Im Elektrobereich sind Isolier- und Mantelmaterialien eines der wesentlichen Dinge für elektrische Drähte und Kabel.Lange Zeit war ölimprägniertes Papier aufgrund seiner hervorragenden elektrischen Eigenschaften das wichtigste Isolationsmaterial für Stromkabel.Es ist außerdem in der Lage, einem hohen Grad an thermischer Überlastung ohne übermäßige Verschlechterung standzuhalten.Aufgrund seiner hygroskopischen Natur wird der Metallmantel jedoch durch Feuchtigkeit korrodiert.Daher bestand seit langem ein Bedarf an einem Isoliermaterial für Stromkabel, das die nicht hygroskopische Natur thermoplastischer Materialien kombiniert.
Die kontinuierliche Suche nach solch einem Traummaterial führte schließlich zur Entdeckung des vernetzten Polyethylens.Unter der Vernetzung von Polymeren versteht man die Veränderung der Polymereigenschaften durch die Herstellung chemischer Verbindungen zwischen einzelnen Makromolekülen.Durch die Vernetzung von Polymeren wie Polyethylen entsteht ein dreidimensionales Bindungsnetzwerk zwischen Polymerketten, das das Molekulargewicht erhöht.Dies ist analog zum Mechanismus der „Vulkanisierung von Gummi“.
Der herkömmliche Prozess der „Vulkanisation“ umfasst das Erhitzen und die Zugabe von Schwefel oder anderen Chemikalien, um Vernetzungen zwischen den charakteristischen langen Ketten der Elastomermoleküle zu bilden.Dieser Prozess hat vor langer Zeit begonnen und wird immer noch angewendet.Die Eigenschaft des Polymers hängt von der Menge des verwendeten Schwefels ab.Je mehr Schwefel verwendet wird, desto härter ist das Produkt, das höheren Temperaturen, Drücken und mechanischen Herausforderungen an seine Integrität standhält.Die Schwefelvulkanisierung hat jedoch schwerwiegende Nachteile im Hinblick auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt sowie einige wirtschaftliche Nachteile.Darüber hinaus benötigt es hohe Temperaturen, um die chemische Reaktion in Gang zu setzen, und setzt geruchsintensive und giftige Gase frei sowie zahlreiche unerwünschte chemische Rückstände, die aus dem Endprodukt entfernt werden müssen.
„Strahlenvernetzung“ ist die bewährte Methode, die all diese negativen Auswirkungen des Vulkanisationsprozesses umgeht.Es handelt sich um eine Raumtemperaturmethode, die an sich schon einen erheblichen Kostenvorteil hat.Sie lässt sich leicht steuern und die gewünschten Eigenschaften des Polymers werden einfach durch Änderung der Dosis (Bestrahlungszeit) erreicht.Die umgewandelten Materialien stehen den durch Schwefelvulkanisation hergestellten Materialien in nichts nach.
Das Hauptziel der Vernetzung besteht darin, den thermischen Widerstand zu verbessern.Im Allgemeinen beträgt die maximal zulässige Temperatur in einem Kurzschluss 140 °C. Kabel aus unvernetztem Polyethylen können durch den Strahlungsvernetzungsprozess auf 250 °C aufgerüstet werden.Das zweithäufigste Ziel ist der Memory-Effekt, wie er beispielsweise bei Schrumpfschläuchen auftritt.Dies ist die ungewöhnliche und wertvolle Eigenschaft von bestrahltem Polyethylen und bleibt im Polymer unbegrenzt erhalten, unabhängig von der Zeit und der darauf folgenden Anzahl von Verformungen.Wenn also Polyethylen in teilweise kristalliner Form (dh unterhalb seines Schmelzpunkts) bestrahlt und dann erhitzt wird, um die Kristalle zu entfernen, kann es erheblich verformt werden (z. B. durch Strecken) und dann wieder zu Kristallen abgekühlt werden, um seine neue Form anzunehmen.Wenn das Material erneut über den Schmelzpunkt erhitzt wird, verschwinden diese Kristalle und das gummiartige Polyethylen neigt dazu, in die Form zurückzukehren, in der es möglicherweise Monate oder Jahre zuvor während der Bestrahlung gehalten wurde.Schrumpfschläuche werden durch Extrudieren eines speziell formulierten Polymers zu einem Schlauch und anschließendes Vernetzen dieses Schlauchs hergestellt.Nach der Vernetzung wird der Schlauch erhitzt, expandiert und im expandierten Zustand abgekühlt.Dieser expandierte Schlauch schrumpft nach dem erneuten Erhitzen wieder in seine ursprüngliche Form zurück, was auf den Memory-Effekt der Vernetzung zurückzuführen ist.Da die Polymermoleküle chemisch miteinander verbunden sind und sich nicht mehr beliebig bewegen können, werden verschiedene Eigenschaften wie Hitzebeständigkeit, Abriebfestigkeit, Dimensionsstabilität, Haftungseigenschaft usw. verbessert.Somit kann die Vernetzung dem Polymer die gewünschten Eigenschaften verleihen, z. B. Zähigkeit, Flexibilität, Schlagfestigkeit, chemische Beständigkeit usw. Bestrahltes Polyethylen wird sehr häufig für wärmeschrumpfbare Folien zum Verpacken, Einkapseln und für elektrische Verbindungen verwendet, die leicht auf andere Komponenten wärmegeschrumpft werden können .Aus Gründen der Flexibilität ist die Installation vernetzter Drähte/Kabel einfacher und unterliegt keiner Höhenbeschränkung.Darüber hinaus ist für die Wartung kein Metallmantel erforderlich.Darüber hinaus liegen die Zugeigenschaften zwischen einem Thermoplast und einem Anelastomer.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 18. Februar 2017