پروکساید چیست؟
پروکساید در ساخت پلیمرها و الاستومرها و عمدتا به عنوان ماده پخت برای پلیمرها و الاستومرها مورد استفاده قرار می گیرد. پروکساید ها نیز بسته به کاربردشان دو 2 نوع مورد استفاده قرار میگیرند:
پروکساید خامه ای یا خمیری (DCBP_ 2,4-Dichlorobenzoyl peroxide)
این نوع از پروکساید معمولا جهت مصرف برای اکستروژن کاربرد دارد.
پروکساید شکری (Dicumyl peroxide_DCP)
پروکساید شکری به صورت یک ماده جامد و بلوری است غیر قابل حل در آب و حلال در روغن نباتی و حلال های آلی می باشد. این نوع پروکساید معمولا در قالب سازی ها و جهت مولدینگ با موادی مانند سیلیکون ترکیب میشوند و نیاز به دمای بالایی جهت ذوب دانه بندی ها و ترکیب با سیلیکون دارند.
پروکساید یا پراکسید(Peroxide) بیشتر از نیم قرن است که به‌عنوان ماده بهبود دهنده در ترکیب با پلیمرهای مصنوعی ازجمله مواد پلاستیکی عایق بیرونی انواع سیم و کابل سیلیکونی، مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ماده در صنعت کابل فشار قوی سیلیکونی جایگاه ویژه‌ای دارد، چون به ترکیب و خواص عایق کابل در اوج ولتاژ و بارگذاری داده مقاومت بیشتری می‌دهد. انواع پلیمر مصنوعی متداول‌تر در ساخت کابل مثل پلی‌اتیلن‌ها (PE) و لاستیک سیلیکون (SR) و هر نوع پلیمر قابل انعطاف (الاستومر) دیگری در حالت عادی هم خواص عایق فوق‌العاده و خصوصاً تحمل فشار و دمای بالایی دارند، اما در صنعت برق حوادث آتش‌سوزی یا حتی اوج ولتاژ و بالا رفتن دمای رسانا می‌تواند باعث خرابی آن‌ها شود.
نقطه نرم شدن یا ذوب شدن نسبتاً پایین عایق کابل‌های معمولی، منجر به شکست ترمو مکانیکی یا حتی چکیدن می‌شود و درکل یک ضعف جدی برای کابل به شمار می‌آید. استفاده از پروکساید در پخت و ساخت پلیمرهای عایق کابل، به این تجهیزات خاصیت عملیاتی بسیار بالاتری می‌دهد و عایق کابل را از نظر مکانیکی قوی‌تر می‌کند. کابل نسوز سیلیکونی یکی از متداول‌ترین محصولاتی است که با اضافه کردن پروکساید به مواد پلیمری پایه‌ی عایق کابل ساخته می‌شود و معیار‌های کافی برای اخذ گواهینامه آتش‌نشانی و موارد ایمنی و کارایی دیگر را دارد.
کاربرد پروکساید چیست؟
پروکساید به عنوان یک ضد عفونی کننده، برای از بین بردن باکتری ها مفید می باشد. پروکسیدها به طور گسترده در ترکیب داروها و سایر مواد شیمیایی استفاده می شوند. بیشتر افراد با محلول پروکساید هیدروژن خانگی که یک محلول رقیق پروکساید هیدروژن در آب است، آشنا هستند. نوع ذکر شده برای ضد عفونی و تمیز کردن، دارای 3 درصد پروکساید در آب است. غلظت های بالاتر ممکن است برای مصارف صنعتی استفاده گردد. در حالی که پروکساید 3٪ خانگی یک ماده شیمیایی ایمن است، پروکساید غلیظ بسیار خطرناک است.
پروکسایدها اکسید کننده های قوی هستند و قادر به ایجاد سوختگی های شیمیایی جدی می باشند. برخی از پروکسایدهای آلی مانند (TATP) تری استون تری اکساید و (HMTD) هگزامتیلن تری اکساید دی آمین بسیار منفجره هستند.
این ترکیبات بسیار ناپایدار ممکن است به طور تصادفی با مخلوط کردن استون یا سایر حلال ها ساخته شوند. به همین دلیل مخلوط کردن پراکسایدها با سایر مواد شیمیایی غیر منطقی است، مگر اینکه از واکنش حاصل از آن آگاهی کامل داشته باشید. ترکیبات پروکسایدی باید در ظروف مات و در مکانهای خنک نگهداری شود. گرما و نور واکنش های شیمیایی را با پروکسایدها تسریع می کنند و باید از این عمل جلوگیری کرد.
دیکومیل پروکساید در درجه اول در ساخت پلیمرها و الاستومرها و عمدتا به عنوان ماده پخت برای پلیمرها و الاستومرها مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین دیکومیل پروکساید ممکن است برای پلیمریزاسیون استایرن در محدوده دمای ۱۱۰ / ۱۶۵- درجه سانتیگراد استفاده شود. DCP همچنین ممکن است به عنوان عامل هم افزایی در ترکیب با هالوژن حاوی مهارکننده های شعله مورد استفاده قرار گیرد.
این محصولات به دلیل مقرون به صرفه بودن، ترکیب دقیق، ماندگاری طولانی و عملکرد خوب، بسیار مؤثر واقع شده اند. پلیمرهایی که می توانند به پروکسایدهای ارگانیک متصل شوند، برای تولید شیلنگ، سیم، لاستیک، مهر و موم لاستیکی و همچنین به عنوان هم افزاینده شعله در پلی استایرن منبسط شده استفاده می شوند. این محصول باید در جای خنک و خشک و دور از حرارت و شعله و در ظرف در بسته قرار گیرد. محل کار باید تهویه داشته باشد تا از آتش سوزی جلوگیری شود و از تنفس یا تماس با پوست جلوگیری شود.
پخت به عنوان یک فرآیند برای تبدیل یک ماده ترموپلاستیک یا الاستومر به یک ترموست یا ولکانیزات تعریف شده است. این فرآیند زنجیره های مولکولی نامحدود پلیمر را به یک شبکه واحد تبدیل می کند که بسیاری از خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مطلوب پلیمر پایه را حفظ می کند. دو فرایند شیمیایی عمده که توسط آن ها پخت اتفاق می افتد، سیستم های پروکساید و گوگرد هستند. سیستم های پروکساید متنوع تر هستند زیرا می توان از آن ها برای پخت پلیمرهای اشباع شده و اشباع نشده استفاده کرد و از این طریق انتخاب گسترده ای از الاستومرها و فرصت های بیشتری برای صرفه جویی در هزینه فراهم می کند.
پراکساید آلی چیست؟
پراکساید آلی مولکولی است که حداقل دارای دو اتم اکسیژن است و توسط یک پیوند منفرد به گروه های شیمیایی آلی متصل می شود. بسته به گروه های جفت شده، این پیوند اکسیژن-ـ اکسیژن برای انفصال در گرما طراحی شده است و یک جفت الکترون به نام “رادیکال” آزاد روی هر اکسیژن در گردش است. این رادیکال های آزاد قادر به ایجاد برخی واکنش های شیمیایی هستند:
- پلیمریزاسیون یک یا چند مونومر
- ترمیم رزینهای گرمازا (پلیمر + مونومر)
- پخت الاستومرها و پلی اتیلن
پروکساید آلی که در اثر حرارت تجزیه شده و رادیکال های آزاد تولید می کنند، منجر به ایجاد یک مکان فعال می شوند. واکنش بین دو مکان فعال یک پیوند مستحکم بین زنجیره های پلیمری و یک شبکه پلیمری با خواص مکانیکی بسیار مطلوبی را ایجاد می کند که در برابر حرارت مقاومت بسیار عالی دارد.
ممکن است این سوال برایتان ایجاد شود که چه چیزی باعث می شود این پروکسایدها نسبت به سایر مواد واکنش پذیرتر باشند؟ جواب فقط ترکیب شیمیایی باقی مولکول هاست. آن ها عمر کمتری نسبت به دی اکسیل پروکساید دارند و بنابراین زمان واکنش سریعتر را در دمای معین فراهم می کنند.
پروکسایدها در صورت نیاز به دمای پخت کمتر، به منظور کاهش زمان پخت، باید به عنوان جایگزینی برای دی اکسیل پروکساید در نظر گرفته شوند. با این حال، برنامه هایی که به دمای پردازش کمی نیاز دارند، می توانند از حساسیت به عمل آمده از دی اکسیل پروکساید استفاده کنند. نوع الاستومر یا پلیمر که باید به هم متصل شود، تعیین می کند که آیا پراکسی کتال ها انتخاب مناسبی هستند یا خیر.
کابل عایق پروکساید یا XLPE چیست و برای چه مواردی استفاده می‌شود؟
عایق پلی‌اتیلن متقاطع یا شبکه‌ای (Peroxide cross-linkable) که معمولاً PEX، XPE یا XLPE نامیده می‌شود، نوعی عایق پلیمری است که با اختلاط یک نوع از پروکسایدهای آلی با پلیمرهای پایه تولید می‌شود. با اضافه کردن پروکساید به مواد اولیه عایق کابل، ساختار مولکولی زنجیره‌ای پلیمری با هدف شبکه‌ای شدن و محکم‌تر شدن، تغییر می‌کند. این ساختار جدید در انواع کابل‌ها خصوصاً کابل‌های فشار قوی، اتصال عرضی و طولی یا شبکه‌ای مواد را به روش شیمیایی صورت می‌دهد و تاب‌آوری عایق را در مقابل دما و فشار مکانیکی بالا می‌برد.
این روش جایگزین بهتر پخت ساده و متداول‌تر پلیمرهای مصنوعی است. در روش‌های ساده پخت پلیمرهای الاستومر، پروکساید جایگاهی ندارد و به جای این ماده از گوگرد استفاده می‌شود.
عمدتاً از کابل‌هایی که پلیمر عایق آن‌ها با روش قدیمی پخت و ساخته می‌شود در شرایط آ‌ب‌وهوایی و کاربری با خطرات ایمنی کمتری استفاده می‌شود و قیمت ارزان‌تری هم دارند. ساخت سیم‌ها و تجهیزات سبک‌تر با استفاده از روش ساده متداول‌تر است، اما برای کابل‌های سنگین، پخت پلیمرهای پایه با پروکساید توصیه می‌شود. استاندارد‌های ایمنی و ساخت مختلف، اغلب قوانین سخت‌گیرانه‌ای در زمینه به‌کارگیری کابل‌های XLPE در سیستم‌هایی که به انتقال جریان الکتریکی بالا تحت شرایط ایمنی مناسب نیاز دارند تدوین کرده است. سیستم‌های اعلام حریق، صنایع سنگین ازجمله صنایع نفتی، هوافضا و… عمده‌ترین مواردی هستند که از کابل‌های عایق پروکساید شده یا شبکه‌ای استفاده می‌کنند. پخت پلیمر با پروکساید روش مناسبی هم برای ساخت عایق انواع سیم و کابل نسوز است و سیستم‌های اعلام حریق به‌طور گسترده‌ای از مزایای این عایق‌ها استفاده می‌کند.
پروکساید چه نقشی در ساخت کابل مقاوم در برابر حریق و حرارت دارد؟
عایق پلی‌اتیلن پروکساید با کد اختصاری XLPE شناخته می‌شود و برای عایق کابل‌های ولتاژ متوسط (MV) و ولتاژ بالا (HV) انواع کابل اعلام و اطفاء حریق و کابل فشار قوی استفاده می‌شود و برای کابل‌های دیگر مثل انواع کابل ابزار دقیق به‌صورت عایق ترجیحی به کار می‌رود. به دلیل پیچیدگی نسبی فرآیند ساخت عایق کابل با استفاده از پروکساید، این فناوری بیشتر برای ساخت انواع سنگین کابل فشار قوی سیلیکونی و کابل اعلام حریق استفاده می‌شود. میزان پروکساید در ترکیب عایق نسبت به مواد اولیه پلیمری خیل کمتر است، برای مثال در یک ترکیب عایق پروکساید، معمولاً ۹۷ درصد از یک پلیمر مبتنی بر اتیلن قابل اتصال فقط با ۱ تا ۳ درصد از یک پروکساید آلی ترکیب می‌شود، اما این ترکیب تا میزان قابل توجهی در مقاومت کابل در برابر سوختگی، عوامل محیطی، خوردگی و فشار مکانیکی تأثیرگذار است. این عایق همچنین عملکرد الکتریکی کابل‌ها را بالا می‌برد و امکان جریان ولتاژ بالاتر در این تجهیزات را فراهم می‌کند.
مزایای پخت با پروکسیدها به جای گوگرد عبارتند از:
- بهترین حفظ خواص پس از کهنگی در گرما
- پخت غیر نیتروزامین
- بهبود مقاومت در برابر مواد شیمیایی و روغن
- فشرده سازی کمتر
- خواص الکتریکی برتر، زیرا به اکسید روی نیازی نیست
- پخت پلیمرهای اشباع شده و اشباع نشده
- طیف گسترده ای از دمای کارکرد
- حفظ رنگ برتر ( بدون تغییر رنگ)
- طیف گسترده ای از عمر پروکساید برای پخت و پردازش.
همچنین پروکسایدها می توانند ترکیب الاستومر موجود در کارخانه را با وجود ماندگاری کوتاه به ترکیب الاستومر با کارایی پایدار تبدیل کنند.
چکیده ای از ایمنی از پروکساید
یکی از مهمترین عواملی که باید هنگام کار با پراکسید آلی رعایت کنید، دمای توصیه شده برای نگهداری است. قرار گرفتن در معرض دمایی که باعث تجزیه سریعتر می شود ، ممکن است منجر به تولید گازهای قابل اشتعال شود.
محل های ذخیره سازی پروکسایدها باید دارای تجهیزات الکتریکی ضد انفجار باشند. هرگونه گاز یا اعوجاج قابل توجه در ظرف را باید با دقت مورد استفاده قرار داد. فقط مقدار کمی از پروکسایدها باید در منطقه پردازش فوری نگهداری شوند.
از تماس با مواد ناسازگار مانند اکسید کننده ها، کاهش دهنده های مواد، اسیدها و … خودداری کنید.
روش و مراحل کلی ساخت کابل با عایق پروکساید
عایق یک کابل پروکساید شده مثل کابل نسوز سیلیکونی دارای ساختار پیوند مولکولی سه بعدی و ویژگی‌های مقاومتی بالاتری است. برای ساخت این عایق ابتدا پلیمرهای پایه، پروکساید و مواد افزودنی با شدت زیاد در دمای زیر ۱۳۰ درجه سانتیگراد باهم مخلوط میشوند. این دمای نسبتاً کم و کنترل شده برای این است که در مواد پلیمری کمترین شکست پلیمری ممکن رخ دهد و مواد هنگام اختلاط خاصیت مولکولی خودشان را از دست ندهند.
در پلیمرها، اتصال مولکولی رشته‌ای یا زنجیره‌ای اهمیت زیادی دارد و دمای کنترل شده برای حفظ رشته‌های مولکولی این مواد اعمال می‌شود. پروکساید مایع باید در دما‌های کاملاً کنترل شده و به شکل مستقیم به حوض مذاب تزریق شود و بلافاصله پس از آن با اختلاط شدید به‌طور بهینه در کل مواد عایق توزیع گردد. بعد از مرحله مخلوط شدن تحت کنترل، ترکیب مذاب یکدست فیلتر شده و گلوله می‌شود. برای کاربرد‌های ولتاژ بالا، برای اطمینان از بالاترین درصد خلوص مواد و بهینه کردن اجرای نهایی عایق، پلیمرهای پایه هم از قبل فیلتر میشوند و منابع آلودگی داخلی و خارجی از آن‌ها حذف می‌شود تا تولید در شرایط اتاق تمیز صورت گیرد. اعمال و اتصال این مخلوط مستقیماً روی قسمت‌های هادی و درونی کابل با دمای بالا و تحت فشار مناسب انجام می‌شود.
مزایا و ویژگی‌های استفاده از کابل با عایق پخته شده با پروکساید
مهمترین فایده به‌کارگیری کابل‌هایی که عایق مناسب و مقاوم‌تری نسبت به کابل‌های معمولی دارند، مقاومت حرارتی بالای این کابل‌ها تا دمای ۳۰۰ درجه سانتیگراد است. ازاین‌جهت این کابل‌ها به‌عنوان کابل نسوز در ساخت خیلی از تجهیزات حساس مثل کابل جرقه زن یا کابل وایر شمع سیلیکونی استفاده می‌شود.
عایق XLPE در دما‌های بالا و پایین به‌خوبی عمل می‌کند. همین‌طور به دلیل ساختاری که دارد در برابر سایش و پارگی بسیار مقاوم است. مقاومت بالایی هم در برابر ولتاژ بالای برق و دمای حاصل از آن یا مواد شیمیایی و سایر مواد خطرناک دارد.
سایر مزایای استفاده از این عایق به شرح زیر است:
- قدرت دی الکتریک بسیار خوب
- مقاومت مکانیکی عالی
- مقاومت بالا در برابر پارگی
- قابلیت ادغام با سیستم‌های مسی و پی وی سی موجود
- احتمال ترکیدن در اثر یخ زدگی را کمتر می‌کند
- طول عمر کابل‌های زیرزمینی را تا حد زیادی بالا می‌برد
- تاب‌آوری حداکثر دمای رسانا
