Dans le domaine électrique, l'un des éléments essentiels pour les fils et câbles électriques sont les matériaux d'isolation et de gainage.Pendant de nombreuses années, le matériau d'isolation prédominant pour les câbles électriques était le papier imprégné d'huile en raison de ses excellentes propriétés électriques.Il a également la capacité de résister à un degré élevé de surcharge thermique sans détérioration excessive.Cependant, en raison de sa nature hygroscopique, la gaine métallique est corrodée par l'humidité.Il y avait donc depuis longtemps un besoin pour un matériau d'isolation pour câbles électriques, combinant la nature non hygroscopique des matériaux thermoplastiques.
La préparation de polymères réticulés peut se faire par deux méthodes différentes.L’une est la méthode chimique et l’autre la méthode ionisante.Bien que la réalisation de cet effet de réticulation remonte à plus de 150 ans, l'effet de réticulation des rayonnements ionisants a été démontré de manière concluante pour la première fois par Charlesby.La méthode de réticulation par rayonnement est la plus productive pour les fils de petite taille et à paroi mince et c'est pourquoi les fils utilisés pour les équipements électriques et électroniques ont été produits par la méthode de réticulation par rayonnement.Le procédé est avantageux en raison de sa faible consommation d'énergie et de son faible encombrement.Le processus de rayonnement est facile à contrôler et permet de réaliser des économies d'énergie ainsi que de contrôler la pollution.Les caractéristiques spécifiques de la réticulation par rayonnement sont résumées comme suit : (1) La vitesse de la ligne de production peut être contrôlée.Un revêtement (extrusion) à grande vitesse est possible, car il n'y a pas besoin d'agent de réticulation.Grâce à l'utilisation d'un accélérateur à haute puissance et à faible énergie, un durcissement rapide peut être obtenu.(2) L'uniformité de la réticulation est excellente.La réticulation uniforme peut être réalisée en sélectionnant une machine appropriée et en adoptant une conception optimale pour l'alimentation en fil.(3) Différents types de polymères peuvent être préparés, en fonction du degré de réticulation par le processus de réticulation par rayonnement.De plus, le processus de durcissement par rayonnement est préférable au processus de durcissement à la vapeur.Dans le processus de durcissement à la vapeur, l'eau s'infiltrant dans la couche de polymère sous une pression de vapeur élevée crée un certain nombre de « microvides », qui pourraient induire une rupture de décharge partielle en forme d'arbre lorsque le câble est en service.Bien que le phénomène soit très compliqué, les arbres peuvent pousser et provoquer une diminution de la rigidité diélectrique des câbles.En dehors de ceux-ci, le processus de durcissement à la vapeur présente certains inconvénients du point de vue de la consommation d'énergie : (a) une pression de vapeur élevée est nécessaire pour obtenir une température élevée ;(b) l'efficacité de la conduction thermique depuis l'extérieur du câble est faible et (c) une grande quantité d'énergie est consommée par le conducteur du câble, ce qui entraîne une efficacité thermique inférieure et également un temps de réaction de réticulation plus long.Le durcissement par rayonnement est un candidat pour les procédés secs.Cependant, il présente le problème que l'accumulation d'électrons arrêtée et/ou formée dans la couche isolante par irradiation peut également induire une rupture partielle en forme d'arbre pendant et après l'irradiation.C'est complètement différent du « processus sans eau ».Comme le câble polymère contient une humidité élevée et de grands vides, le processus de durcissement est nécessaire.Outre les avantages ci-dessus, les matériaux semi-conducteurs peuvent être facilement introduits dans le processus de durcissement par rayonnement, ce qui n'est pas facile dans le cas d'un processus de durcissement à la vapeur, car la plupart des matériaux ne peuvent pas résister à la température et à la pression élevées.
La technique de greffage par rayonnement confère également la conductivité à la matrice.Il s’agit de la méthode unique de combinaison d’une matrice conductrice avec une matrice isolante.Cette technique implique la désactivation du polymère du squelette avec un monomère approprié par greffage et dépôt ultérieur du polymère conducteur sur la surface active du squelette.Outre le comportement isolant, le polymère peut dans ce cas se comporter comme un polymère conducteur.Bien qu'il ne soit pas encore établi, il peut présenter plusieurs applications potentielles telles que le blindage EMI, les revêtements conducteurs et les agents antistatiques.Bhattacharya et al.ont préparé les composites polymère – FEP-g- (AA) – PPY et polymère – FEP-g- (sty) – PPY.Dans un premier temps, le polymère-FEP a été irradié à partir d'une source de Co-60 et le film a ensuite été plongé dans différents pourcentages de monomères.Le PPy a ensuite été déposé sur la surface greffée par polymérisation oxydative du pyrrole en utilisant du chlorure ferrique comme oxydant.Les résistances de surface sont diminuées et sont de l'ordre de 104 à 105 ohm/cm2.La résistance superficielle dépend du pourcentage de greffage de monomères.En utilisant cette technique, la conductivité superficielle plutôt que la conductivité globale peut être augmentée.Le comportement photoconducteur du film peut également être conféré par une technique de greffage.L'acétate de cellulose-g-(N-vinylcarbazole) et l'acétate de cellulose-g-(N-vinylcarbazole-méthacylate de méthyle) sont des exemples de film photoconducteur.
Dans l'industrie des câbles électriques, on utilise principalement du polyéthylène, du chlorure de polyvinyle (PVC) et des caoutchoucs EPDM.Le polyéthylène est utilisé en raison de ses excellentes propriétés électriques et de sa durée de vie plus longue.Le polyéthylène basse densité est préféré au polyéthylène haute densité pour plusieurs raisons. Les raisons sont les suivantes : (a) plus de flexibilité ;(b) une rigidité diélectrique supérieure à celle du polyéthylène haute densité ;(c)durée de vie plus longue que le PEHD ;(d) moins difficile à traiter que le PEHD et (e) moins de risque d'inclusion de vides dans l'isolation du LDPE, ce qui provoque une ionisation.Malgré tous ces avantages, le LDPE a ses propres limites en tant que matériau d'isolation des câbles.Étant un polymère thermoplastique, il a une température de ramollissement d'environ 105 à 115 ⬚C et a tendance à se fissurer sous contrainte lorsqu'il est en contact avec certains agents tensioactifs.La réticulation des molécules de polyéthylène améliore les propriétés thermiques et physiques tandis que ses propriétés électriques restent largement inchangées.Le polyéthylène réticulé n’est donc plus un polymère thermoplastique.Il se ramollit au point de fusion cristalline du polyéthylène et prend une consistance élastique, semblable à celle du caoutchouc, propriété qu'il conserve lors de nouvelles augmentations de température, jusqu'à ce qu'il se carbonise sans fondre à 300⬚C.La tendance à la fissuration sous contrainte disparaît totalement et une très bonne résistance au vieillissement à l'air chaud est acquise.Les câbles en polyéthylène réticulé sont largement préférés en raison de leurs excellentes propriétés électriques et physiques.Il est capable de supporter des courants importants, résiste à un petit rayon de courbure et est léger, ce qui permet une installation facile et fiable, c'est-à-dire qu'il est exempt de limitations de hauteur puisqu'il n'est composé d'aucune huile et est donc exempt de défaillances dues à la migration de l'huile dans l'huile. câble de terrain.De plus, il ne nécessite généralement pas de gaine métallique. Ainsi, il est exempt des défaillances propres aux câbles à gaine métallique, de la corrosion et de la fatigue.De nos jours, la réticulation par rayonnement est appliquée industriellement non seulement au polyéthylène mais également à d'autres polymères tels que le polychlorure de vinyle, le polyisobutylène, etc. Le PVC à lui seul est un polymère extrêmement instable.Elle n'a commencé à acquérir une importance commerciale qu'après le développement de moyens efficaces de stabilisation.À l'aide d'agents modificateurs (stabilisants, plastifiants, charges et autres additifs), le PVC peut présenter un large spectre de propriétés, allant d'extrêmement rigide à très flexible.La diversité de ses applications et son faible coût expliquent son importance sur le marché mondial.
Pour augmenter l'efficacité de la réticulation, les polymères sont très rarement utilisés sous leur forme pure.Plastifiants, antioxydants, charges ont leur rôle respectif pour conférer les propriétés requises.L'addition est meilleure pendant le processus de réticulation.Des plastifiants sont ajoutés aux polymères pour réduire la fragilité du produit polymère.Ils affectent la réticulation lorsqu'ils participent à la génération de radicaux libres ou entrent dans les réactions de propagation.Le phtalate de dibutyle, le phosphate de tritolyle et le phosphate de diallyle sont les exemples courants de plastifiants pour le PVC.La flexibilité et l'élasticité, très importantes dans l'isolation électrique, sont améliorées par l'ajout de plastifiants au PVC.En fait, dans le cas du PVC, qui est polaire en raison de sa structure déséquilibrée, il donne lieu à de fortes liaisons intermoléculaires qui unissent rigidement les chaînes macromoléculaires et les rendent inflexibles.Les antioxydants sont un autre groupe d'additifs, qui sont nécessaires pour tout mélange réticulé conçu dans le but pratique de comparer une stabilité thermooxydative plus élevée à une production de polymère.Habituellement, ils affectent la réticulation en piégeant les radicaux, qui peuvent former des réticulations.RC (4,4-thio-bis(6-tert-butyl-3-méthylphénol), MB(Mercapto benzoimidazole) sont les exemples d'antioxydants utilisés par Ueno et al. En plus des plastifiants et des antioxydants, des colorants sont nécessaires, car les matériaux d'isolation des fils sont utilisés en particulier pour les appareils électroménagers. Les colorants pour les plastiques comprennent une variété de matériaux inorganiques et organiques. Les additifs décolorés ne sont pas préférés dans ce domaine. Des charges sont généralement ajoutées pour améliorer leurs propriétés physico-mécaniques et leur aptitude à la transformation. Un effet positif des charges peut être observé lors de la réticulation par irradiation. On a constaté que le rendement en radicaux dans le polyéthylène était augmenté de 50 % lorsqu'une petite quantité (0,05 %) d'aérosol est ajoutée. Il a été supposé qu'une production plus élevée de radicaux a lieu à l'interphase aérosol– polyéthylène, où les macromolécules peuvent être dans l'état de non-équilibre des contraintes non compensées. Avec une teneur plus élevée en charge, un transfert d'énergie de la charge vers la phase polymère peut se produire et ainsi contribuer à un rendement plus élevé en radicaux libres.De plus, la combinaison de l'irradiation avec un mélange réactif peut affecter la localisation des réticulations le long des chaînes polymères.
En bref, le rayonnement joue un rôle important dans le traitement des polymères utilisé dans le domaine électrique. La « réticulation par rayonnement » est le phénomène par lequel les propriétés des polymères peuvent être améliorées.C'est la méthode la plus avancée, comme la « vulcanisation », qui comporte certaines limites.L'efficacité de la réticulation peut être améliorée par le choix de monomères appropriés.Dans le processus de réticulation par rayonnement, l'ajout de plastifiants, de charges et d'ignifugeants est très efficace dans le processus de réticulation par rayonnement.La méthode de radioréticulation est également très utile dans la préparation de matériaux semi-conducteurs.En dehors de cela, une technique de greffage par rayonnement peut également être utilisée pour préparer le film composite conducteur et les films ayant un comportement photoconducteur.
Heure de publication : 02 mai 2017