Işınlama çapraz bağlama yöntemiyle üretilen teller ve kablolar ısı direncine, aşınma direncine, korozyon direncine, yüksek çekme mukavemetine ve demir direncine sahiptir. Diğer çapraz bağlama işleme yöntemleriyle karşılaştırıldığında, daha iyi yalıtım performansına sahiptirler ve reaksiyona girmemiş katalizörler tarafından bozulmayacaklardır; bu da elektriksel performansı, termal yaşlanma direncini ve malzeme stabilitesini geliştirebilir. Radyasyon çapraz bağlama, çeşitli esnek teller, elektrikli ekipman kabloları, yüksek-sıcaklığa dayanıklı ve aleve- dayanıklı teller ve kablolar için ideal bir süreç ve üretim yöntemidir.
Çoğu kablonun yalıtım malzemesi yalnızca yüksek yalıtım direncine, voltaj dayanımına veya düşük dielektrik kaybına sahip olmamalı, aynı zamanda çekme mukavemeti, bükülme direnci, titreşim direnci, burulma direnci vb. gibi iyi fiziksel ve mekanik özelliklere de sahip olmalıdır. Işınlanmış çapraz-bağlı kablolar için yalıtım malzemeleri esas olarak polivinil klorür, floroplastikler, çapraz{2}}bağlı polietilen, polipropilen ve çapraz-bağlı EPDM kauçuğu içerir.
1, Halojen içeren yalıtım malzemesi
(1) Polivinil klorür (PVC) yalıtım malzemesi
PVC yalıtım malzemesi, farklı formüllere göre PVC tozuna eklenen plastikleştiriciler, stabilizatörler, alev geciktiriciler, yağlayıcılar ve diğer katkı maddelerinin bir karışımıdır. Onlarca yıllık üretim ve kullanımdan sonra PVC üretimi, formül ayarlama ve işleme teknolojisi, kabloların farklı uygulamaları ve karakteristik gereksinimleri için oldukça olgunlaştı. Mükemmel işleme performansı ve düşük maliyeti ile PVC yalıtımlı kablolar, ev aletlerinde, mekanik ekipmanlarda, ağ iletişiminde, bina kablolarında ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır ve önemli performans özelliklerine sahiptir:
1. Olgun üretim teknolojisi, oluşturulması ve işlenmesi kolaydır. Diğer kablo yalıtım malzemeleriyle karşılaştırıldığında, yalnızca düşük maliyetli olmakla kalmaz, aynı zamanda yüzey renk farkını, optik donukluğu, baskıyı, işleme verimliliğini, yumuşaklığı ve sertliği, iletkenlerin yapışmasını, telin mekanik ve fiziksel özelliklerini ve elektriksel özelliklerini etkili bir şekilde kontrol edebilir.
2. Mükemmel alev geciktirici özelliklere sahiptir, bu nedenle PVC izoleli teller çeşitli standartlarda belirtilen alev geciktirici seviyelerini kolaylıkla karşılayabilir.
3. Nominal gerilim açısından genellikle 1000V AC ve altındaki gerilim seviyelerinde kullanılır.
PVC'nin ayrıca kullanımını sınırlayan bazı doğal dezavantajları da vardır; bunlar esas olarak şu şekilde ortaya çıkar:
Yüksek klor içeriği nedeniyle, yanma sırasında boğulmaya neden olabilecek, görünürlüğü etkileyebilecek ve bazı kanserojenler ve HC1 gazı üreterek çevre için ciddi bir tehdit oluşturabilecek büyük miktarda kalın duman yayılacaktır. Düşük dumanlı ve halojen-içermeyen yalıtım malzemelerine yönelik üretim teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, geleneksel PVC yalıtımın yavaş yavaş değiştirilmesi, kablo geliştirmede kaçınılmaz bir trend haline geldi.
2. Sıradan PVC izolasyonun asit ve alkaliye, ısıya, yağa ve organik çözücülere karşı direnci zayıftır. Benzer çözünürlüğün kimyasal prensibine göre, PVC tel belirli ortamlarda hasara ve çatlamaya eğilimlidir.
Genel olarak bu, malzeme formülünün optimize edilmesi ve geliştirilmesi, ışınlama yoluyla çapraz-bağlanması ve sıradan termoplastik PVC'nin çözünmeyen ısıyla sertleşen plastiğe dönüştürülmesi, moleküler yapısının daha stabil hale getirilmesi ve izolasyon mekanik mukavemetinin arttırılması yoluyla gerçekleştirilir. Kısa-devre sıcaklığı 250 dereceye kadar artırılabilir.
PVC ışınlandığında, ışınlama dozu çok yüksek olduğunda ayrışır. Saf PVC molekülleri radyasyonla çapraz bağlanmaya uğrar ancak dehidroklorlama, bağ kırılma reaksiyonları ve renk bozulması nedeniyle değerli malzemeler elde etmek zordur. Çok-işlevli doymamış monomerlere sahip hassaslaştırıcıların eklenmesi, PVC moleküler zincirlerin bağ kopmasını ve renk solmasını azaltabilir ve çapraz bağlı ağların oluşumuna önemli bir katkıda bulunabilir.
TMPTM ve TMPTA gibi çok işlevli monomerlerin varlığında, PVC'nin performansı 10kGy'den daha düşük bir dozda ışınlama sonrasında büyük ölçüde iyileştirilmiştir ve yalıtım malzemesi ve çeşitli boru bağlantı parçaları (105 derece ısı direncine sahip alev geciktirici kablo hazırlamak gibi) olarak kullanılabilir. Aynı radyasyon dozunda, hassaslaştırıcılı sistemin jel içeriği, hassaslaştırıcısız sisteme göre %5~%10 daha yüksektir; Aynı jel içeriğini elde etmek için, hassaslaştırıcı ekleyen sistem küçük bir radyasyon dozuna ihtiyaç duyar. Hassaslaştırıcının eklenmesi, jel içeriğini arttırırken radyasyon dozunu %50'den fazla azaltabilir. Radyasyon dozunun azaltılması, doz çok yüksek olduğunda malzeme sıcaklığının yükselmesinden kaynaklanan kusurları önleyebilir. Şu anda, PVC yalıtım malzemelerinin gelişim yönü temel olarak esnek çapraz-bağlı PVC kablo malzemelerini, şeffaf kablo malzemelerini ve kurşunsuz{10}}PVC kablo malzemelerini içermektedir.
(2) Floroplastik
Floroplastik serisi yalıtım malzemeleri, PTFE, ETFE, PVDF vb. gibi çeşitli yönlerden üstün performans göstererek kablo alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunların arasında PTFE, 200 derecelik bir ortamda uzun süre çalışabilir. Hafifliği, mükemmel korozyon direnci ve mekanik özelliklerinin yanı sıra olağanüstü dielektrik özellikleri ve aşınma direnci, havacılık ve uzay alanlarında yaygın olarak kullanılmasını sağlar.
Çoğu floroplastik, özellikle PTFE, genellikle radyasyonla bozunabilen malzemeler olarak kabul edilir. PTFE farklı koşullar altında çatlamaya maruz kalabilir ve PTFE mikro tozu üretebilir. PTFE'nin erime noktasından daha yüksek olan 330 derece ~ 340 derecelik bir sıcaklıkta vakum veya inert atmosfer ışınlaması altında, PTFE'nin çapraz bağlanması sağlanabilir. Çapraz bağlı PTFE malzemelerinin radyasyon direnci ve aşınma direnci büyük ölçüde iyileştirilmiştir, bu da çapraz bağlanmamış PTFE malzemelerinin kusurlarını tam olarak telafi eder. Ancak PTFE'nin yalnızca erimiş halde çapraz bağlanabilmesi nedeniyle çapraz bağlı PTFE'nin kablolarda uygulanması sınırlıdır.
Diğer floroplastik çeşitleri arasında ETFE ve PVDF iyi radyasyon direncine sahiptir ancak kullanım sıcaklıkları PTFB'den daha düşüktür. Işınlama çapraz bağlanmasından sonra kullanım sıcaklığı arttırılabilir. Elektron ışını çapraz-bağlandıktan sonra, ETFE kablolarının sıcaklık seviyesi 150 dereceden 200 dereceye yükseltilebilirken diğer mükemmel özellikler değişmeden kalır. XL-ETFE yalıtımlı teller, günümüzde havacılıkta en yaygın kullanılan iki tel türünden biridir.
XL-ETFE yalıtımlı tel, bir tel halinde ekstrüzyona tabi tutulan ve elektron ışını ışınlaması ile çapraz bağlanan özel çapraz bağlanabilir ETFE yalıtım malzemesinden yapılmıştır. ETFE molekülleri etilen yapısal birimleri içerdiğinden ışınlama altında çapraz bağlanma eğilimi gösterirler. Bununla birlikte, çapraz bağlanmanın derecesi yeterli değildir ve çapraz bağlanmayı teşvik etmek için özel çapraz bağlama duyarlılaştırıcıların eklenmesi gerekmektedir. Ayrıca ETFE ışınlamayla çapraz bağlanma işlemi oksijen atmosferinden etkilenir ve çapraz bağlanma derecesi kararsızdır. Daha yüksek sıcaklıklarda inert bir gaz atmosferinde ışınlamayla çapraz bağlamanın kullanılması tel çapraz bağlamanın stabilitesi açısından faydalıdır.
Yaygın PE ve PVC kablolarla karşılaştırıldığında floroplastik kablolar aşağıdaki olağanüstü avantajlara sahiptir:
1. Yüksek sıcaklık dayanımı
Floroplastikler olağanüstü termal stabiliteye sahiptir ve floroplastik kablolar 150 dereceden 250 dereceye kadar yüksek sıcaklıktaki ortamlara uyum sağlayabilir. Başka bir deyişle, aynı kesitsel iletken koşulları altında, floroplastik kablolar izin verilen daha büyük akımları iletebilir, bu da bu tip yalıtımlı telin kullanım aralığını büyük ölçüde artırır. Benzersiz performansı nedeniyle floroplastik kablolar, uçaklarda, gemilerde, yüksek-sıcaklık fırınlarında ve elektronik cihazlarda dahili kablolar, kurşun teller vb. için kullanılabilir.
2. İyi alev geciktiricilik
Floroplastikler yüksek oksijen indeksine sahiptir ve yanma sırasında küçük bir alev yayılım aralığına sahip olduğundan genellikle yakılması zordur. Ondan yapılan tel, alev geciktiriciliğe yönelik sıkı gereksinimleri olan aletler ve yerler için uygundur. Örneğin bilgisayar ağları, metrolar, araçlar, uçaklar gibi halka açık yerler. Bir yangın meydana geldiğinde, insanların güvenli bir şekilde tahliye edilmesi ve personele ilk yardımın sağlanması için belirli bir süreye sahip olunabilir.
3. Mükemmel elektrik performansı
PE ile karşılaştırıldığında floroplastiklerin dielektrik sabiti daha düşüktür. Bu nedenle benzer yapıya sahip koaksiyel kablolarla karşılaştırıldığında floroplastik kablolar daha az zayıflamaya sahiptir ve yüksek-frekans sinyal iletimi için daha uygundur. Günümüzde artan kablo kullanım sıklığı bir trend haline gelmiş olup, floroplastiklerin yüksek sıcaklık direnci nedeniyle, genellikle iletim iletişim ekipmanı için dahili kablolama, kablosuz iletim besleyicileri ve vericileri arasındaki köprüler ve video ve ses kabloları olarak kullanılırlar. Ayrıca floroplastik kablolar iyi dielektrik mukavemetine ve yalıtım direncine sahiptir, bu da onları önemli enstrümanlar için kontrol kabloları olarak kullanıma uygun hale getirir.
4. Mükemmel mekanik ve kimyasal özellikler
Floroplastikler yüksek kimyasal bağ enerjisine, yüksek stabiliteye sahiptir ve sıcaklık değişimlerinden neredeyse etkilenmezler. Hava koşullarına karşı mükemmel yaşlanma direncine ve mekanik dayanıma sahiptirler; Çeşitli asitlerden, bazlardan ve organik çözücülerden etkilenmez. Bu nedenle petrokimya, rafineriler ve petrol kuyusu enstrüman kontrolü gibi önemli iklim değişikliğine ve aşındırıcı özelliklere sahip ortamlar için uygundur.
5. Kaynak ve bağlantı tellerine elverişli
Elektronik cihazlarda birçok bağlantı kaynak yöntemleri kullanılarak yapılmaktadır. Genel plastiklerin erime sıcaklığının düşük olması nedeniyle yüksek sıcaklıklarda erimeye eğilimlidirler ve yetenekli kaynak teknikleri gerektirirler. Bazı kaynak noktaları belli miktarda kaynak süresi gerektirir; bu da iletişim ekipmanlarının ve elektronik aletlerin dahili kablolaması gibi floroplastik kabloların popüler olmasının nedeni haline gelmiştir.
Floroplastiklerin ayrıca kullanımlarını sınırlayan bazı dezavantajları da vardır:
1. Floroplastiklerin hammadde fiyatları pahalıdır ve şu anda yerli üretim çoğunlukla ithalata dayanmaktadır (Japonya'dan Daikin ve Amerika Birleşik Devletleri'nden DuPont). Yerli floroplastik üretim endüstrisi son yıllarda hızla gelişmesine rağmen, üretim çeşitleri nispeten tektir ve malzemeler, ithal malzemelerle karşılaştırıldığında termal stabilite ve diğer kapsamlı özellikler açısından hala belirli bir boşluğa sahiptir.
2. Diğer yalıtım malzemeleriyle karşılaştırıldığında üretim süreci daha zordur, üretim verimliliği düşüktür, baskının düşmesi kolaydır ve tüketim büyüktür, bu da üretim maliyetini artırır.
3. PTFE floroplastiklerin radyasyon direnci zayıftır. Örneğin, oda sıcaklığında veya havanın varlığında, ışınlama dozu birkaç Mrad'a ulaştığında, hızlandırıcı elektron ışını ışınlaması, PTFE moleküllerinin karbon ana zincirinin kırılmasına neden olarak PTPE'nin çatlamasına ve PTFE'nin hızla ayrışmasına yol açabilir.
2, Halojen-içermeyen yalıtım malzemesi
(1) Çapraz bağlı düşük dumanlı halojen-içermeyen polietilen (XLPE) yalıtım malzemesi
Matris olarak polietilen (PE) ve etilen vinil asetat (EVA) kullanılır ve polietilen yalıtım malzemesi üretmek için kauçuk bileşiği ve granülasyon yoluyla halojen-serbest alev geciktiriciler, yağlayıcılar, antioksidanlar vb. gibi çeşitli katkı maddeleri eklenir. Işınlama işleminden sonra polietilen, doğrusal bir moleküler yapıdan üç-boyutlu bir toplu yapıya dönüşebilir. Eş zamanlı olarak termoplastikten çözünmeyen termoset plastiğe dönüşüm. Sıradan termoplastik polietilen ile karşılaştırıldığında XLPE yalıtımlı kablolar aşağıdaki avantajlara sahiptir:
1. Geliştirilmiş ısı deformasyon direnci, yüksek sıcaklıklarda geliştirilmiş mekanik özellikler ve çevresel stres çatlamasına ve ısıyla yaşlanmaya karşı geliştirilmiş direnç.
2. Geliştirilmiş kimyasal stabilite ve solvent direnci, azaltılmış soğuk akış ve temel olarak orijinal elektrik performansının korunması. Uzun-dönem çalışma sıcaklığı 125 dereceye ve 150 dereceye ulaşabilir. Çapraz-bağlama işleminden sonra polietilenin kısa-devre sıcaklığı 250 dereceye yükseltilebilir. Aynı kalınlıktaki kablolar için çapraz bağlı polietilenin akım taşıma kapasitesi önemli ölçüde artar.
XLPE yalıtımlı kablolar mükemmel mekanik, su geçirmez ve radyasyon direnci özelliklerine sahiptir ve bu da onların çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmasını sağlar. Örneğin, elektrik iç bağlantı hatları, motor kabloları, aydınlatma kabloları, otomotiv alçak-voltaj sinyal kontrol hatları, lokomotif kabloları, metro kabloları, madencilik çevre koruma kabloları, deniz kabloları, nükleer santraller için 1E sınıfı kablolar, dalgıç pompa kabloları ve enerji iletim kabloları gibi sektörlerde.
Şu anda, XLPE yalıtım malzemelerinin gelişim yönü temel olarak ışınlanmış çapraz-bağlı polietilen güç kablosu yalıtım malzemelerini, ışınlanmış çapraz-polietilen üst yalıtım malzemelerini ve ışınlanmış çapraz-alev-geciktirici poliolefin kılıf malzemelerini içerir.
(2) Çapraz bağlı polipropilen (XL-PP) yalıtım malzemesi
Evrensel bir plastik olarak polipropilen (PP), hafiflik, bol miktarda hammadde kaynağı, üstün maliyet-etkinliği, mükemmel kimyasal korozyon direnci, kolay kalıplanma ve geri dönüştürülebilirlik özelliklerine sahiptir. Bununla birlikte, düşük mukavemet, zayıf ısı direnci, büyük büzülme deformasyonu, zayıf sürünme direnci, düşük sıcaklıkta kırılganlık ve zayıf ısı ve oksijen yaşlanma direnci gibi kusurlardan dolayı kabloların uygulaması büyük ölçüde sınırlıdır. Araştırmacılar, kapsamlı performanslarını geliştirmek için polipropilen malzemeleri değiştirmeye kararlıdırlar ve değiştirilmiş polipropilenin (XL-PP) ışınlamayla çapraz bağlanması bu sorunların etkili bir şekilde üstesinden gelmiştir. XL-PP yalıtımlı kabloların, UL VW-1 yanma testi ve UL dereceli 150 derece kabloların standart gereksinimlerini karşılayabildiğini gösteren araştırma sonuçları vardır. Aynı zamanda çekme mukavemeti ve nominal sıcaklıkta UL kesme testi gibi mekanik özellikleri çapraz bağlı polipropilen izolasyondan daha üstündür.
Polipropilen ışınlamayla çapraz bağlanma modifikasyonunun dezavantajı, PP ışınlamayla çapraz bağlanma sırasında doymamış uç gruplar oluşturan bir çatlama reaksiyonunun ve uyarılmış moleküller ile büyük moleküler serbest radikaller arasında rekabetçi bir reaksiyonun bulunmasıdır. Radyasyon dozu düşük olduğunda çatlama hakim olur ve doz arttığında çapraz bağlanma hakim olur. Çoklu çalışmalar, PP radyasyonla çapraz bağlanma sırasında, bozunma ve çapraz bağlanmanın eş zamanlı meydana gelmesi nedeniyle çapraz bağlanma verimliliğinin çok düşük olduğunu göstermiştir. Y- ışınlarıyla ışınlama sonrasında izotaktik PP'nin bozunma-çapraz bağlanma reaksiyonu oranı 0,8'dir. PP'nin etkili çapraz bağlanma reaksiyonunu elde etmek amacıyla, ışınlamayla çapraz bağlama için çapraz bağlama hızlandırıcıların eklenmesi gerekir. Aynı zamanda etkili çapraz bağlanma kalınlığı, elektron ışınının nüfuz etme kabiliyeti ile sınırlanır ve ışınlama sırasında kalan yükler, gaz oluşumu nedeniyle köpüklenir, bu da yalnızca ince ürünlerin çapraz bağlanmasını kolaylaştırır ve bunların kalın duvarlı kablolarda kullanımını sınırlar.
(3) Çapraz bağlı etilen vinil asetat kopolimer (XL-EVA) yalıtım malzemesi
Kablo güvenliğine olan talebin artmasıyla birlikte, halojen-alevsiz-geciktirici çapraz-bağlı kablolar hızla gelişti. Polietilen ile karşılaştırıldığında EVA, vinil asetat monomerini moleküler zincirine katarak kristalliği azaltır, esnekliği, darbe direncini, dolgu uyumluluğunu ve ısıyla sızdırmazlık performansını artırır. Genel olarak konuşursak, EVA reçinesinin performansı esas olarak moleküler zincirdeki vinil asetat içeriğine bağlıdır. Farklı uygulama ihtiyaçlarını karşılamak için ayarlanabilir bileşim oranı nedeniyle, vinil asetat içeriği ne kadar yüksek olursa şeffaflığı, yumuşaklığı ve dayanıklılığı da o kadar yüksek olur. EVA reçinesi iyi bir dolgu kapsayıcılığına ve çapraz bağlanabilirliğe sahiptir, bu nedenle halojen-alevsiz-geciktirici çapraz-bağlı kablolarda giderek daha fazla kullanılmaktadır. Ayrıca EVA reçinesi bazı özel kabloların kılıflarının yapımında da kullanılmaktadır. Tel ve kablolarda kullanılan EVA reçinesi genellikle %12 ila %24 arasında bir vinil asetat içeriğine sahiptir. Pratik kablo uygulamalarında EVA, kablonun yalıtım katmanı performansını ayarlamak için sıklıkla PE, PVC, PP vb. ile harmanlanır ve işlenir. Harmanlanmış malzemede, EVA bileşeni çapraz bağlamayı destekleyebilir, bu da çapraz bağlamadan sonra kablonun performansını artırır.
(4) Çapraz Bağlı Etilen Propilen Dien Kauçuk (XL-EPDM) Yalıtım Malzemesi
XL-EPDM, ışınlamayla çapraz bağlama yoluyla elde edilen, etilen, propilen ve konjuge olmayan dienin üçlü bir kopolimeridir. XL-EPDM tel, poliolefin yalıtımlı tel ile sıradan kauçuk yalıtımlı telin avantajlarını birleştirir:
1. Yumuşak, esnek, elastik, yüksek sıcaklıklarda yapışkan olmayan, uzun-süreli yaşlanma direnci ve zorlu hava koşullarına dayanıklılık (-60 derece ~125 derece).
2. Ozon direnci, UV direnci, elektriksel yalıtım direnci ve kimyasal korozyon direnci.
3. Yağ ve solvent direnci performansı, genel-amaçlı kloropren kauçuk yalıtımıyla karşılaştırılabilir. İşlenmesi kolay ve uygun maliyetli olan radyasyon çapraz bağlama kullanılarak sıradan sıcak ekstrüzyon işleme ekipmanıyla üretilebilir ve imal edilebilir-.
XL-EPDM yalıtımlı teller, 35kV'un altındaki güç kabloları ve deniz kablolarının yalıtımında yaygın olarak kullanılmaktadır. Artık bunların yerini bu malzeme aldı ve soğutma kompresörü kabloları, otomotiv, su geçirmez motor kabloları, transformatör kabloları, madencilik mobil kabloları, sondaj ve tıbbi ekipman gibi alanlarda uygulandı.
XL-EPDM kablosunun ana dezavantajları şunlardır:
1. Zayıf yırtılma direnci.
2. Sonraki işlemleri etkileyen zayıf yapışma ve kendinden yapışkanlık.
(5) Silikon kauçuk yalıtım malzemesi
Silikon kauçuk esnekliğe, ozon, korona ve alevlere karşı dayanıklılığa ve iyi bir yalıtım performansına sahiptir. Elektrik endüstrisindeki ana uygulaması teller ve kablolardır. Silikon kauçuk teller ve kablolar özellikle yüksek sıcaklık ve zorlu ortamlarda kullanıma uygundur ve kullanım ömürleri sıradan kablolara göre çok daha uzundur. Üniversal silikon kauçuk yalıtımlı kablolar şu anda yüksek-sıcaklık motorlarında, transformatörlerde, jeneratörlerde, elektronik ve elektrikli ekipmanlarda, ulaşım aracı motorları için ateşleme kablolarında, deniz gücü ve kontrol kablolarında kullanılabilir.
Şu anda, çapraz-bağlı kablolarda kullanılan silikon kauçuk yalıtımlı teller genellikle atmosferik sıcak hava veya yüksek-basınçlı buharla çapraz-bağlanmaktadır. Silikon kauçuğun elektron ışınıyla ışınlamayla çapraz{-bağlanması üzerine de çalışmalar var, ancak kablo endüstrisinde henüz yaygın olarak kullanılmadı. Son yıllarda ışınlama çapraz bağlama teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, ışınlama çapraz bağlamanın maliyeti daha düşük ve çapraz bağlama verimliliği daha yüksektir; Çevresel açıdan bakıldığında yeri doldurulamaz avantajlara sahiptir. Bu nedenle, silikon kauçuk yalıtım malzemeleri için ışınlamayla çapraz bağlama teknolojisinin uygulanması, gelecekte silikon kauçuk tellerin çapraz bağlanmasına yönelik araştırma yönüdür.
