مواد پليمري كه براي حفاظت در برابر شعله در عايق كابلها به كار مي‌رود در همه جنبه‌هارضايت بخش نيستند، زيرا پاره‌اي تركيبات آنها،در حين آتش سوزي مقادير زيادي دود ومواد شيميايي خورنده توليد مي‌كنند. شركتهاي برق به تركيبات جديد عايق ضد آتش‌سوزي پليمري براي كابلها كه در ولتاژهاي كم و متوسط استفاده مي‌شوند، نياز دارند.فعاليت اكتشافي EPRI در اين زمينه، نمونه‌اي از ارزش يك پژوهش در ارتباط و مشاوره‌نزديك با توليد كنندگان پليمر، تامين كنندگان مواد شيميايي، توليد كنندگان كابل وشركتهاي برق است. نتيجه اين پژوهش، توليد دو تركيب پليمري است كه امكان تاخير درآتش سوزي را فراهم مي‌آورد و اكنون در حال ارزيابي از طرف يك توليد كننده كابل براي‌توليد تجاري است. نوشتار حاضر درباره چگونگي روند اجراي اين پژوهش و كشف فرمول‌جديد و چگونگي همكاري گروههاي مختلف با EPRI در اين زمينه بحث مي‌كند.
شايد پليمرهاي مصنوعي كه شامل‌زنجيره‌اي از واحدهاي ملكولي‌اند كه تعدادو ساختار شيميايي آنها، خواص ماده راتعيين مي‌كند، قابل تغييرترين گروه از موادموجود باشند. براي تغيير و اصلاح پليمري‌مصنوعي با گستره وسيعي از مشخصات‌مورد نظر، انواع گوناگوني از افزودنيها بكارمي‌رود. فرمولاسيونهاي اوليه پليمرها دراوايل قرن بيستم توليد شدند و امروزپليمرها براي مصارف بسيار متنوعي از گيره‌سر تا اجزاي شاتل‌هاي فضايي بكارمي‌روند. چنين به نظر مي‌رسد كه تركيبات‌پليمري از نظر تعداد بي پايان است. شناخته‌شده‌ترين پليمرها، پلي اولفين‌ها مانند پلي‌پروپيلين و پلي اتيلين ماده اوليه هزاران‌محصول مورد نياز روزمره انسانها مانندكيسه‌هاي پلاستيكي، بطري شامپو، گلدان،سطل آشغال و…است.
در صنعت برق، عايقكاري انواع‌تجهيزات توزيع يا انتقال شامل كابلها،ترانسفورماتورها، خازنها و ماشينهاي دوار به‌وسيله پليمرها انجام مي‌شود. دوار به وسيله‌پليمرها انجام مي‌شود. اجزاي اوليه عايق‌سيمها و كابلها، پلي اولفين‌ها و پليمرهاي‌اولفين است. براي پليمرها مصارف معمولي‌ديگري در صنعت برق وجود دارد كه كمترشناخته شده‌اند. اين مصارف عبارتند از:غشاء جداكننده، الكتروليت باتريهاي‌پيشرفته، بدنه خودروهاي برقي، پوششهاي‌ضد خوردگي، لوله، قطعات سيستمهاي‌كنترل محيط زيست و دستكش كارگران‌خطوط نيرو.
پليمرهايي مانند پلي اولفين‌ها هم براي‌روكش و هم به عنوان عايق كابلهاي انتقال‌نيرو استفاده مي‌شوند. مشخصات اين نوع‌پليمرها مانند عدم هدايت الكتريكي كه افت‌انرژي را به حداقل مي‌رساند، مصرف آنها را به عنوان عايق و روكش كابلها مناسب كرده‌است. اين پليمرها كه توليد آنها ساده است،در دماهاي بالا نرم بوده و امكان‌قالب‌گيري،پرس كاري و اكستروژن آنها دراشكال و ابعاد مختلف وجود دارد. اين‌پليمرها بعد از سرد شدن سخت مي‌شوند.پليمرها با خواص مكانيكي متفاوت (نرم وتاشو تا بسيار سخت) براي كاربردهاي خاص‌مناسب‌اند.
با وجود اين مزاياي فرمولاسيونهاي پلي‌اولفين خالص به دليل اين كه از كربن وهيدروژن تشكيل شده، مستعد شعله وري‌است. گرچه آتش سوزي كابلها به ندرت‌اتفاق مي‌افتد ولي از آنجا كه اغلب كابلهاي‌ولتاژ پايين و متوسط تا پنج كيلووات) درشبكه‌هاي توزيع و نيروگاهها به صورت‌فشرده در راك‌ها = سيني‌ها، كانال‌ها ومحفظه‌ها قرار مي‌گيرند، امكان آتش سوزي‌وجود دارد. براي كاهش احتمال آتش سوزي‌كابلها. عايق و روكش كابلها در مناطقي كه‌احتمال آتش سوزي وجود دارد ازپليمرهايي كه هالوژنها و يا هيدروكسيدفلزات غير هالوژنه (مانندتري هيدرات‌آلومينيوم) به تركيب آنها اضافه شده است،ساخته مي‌شوند. اگر چه افزودن اين‌تركيبات به پليمرها مقاومت آنها را در مقابل‌آتش سوزي افزايش مي‌دهد ولي اين‌تركيبات معايبي نيز دارند.
در هنگام آتش سوزي، پلي وينيل كلرايدگاز هيدروژن هاليد آزاد مي‌كند. اين گاز وقتي‌با اكسيد آنتيمون تركيب شود يك سيستم‌ضد آتش‌سوزي به وجود مي‌آورد. در اين‌صورت مقادير قابل توجهي دود توليدمي‌شود كه مسموميت زا و ناايمن است.همچنين گازهاي هيدروژن هاليد، خورنده بوده و لذا خطر خوردگي تجهيزات وجوددارد. پليمرهاي حاوي آلومينيم تري هيدرات‌در هنگام آتش سوزي توليد آب كرده وشعله را مهار مي‌كنند ولي مقادير زيادي آلومينيوم‌تري هيدرات بايد به پليمر اضافه شود تا خاصيت ضد آتش سوزي به وجودآيد. افزودن اين ماده خواص مكانيكي پليمررا تحت تاثير قرار مي‌دهد به قسمي كه پليمر حاصل، سفت و مستعد ترك خوردن يا نازك‌شدن بر اثر كشيدگي و سايش است. از سوي‌ديگر به دليل خاصيت هدايت الكتريكي‌هيدرات آلومينيوم، تركيب پليمري اين ماده‌تنها براي روكش كابلها مناسب است و به‌دليل پرت انرژي ناشي از هدايت الكتريكي‌براي عايق كابلها الكتريكي براي عايق كابلهامناسب نيست.
طرح مساله
از اواخر سالهاي دهه 1980، EPRIتحقيقاتي را براي مشخص كردن مصارف‌جديد پليمرهاي پيشرفته دنبال مي‌كرد. درسال 1991، EPRI براي آگاهي از آخرين‌فعاليتهاي تحقيقاتي پليمر، پروفسور الي‌پيرس (EliPearec) سرپرست‌انستيتوي تحقيقات پليمر دانشگاه پلي‌تكنيك نيويورك را دعوت به همكاري كرد.پيرس در مورد فن آوريها و مصارف جديدپليمرها، نظرات مهمي داشت. اين ديدگاهها،سيمور آلبرت (يكي از اعضاي EPRI) رامتقاعد كرد كه فن آوري پيشرفته، خواهدتوانست فرمولاسيون جديدي از پليمرهاي‌ضد حريق مورد نياز صنعت برق براي عايقكاري كابلها قدرت توليد كند.
آلبرت مي‌گويد: >ساير محققان سعي‌كرده بودند كه مساله را به استفاده فعلي ازافزودنيهاي هالوژن و هيدروكسيد فلزات محدود كنند. ما با اين پرسش كه (آيا راه‌ديگري وجود دارد؟) شروع كرديم. ما بدنبال افزودنيهاي ضد حريق ديگري بوديم كه همه‌محصولات جانبي و ناخواسته از آتش‌سوزي را حذف كند. نتيجه كار ممكن بود فقط محصولات فعلي را اندكي اصلاح كند.ولي ما به امكان توليد عايق ضد حريق‌پليمري با خواص خوب فيزيكي، امكان‌توليد آسان، قيمت ارزان و غير آلاينده محيطزيست فكر مي‌كرديم.
با اين طرز تفكر بر نشتاين (متخصص‌پليمر در EPRI) و جان استرينجر (دانشمندعلم مواد و فن آوريهاي اجرايي در بخش‌تحقيقات استراتژيك) با پيرس در موردامكان توسعه پليمري ضد حريق جديد وارد مذاكره شدند. وي، ادويل (Ed Wil) استاددانشگاه پلي تكنيك نيويورك كه داراي سابقه كار در صنايع شيميايي بود را براي اين‌كار معرفي كرد. ويل پيشنهاد پروژه تحقيقاتي‌در اين زمينه را آماده كرد. پيشنهاد پروژه داراي اين ويژگي بود كه چنانچه بخشهايي ازآن از حمايت مالي برخوردار نمي‌شد قابل‌حذف بود. بخش تحقيقات اكتشافي EPRI تامين بودجه اين طرح سه ساله را به عهده‌گرفت. اگر چه ويل هدف پروژه را مي‌دانست اما نقشه روشني براي رسيدن به آن نداشت.براي پي بردن به نيازهاي واقعي صنعت‌برق، برنشتاين، ويل را به نمايندگان شركت برق اديسون نيويورك معرفي كرد. ويل باكمك نمايندگان صنعت برق و با جست‌وجودر انتشارات علمي تلاش كرد كه اطلاعاتي‌در مورد پليمرها جمع آوري كند. وي بانمايندگاني از شركتهاي Akoz Nobe l،ATqT، كابلسازي BICC،BP، DuPont،Mosanto، South Wire، UnionCarbide گفتگو كرد و آنها راهنمايي‌هاي‌ارزشمندي در مورد استانداردهاي پليمرهاي‌ضد حريق و روشهاي آزمايش آن ارايه‌كردند. ويل با مشورت شركتهاي توليدكننده‌كابل و انستيتو ملي استاندارد و فن‌آوري و باكمك EBRI براي انتخاب مواد ضد آتش‌سوزي آزمايشهايي انجام داد.
ويل مي‌گويد: ما در خلاء تحقيق‌نمي‌كرديم. روش كار مشخص بود و افرادي‌وجود داشتند كه از آنها سوال مي‌كرديم. باجمع‌آوري نظرات صنعتگران برق،توليدكنندگان و اطلاعات بازار ما پي برديم كه فرمولاسيونهاي پليمري ضد آتش‌سوزي‌بايد چگونه باشند و چه تركيباتي در دسترس‌است. كدام فرمولاسيونها از نظر صنعت برق‌ترجيح دارد و براي آينده چه چيز مورد نيازاست.<
آلبرت مي‌گويد >در تحقيقات، همه چيزآن گونه كه فكر مي‌كنيد موفقيت‌آميز نيست‌ولي معمولا اطلاعات خوبي در موردموضوع به دست مي‌آيد.
پس از مرحله جمع آوري اطلاعات،مرحله آزمايشهاي پروژه شروع شد. در اين‌مرحله، از محققي به نام وي مينگ زو(Wiminq Zhu) از دانشگاه ايالتي اوكلاهما به عنوان دانشجوي دوره فوق دكتراثبت نام بعمل آمد. وظيفه وي توليدمخلوطهاي مختلف پليمري و انجام‌محاسبات آزمايشگاهي بود. پس از چنددوره سعي و خطا ويل و زو فرمولاسيون ضد حريق خوبي به دست آوردند. از نظرتوليد، اين فرمولاسيون نويد بخش بود. افزودنيهاي مورد نظر قابل تهيه و ارزان‌بودند. فرمولاسيون مزبور شامل ملامين،پلي فنيلين اكسيد (PPO) و سيلانتيد كالوين‌بود. ويل مي‌گويد: >از اين كه فرمولاسيون‌ضد آتش‌سوزي نويد بخشي به دست آمد،بسيار خشنود شديم. ما دريافتيم كه‌فرمولاسيون به دست آمده با چند نمونه ازپلي‌اولفين‌ها كه داراي مزاياي آشكار است، همخواني دارد. سه جزء افزودني ضروري‌براي تشكيل اين فرمولاسيون ارزان قيمت ومناسب عايق‌بندي كابلهاي ولتاژ پايين است.
سپس توجه ويل و زو معطوف به يافتن‌فرمولاسيون مناسب روكش شد به نحوي كه‌اجازه سرايت گرما و شعله را از عايق ندهد.بعد از فعاليتهاي زياد آزمايشگاهي با استفاده‌از تركيبات ملامين نتايج مطلوب به دست آمد.
آزمايشهاي ويل و زو بر روي صفحات‌پليمري انجام شده بود. براي اين كه از اين‌پليمرها به عنوان عايق و روكش كابل‌استفاده شود. بايد امكان اكسترود پليمرهاوجود داشته باشد. محققان بنا به تقاضايEPRI در آزمايشگاه نمونه‌هاي كوچك‌اكسترود فرمولا سيونهاي جديد را نشان دهند. ولي هنوز راه زيادي تا تجاري شدن‌نتايج تحقيقات در پيش است. بر اساس‌توافق نامه‌اي، ليسانس استفاده از اين فن‌آوري به شركت BICC واگذار شده است.شركت BICC تلاش مي‌كند كه نتايج به‌دست آمده را تجاري كند.
استرينجر مي‌گويد: >تحقيقات اكتشافي‌نه تنها جنبه علمي دارد بلكه جنبه تجاري‌آنها بايد مد نظر باشد. توليدات و روندهايي‌كه از پژوهشهاي اكتشافي حاصل مي‌شودباعث سود آوري شركتها است و آنها را به سوي مرزهاي نو سوق مي‌دهد. امروزه روندتقاضاي فن آوري پيشرفته توسط مشتريان‌سريعتر از گذشته است. يكي از راههاي اجابت اين تقاضا ادامه كار در زمينه‌هايي‌است كه در آن اميد اكتشاف و نوآوري است. البته احتمال شكست و ناكامي نيز وجوددارد. ولي بايد گفت تنها شكست حتمي دردرازمدت ناشي از دست روي دست گذاشتن‌و تلاش نكردن خواهد بود.
برگردان:دارا فتوحي
منابع: Schovber,J,In search of Fire-Resistant Cables, The EPRI Journal,Nov, Dec 1997, Vol 22, No,6, pp22-29, http:/WWW, epri, com /EPRIJournal
ماهنامه صنعت برق