電線分野において、電線やケーブルに欠かせないものの一つが絶縁材と被覆材です。長年にわたり、電力ケーブルの絶縁材料としては、優れた電気特性を持つ油含浸紙が主流でした。また、過度の劣化を生じることなく、高度の熱過負荷に耐える能力も備えています。ただし、吸湿性があるため、金属シースは湿気で腐食します。したがって、熱可塑性材料の非吸湿性の性質を組み合わせた電力ケーブル絶縁材料が長年必要とされていました。
架橋ポリマーの調製は 2 つの異なる方法で行うことができます。一つは化学的方法であり、もう一つはイオン化法である。この架橋効果の実現は 150 年以上前から行われていますが、電離放射線の架橋効果は Charlesby によって初めて決定的に証明されました。放射線架橋法は細径、薄肉の電線に最も生産性が高く、電気・電子機器に使用される電線は放射線架橋法で製造されている。この方法は、エネルギー消費が少なく、スペースも必要ないため有利です。放射線プロセスは簡単に制御でき、エネルギー節約だけでなく汚染も抑制できる可能性があります。放射線架橋の具体的な特徴をまとめると次のとおりです。(1) 生産ラインの速度を制御できる。架橋剤を必要としないため、高速被覆（押出）が可能です。高出力かつ低エネルギーの促進剤を使用することで、迅速な硬化を実現します。（２）架橋均一性に優れる。適切な機械の選定とワイヤ送給設計の最適化により均一な架橋が可能です。(3) 放射線架橋法による架橋度に応じて、さまざまな種類のポリマーを調製できます。また、蒸気硬化処理よりも放射線硬化処理の方が好ましい。蒸気硬化プロセスでは、高い蒸気圧の下でポリマー層に水が浸透すると、多数の「マイクロボイド」が生成され、ケーブルの使用中にツリー状の部分放電破壊を引き起こす可能性があります。現象は非常に複雑ですが、木が成長してケーブルの絶縁耐力の低下を引き起こす可能性があります。これらとは別に、蒸気養生プロセスにはエネルギー消費の観点からいくつかの欠点があります。(a) 高温を得るには高い蒸気圧が必要です。(b) ケーブル外部からの熱伝導効率が低く、(c) ケーブル導体で多くのエネルギーが消費されるため、熱効率が低下し、架橋反応にも時間がかかる。放射線硬化は乾式プロセスの候補です。しかしながら、照射によって絶縁層内に電子の蓄積が停止および／または形成されると、照射中および照射後にツリー状の部分破壊が誘発される可能性があるという問題がある。「無水加工」とは全く異なります。ポリマーケーブルは水分が多く空隙が大きいため、硬化処理が必要です。上記の利点とは別に、半導体材料は放射線硬化プロセスに簡単に導入できますが、蒸気硬化プロセスの場合はほとんどの材料が高温高圧に耐えられないため容易ではありません。
放射線グラフト技術もマトリックスに導電性を与えます。これは、絶縁性マトリックス上に導電性マトリックスを結合するユニークな方法です。この技術には、グラフト化による適切なモノマーによる主鎖ポリマーの不活性化と、その後の主鎖の活性表面上への導電性ポリマーの堆積が含まれる。この場合、ポリマーは絶縁挙動とは別に、導電性ポリマーとして振る舞うことができます。まだ確立されていませんが、EMI シールド、導電性コーティング、帯電防止剤など、いくつかの潜在的な用途を示すことができます。バタチャリヤら。は、複合材料ポリマー -FEP-g-(AA)-PPY およびポリマー -FEP-g-(sty)-PPY を調製しました。まず、Co-60 源からポリマー FEP を照射し、次にフィルムをさまざまな割合のモノマーに浸漬しました。次いで、酸化剤として塩化第二鉄を使用したピロールの酸化重合により、グラフト表面上にＰＰｙを堆積させた。表面抵抗は減少し、104 ～ 105ohm/cm2 程度になります。表面抵抗はモノマーのグラフト率に依存します。この技術を使用すると、バルク導電率ではなく表面導電率を高めることができます。フィルムの光伝導性の挙動は、グラフト技術によっても付与することができる。光導電膜としては、酢酸セルロース－ｇ－（Ｎ－ビニルカルバゾール）、酢酸セルロース－ｇ－（Ｎ－ビニルカルバゾール－メタクリル酸メチル）などが挙げられる。
電線業界では、主にポリエチレン、ポリ塩化ビニル (PVC)、EPDM ゴムが使用されています。電気特性に優れ、寿命が長いポリエチレンが使用されています。低密度ポリエチレンは、いくつかの理由から高密度ポリエチレンよりも好まれます。その理由は次のとおりです。(a) 柔軟性が高い。(b) 高密度ポリエチレンよりも高い絶縁耐力。(c) HDPE よりも寿命が長い。(d) HDPE よりも加工が難しくなく、(e) イオン化を引き起こすLDPE の絶縁体に空隙が含まれるリスクが少ない。このようなすべての利点にもかかわらず、LDPE にはケーブル絶縁材料として独自の制限があります。熱可塑性ポリマーであるため、軟化温度は約 105 ～ 115°C で、特定の界面活性剤と接触すると応力亀裂が発生する傾向があります。ポリエチレン分子の架橋により、電気的特性はほとんど変化せずに、熱的特性と物理的特性が向上します。したがって、架橋ポリエチレンはもはや熱可塑性ポリマーではありません。ポリエチレンの結晶融点で軟化し、弾性のあるゴムのような粘稠度を呈し、この特性は温度がさらに上昇しても、300℃で融解せずに炭化するまで保持されます。応力亀裂の傾向は完全に消失し、熱風老化に対する非常に優れた耐性が得られます。架橋ポリエチレンケーブルは、その優れた電気的および物理的特性により広く好まれています。大電流を流すことができ、小半径の曲げに耐え、軽量であるため、簡単かつ確実に設置できます。つまり、油を含まないため高さの制限がなく、油中の油の移行による故障がありません。フィールドケーブル。また、一般に金属シースを必要としないため、金属シースケーブル特有の故障や腐食、疲労の心配もありません。現在、放射線架橋はポリエチレンだけでなく、ポリ塩化ビニル、ポリイソブチレンなどの他のポリマーにも工業的に適用されています。PVC は単体では非常に不安定なポリマーです。それは安定化の効果的な手段が開発されて初めて商業的な重要性を獲得し始めました。改質剤 (安定剤、可塑剤、充填剤、その他の添加剤) の助けを借りて、PVC は、非常に硬いものから非常に柔軟なものまで、幅広い特性を示すように作成できます。その用途の多様性と低コストが、世界市場におけるその重要性の原因となっています。
架橋効率を高めるために、ポリマーが純粋な形で使用されることはほとんどありません。可塑剤、酸化防止剤、充填剤は、必要な特性を与えるためにそれぞれの役割を果たします。架橋プロセス中に添加するとより効果的です。可塑剤は、ポリマー製品の脆さを軽減するためにポリマーに添加されます。これらは、フリーラジカルの生成に参加したり、伝播反応に参加したりするたびに、架橋に影響を与えます。PVC に使用される可塑剤の一般的な例としては、フタル酸ジブチル、リン酸トリトリル、リン酸ジアリルなどが挙げられます。電気絶縁において非常に重要な柔軟性と弾性は、PVC に可塑剤を添加することによって改善されます。実際、PVC の場合、不均衡な構造により極性があり、強力な分子間結合が生じ、高分子鎖が強固に結合され、柔軟性が高まります。酸化防止剤は添加剤の別のグループであり、ポリマー製造におけるより高い熱酸化安定性を比較するという実際的な目的のために設計された架橋混合物に必要です。通常、それらは架橋を形成する可能性のあるラジカルを捕捉することによって架橋に影響を与えます。RC (4,4-チオ-ビス(6-tert-ブチル-3-メチル フェノール)、MB(メルカプト ベンゾイミダゾール) は、上野らによって使用される酸化防止剤の例です。可塑剤と酸化防止剤に加えて、着色剤も必要です。電線の絶縁材料として、特に家電製品に使用されています。プラスチックの着色剤には、さまざまな無機および有機材料が含まれます。変色した添加剤は、この分野では好まれません。一般に、フィラーは、物理機械的特性と加工性を改善するために添加されます。フィラーのプラスの効果は、少量 (0.05%) のアエロジルを添加すると、ポリエチレン中のラジカルの収率が 50% 増加することがわかりました。ポリエチレンでは、高分子が非補償ひずみの非平衡状態にある可能性があり、フィラーの含有量が高くなると、フィラーからポリマー相へのエネルギーの移動が発生し、フリーラジカルの収率が高くなる可能性があります。さらに、照射と反応性混合物の組み合わせは、ポリマー鎖に沿った架橋の局在化に影響を与える可能性があります。
つまり、放射線は、電界で使用されるポリマー加工において重要な役割を果たします。「放射線架橋」は、ポリマーの特性を改善できる現象です。「加硫」などの最も先進的な方法ですが、いくつかの制限があります。架橋効率は、適切なモノマーを選択することによって改善できます。放射線架橋プロセスでは、可塑剤、充填剤、難燃剤の添加が非常に効果的です。放射線架橋法は半導体材料の調製にも非常に役立ちます。これらとは別に、放射線グラフト技術を使用して、導電性複合フィルムおよび光導電性挙動を有するフィルムを調製することもできる。
投稿日時: 2017 年 5 月 2 日