Nel campo elettrico, uno degli elementi essenziali per fili e cavi elettrici sono i materiali isolanti e di rivestimento.Per molti anni il principale materiale isolante per i cavi elettrici è stata la carta impregnata d'olio per le sue eccellenti proprietà elettriche.Ha anche la capacità di sopportare un elevato grado di sovraccarico termico senza eccessivo deterioramento.Tuttavia, a causa della sua natura igroscopica, la guaina metallica viene corrosa dall'umidità.Era quindi sentita da tempo la necessità di un materiale isolante per cavi elettrici che combinasse la natura non igroscopica dei materiali termoplastici.
La preparazione dei polimeri reticolati può essere effettuata mediante due metodi diversi.Uno è il metodo chimico e l'altro è il metodo ionizzante.Sebbene la realizzazione di questo effetto di reticolazione risalga a oltre 150 anni fa, l'effetto di reticolazione delle radiazioni ionizzanti fu definitivamente dimostrato per la prima volta da Charlesby.Il metodo di reticolazione per radiazione è il più produttivo per fili di piccole dimensioni e a parete sottile e pertanto i fili utilizzati per apparecchiature elettriche ed elettroniche sono stati prodotti mediante il metodo di reticolazione per radiazione.Il metodo è vantaggioso a causa del basso consumo energetico e richiede poco spazio.Il processo di irradiazione è facilmente controllabile e ha il potenziale per il risparmio energetico e il controllo dell'inquinamento.Le caratteristiche specifiche della reticolazione con radiazioni sono riassunte come segue: (1) La velocità della linea di produzione può essere controllata.È possibile la copertura (estrusione) ad alta velocità, poiché non è richiesto alcun agente reticolante.Utilizzando un acceleratore ad alta potenza e bassa energia, è possibile ottenere una polimerizzazione rapida.(2) L'uniformità della reticolazione è eccellente.È possibile eseguire la reticolazione uniforme selezionando una macchina adeguata e adottando un design ottimale per l'alimentazione del filo.(3) È possibile preparare vari tipi di polimeri, a seconda del grado di reticolazione mediante processo di reticolazione mediante radiazione.Inoltre, il processo di indurimento mediante radiazione è più preferibile rispetto al processo di indurimento con vapore.Nel processo di polimerizzazione a vapore, l'acqua che permea nello strato polimerico sotto un'elevata pressione di vapore crea una serie di "microvuoti", che potrebbero indurre la rottura delle scariche parziali a forma di albero quando il cavo è in servizio.Sebbene il fenomeno sia molto complicato, gli alberi possono crescere e provocare una diminuzione della rigidità dielettrica dei cavi.Oltre a questi, il processo di polimerizzazione a vapore presenta alcuni inconvenienti dal punto di vista del consumo energetico: (a) è necessaria un'elevata pressione del vapore per ottenere una temperatura elevata;(b) l'efficienza della conduzione termica dall'esterno del cavo è bassa e (c) una grande quantità di energia viene consumata dal conduttore del cavo, il che si traduce in una minore efficienza termica e anche in un tempo più lungo per la reazione di reticolazione.La polimerizzazione con radiazioni è un candidato per i processi a secco.Tuttavia esiste il problema che l'accumulo di elettroni bloccato e/o formatosi nello strato isolante mediante irradiazione può anche provocare una rottura parziale a forma di albero durante e dopo l'irradiazione.È completamente diverso dal "processo senza acqua".Poiché il cavo polimerico contiene elevata umidità e ampi vuoti, è necessario il processo di polimerizzazione.Oltre ai vantaggi di cui sopra, i materiali semiconduttori possono essere introdotti facilmente nel processo di indurimento con radiazioni, il che non è facile in caso di processo di indurimento con vapore poiché la maggior parte dei materiali non è in grado di resistere a temperatura e pressione elevate.
La tecnica di innesto di radiazioni conferisce anche conduttività alla matrice.Questo è l'unico metodo di combinazione della matrice conduttiva con quella isolante.Questa tecnica prevede la disattivazione del polimero della struttura portante con un monomero adatto mediante innesto e successiva deposizione del polimero conduttore sulla superficie attiva della struttura portante.A parte il comportamento isolante, in questo caso il polimero può comportarsi come conduttore.Anche se non si è ancora affermato, può presentare diverse potenziali applicazioni come schermatura EMI, rivestimenti conduttori e agenti antistatici.Bhattacharya et al.hanno preparato i compositi polimero–FEP-g-(AA)–PPY e polimero–FEP-g-(sty)–PPY.Inizialmente, il polimero-FEP è stato irradiato da una sorgente Co-60 e il film è stato poi immerso in una diversa percentuale di monomeri.Il PPy è stato quindi depositato sulla superficie innestata mediante polimerizzazione ossidativa del pirrolo utilizzando cloruro ferrico come ossidante.La resistenza superficiale è diminuita ed è dell'ordine di 104–105ohm/cm2.La resistenza superficiale dipende dalla percentuale di innesto dei monomeri.Usando questa tecnica, è possibile aumentare la conduttività superficiale anziché la conduttività complessiva.Il comportamento fotoconduttivo della pellicola può essere impartito anche mediante la tecnica dell'innesto.L'acetato di cellulosa-g-(N-vinil carbazolo) e l'acetato di cellulosa-g-(N-vinil carbazolo-metil metacilato) sono esempi di pellicola fotoconduttrice.
Nell'industria dei cavi elettrici vengono utilizzati principalmente polietilene, cloruro di polivinile (PVC), gomme EPDM.Il polietilene viene utilizzato per le sue eccellenti proprietà elettriche e la sua maggiore durata.Il polietilene a bassa densità è preferito rispetto al polietilene ad alta densità per diversi motivi. I motivi sono i seguenti: (a) maggiore flessibilità;(b) maggiore rigidità dielettrica rispetto al polietilene ad alta densità;(c)durata più lunga dell'HDPE;(d) meno difficile da lavorare rispetto all'HDPE e (e) minor rischio di inclusione di vuoti nell'isolamento dell'LDPE, che causa la ionizzazione.Nonostante tutti questi vantaggi, l’LDPE presenta dei limiti come materiale isolante per cavi.Essendo un polimero termoplastico, ha una temperatura di rammollimento intorno a 105–115⬚C e tende a provocare fessurazioni da stress quando è a contatto con determinati agenti tensioattivi.La reticolazione delle molecole di polietilene migliora le proprietà termiche e fisiche mentre le sue proprietà elettriche rimangono sostanzialmente invariate.Il polietilene reticolato non è quindi più un polimero termoplastico.Si rammollisce al punto di fusione cristallino del polietilene e assume una consistenza elastica, gommosa, proprietà che mantiene durante ulteriori aumenti di temperatura, fino a carbonizzarsi senza sciogliersi a 300⬚C.La tendenza allo stress cracking scompare completamente e si acquisisce un'ottima resistenza all'invecchiamento in aria calda.I cavi in polietilene reticolato sono ampiamente preferiti per le loro eccellenti proprietà elettriche e fisiche.È in grado di trasportare correnti elevate, resiste a flessioni a raggio ridotto ed è leggero, consentendo un'installazione facile e affidabile, ovvero è esente da limiti di altezza poiché non contiene olio e quindi è esente da guasti dovuti alla migrazione dell'olio nell'olio cavo di campo.Inoltre, generalmente non richiede una guaina metallica. Pertanto, è esente dai guasti tipici dei cavi con guaina metallica, dalla corrosione e dalla fatica.Al giorno d'oggi, la reticolazione con radiazioni viene applicata industrialmente non solo al polietilene ma anche ad altri polimeri come il cloruro di polivinile, il poliisobutilene ecc. Di per sé il PVC è un polimero estremamente instabile.Ha iniziato ad acquisire importanza commerciale solo dopo lo sviluppo di efficaci mezzi di stabilizzazione.Con l'aiuto di agenti modificanti (stabilizzanti, plastificanti, riempitivi e altri additivi), è possibile fare in modo che il PVC presenti un ampio spettro di proprietà, che vanno da estremamente rigido a molto flessibile.La diversità delle sue applicazioni e il suo basso costo sono responsabili della sua importanza sul mercato mondiale.
Per aumentare l'efficienza della reticolazione, i polimeri vengono utilizzati molto raramente nella loro forma pura.Plastificanti, antiossidanti, riempitivi svolgono il loro ruolo nel rispettivo modo per conferire le proprietà richieste.L'aggiunta è migliore durante il processo di reticolazione.I plastificanti vengono aggiunti ai polimeri per ridurre la fragilità del prodotto polimerico.Influenzano la reticolazione ogni volta che prendono parte alla generazione di radicali liberi o entrano nelle reazioni di propagazione.Dibutilftalato, tritolil fosfato e diallil fosfato sono gli esempi comuni di plastificante del PVC.La flessibilità e l'elasticità, molto importanti nell'isolamento elettrico, vengono migliorate aggiungendo plastificanti al PVC.In realtà nel caso del PVC, che è polare a causa della struttura sbilanciata, dà origine a forti legami intermolecolari, che uniscono rigidamente le catene macromolecolari, insieme lo rendono inflessibile.Gli antiossidanti sono un altro gruppo di additivi necessari per qualsiasi miscela reticolata progettata allo scopo pratico di confrontare una maggiore stabilità termoossidativa nella produzione di un polimero.Di solito influenzano la reticolazione eliminando i radicali, che possono formare legami incrociati.RC (4,4-tio-bis(6-tert-butil-3-metilfenolo), MB (Mercapto benzoimidazolo) sono gli esempi di antiossidanti utilizzati da Ueno et al. Oltre ai plastificanti e agli antiossidanti, sono necessari coloranti, come i materiali isolanti dei cavi sono utilizzati soprattutto per gli elettrodomestici. I coloranti per la plastica includono una varietà di materiali inorganici e organici. Gli additivi decolorati non sono preferiti in questo campo. I riempitivi vengono generalmente aggiunti per migliorare le loro proprietà fisico-meccaniche e la lavorabilità. Un effetto positivo dei riempitivi può essere osservato durante la reticolazione per irradiazione. Si è riscontrato che la resa di radicali nel polietilene è aumentata del 50%, quando viene aggiunta una piccola quantità (0,05%) di aerosil. Si è ipotizzato che una maggiore produzione di radicali avvenga nell'interfase aerosil- polietilene, dove le macromolecole possono trovarsi nello stato di non equilibrio di ceppi non compensati.Con un contenuto più elevato di riempitivo, può verificarsi un trasferimento di energia dal riempitivo alla fase polimerica e quindi contribuire ad una maggiore resa di radicali liberi.Inoltre, la combinazione dell'irradiazione con miscele reattive può influenzare la localizzazione dei legami incrociati lungo le catene polimeriche.
In breve, le radiazioni svolgono un ruolo importante nella lavorazione dei polimeri utilizzati in campo elettrico. La "reticolazione mediante radiazioni" è il fenomeno mediante il quale è possibile migliorare le proprietà dei polimeri.È il metodo più avanzato in quanto la 'vulcanizzazione' presenta alcune limitazioni.L'efficienza della reticolazione può essere migliorata scegliendo monomeri adatti.Nel processo di reticolazione mediante radiazioni, l'aggiunta di plastificanti, riempitivi e ritardanti di fiamma è piuttosto efficace.Il metodo della reticolazione mediante radiazione è molto utile anche nella preparazione di materiali semiconduttori.Oltre a questi, la tecnica dell'innesto di radiazioni può essere impiegata anche per preparare la pellicola composita conduttrice e le pellicole con comportamento fotoconduttore.
Orario di pubblicazione: 02 maggio 2017