પોલિમર ઇલેક્ટ્રિકલ એપ્લિકેશન્સ ભાગ 2

વિદ્યુત ક્ષેત્રમાં, વિદ્યુત વાયર અને કેબલ્સ માટે જરૂરી વસ્તુઓમાંની એક ઇન્સ્યુલેટીંગ અને જેકેટીંગ સામગ્રી છે.ઘણા વર્ષો સુધી, પાવર કેબલ માટે પૂર્વ-પ્રખ્યાત ઇન્સ્યુલેશન સામગ્રી તેના ઉત્તમ વિદ્યુત ગુણધર્મોને કારણે તેલ-ઇમ્પ્રિગ્નેટેડ કાગળ હતી.તે અતિશય બગાડ વિના ઉચ્ચ ડિગ્રી થર્મલ ઓવરલોડનો સામનો કરવાની ક્ષમતા પણ ધરાવે છે.જો કે, તેની હાઇગ્રોસ્કોપિક પ્રકૃતિને લીધે, ધાતુના આવરણમાં ભેજ કાટ લાગેલો છે.તેથી, પાવરકેબલ ઇન્સ્યુલેશન સામગ્રીની લાંબા સમયથી જરૂર અનુભવાતી હતી, જેમાં થર્મોપ્લાસ્ટિક સામગ્રીની બિન-હાઈગ્રોસ્કોપિક પ્રકૃતિનું સંયોજન હતું.

ક્રોસલિંક્ડ પોલિમરની તૈયારી બે અલગ અલગ પદ્ધતિઓ દ્વારા કરી શકાય છે.એક રાસાયણિક પદ્ધતિ છે અને બીજી આયનાઇઝિંગ પદ્ધતિ છે.ક્રોસલિંકિંગની આ અસરની અનુભૂતિ 150 વર્ષથી વધુ જૂની હોવા છતાં, આયનાઇઝિંગ રેડિયેશનની ક્રોસલિંકિંગ અસર ચાર્લ્સબી દ્વારા પ્રથમ વખત નિર્ણાયક રીતે દર્શાવવામાં આવી હતી.કિરણોત્સર્ગ ક્રોસલિંકિંગ પદ્ધતિ નાના કદના અને પાતળા વાયર માટે સૌથી વધુ ઉત્પાદક છે અને તેથી ઇલેક્ટ્રિક અને ઇલેક્ટ્રોનિક સાધનો માટે વપરાતા વાયર રેડિયેશન ક્રોસલિંકિંગ પદ્ધતિ દ્વારા બનાવવામાં આવ્યા છે.ઓછી ઉર્જાનો વપરાશ અને નાની જગ્યાની જરૂર હોવાને કારણે પદ્ધતિ ફાયદાકારક છે.કિરણોત્સર્ગ પ્રક્રિયા સરળતાથી નિયંત્રિત થાય છે અને ઊર્જા બચત તેમજ પ્રદૂષણ નિયંત્રિત કરવાની ક્ષમતા ધરાવે છે.રેડિયેશન ક્રોસલિંકિંગના વિશિષ્ટ લક્ષણોનો સારાંશ નીચે મુજબ છે: (1) ઉત્પાદન લાઇનની ઝડપને નિયંત્રિત કરી શકાય છે.હાઇ સ્પીડ કવરિંગ (એક્સ્ટ્રુઝન) શક્ય છે, કારણ કે ક્રોસલિંકિંગ એજન્ટની જરૂર નથી.ઉચ્ચ શક્તિ અને ઓછી ઉર્જા સાથે પ્રવેગકના ઉપયોગ દ્વારા, ઝડપી ક્યોરિંગ પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.(2) ક્રોસલિંકિંગ એકરૂપતા ઉત્તમ છે.યોગ્ય મશીન પસંદ કરીને અને વાયર ફીડિંગ માટે શ્રેષ્ઠ ડિઝાઇન અપનાવીને સમાન ક્રોસલિંકિંગ કરી શકાય છે.(3) રેડિયેશન ક્રોસલિંકિંગ પ્રક્રિયા દ્વારા ક્રોસલિંકિંગની ડિગ્રીના આધારે વિવિધ પ્રકારના પોલિમર તૈયાર કરી શકાય છે.તદુપરાંત, સ્ટીમ ક્યોરિંગ પ્રક્રિયા કરતાં રેડિયેશન ક્યોરિંગ પ્રક્રિયા વધુ પ્રાધાન્યક્ષમ છે.સ્ટીમ ક્યોરિંગ પ્રક્રિયામાં, ઉચ્ચ વરાળના દબાણ હેઠળ પોલિમર સ્તરમાં પાણી પ્રવેશવાથી સંખ્યાબંધ 'માઈક્રોવોઈડ્સ' સર્જાય છે, જે કેબલ સેવામાં હોય ત્યારે વૃક્ષના આકારના આંશિક ડિસ્ચાર્જ ભંગાણને પ્રેરિત કરી શકે છે.જો કે ઘટના ઘણી જટિલ છે, વૃક્ષો ઉગી શકે છે અને કેબલની ડાઇલેક્ટ્રિક તાકાતમાં ઘટાડો લાવી શકે છે.આ સિવાય, ઉર્જા વપરાશના દૃષ્ટિકોણથી સ્ટીમ ક્યોરિંગ પ્રક્રિયામાં કેટલીક ખામીઓ છે: (a) ઉચ્ચ તાપમાન મેળવવા માટે ઉચ્ચ વરાળ દબાણ જરૂરી છે;(b) કેબલની બહારથી થર્મલ વહનની કાર્યક્ષમતા ઓછી છે અને (c) કેબલ કંડક્ટર દ્વારા મોટી માત્રામાં ઉર્જાનો વપરાશ થાય છે, જેના પરિણામે થર્મલ કાર્યક્ષમતા ઓછી થાય છે અને ક્રોસલિંકિંગ પ્રતિક્રિયા માટે લાંબો સમય પણ મળે છે.રેડિયેશન ક્યોરિંગ શુષ્ક પ્રક્રિયાઓ માટે ઉમેદવાર છે.જો કે, તેમાં સમસ્યા છે કે ઇરેડિયેશન નહેરો દ્વારા ઇન્સ્યુલેશન લેયરમાં ઇલેક્ટ્રોનનું નિર્માણ અટકી જાય છે અને/અથવા બને છે તે ઇરેડિયેશન દરમિયાન અને પછી વૃક્ષના આકારના આંશિક ભંગાણને પ્રેરિત કરે છે.તે 'પાણી-મુક્ત પ્રક્રિયા'થી સંપૂર્ણપણે અલગ છે.પોલિમર કેબલમાં ઉચ્ચ ભેજ અને મોટી ખાલી જગ્યાઓ હોવાથી, ઉપચાર પ્રક્રિયા જરૂરી છે.ઉપરોક્ત ફાયદાઓ ઉપરાંત, રેડિયેશન ક્યોરિંગ પ્રક્રિયામાં સેમિકન્ડક્ટર મટિરિયલ્સ સરળતાથી દાખલ થઈ શકે છે જે સ્ટીમ ક્યોરિંગ પ્રક્રિયાના કિસ્સામાં સરળ નથી કારણ કે મોટાભાગની સામગ્રી ઊંચા તાપમાન અને દબાણનો સામનો કરી શકતી નથી.

કિરણોત્સર્ગ કલમ બનાવવાની તકનીક મેટ્રિક્સને વાહકતા પણ પ્રદાન કરે છે.મેટ્રિક્સને ઇન્સ્યુલેટીંગ પર વહન કરવાની આ અનોખી પદ્ધતિ છે.આ ટેકનીકમાં બેકબોન પોલિમરને યોગ્ય મોનોમર સાથે નિષ્ક્રિય કરવાનો સમાવેશ થાય છે.ઇન્સ્યુલેટીંગ વર્તણૂક સિવાય, આ કિસ્સામાં પોલિમર વાહક તરીકે વર્તે છે.જો કે તે હજુ સુધી સ્થાપિત થયું નથી, તે EMI શિલ્ડિંગ, કંડક્ટિંગ કોટિંગ્સ અને એન્ટિસ્ટેટિક એજન્ટ્સ જેવી ઘણી સંભવિત એપ્લિકેશનો પ્રદર્શિત કરી શકે છે.ભટ્ટાચાર્ય એટલ.કમ્પોઝીટ પોલિમર-FEP-g-(AA)-PPY અને પોલિમર-FEP-g-(sty)-PPY તૈયાર કર્યા છે.સૌપ્રથમ, પોલિમર-એફઇપી Co-60 સ્ત્રોત સ્વરૂપે ઇરેડિયેટેડ હતું અને પછી ફિલ્મને મોનોમર્સની વિવિધ ટકાવારીમાં ડૂબવામાં આવી હતી.PPy પછી ઓક્સિડન્ટ તરીકે ફેરિક ક્લોરાઇડનો ઉપયોગ કરીને પિરોલના ઓક્સિડેટીવ પોલિમરાઇઝેશન દ્વારા કલમી સપાટી પર જમા કરવામાં આવ્યું હતું.સપાટીના પ્રતિકારમાં ઘટાડો થયો છે અને તે 104–105ohm/cm2 ના ક્રમમાં છે.સપાટીનો પ્રતિકાર મોનોમર્સની કલમ બનાવવાની ટકાવારી પર આધાર રાખે છે.આ તકનીકનો ઉપયોગ કરીને, બલ્ક વાહકતાને બદલે સપાટીની વાહકતા વધારી શકાય છે.ફિલ્મની ફોટોકન્ડક્ટિંગ વર્તણૂક પણ કલમ બનાવવાની તકનીક દ્વારા આપી શકાય છે.સેલ્યુલોઝ એસિટેટ-જી-(એન-વિનાઇલ કાર્બાઝોલ) અને સેલ્યુલોઝ એસિટેટ-જી-(એન-વિનાઇલ કાર્બાઝોલ-મિથાઇલ મેથાસીલેટ) એ ફોટોકન્ડક્ટિંગ ફિલ્મના ઉદાહરણો છે.

ઇલેક્ટ્રિકલ કેબલ ઉદ્યોગમાં, મુખ્યત્વે પોલિઇથિલિન, પોલિવિનાઇલ ક્લોરાઇડ (PVC), EPDM રબરનો ઉપયોગ થાય છે.પોલિઇથિલિનનો ઉપયોગ તેના ઉત્તમ વિદ્યુત ગુણધર્મો અને તેની લાંબી અવધિને કારણે થાય છે.ઘણાં કારણોને લીધે ઓછી ઘનતાવાળા પોલિઇથિલિનને ઉચ્ચ-ઘનતાવાળા પોલિઇથિલિન કરતાં પ્રાધાન્ય આપવામાં આવે છે. કારણો નીચે મુજબ છે: (a) વધુ લવચીકતા;(b) ઉચ્ચ ઘનતા પોલિઇથિલિન કરતાં વધુ ડાઇલેક્ટ્રિક તાકાત;(c) HDPE કરતાં લાંબુ આયુષ્ય;(d) HDPE કરતાં પ્રક્રિયા કરવામાં ઓછી મુશ્કેલી અને (e) LDPE ના ઇન્સ્યુલેશનમાં ખાલી જગ્યાઓનો સમાવેશ થવાનું ઓછું જોખમ, જે આયનીકરણનું કારણ બને છે.આવા તમામ ફાયદાઓ હોવા છતાં, કેબલ ઇન્સ્યુલેશન સામગ્રી તરીકે LDPE ની પોતાની મર્યાદાઓ છે.થર્મોપ્લાસ્ટિક પોલિમર હોવાને કારણે, તે 105-115⬚C ની આસપાસ નરમ તાપમાન ધરાવે છે અને જ્યારે તે ચોક્કસ સપાટી-સક્રિય એજન્ટો સાથે સંપર્કમાં હોય ત્યારે તણાવ તિરાડ થવાની વૃત્તિ ધરાવે છે.પોલિઇથિલિન પરમાણુઓનું ક્રોસલિંકિંગ થર્મલ તેમજ ભૌતિક ગુણધર્મોને સુધારે છે જ્યારે તેના વિદ્યુત ગુણધર્મો મોટાભાગે યથાવત રહે છે.ક્રોસલિંક્ડ પોલિઇથિલિન, તેથી, હવે થર્મોપ્લાસ્ટિક પોલિમર નથી.તે પોલિઇથિલિનના સ્ફટિકીય ગલનબિંદુ પર નરમ પડે છે અને સ્થિતિસ્થાપક, રબર જેવી સુસંગતતા ધારણ કરે છે, જે તે 300⬚C પર ઓગળ્યા વિના કાર્બનાઇઝ્ડ થાય ત્યાં સુધી તે તાપમાનના વધુ વધારા દરમિયાન જાળવી રાખે છે.તાણ-તિરાડની વૃત્તિ સંપૂર્ણપણે અદૃશ્ય થઈ જાય છે અને ગરમ હવામાં વૃદ્ધત્વ માટે ખૂબ જ સારો પ્રતિકાર પ્રાપ્ત થાય છે.ક્રોસલિંક્ડ પોલિઇથિલિન કેબલ તેના ઉત્તમ વિદ્યુત અને ભૌતિક ગુણધર્મોને કારણે વ્યાપકપણે પસંદ કરવામાં આવે છે.તે મોટા પ્રવાહો વહન કરવા સક્ષમ છે, નાના ત્રિજ્યાના વળાંક સામે ટકી શકે છે અને વજનમાં હલકું છે, જે સરળ અને વિશ્વસનીય સ્થાપન માટે પરવાનગી આપે છે, એટલે કે તે ઊંચાઈની મર્યાદાઓથી મુક્ત છે કારણ કે તેમાં કોઈપણ તેલનો સમાવેશ થતો નથી અને તેથી તે તેલમાં તેલના સ્થળાંતરને કારણે નિષ્ફળતાઓથી મુક્ત છે. ફીલ્ડ કેબલ.તેને સામાન્ય રીતે ધાતુના આવરણની પણ જરૂર હોતી નથી. આમ, તે ધાતુના આવરણવાળા કેબલ, કાટ અને થાક જેવી વિલક્ષણ નિષ્ફળતાઓથી મુક્ત છે.આજકાલ, રેડિયેશન ક્રોસલિંકિંગ ઔદ્યોગિક રીતે માત્ર પોલિઇથિલિન જ નહીં પરંતુ અન્ય પોલિમર પર પણ લાગુ થાય છે જેમ કે પોલિવિનાઇલ ક્લોરાઇડ, પોલિસોબ્યુટિલિન વગેરે. તેની પોતાની પીવીસી અત્યંત અસ્થિર પોલિમર છે.સ્થિરીકરણના અસરકારક માધ્યમોના વિકાસ પછી જ તેનું વ્યાપારી મહત્વ પ્રાપ્ત થવા લાગ્યું.મોડિફાઇંગ એજન્ટ્સ (સ્ટેબિલાઇઝર, પ્લાસ્ટિસાઇઝર્સ, ફિલર્સ અને અન્ય એડિટિવ્સ) ની મદદથી, પીવીસીને અત્યંત કઠોરથી લઈને ખૂબ જ લવચીક સુધીના ગુણધર્મોના વિશાળ સ્પેક્ટ્રમને પ્રદર્શિત કરવા માટે બનાવી શકાય છે.તેની એપ્લિકેશનની વિવિધતા અને તેની ઓછી કિંમત વિશ્વ બજારમાં તેના મહત્વ માટે જવાબદાર છે.

ક્રોસલિંકિંગ કાર્યક્ષમતા વધારવા માટે, પોલિમર્સ તેમના શુદ્ધ સ્વરૂપમાં ભાગ્યે જ ઉપયોગમાં લેવાય છે.પ્લાસ્ટિસાઇઝર્સ, એન્ટીઑકિસડન્ટો, ફિલર જરૂરી ગુણધર્મો પ્રદાન કરવા માટે પોતપોતાની રીતે તેમની ભૂમિકા ધરાવે છે.ક્રોસલિંકિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન ઉમેરા વધુ સારું છે.પોલિમર પ્રોડક્ટની બરડતાને ઘટાડવા માટે પોલિમરમાં પ્લાસ્ટિસાઇઝર્સ ઉમેરવામાં આવે છે.જ્યારે પણ તેઓ ફ્રીરેડિકલની ઉત્પત્તિમાં ભાગ લે છે અથવા પ્રચારિત પ્રતિક્રિયાઓમાં પ્રવેશ કરે છે ત્યારે તેઓ ક્રોસલિંકિંગને અસર કરે છે.ડીબ્યુટાઈલ ફેથલેટ, ટ્રાઈટોલીલ ફોસ્ફેટ અને ડાયલીલ ફોસ્ફેટ એ પ્લાસ્ટિસાઇઝર થી પીવીસીના સામાન્ય ઉદાહરણો છે.લવચીકતા અને સ્થિતિસ્થાપકતા, જે વિદ્યુત ઇન્સ્યુલેશનમાં ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે, પીવીસીમાં પ્લાસ્ટિસાઇઝર્સ ઉમેરીને સુધારેલ છે.વાસ્તવમાં પીવીસીના કિસ્સામાં, જે અસંતુલિત માળખાને કારણે ધ્રુવીય છે, તે મજબૂત આંતર-પરમાણુ બંધનોને જન્મ આપે છે, જે મેક્રોમોલેક્યુલર સાંકળોને સખત રીતે જોડે છે, એકસાથે તેને અસ્થિર બનાવે છે.એન્ટિઓક્સિડન્ટ્સ એ એડિટિવ્સનું બીજું જૂથ છે, જે પોલિમર ઉત્પાદન પર ઉચ્ચ થર્મોક્સિડેટીવ સ્થિરતાની તુલના કરવાના વ્યવહારિક હેતુ માટે રચાયેલ કોઈપણ ક્રોસલિંક્ડ મિશ્રણ માટે જરૂરી છે.સામાન્ય રીતે તેઓ સ્કેવેન્જિંગ રેડિકલ દ્વારા ક્રોસલિંકિંગને અસર કરે છે, જે ક્રોસલિંક બનાવી શકે છે.RC (4,4-thio-bis(6-tert-butyl-3-methyl phenol), MB(Mercapto benzoimidazole) એ એન્ટીઑકિસડન્ટોના ઉદાહરણો છે જેનો ઉપયોગ Ueno et al દ્વારા કરવામાં આવે છે. પ્લાસ્ટિસાઇઝર્સ અને એન્ટીઑકિસડન્ટો ઉપરાંત, કલરન્ટ્સ જરૂરી છે, કારણ કે વાયર ઇન્સ્યુલેશન સામગ્રી ખાસ કરીને ઉપકરણો માટે વપરાય છે. પ્લાસ્ટિક માટેના રંગોમાં વિવિધ અકાર્બનિક અને કાર્બનિક પદાર્થોનો સમાવેશ થાય છે. આ ક્ષેત્રમાં રંગીન ઉમેરણો પસંદ કરવામાં આવતા નથી. ફિલર સામાન્ય રીતે તેમના ભૌતિક-યાંત્રિક ગુણધર્મો અને પ્રક્રિયાક્ષમતા સુધારવા માટે ઉમેરવામાં આવે છે. ફિલર્સની સકારાત્મક અસર થઈ શકે છે. ઇરેડિયેશન ક્રોસલિંકિંગ દરમિયાન અવલોકન કરો. એવું જાણવા મળ્યું છે કે પોલિઇથિલિનમાં રેડિકલની ઉપજ 50% વધી હતી, જ્યારે એરોસિલની થોડી માત્રા (0.05%) ઉમેરવામાં આવે છે. એવું માનવામાં આવે છે કે ઇન્ટરફેસ એરોસિલ પર રેડિકલનું ઊંચું ઉત્પાદન થાય છે. પોલિઇથિલિન, જ્યાં મેક્રોમોલેક્યુલ્સ બિન-સંતુલન સ્થિતિમાં હોઈ શકે છે ભરપાઈ વિનાની તાણ. ફિલરની ઉચ્ચ સામગ્રી સાથે, ફિલરમાંથી પોલિમર તબક્કામાં ઊર્જાનું સ્થાનાંતરણ થઈ શકે છે અને આમ ફ્રીરેડિકલ્સની ઊંચી ઉપજમાં ફાળો આપે છે.વધુમાં, પ્રતિક્રિયાશીલ મિશ્રણ સાથે ઇરેડિયેશનનું સંયોજન પોલિમર સાંકળો સાથે ક્રોસલિંકના સ્થાનિકીકરણને અસર કરી શકે છે.

ટૂંકમાં, વિદ્યુત ક્ષેત્રમાં ઉપયોગમાં લેવાતી પોલિમર પ્રક્રિયામાં રેડિયેશન મહત્વની ભૂમિકા ભજવે છે. 'રેડિયેશન ક્રોસલિંકિંગ' એ એવી ઘટના છે જેના દ્વારા પોલિમરના ગુણધર્મોને સુધારી શકાય છે.તે સૌથી અદ્યતન પદ્ધતિ છે જેમ કે 'વલ્કેનાઈઝેશન' કેટલીક મર્યાદાઓ ધરાવે છે.ક્રોસલિંકિંગ કાર્યક્ષમતા યોગ્ય મોનોમર્સની પસંદગી દ્વારા સુધારી શકાય છે.રેડિયેશન ક્રોસલિંકિંગ પ્રક્રિયામાં, રેડિયેશન ક્રોસલિંકિંગ પ્રક્રિયામાં પ્લાસ્ટિસાઇઝર્સ, ફિલર્સ અને ફ્લેમ રિટાર્ડન્ટ ઉમેરા તદ્દન અસરકારક છે.રેડિયેશનક્રોસલિંકિંગ પદ્ધતિ સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીની તૈયારીમાં પણ ખૂબ ઉપયોગી છે.આ ઉપરાંત, રેડિયેશન ગ્રાફ્ટિંગ ટેકનિકનો ઉપયોગ ફોટોકન્ડક્ટિંગ વર્તણૂક સાથે કંડક્ટિંગ કમ્પોઝિટ ફિલ્મ અને ફિલ્મ્સ તૈયાર કરવા માટે પણ કરી શકાય છે.