۱. مقدمه

نوار نایلونی نیمه رسانا، متشکل از مواد نایلونی با پوشش‌های نیمه رسانا، کاربردهای گسترده‌ای در حوزه کابل پیدا کرده است. این نوار عمدتاً برای محافظت و اتصال کابل‌ها، به ویژه در کابل‌های برق ولتاژ بالا و ولتاژ فوق بالا استفاده می‌شود. با تضعیف مؤثر قدرت میدان الکتریکی، به بهبود پایداری و ایمنی عملکرد کابل کمک می‌کند. با افزایش تقاضا برای کابل‌های با کارایی بالا در سیستم‌های قدرت مدرن، سیستم‌های ارتباطی و سایر زمینه‌ها، تحقیق و توسعه فناوری‌های جدید برای نوار نایلونی نیمه رسانا به طور فزاینده‌ای حیاتی شده است.

۲. مواد جدید و کاربردهای آنها

۲.۱ مواد نانوکامپوزیت

- یکی از روندهای قابل توجه در فناوری نوار نایلونی نیمه رسانا، استفاده از مواد نانوکامپوزیت است. به عنوان مثال، ترکیب نانولوله‌های کربنی (CNTs) در ماتریس نایلون، امکانات جدیدی را ایجاد کرده است. نانولوله‌های کربنی دارای رسانایی الکتریکی و استحکام مکانیکی بسیار بالایی هستند. هنگامی که به طور یکنواخت در رزین نایلون پراکنده می‌شوند، می‌توانند یک شبکه رسانا در داخل نوار تشکیل دهند. این امر نه تنها خواص نیمه رسانای نوار را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد، بلکه عملکرد مکانیکی آن را نیز افزایش می‌دهد.

- تحقیقات نشان داده است که مقدار کمی (معمولاً ۱ تا ۵ درصد وزنی) از نانولوله‌های کربنی چند جداره که به ماتریس نایلون اضافه می‌شوند، می‌توانند مقاومت سطحی نوار نایلونی نیمه رسانا را چندین برابر کاهش دهند. در همین حال، استحکام کششی و مدول خمشی نوار را می‌توان ۲۰ تا ۵۰ درصد در مقایسه با نوارهای نایلونی نیمه رسانای سنتی افزایش داد. این به این دلیل است که نانولوله‌های کربنی هم به عنوان پرکننده‌های رسانا و هم به عنوان عوامل تقویت‌کننده عمل می‌کنند و نیروهای بین مولکولی را در ماده نایلونی تقویت می‌کنند.

- مثال دیگر، استفاده از نانوکامپوزیت‌های مبتنی بر گرافن است. گرافن، یک ماده کربنی دوبعدی با خواص الکتریکی، حرارتی و مکانیکی عالی، می‌تواند با نایلون ترکیب شود تا نوارهای نایلونی نیمه رسانا با کارایی بالا ایجاد شود. نانوصفحات گرافن را می‌توان از طریق روش‌های اختلاط محلولی یا پلیمریزاسیون درجا به طور یکنواخت در ماتریس نایلون توزیع کرد. نوار کامپوزیتی حاصل، رسانایی الکتریکی، توانایی دفع گرما و پایداری شیمیایی بیشتری را نشان می‌دهد. این نوار می‌تواند در برابر شرایط سخت محیطی مانند رطوبت بالا و تغییرات دما که در محیط‌های عملیاتی کابل رایج هستند، مقاومت بهتری داشته باشد.

۲.۲ مواد مقاوم در برابر شعله با عملکرد بالا

- در پاسخ به الزامات فزاینده ایمنی در برابر آتش‌سوزی در سیستم‌های کابلی، مواد جدید مقاوم در برابر شعله با عملکرد بالا در نوارهای نایلونی نیمه رسانا معرفی شده‌اند. به عنوان مثال، افزودنی‌های مقاوم در برابر شعله مبتنی بر فسفر-نیتروژن توسعه یافته و در ماتریس نایلونی گنجانده شده‌اند. این افزودنی‌ها از طریق ترکیبی از مکانیسم‌های مقاوم در برابر شعله فاز گازی و فاز متراکم عمل می‌کنند.

- در فاز گازی، هنگامی که نوار در معرض دمای بالا قرار می‌گیرد، افزودنی‌های مبتنی بر فسفر-نیتروژن تجزیه می‌شوند و گازهای غیرقابل اشتعال مانند آمونیاک و مشتقات اسید فسفریک آزاد می‌کنند. این گازها غلظت اکسیژن و محصولات پیرولیز قابل اشتعال را در اطراف نوار رقیق می‌کنند و فرآیند احتراق را سرکوب می‌کنند. در فاز متراکم، محصولات تجزیه یک لایه زغال روی سطح نوار تشکیل می‌دهند. این لایه زغال به عنوان یک مانع فیزیکی عمل می‌کند و از انتقال بیشتر گرما و اکسیژن جلوگیری می‌کند و از سوختن ماده نایلونی زیرین محافظت می‌کند.

- علاوه بر این، برخی از سیستم‌های ضد حریق متورم‌شونده نیز بر روی نوارهای نایلونی نیمه رسانا اعمال شده‌اند. این سیستم‌ها شامل یک منبع کربن (مانند نشاسته یا پلی‌ال)، یک منبع اسید (مانند پلی فسفات آمونیوم) و یک عامل پف‌دهنده (مانند ملامین) هستند. هنگامی که گرم می‌شوند، منبع اسید تجزیه شده و اسید فسفریک آزاد می‌کند که باعث آب‌زدایی و کربنی شدن منبع کربن می‌شود. عامل پف‌دهنده همزمان تجزیه شده و گاز تولید می‌کند و باعث می‌شود لایه کربنی شده منبسط شده و یک لایه زغال متخلخل و فومی تشکیل دهد. این لایه زغال متورم‌شونده دارای خواص عایق حرارتی و ضد حریق عالی است و به طور مؤثر مقاومت در برابر آتش نوار نایلونی نیمه رسانا را افزایش می‌دهد.

۳. فرآیندهای تولید پیشرفته

۳.۱ فناوری پوشش دقیق

- پوشش‌دهی دقیق، فرآیندی کلیدی در تولید نوارهای نایلونی نیمه‌رسانا با کیفیت بالا است. روش پوشش‌دهی شیاردار به دلیل قابلیت‌های پوشش‌دهی با دقت بالا، به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. در این فرآیند، محلول پوشش‌دهی نیمه‌رسانا، که ممکن است حاوی پرکننده‌های رسانا (مانند کربن سیاه، CNTها یا گرافن)، چسب‌ها و سایر افزودنی‌ها باشد، به طور دقیق اندازه‌گیری و به یک شیاردار تغذیه می‌شود.

- قالب شیاردار دارای یک شکاف ماشینکاری شده دقیق است که از طریق آن محلول پوشش بر روی زیرلایه نایلونی متحرک اکسترود می‌شود. با کنترل دقیق پارامترهایی مانند عرض شکاف، سرعت پوشش و ویسکوزیته محلول، ضخامت لایه نیمه رسانا را می‌توان در یک محدوده تلرانس بسیار باریک، معمولاً ± 0.005 تا 0.01 میلی‌متر، کنترل کرد. این امر رسانایی یکنواخت و عملکرد ثابت را در کل سطح نوار تضمین می‌کند.

- برای مثال، در تولید نوارهای نایلونی نیمه رسانا برای کابل‌های برق ولتاژ بالا، روش پوشش‌دهی شیاردار می‌تواند تضمین کند که لایه نیمه رسانا ضخامت یکنواختی دارد، که برای حفظ توزیع پایدار میدان الکتریکی در داخل کابل بسیار مهم است. علاوه بر این، این روش می‌تواند عیوب پوشش مانند تغییرات ضخامت، رگه‌ها و حباب‌ها را کاهش دهد و کیفیت کلی و قابلیت اطمینان نوار نایلونی نیمه رسانا را بهبود بخشد.

۳.۲ فناوری تولید و ادغام مداوم

- تولید مداوم و فناوری یکپارچه‌سازی، فرآیند تولید نوارهای نایلونی نیمه رسانا را متحول کرده است. خطوط تولید مدرن به گونه‌ای طراحی شده‌اند که از تغذیه مواد اولیه تا پیچیدن نهایی محصول نهایی، به طور مداوم کار کنند.

- برای مثال، یک خط تولید پیوسته کاملاً خودکار می‌تواند با باز کردن پیچ مواد پایه نایلونی شروع شود و به دنبال آن عملیات پوشش‌دهی، خشک کردن، پخت و برش مداوم انجام شود. کل فرآیند توسط یک سیستم اتوماسیون پیشرفته کنترل می‌شود که می‌تواند پارامترهای کلیدی مانند دما را در زمان واقعی کنترل و تنظیم کند.