בתחום החשמל, אחד הדברים החיוניים לחוטי חשמל וכבלים הוא חומרי בידוד וכיסוי.במשך שנים רבות, חומר הבידוד הבולט לכבלי חשמל היה נייר ספוג שמן בשל תכונותיו החשמליות המצוינות.יש לו גם יכולת לעמוד בדרגה גבוהה של עומס תרמי ללא הידרדרות יתר.עם זאת, בשל הטבע ההיגרוסקופי שלה, מעטפת המתכת נגועה בלחות.היה, אם כן, צורך ממושך בחומר בידוד כבל חשמל, שהיה לו שילוב של האופי הלא היגרוסקופי של חומרים תרמופלסטיים.
הכנת פולימרים מוצלבים יכולה להיעשות בשתי שיטות שונות.האחת היא השיטה הכימית והשנייה היא השיטה המייננת.למרות שההשלמה של ההשפעה הזו של הצלבה היא בת יותר מ-150 שנה, ההשפעה המצולבת של קרינה מייננת הוכחה לראשונה על ידי צ'רלסבי.שיטת הצלבת קרינה היא היעילה ביותר עבור חוטים בגודל קטן ודק ולכן החוטים המשמשים לציוד חשמלי ואלקטרוני יוצרו בשיטת הצלבת קרינה.השיטה מועילה בגלל צריכת אנרגיה נמוכה וצריכה שטח קטן.תהליך הקרינה נשלט בקלות ויש לו פוטנציאל לחיסכון באנרגיה וכן מבוקר זיהום.המאפיינים הספציפיים של צולב קרינה מסוכמים באופן הבא: (1) ניתן לשלוט במהירות קו הייצור.כיסוי מהיר (שחול) אפשרי, מכיוון שאין צורך בחומר מצלב.על ידי שימוש במאיץ בעל הספק גבוה ואנרגיה נמוכה, ניתן להשיג אשפרה מהירה.(2) אחידות הצלבה מצוינת.ניתן לבצע את ההצלבה האחידה על ידי בחירת מכונה מתאימה ואימוץ עיצוב אופטימלי להזנת חוט.(3) ניתן להכין סוגים שונים של פולימרים, בהתאם למידת ההצלבה על ידי תהליך הצלבת קרינה.יתר על כן, תהליך ריפוי קרינה עדיף יותר מאשר תהליך ריפוי בקיטור.בתהליך ריפוי בקיטור, מים החודרים לתוך שכבת הפולימר בלחץ קיטור גבוה יוצרים מספר 'מיקרוואידים', שעלולים לגרום להתמוטטות פריקה חלקית בצורת עץ כאשר הכבל נמצא בשירות.למרות שהתופעה מאוד מסובכת, העצים יכולים לגדול ולגרום לירידה בחוזק הדיאלקטרי של הכבלים.מלבד אלה, לתהליך ריפוי הקיטור יש כמה חסרונות מנקודת המבט של צריכת אנרגיה: (א) יש צורך בלחץ קיטור גבוה כדי להשיג טמפרטורה גבוהה;(ב) היעילות של הולכה תרמית מחוץ לכבל נמוכה ו-(ג) כמות גדולה של אנרגיה נצרכת על ידי מוליך הכבל, מה שמביא ליעילות תרמית נמוכה יותר וגם לזמן ארוך יותר לתגובת הצלבה.ריפוי קרינה הוא מועמד לתהליכים היבשים.עם זאת, יש בעיה שהצטברות אלקטרונים שנעצרה ו/או נוצרת בשכבת הבידוד על ידי תעלת הקרנה גורמת גם להתמוטטות חלקית בצורת עץ במהלך ואחרי ההקרנה.זה שונה לחלוטין מה'תהליך נטול מים'.מכיוון שכבל הפולימר מכיל לחות גבוהה וחללים גדולים, תהליך הריפוי הכרחי.מלבד היתרונות שלעיל, חומרים מוליכים למחצה עשויים להיות מוכנסים בקלות בתהליך ריפוי קרינה, דבר שאינו קל במקרה של תהליך ריפוי בקיטור מכיוון שרוב החומרים לא עמדו בטמפרטורה ובלחץ הגבוהים.
טכניקת השתלת קרינה אכן מעניקה גם את המוליכות למטריצה.זוהי השיטה הייחודית לשילוב של מטריצת הולכה על המבודדת.טכניקה זו כוללת השבתה של פולימר עמוד השדרה עם מונומר מתאים על ידי השתלה והשקעת הפולימר המוליך לאחר מכן על פני השטח הפעילים של עמוד השדרה.מלבד התנהגות הבידוד, במקרה זה פולימר יכול להתנהג כמוליך.למרות שהוא עדיין לא הוקם, הוא יכול להציג מספר יישומים פוטנציאליים כגון מיגון EMI, ציפויים מוליכים וחומרים אנטי סטטיים.בהטצ'ריה ואח'הכינו את החומרים המרוכבים פולימר-FEP-g-(AA)-PPY ופולימר-FEP-g-(sty)-PPY.בהתחלה, פולימר-FEP הוקרן ממקור Co-60 ולאחר מכן טבל הסרט באחוזים שונים של מונומרים.לאחר מכן הופקד PPy על פני השטח המושתלים על ידי פילמור חמצוני של פירול באמצעות כלוריד ברזל כמחמצן.התנגדות פני השטח יורדת והן בסדר גודל של 104-105ohm/cm2.עמידות פני השטח תלויה באחוז ההשתלה של מונומרים.באמצעות טכניקה זו, ניתן להגביר מוליכות פני השטח ולא מוליכות בתפזורת.ניתן להקנות התנהגות מוליכות צילום של הסרט גם באמצעות טכניקת השתלה.תאית אצטט-g-(N-vinyl carbazole) ו-cellulose acetate-g-(N-vinyl carbazole-methyl methcylate) הם הדוגמאות לסרט מוליך פוטו.
בתעשיית הכבלים החשמליים משתמשים בעיקר בגומיות פוליאתילן, פוליוויניל כלוריד (PVC), EPDM.נעשה שימוש בפוליאתילן בגלל התכונות החשמליות המצוינות שלו ומשך הזמן הארוך יותר שלו.פוליאתילן בצפיפות נמוכה עדיף על פני פוליאתילן בצפיפות גבוהה בשל מספר סיבות. הסיבות הן כדלקמן: (א) גמישות רבה יותר;(ב) חוזק דיאלקטרי גבוה יותר מפוליאתילן בצפיפות גבוהה;(ג) חיים ארוכים יותר מאשר HDPE;(ד) פחות קשה לעיבוד מאשר HDPE ו-(ה) פחות סיכון להכללת חללים בבידוד של LDPE, הגורם ליינון.למרות כל היתרונות הללו, ל-LDPE יש מגבלות משלו כחומר בידוד כבלים.בהיותו פולימר תרמופלסטי, יש לו טמפרטורת ריכוך בסביבות 105-115 מעלות צלזיוס ויש לו נטייה לסדיקת מתח להתרחש כאשר הוא במגע עם חומרים פעילים על פני השטח מסוימים.קישור צולב של מולקולות פוליאתילן משפר את המאפיינים התרמיים והפיזיים בעוד שתכונותיו החשמליות נותרות ללא שינוי.פוליאתילן צולב אינו, אם כן, עוד פולימר תרמופלסטי.הוא מתרכך בנקודת ההיתוך הגבישית של פוליאתילן ומקבל עקביות אלסטית דמוית גומי, תכונה שהיא שומרת עליה במהלך עליות טמפרטורה נוספות, עד שהוא הופך לפחם מבלי להימס ב-300⬚C.הנטייה להתפצלות מתח נעלמת באופן מוחלט ועמידות טובה מאוד להזדקנות באוויר חם נרכשת.כבלי פוליאתילן מוצלבים מועדפים באופן נרחב בגלל התכונות החשמליות והפיזיקליות המצוינות שלו.הוא מסוגל לשאת זרמים גדולים, עמיד בפני כיפוף רדיוס קטן וקל משקל, המאפשר התקנה קלה ואמינה, כלומר הוא נקי ממגבלות גובה מאחר והוא אינו מורכב משמן כלשהו ולכן נקי מתקלות עקב נדידת הנפט בשמן כבל שדה.זה גם בדרך כלל לא דורש נדן מתכתי. לפיכך, הוא נקי מכשלים המיוחדים לכבלים בעלי מעטפת מתכת, קורוזיה ועייפות.כיום, הצלבת קרינה מיושמת באופן תעשייתי לא רק על פוליאתילן אלא גם על פולימרים אחרים כמו פוליוויניל כלוריד, פוליאיזובוטילן וכו'. PVC הוא פולימר לא יציב בפני עצמו.זה התחיל לקבל משמעות מסחרית רק לאחר פיתוח של אמצעי ייצוב יעילים.בעזרת חומרי שינוי (מייצבים, חומרי פלסטיק, חומרי מילוי ותוספים אחרים), ניתן לייצר PVC כדי להציג קשת רחבה של תכונות, החל מקשיחה במיוחד ועד מאוד גמישה.מגוון היישום שלו ועלותו הנמוכה אחראים לחשיבותו בשוק העולמי.
כדי להגביר את יעילות ההצלבה, נעשה שימוש בפולימרים לעתים רחוקות מאוד בצורתם הטהורה.למייחים, נוגדי חמצון, חומרי מילוי תפקידם בדרכם המתאימה להקנות את התכונות הנדרשות.התוספת טובה יותר במהלך תהליך ההצלבה.חומרי פלסטיק מתווספים לפולימרים כדי להפחית את שבירות המוצר הפולימרי.הם משפיעים על ההצלבה בכל פעם שהם לוקחים חלק ביצירת הרדיקלים החופשיים או נכנסים לתגובות ההפצה.Dibutyl phthalate, tritolyl phosphate ו-diallyl phosphate הם הדוגמאות הנפוצות של הפלסטיקאי ל-PVC.גמישות וגמישות, שהיא מאוד חשובה בבידוד חשמלי, משופרות על ידי הוספת החומרים לפלסטיק.למעשה, במקרה של PVC, שהוא קוטבי בגלל מבנה לא מאוזן, נוצר קשרים בין-מולקולריים חזקים, שמחברים את השרשראות המקרו-מולקולריות בצורה נוקשה, יחדיו הופכים אותו לבלתי גמיש.נוגדי חמצון הם קבוצה נוספת של תוספים, הנחוצים לכל תערובת צולבת המיועדת למטרה מעשית של השוואה בין יציבות תרמו-אוקסידטיבית גבוהה יותר בייצור פולימר.בדרך כלל הם משפיעים על רדיקלים חוסלים על ידי ניקוי צולבים, שעלולים ליצור קישורים צולבים.RC (4,4-thio-bis(6-tert-butyl-3-methyl phenol), MB(Mercapto benzoimidazole) הם הדוגמאות לנוגדי חמצון המשמשים את Ueno וחב'. בנוסף לחומרים פלסטיקאים ונוגדי חמצון, נדרשים חומרי צבע, כפי שהשתמשו בחומרי בידוד התיל במיוחד עבור מכשירי חשמל. חומרי צבע לפלסטיק כוללים מגוון חומרים אנאורגניים ואורגניים. התוספים הדהויים אינם מועדפים בתחום זה. חומרי מילוי מתווספים בדרך כלל כדי לשפר את התכונות הפיזיקליות-מכניות ויכולת העיבוד שלהם. השפעה חיובית של חומרי מילוי עלולה ניתן להבחין במהלך הצלבת קרינה. נמצא כי התפוקה של רדיקלים בפוליאתילן גדלה ב-50%, כאשר מוסיפים כמות קטנה (0.05%) של אירוסיל. ההנחה היא שייצור גבוה יותר של רדיקלים מתרחש ב-interphase aerosil– פוליאתילן, שבו מקרומולקולות יכולות להיות במצב לא-שיווי משקל של זנים ללא פיצוי. עם תכולת מילוי גבוהה יותר, עלולה להתרחש העברת אנרגיה מהמילוי לפאזה הפולימרית ובכך לתרום לתפוקה גבוהה יותר של רדיקלים חופשיים.יתר על כן, שילוב של הקרנה עם תערובת תגובתית עשוי להשפיע על לוקליזציה של קישורים צולבים לאורך שרשראות הפולימר.
בקיצור, קרינה ממלאת את התפקיד החשוב בעיבוד הפולימר המשמש בתחום החשמל. 'צלבה קרינה' היא התופעה שבאמצעותה ניתן לשפר את תכונות הפולימרים.זוהי השיטה המתקדמת ביותר כגון 'גיפור' נושאת כמה מגבלות.ניתן לשפר את יעילות ההצלבה על ידי בחירת מונומרים מתאימים.בתהליך הצלבת קרינה, חומרי הפלסטיק, חומרי המילוי והתוספות מעכבי בעירה יעילים למדי בתהליך הצלבת קרינה.שיטת הצלבת הקרינה שימושית מאוד גם בהכנת חומרים מוליכים למחצה.מלבד אלה, ניתן להשתמש בטכניקת השתלת קרינה גם להכנת הסרט המרוכב המוליך וסרטים עם התנהגות פוטו-מוליך.
זמן פרסום: מאי-02-2017