جستجو در تالارهای گفتگو

استفاده از پلی اتیلن برای عایق كردن سیمهای برق بعد از دهه 1940 میلادی رونق یافت. ولی به علت خاصیت ترموپلاستیكی آن، كاربرد پلی اتیلن محدود به شرایطی نظیر حداكثر درجه حرارت هادی تا 70 درجه سانتیگراد بود و به علت همین محدودیت ها پلی اتیلن بیشتر برای عایق كردن سیمهای ولتاژ پایین مورد استفاده قرار می گرفت. از دهه 1960 به بعد روشهای ترموست كردن پلی اتیلن كه در آن مولكولهای پلی اتیلن به هم گره خورده (Cross-Linked) و یك شبكه مولكولی سه بعدی زا تشكیل می دهند، توسعه یافت و در نتیجه درجه حرارت قابل استفاده پلی اتیلن از 70 به 90 درجه سانتیگراد رسید. بطور خلاصه اثر گرده خوردن مولكولها بر خواص پلی اتیلن عبارت است از: - خواص الكتریكی نسبت به پلی اتیلن ترموپلاستیك تغییر محسوسی نمی كند. - بعضی از خواص شیمیائی مثل مقاومت در مقابل روغنها و سایر مواد آلوده كننده، زیاد می شود. - بعضی از خواص مكانیكی به نحو قابل توجهی بهبود می یابند. - درجه حرارت استفاده از محصول، بالا می رود. بطور كلی دو روش برای گره زدن مولكولهای پلی اتیلن و ترموست كردن آن متداول است، روش شیمیائی و روش تشعشعی. در هر دو روش مولكولهای پلی اتیلن به هم متصل شده و مولكولهای بزرگتری را تشكیل می دهند. 1- گره زدن به روش شیمیائی تولید پلی اتیلن ترموست در اواسط 1960 با اضافه كردن پراكسیدهای ارگانیكی مثل دای كیومیل پراكسید و حرارت دادن آن در درجه حرارتهای بالاتر از 150 درجه سانتیگراد عملی شد، كه طی آن پراكسید در اثر حرارت تجزیه شده و رادیكالهای آزاد تولد می كند. این رادیكالهای آزاد، هیدروژن مولكولهای پلی اتیلن را جذب نموده و موجب تولید رادیكالهای آزاد پلی اتیلن می شوند. سپس رادیكالهای پلی اتیلن به هم متصل شده و شبكه سه بعدی مولكولی را تشكیل می دهند. معمولاً "گره خوردن مولكولهای پلیمر را ولكانیزاسیون می نامند. و این عمل در صنایع لاستیك سازی رواج كامل دارد. اصولاً پراكسید هائی كه برای ترموست كردن پلی اتیلن مصرف می شوند در درجه حرارتهای بالاتر از 140 درجه سانتیگراد تجزیه شده و رادیكالهای آزاد تولید می كنند. اكر عمل گره خوردن در داخل اكسترودر شروع روع شود، موادی با مولكولهای گره خورده به صورت دملی (Lump ) از حدیده خارج شده و باعث تولید كابلهائی با كیفیت پائین می شوند. بنابراین برای استفاده از پراكسیدها نوع پلی اتیلن باید طوری انتخاب شود كه در درجه حرارتهای پائین تر از 140 درجه سانتیگراد قابل فرآیند باشد. و به علاوه محل كافی برای گره خوردن داشته باشد تا ولكانیزاسیون در خارج از اكسترودر سریعاً عملی شود. بخاطر وجود این محدودیتها اكثر انواع پلی اتیلن و مشتقات آنها را نمی توان به وسیله پراكسید ولكانیزه كرد. پلی اتیلن با چگالی پائین و اتیلن واینال اسیتیت EVA تولید شده در راكتورهای فشار بالا از جمله پلیمرهائی هستند كه هر دو شرایط بالا را دارند و به مقدار زیاد با پراكسیدها ولكانیزه می شوند. EVA در درجه حرارتهای پائین به آسانی فرآیند می شود و با اضافه كردن مواد پراكنده بخصوص دوده سیاه خاصیت ولكانیزاسیون خود را از دست نمی دهد، به همین لحاظ مواد مزبور را جهت عایق كردن سیمهای عادی ولتاژهای پائین كه در اتومبیل سازی، ساختمانها و وسایل خانگی دارای مصرف هستند، مورد استفاده قرار می دهند. پلی اتیلن های چگالی بالا و چگالی پائین خطی كه در راكتورهای فشار پائین تولید می شوند به خاطر آنكه فاقد محل گره خوردن در حد EVA هستند و نیاز به درجه حرارت بالاتر از 140 درجه سانتیگراد برای فرآیند دارند، لذا برای ولكانیزاسیون شیمیائی با پراكسیدها مناسب نیستند. همانطور كه اشاره شد لازم است ولكانیزاسیون مواد عایق كننده روكش كابل در خارج از اكسترودر صورت گیرد. این عمل به وسیله بخار، نیتروژن و یا مایع تحت فشار دردرجه حرارتهای بین 150 تا 310 درجه سانتیگراد تكمیل میشود. ولكانیزاسیون به وسیله بخار با عبور دادن كابل عایق شده از داخل لوله ای كه دارای فشار بخاری در حدود 18 اتمسفر (در 205 درجه سانتیگراد) می باشد، عملی می شود. طول لوله و سرعت كابل باید طوری انتخاب شده باشند كه مواد عایق كننده روكش كابل قبل از ورود به آب خنك كننده در انتهای لوله كاملاً ولكانیزه گردد. سه نوع سیستم بخار برای ولكانیزاسیون پلی اتیلن متداول است، كه عبارتند از: سیستم بخار با لوله ولكانیزاسون افقی، عمودی و یا كله قندی. برای تولید كابلهای با قطر كم از سیستن بخار با لوله افقی استفاده می كنند. در این نوع سیستم ها معمولاًاز 2 تا 3 اكسترودر كه ممكن است حدیده مشتركی داشته و یا به دنبال هم قرار گیرند، استفاده می شود. یكی از اكسترودرها برای ایجاد لایه نازكی از پلی اتیلن نیمه هادی بر روی سیم هادی، بكار می رود. عمل اصلی پلی اتیلن نمه هاد كه معمولاً شامل 30 تا 35 درصد دوده سیاه است برای یكنواخت كردن میدان الكتریكی در اطراف سیم هادی می باشد. اكسترودر دومی برای ایجاد لایه عایق و اكسترودر سوم (در صورت وجود) برای ایجاد روكش عایق نهائی بكار می روند. در تولید كابلهای هادی ولتاژ خیلی بالا كه لازم است قطر كابل زیاد باشد، به خاطر ازدیاد وزن كابل امكان تماس آن با لوله موجود در سیستم بخار كله قندی وجود دارد. این تماس باعث صدمه دیدن عایق اصلی یا روكس هادی می شود. ازاین رو در تولید این نوع كابلها از سیستم بخار با لوله عمودی استفاده می كنند. در اثر تجزیه پر اكسیدها در حین ولكانیزاسیون مقداری گاز تولید می شود. اگر فشار داخل لوله بخار به حد كافی زیاد نباشد . گاز تولید شده به صورت حباب درآمده و در داخل عاق و روكش باقی می ماند كه نه تنها خاصیت الكتریكی كابل را كاهش می دهد بلكه از عمر مفید آن نیز می كاهد. بنابراین فشار داخل لوله باید طوری تنظیم شود كه از انبساط گاز جلوگیری نماید. در اواسط دهه 1970 روش ولكانیزاسیون به وسیله گاز نیتروژن به مرحله عمل درآمد كه ضمن كاستن از امكان پیدایش حباب در عایق، باعث كاهش اندازه آنها نیز شد. روش مزبور به ولكانیزاسیون خشك مشهور می باشد و در میان طرحهای ارائه شده به طور كلی دو نوع ولكانیزاسیون خشك (Dry Cure ) رایج شده است. ولكانیزاسیون به وسیله گاز داغ و سریع و ولكانیزاسیون به وسیله تشعشع. روش ولكانیزاسیون گازی سریع شبیه روش بخاری است ولی در این روش به جای بخار، گاز نیتروژن را گرم كرده و آنرا به داخل لوله ولكانیزاسیون و در بالای سرد كنده (Cooling Zone ) پمپ می كنند. نیتروژن داغ به طرف بالای لوله جریان یافته و ضمن ولكانیزه كردن كابل در انتهای لوله به طرف پیش گرمكن ها Pre Heaters هدایت می شود. در این سیستم نظیر سیستم بخار، كابل به وسیله آب خنك می شود. در ولكانیزاسون خشك تشعشعی حرارت لازم برای ولكانیزاسیون از سطح داخلی لوله تامین می شود. در اطراف لوله ولكانیزاسیون در این نوع سیستمها گرم كن های الكتریكی وجود دارند كه تا 400 درجه سانتیگراد گرم می شوند و حرارت تشعشعی لازم را برای ولكانیزاسیون تولید می كنند. عمل اصلی نیتروژن حفظ فشار داخل لوله است تا از انبساط گاز در مواد عایق كننده و تولید حباب در آن جلوگیری كند. در بعضی از سیستمها كابل بوسیله گاز سرد می شود و در نتیجه سیستم ولكانیزاسیون كانلاً خشك بوجود می آید. ولكانیزاسیون نیتروژنی نسبت به ولكانیزاسیون بخاری مزایای چندی دارد. اولاً تولید گاز نیتروژن داغ كمتر از تولید بخار داغ انرژی لازم دارد. ثانیاً كابل در تماس مستقیم با آب و بخار قرار نگرفته و حباب كمتری در عایق تولید می شود و در نتیجه عمر مفید كابل زیادتر می شود . ثالثاً درجه حرارت و فشار نیتروژن بطور مستقل قابل كنترل می باشد. در صورتی كه برای تولید بخار با درجه حرارت بالا احتیاج به فشار بالا نیز هست. روش سوم برای ولكانیزه كردن شیمیائی پلی اتیلن استفاده از مایع داغ در لوله ولكانیزاسیون است. در این سیستم كه از سال 1976 به بعد در اروپا متداول شده است، به جای نیتروژن یا بخار از روغن سیلیكون (Silicon Oil ) و یا نمك مذاب كه تا 300 درجه سانتیگراد گرم شده است، استفاده می شود و كابل ضمن عبور از داخل مایع ولكانیزه می شود. معمولاً به علت انتقال سریعتر گرما نسبت به سیستم بخار یا نیتروژن ولكانیزاسیون در سیستم مایع سریعتر صورت می گیرد. منبع: نشریه صنایع پلاستیك