chảy kết tinh của polyetylen và có tính đàn hồi giống như cao su, một đặc tính mà nó giữ được khi nhiệt độ tăng thêm, cho đến khi nó trở thành cacbon hóa mà không tan chảy ở 300⬚C.Xu hướng nứt do ứng suất biến mất hoàn toàn và đạt được khả năng chống lão hóa rất tốt trong không khí nóng.Cáp polyetylen liên kết ngang được ưa chuộng rộng rãi vì tính chất điện và vật lý tuyệt vời của nó.Nó có khả năng mang dòng điện lớn, chịu được uốn cong bán kính nhỏ và có trọng lượng nhẹ, cho phép lắp đặt dễ dàng và đáng tin cậy, nghĩa là nó không bị giới hạn về chiều cao vì nó không bao gồm bất kỳ loại dầu nào và do đó không bị hư hỏng do sự di chuyển của dầu trong dầu. cáp hiện trường.Nó cũng thường không yêu cầu vỏ bọc kim loại. Vì vậy, nó không gặp phải các hư hỏng đặc biệt đối với cáp có vỏ bọc kim loại, ăn mòn và mỏi.Ngày nay, liên kết ngang bức xạ được áp dụng công nghiệp không chỉ cho polyetylen mà còn cho các polyme khác như polyvinyl clorua, polyisobutylene, v.v. Bản thân PVC là loại polymer cực kỳ không ổn định.Nó chỉ bắt đầu có ý nghĩa thương mại sau khi phát triển được các phương tiện ổn định hiệu quả.Với sự trợ giúp của các chất biến tính (chất ổn định, chất làm dẻo, chất độn và các chất phụ gia khác), PVC có thể được tạo ra để thể hiện nhiều đặc tính khác nhau, từ cực kỳ cứng đến rất linh hoạt.Sự đa dạng của ứng dụng và chi phí thấp là nguyên nhân tạo nên tầm quan trọng của nó trên thị trường thế giới.

Để tăng hiệu quả liên kết ngang, polyme rất hiếm khi được sử dụng ở dạng nguyên chất.Chất hóa dẻo, chất chống oxy hóa, chất độn có vai trò tương ứng để mang lại các đặc tính cần thiết.Việc bổ sung là tốt hơn trong quá trình liên kết chéo.Chất hóa dẻo được thêm vào polyme để giảm độ giòn của sản phẩm polyme.Chúng ảnh hưởng đến liên kết ngang bất cứ khi nào chúng tham gia vào việc tạo ra các gốc tự do hoặc tham gia vào các phản ứng lan truyền.Dibutyl phthalate, triitolyl phosphate và diallyl phosphate là những ví dụ phổ biến của chất hóa dẻo cho PVC.Tính linh hoạt và đàn hồi, rất quan trọng trong cách điện, được cải thiện bằng cách thêm chất hóa dẻo vào PVC.Trên thực tế, trong trường hợp PVC, có tính phân cực do cấu trúc không cân bằng, tạo ra các liên kết liên phân tử mạnh, liên kết các chuỗi phân tử một cách cứng nhắc với nhau làm cho nó không linh hoạt.Chất chống oxy hóa là một nhóm chất phụ gia khác cần thiết cho bất kỳ hỗn hợp liên kết ngang nào được thiết kế nhằm mục đích thực tế là so sánh độ ổn định oxy hóa nhiệt cao hơn trong quá trình sản xuất polyme.Thông thường chúng ảnh hưởng đến liên kết chéo bằng cách loại bỏ các gốc tự do, có thể hình thành các liên kết ngang.RC (4,4-thio-bis(6-tert-butyl-3-methyl phenol), MB(Mercapto benzoimidazole) là những ví dụ về chất chống oxy hóa được Ueno và cộng sự sử dụng. Ngoài chất hóa dẻo và chất chống oxy hóa, cần có chất tạo màu, vì vật liệu cách điện dây được sử dụng đặc biệt cho các thiết bị. Chất tạo màu cho nhựa bao gồm nhiều loại vật liệu vô cơ và hữu cơ. Các chất phụ gia bị đổi màu không được ưu tiên trong lĩnh vực này. Chất độn thường được thêm vào để cải thiện tính chất cơ lý và khả năng xử lý của chúng. Chất độn có thể có tác dụng tích cực được quan sát trong quá trình liên kết ngang chiếu xạ. Người ta nhận thấy rằng hiệu suất của các gốc trong polyetylen đã tăng 50% khi thêm một lượng nhỏ (0,05%) aerosil vào. Người ta cho rằng việc sản xuất các gốc cao hơn diễn ra ở giai đoạn trung gian aerosil– polyethylene, trong đó các đại phân tử có thể ở trạng thái không cân bằng của các chủng không bù. Với hàm lượng chất độn cao hơn, sự truyền năng lượng từ chất độn sang pha polymer có thể xảy ra và do đó góp phần tạo ra hiệu suất cao hơn của các gốc tự do.Hơn nữa, sự kết hợp của chiếu xạ với phụ gia phản ứng có thể ảnh hưởng đến việc định vị các liên kết ngang dọc theo chuỗi polymer.

Nói tóm lại, bức xạ đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý polyme được sử dụng trong điện trường. 'Liên kết ngang bức xạ' là hiện tượng nhờ đó các tính chất của polyme có thể được cải thiện.Đây là phương pháp tiên tiến nhất như 'lưu hóa' có một số hạn chế.Hiệu quả liên kết ngang có thể được cải thiện bằng cách lựa chọn các monome phù hợp.Trong quá trình liên kết ngang bức xạ, việc bổ sung chất hóa dẻo, chất độn và chất chống cháy khá hiệu quả trong quá trình liên kết ngang bức xạ.Phương pháp liên kết ngang bức xạ cũng rất hữu ích trong việc chế tạo vật liệu bán dẫn.Ngoài ra, kỹ thuật ghép bức xạ cũng có thể được sử dụng để chuẩn bị màng tổng hợp dẫn điện và các màng có đặc tính quang dẫn.