Abstrakt: Stručne je opísaný princíp zosieťovania, klasifikácia, formulácia, proces a vybavenie silánom zosieťovaného polyetylénového izolačného materiálu na drôty a káble a niektoré charakteristiky silánového prírodne zosieťovaného polyetylénového izolačného materiálu pri aplikácii a použití, ako aj sú uvedené faktory ovplyvňujúce stav zosieťovania materiálu.
Kľúčové slová: Silane cross-linking; Prirodzené zosieťovanie; polyetylén; Izolácia; Drôt a kábel
Káblový materiál zo silánového zosieťovaného polyetylénu je teraz široko používaný v priemysle drôtov a káblov ako izolačný materiál pre nízkonapäťové silové káble. Materiál na výrobu zosieťovaných drôtov a káblov a peroxidové zosieťovanie a ožiarenie v porovnaní s požadovaným výrobným zariadením je jednoduchý, ľahko ovládateľný, nízke komplexné náklady a ďalšie výhody, sa stal popredným materiálom pre nízke -napäťový zosieťovaný kábel s izoláciou.
1.Silanom zosieťovaný káblový materiál princíp zosieťovania
Pri výrobe silánom zosieťovaného polyetylénu sú zahrnuté dva hlavné procesy: očkovanie a zosieťovanie. V procese očkovania stráca polymér svoj atóm H na terciárnom atóme uhlíka pôsobením voľného iniciátora a pyrolýzou na voľné radikály, ktoré reagujú so skupinou –CH = CH2 vinylsilánu za vzniku očkovaného polyméru obsahujúceho trioxysilylester skupina. V procese zosieťovania sa očkovaný polymér najprv hydrolyzuje v prítomnosti vody za vzniku silanolu a -OH kondenzuje so susednou skupinou Si-OH za vzniku väzby Si-O-Si, čím sa polymér zosieťuje. makromolekuly.
2.Silanom zosieťovaný káblový materiál a spôsob jeho výroby káblov
Ako viete, existujú dvojstupňové a jednostupňové výrobné metódy pre silanové zosieťované káble a ich káble. Rozdiel medzi dvojstupňovou metódou a jednostupňovou metódou spočíva v tom, kde sa vykonáva proces vrúbľovania silánom, v procese vrúbľovania u výrobcu káblového materiálu pre dvojstupňovú metódu, v procese vrúbľovania v závode na výrobu káblov pre jednokroková metóda. Dvojstupňový silánom zosieťovaný polyetylénový izolačný materiál s najväčším podielom na trhu sa skladá z takzvaných materiálov A a B, pričom materiálom A je polyetylén očkovaný silánom a materiálom B je predzmes katalyzátora. Izolačné jadro sa potom zosieťuje v teplej vode alebo pare.
Existuje ďalší typ dvojstupňového silánom zosieťovaného polyetylénového izolátora, kde sa materiál A vyrába iným spôsobom, zavedením vinylsilánu priamo do polyetylénu počas syntézy, aby sa získal polyetylén so silánovými rozvetvenými reťazcami.
Jednokroková metóda má tiež dva typy, tradičný jednokrokový proces predstavuje rôzne suroviny podľa vzorca v pomere špeciálneho presného dávkovacieho systému, do špeciálne navrhnutého špeciálneho extrudéra v jednom kroku na dokončenie štepenia a vytláčania. káblové izolačné jadro, v tomto procese žiadna granulácia, nie je potrebná účasť závodu na výrobu káblového materiálu, aby továreň na káble dokončila sama. Toto jednostupňové zariadenie na výrobu silanových zosieťovaných káblov a technológia formulácie sa väčšinou dováža zo zahraničia a je drahé.
Iný typ jednostupňového silánového sieťovaného polyetylénového izolačného materiálu vyrábajú výrobcovia káblových materiálov, sú všetky suroviny podľa vzorca v pomere špeciálnej metódy zmiešania dohromady, zabalené a predávané, neexistuje materiál A a B materiál, káblové zariadenie môže byť priamo v extrudéri na dokončenie kroku v rovnakom čase štepenie a vytláčanie jadra izolácie kábla. Jedinečnou vlastnosťou tejto metódy je, že nie sú potrebné drahé špeciálne extrudéry, keďže proces vrúbľovania silanu je možné dokončiť v bežnom extrudéri z PVC a dvojkroková metóda eliminuje potrebu miešania materiálov A a B pred extrúziou.
3. Zloženie prípravku
Formulácia silánom zosieťovaného polyetylénového káblového materiálu sa vo všeobecnosti skladá zo základného materiálu živice, iniciátora, silánu, antioxidantu, inhibítora polymerizácie, katalyzátora atď.
(1) Základná živica je vo všeobecnosti polyetylénová živica s nízkou hustotou (LDPE) s indexom toku taveniny (MI) 2, ale v poslednej dobe, s rozvojom technológie syntetických živíc a nákladovými tlakmi, sa začal používať aj lineárny polyetylén s nízkou hustotou (LLDPE). použitá alebo čiastočne použitá ako základná živica pre tento materiál. Rôzne živice majú často významný vplyv na očkovanie a zosieťovanie v dôsledku rozdielov v ich vnútornej makromolekulárnej štruktúre, takže formulácia bude upravená použitím rôznych základných živíc alebo rovnakého typu živice od rôznych výrobcov.
(2) Bežne používaným iniciátorom je diizopropylperoxid (DCP), kľúčom je pochopiť rozsah problému, príliš málo na to, aby spôsobilo silanové vrúbľovanie, nestačí; príliš veľa na to, aby spôsobilo sieťovanie polyetylénu, čo znižuje jeho tekutosť, povrch extrudovaného izolačného jadra drsný, ťažko stláčateľný systém. Pretože množstvo pridaného iniciátora je veľmi malé a citlivé, je dôležité ho rovnomerne rozptýliť, preto sa vo všeobecnosti pridáva spolu so silánom.
(3) Silán sa vo všeobecnosti používa vinylový nenasýtený silán, vrátane vinyltrimetoxysilánu (A2171) a vinyltrietoxysilánu (A2151), kvôli rýchlej rýchlosti hydrolýzy A2171, takže si vyberte A2171 viac ľudí. Podobne je problém s pridávaním silanu, súčasní výrobcovia káblových materiálov sa snažia dosiahnuť jeho spodnú hranicu, aby znížili náklady, pretože silan sa dováža, cena je drahšia.
(4) Antioxidant má zabezpečiť stabilitu spracovania polyetylénu a kábla proti starnutiu a pridaný antioxidant v procese očkovania silánom má za úlohu inhibovať reakciu vrúbľovania, takže proces očkovania, pridanie antioxidantu aby ste boli opatrní, pridaná suma zohľadňuje množstvo DCP, aby zodpovedalo výberu. V dvojkrokovom procese zosieťovania môže byť väčšina antioxidantu pridaná do hlavnej zmesi katalyzátora, čo môže znížiť vplyv na proces očkovania. Pri jednokrokovom procese sieťovania je antioxidant prítomný v celom procese vrúbľovania, preto je dôležitejší výber druhu a množstva. Bežne používané antioxidanty sú 1010, 168, 330 atď.
(5) Inhibítor polymerizácie sa pridáva, aby sa inhibovalo určité očkovanie a proces zosieťovania vedľajších reakcií, v procese vrúbľovania sa pridáva činidlo proti zosieťovaniu, môže účinne znížiť výskyt zosieťovania C2C, čím sa zlepší tekutosti spracovania, navyše pridaniu štepu za rovnakých podmienok bude predchádzať hydrolýza silánu na inhibítore polymerizácie môže znížiť hydrolýzu očkovaného polyetylénu, aby sa zlepšila dlhodobá stabilita vrúbľovaného materiálu.
(6) Katalyzátory sú často deriváty organocínu (okrem prirodzeného zosieťovania), najbežnejším je dibutylcíndilaurát (DBDTL), ktorý sa vo všeobecnosti pridáva vo forme predzmesi. V dvojkrokovom procese sa štep (materiál A) a predzmes katalyzátora (materiál B) zabalia oddelene a materiály A a B sa zmiešajú pred pridaním do extrudéra, aby sa zabránilo predbežnému zosieťovaniu materiálu A. V prípade jednostupňových silánom zosieťovaných polyetylénových izolácií polyetylén v obale ešte nie je navrúbľovaný, takže nevzniká problém s predbežným zosieťovaním a preto nie je potrebné katalyzátor baliť samostatne.
Okrem toho sú na trhu dostupné zložené silány, ktoré sú kombináciou silánu, iniciátora, antioxidantu, niektorých mazadiel a činidiel proti medi a vo všeobecnosti sa používajú v jednostupňových metódach sieťovania silánov v káblových závodoch.
Preto formulácia silánom zosieťovanej polyetylénovej izolácie, ktorej zloženie sa nepovažuje za veľmi zložité a je k dispozícii v príslušných informáciách, ale vhodné výrobné formulácie podliehajú určitým úpravám s cieľom finalizácie, čo si vyžaduje úplnú pochopenie úlohy komponentov vo formulácii a zákonitosti ich vplyvu na výkon a ich vzájomného ovplyvňovania.
V mnohých druhoch káblových materiálov sa silánom zosieťovaný káblový materiál (buď dvojkrokový alebo jednokrokový) považuje za jedinú škálu chemických procesov vyskytujúcich sa pri vytláčaní, iné druhy, ako je polyvinylchloridový (PVC) káblový materiál a káblový materiál z polyetylénu (PE), proces extrúznej granulácie je procesom fyzického miešania, aj keď k chemickému zosieťovaniu a ožarovaniu zosieťovaného káblového materiálu, či už v procese extrúznej granulácie alebo extrúzneho systému Kábel, nedochádza k žiadnemu chemickému procesu , takže v porovnaní s výrobou silánom zosieťovaného káblového materiálu a vytláčaním izolácie káblov je kontrola procesu dôležitejšia.
4. Dvojstupňový proces výroby silánovej zosieťovanej polyetylénovej izolácie
Výrobný proces dvojstupňového silánom zosieťovaného polyetylénového izolačného materiálu A možno stručne znázorniť na obrázku 1.
Obrázok 1 Výrobný proces dvojstupňového silánom zosieťovaného polyetylénového izolačného materiálu A
Niektoré kľúčové body vo výrobnom procese dvojkrokovej silánovej zosieťovanej polyetylénovej izolácie:
(1) Sušenie. Keďže polyetylénová živica obsahuje malé množstvo vody, pri vytláčaní pri vysokých teplotách voda rýchlo reaguje so silylovými skupinami za vzniku zosieťovania, čo znižuje tekutosť taveniny a vytvára predbežné zosieťovanie. Hotový materiál po ochladení vodou obsahuje aj vodu, ktorá môže v prípade neodstránenia spôsobiť aj predzosieťovanie a musí sa tiež vysušiť. Na zabezpečenie kvality sušenia sa používa hĺbková sušiaca jednotka.
(2) Meranie. Keďže presnosť zloženia materiálu je dôležitá, vo všeobecnosti sa používa dovážaná váha na zníženie hmotnosti. Polyetylénová živica a antioxidant sa merajú a privádzajú cez prívodný otvor extrudéra, zatiaľ čo silán a iniciátor sa vstrekujú čerpadlom kvapalného materiálu do druhého alebo tretieho valca extrudéra.
(3) Výtlačné štepenie. Proces vrúbľovania silanu je ukončený v extrudéri. Procesné nastavenia extrudéra, vrátane teploty, kombinácie závitoviek, rýchlosti závitovky a rýchlosti podávania, sa musia riadiť zásadou, že materiál v prvej časti extrudéra sa môže úplne roztaviť a rovnomerne premiešať, keď nie je žiaduci predčasný rozklad peroxidu. a že úplne jednotný materiál v druhej sekcii extrudéra sa musí úplne rozložiť a proces vrúbľovania je dokončený. Typické teploty sekcie extrudéra (LDPE) sú uvedené v tabuľke 1.
Tabuľka 1 Teploty zón dvojstupňového extrudéra
| Pracovná zóna | Zóna 1 | Zóna 2 | Zóna 3 ① | Zóna 4 | Zóna 5 |
| Teplota P °C | 140 | 145 | 120 | 160 | 170 |
| Pracovná zóna | Zóna 6 | Zóna 7 | Zóna 8 | Zóna 9 | Ústa zomrieť |
| Teplota °C | 180 | 190 | 195 | 205 | 195 |
①je miesto, kde sa pridáva silan.
Rýchlosť závitovky extrudéra určuje čas zotrvania a miešací účinok materiálu v extrudéri, ak je čas zdržania krátky, rozklad peroxidu je neúplný; ak je doba zotrvania príliš dlhá, viskozita vytláčaného materiálu sa zvyšuje. Vo všeobecnosti by mal byť priemerný čas zotrvania granúl v extrudéri kontrolovaný v polčase rozpadu iniciátora 5-10 krát. Rýchlosť podávania má určitý vplyv nielen na dobu zotrvania materiálu, ale aj na miešanie a strihanie materiálu, veľmi dôležitá je aj voľba vhodnej rýchlosti podávania.
(4) Balenie. Dvojstupňový silánový zosieťovaný izolačný materiál by mal byť zabalený v hliníkovo-plastových kompozitných vreckách na priamom vzduchu, aby sa odstránila vlhkosť.
5. Jednostupňový proces výroby izolačného materiálu zo silánom zosieťovaného polyetylénu
Jednostupňový silánový zosieťovaný polyetylénový izolačný materiál z dôvodu jeho procesu vrúbľovania je v továrni na káble vytláčaný izolačným jadrom kábla, takže teplota vytláčania izolácie kábla je výrazne vyššia ako pri dvojkrokovej metóde. Hoci jednostupňový silánom zosieťovaný polyetylénový izolačný vzorec bol plne zohľadnený pri rýchlom rozptyle iniciátora a silánu a šmyku materiálu, ale proces vrúbľovania musí byť zaručený teplotou, ktorou je jednostupňový silánom zosieťovaný polyetylén vo výrobnom závode na výrobu izolácií sa opakovane zdôrazňovala dôležitosť správnej voľby teploty vytláčania, všeobecná odporúčaná teplota vytláčania je uvedená v tabuľke 2.
Tabuľka 2 Teplota extrudéra v jednom kroku pre každú zónu (jednotka: ℃ )
| Zóna | Zóna 1 | Zóna 2 | Zóna 3 | Zóna 4 | Príruba | Hlava |
| Teplota | 160 | 190 | 200 až 210 | 220 až 230 | 230 | 230 |
Toto je jedna zo slabín jednostupňového procesu silánom zosieťovaného polyetylénu, ktorý sa vo všeobecnosti nevyžaduje pri vytláčaní káblov v dvoch krokoch.
6.Výrobné zariadenia
Výrobné zariadenie je dôležitou zárukou riadenia procesu. Výroba silánových zosieťovaných káblov vyžaduje veľmi vysoký stupeň presnosti riadenia procesu, takže výber výrobného zariadenia je obzvlášť dôležitý.
Výroba dvojstupňového silánového zosieťovaného polyetylénového izolačného materiálu A zariadenia na výrobu materiálu, v súčasnosti viac domáci izotropný paralelný dvojzávitovkový extrudér s dovážaným beztiažovým vážením, takéto zariadenia môžu spĺňať požiadavky na presnosť riadenia procesu, výber dĺžky a priemeru dvojzávitovkový extrudér, aby sa zabezpečila doba zotrvania materiálu, výber dovážaného beztiažového váženia na zabezpečenie presnosti zložiek. Samozrejme, existuje veľa detailov vybavenia, ktorým je potrebné venovať plnú pozornosť.
Ako už bolo spomenuté, jednostupňové zariadenia na výrobu silanových zosieťovaných káblov v káblovom závode sa dovážajú, drahé, domáci výrobcovia zariadení nemajú podobné výrobné zariadenia, dôvodom je nedostatočná spolupráca medzi výrobcami zariadení a výskumníkmi receptúr a procesov.
7.Silanový prírodný zosieťovaný polyetylénový izolačný materiál
Silánový prírodný sieťovaný polyetylénový izolačný materiál vyvinutý v posledných rokoch môže byť zosieťovaný v prírodných podmienkach v priebehu niekoľkých dní, bez ponorenia parou alebo teplou vodou. V porovnaní s tradičnou metódou sieťovania silánom môže tento materiál znížiť výrobný proces pre výrobcov káblov, ďalej znižovať výrobné náklady a zvyšovať efektivitu výroby. Silánová prirodzene zosieťovaná polyetylénová izolácia je čoraz viac uznávaná a používaná výrobcami káblov.
V posledných rokoch dozrela domáca silánová izolácia z prírodného zosieťovaného polyetylénu, ktorá sa vyrába vo veľkých množstvách, s určitými výhodami v cene v porovnaní s dovážanými materiálmi.
7. 1 Nápady na formuláciu silánových prirodzene zosieťovaných polyetylénových izolácií
Silánové prírodné zosieťované polyetylénové izolácie sa vyrábajú v dvojstupňovom procese s rovnakým zložením, ktoré pozostáva zo základnej živice, iniciátora, silánu, antioxidantu, inhibítora polymerizácie a katalyzátora. Zloženie silánových prírodných zosieťovaných polyetylénových izolátorov je založené na zvýšení rýchlosti silánového vrúbľovania materiálu A a výbere účinnejšieho katalyzátora ako sú silánové teplovodné sieťované polyetylénové izolátory. Použitie materiálov A s vyššou rýchlosťou vrúbľovania silánom v kombinácii s účinnejším katalyzátorom umožní rýchle zosieťovanie silánom zosieťovaného polyetylénového izolátora aj pri nízkych teplotách a nedostatočnej vlhkosti.
A-materiály pre dovážané silánové prirodzene zosieťované polyetylénové izolátory sa syntetizujú kopolymerizáciou, kde obsah silánu môže byť kontrolovaný na vysokej úrovni, zatiaľ čo výroba A-materiálov s vysokými rýchlosťami očkovania očkovaním silanu je náročná. Základná živica, iniciátor a silán použité v receptúre by sa mali meniť a upravovať, pokiaľ ide o rozmanitosť a pridávanie.
Výber rezistu a úprava jeho dávkovania sú tiež kľúčové, pretože zvýšenie rýchlosti očkovania silánu nevyhnutne vedie k väčšiemu počtu vedľajších zosieťovacích reakcií CC. Aby sa zlepšila tekutosť spracovania a stav povrchu materiálu A pre následné vytláčanie kábla, je potrebné vhodné množstvo inhibítora polymerizácie na účinnú inhibíciu CC zosieťovania a predchádzajúceho zosieťovania.
Okrem toho zohrávajú katalyzátory dôležitú úlohu pri zvyšovaní rýchlosti zosieťovania a mali by byť vybrané ako účinné katalyzátory obsahujúce prvky bez prechodných kovov.
7. 2 Doba zosieťovania silánom prirodzene zosieťovaných polyetylénových izolácií
Čas potrebný na dokončenie zosieťovania silanovej izolácie z prírodného zosieťovaného polyetylénu v prirodzenom stave závisí od teploty, vlhkosti a hrúbky izolačnej vrstvy. Čím vyššia je teplota a vlhkosť, tým je hrúbka izolačnej vrstvy tenšia, tým kratší je potrebný čas zosieťovania a naopak dlhší. Keďže teplota a vlhkosť sa líšia v závislosti od regiónu a sezóny, dokonca aj na rovnakom mieste a v rovnakom čase, teplota a vlhkosť sa dnes a zajtra budú líšiť. Preto by mal užívateľ počas používania materiálu určiť čas zosieťovania podľa miestnej a prevládajúcej teploty a vlhkosti, ako aj špecifikácie kábla a hrúbky izolačnej vrstvy.
Čas odoslania: 13. augusta 2022