Povzetek: Na kratko so opisani princip zamreženja, razvrstitev, formulacija, postopek in oprema izolacijskega materiala iz silana zamreženega polietilena za žice in kable ter nekatere značilnosti izolacijskega materiala iz naravno zamreženega polietilena pri uporabi in uporabi. uvedeni so dejavniki, ki vplivajo na stanje zamreženja materiala.
Ključne besede: zamreženje silana; Naravna navzkrižna povezava; polietilen; Izolacija; Žica in kabel
Silanski zamreženi polietilenski kabelski material se zdaj pogosto uporablja v industriji žic in kablov kot izolacijski material za nizkonapetostne električne kable. Material pri izdelavi zamrežene žice in kabla ter zamreženje s peroksidom in zamreženje z obsevanjem v primerjavi s potrebno proizvodno opremo je preprost, enostaven za uporabo, nizki celoviti stroški in druge prednosti, je postal vodilni material za nizko -napetostni zamreženi kabel z izolacijo.
1. Načelo navzkrižne povezave s premreženim kabelskim materialom iz silana
Pri izdelavi silansko zamreženega polietilena sta vključena dva glavna postopka: cepljenje in zamreženje. V procesu cepljenja polimer izgubi svoj H-atom na terciarnem ogljikovem atomu pod delovanjem prostega iniciatorja in pirolizo v proste radikale, ki reagirajo s skupino – CH = CH2 vinil silana, da proizvedejo cepljeni polimer, ki vsebuje trioksisilil ester skupina. V procesu navzkrižnega povezovanja se cepljeni polimer najprej hidrolizira v prisotnosti vode, da nastane silanol, in – OH kondenzira s sosednjo Si-OH skupino, da tvori vez Si-O-Si in tako navzkrižno poveže polimer makromolekul.
2. Silanski zamreženi kabelski material in njegova metoda izdelave kabla
Kot veste, obstajajo dvostopenjske in enostopenjske proizvodne metode za silansko zamrežene kable in njihove kable. Razlika med dvostopenjsko in enostopenjsko metodo je v tem, kje se izvaja postopek cepljenja silana, postopek cepljenja pri proizvajalcu kabelskega materiala za dvostopenjsko metodo, postopek cepljenja v obratu za proizvodnjo kablov za metoda v enem koraku. Dvostopenjski polietilenski izolacijski material, zamrežen s silanom, z največjim tržnim deležem je sestavljen iz tako imenovanih materialov A in B, pri čemer je material A polietilen, cepljen s silanom, material B pa je glavna serija katalizatorja. Izolacijsko jedro se nato zamreži v topli vodi ali pari.
Obstaja še ena vrsta dvostopenjskega silansko zamreženega polietilenskega izolatorja, kjer se material A proizvaja na drugačen način, z uvedbo vinil silana neposredno v polietilen med sintezo, da dobimo polietilen s silansko razvejanimi verigami.
Enostopenjska metoda ima tudi dve vrsti, tradicionalni enostopenjski postopek je vrsta surovin po formuli v razmerju posebnega natančnega merilnega sistema, v posebej zasnovan poseben ekstruder v enem koraku za dokončanje cepljenja in ekstrudiranja kabelsko izolacijsko jedro, v tem procesu ni granulacije, ni potrebe po sodelovanju v obratu za kabelski material, ki ga tovarna kablov dokonča sama. Ta enostopenjska oprema za proizvodnjo kablov, premreženih s silanom, in tehnologija formulacije sta večinoma uvoženi iz tujine in je draga.
Drugo vrsto izolacijskega materiala iz polietilenskega polietilena, zamreženega v enem koraku, proizvajajo proizvajalci kabelskega materiala, so vse surovine po formuli v razmerju posebne metode mešanja skupaj, pakirane in prodane, ni materiala A in B materiala, je kabelska naprava lahko neposredno v ekstruderju, da dokonča korak hkrati s cepljenjem in ekstrudiranjem izolacijskega jedra kabla. Edinstvena značilnost te metode je, da ni potrebe po dragih posebnih ekstruderjih, saj se postopek cepljenja silana lahko zaključi v navadnem PVC ekstruderju, dvostopenjska metoda pa odpravlja potrebo po mešanju materialov A in B pred ekstrudiranjem.
3. Sestava formulacije
Formulacija kabelskega materiala iz silanskega zamreženega polietilena je na splošno sestavljena iz smole osnovnega materiala, iniciatorja, silana, antioksidanta, inhibitorja polimerizacije, katalizatorja itd.
(1) Osnovna smola je na splošno polietilen nizke gostote (LDPE) z indeksom taljenja (MI) 2, vendar je bil pred kratkim z razvojem tehnologije sintetičnih smol in cenovnimi pritiski tudi linearni polietilen nizke gostote (LLDPE). uporabljena ali delno uporabljena kot osnovna smola za ta material. Različne smole pogosto pomembno vplivajo na cepljenje in navzkrižno povezovanje zaradi razlik v njihovi notranji makromolekularni strukturi, zato bo formulacija spremenjena z uporabo različnih osnovnih smol ali iste vrste smole različnih proizvajalcev.
(2) Iniciator, ki se običajno uporablja, je diizopropil peroksid (DCP), ključno je razumeti količino problema, premalo, da bi povzročilo cepljenje silana, ni dovolj; preveč, da povzroči zamreženje polietilena, kar zmanjša njegovo fluidnost, površina ekstrudiranega izolacijskega jedra je hrapava, težko ga je stisniti. Ker je količina dodanega iniciatorja zelo majhna in občutljiva, je pomembno, da ga enakomerno razpršimo, zato ga praviloma dodajamo skupaj s silanom.
(3) Silan je običajno uporabljen vinil nenasičen silan, vključno z vinil trimetoksisilanom (A2171) in vinil trietoksisilanom (A2151), zaradi hitre stopnje hidrolize A2171, zato izberite A2171 več ljudi. Podobno obstaja problem dodajanja silana, trenutni proizvajalci kabelskega materiala poskušajo doseči spodnjo mejo, da bi zmanjšali stroške, ker se silan uvaža, cena je dražja.
(4) Antioksidant je zagotoviti stabilnost obdelave polietilena in kabla proti staranju ter dodal, antioksidant v procesu cepljenja silana ima vlogo zaviranja reakcije cepljenja, tako da postopek cepljenja doda antioksidant bodite previdni, pri dodani količini upoštevajte količino DCP, ki ustreza izbiri. V dvostopenjskem procesu navzkrižnega povezovanja lahko večino antioksidanta dodamo glavni šarži katalizatorja, kar lahko zmanjša vpliv na postopek cepljenja. Pri enostopenjskem procesu zamreženja je antioksidant prisoten v celotnem procesu cepljenja, zato je izbira vrste in količine pomembnejša. Pogosto uporabljeni antioksidanti so 1010, 168, 330 itd.
(5) Inhibitor polimerizacije se doda, da se zavirajo nekateri procesi cepljenja in navzkrižnega povezovanja stranskih reakcij, v procesu cepljenja, da se doda sredstvo proti navzkrižnemu povezovanju, lahko učinkovito zmanjša pojav navzkrižnega povezovanja C2C in s tem izboljša pretočnost obdelave, poleg tega bo pred dodajanjem presadka v enakih pogojih hidroliza silana na inhibitorju polimerizacije lahko zmanjšala hidrolizo cepljenega polietilena, da se izboljša dolgoročna stabilnost materiala presadka.
(6) Katalizatorji so pogosto organokositrovi derivati (razen za naravno zamreženje), najpogostejši pa je dibutilkositrov dilaurat (DBDTL), ki se običajno dodaja v obliki masterbatcha. V dvostopenjskem postopku se cepilec (material A) in glavna serija katalizatorja (material B) zapakirata ločeno, materiala A in B pa se zmešata skupaj, preden se ju doda v ekstruder, da se prepreči predhodno zamreženje materiala A. V primeru enostopenjskih polietilenskih izolacij, zamreženih s silanom, polietilen v embalaži še ni bil cepljen, tako da ni problema pred zamreževanjem in zato katalizatorja ni treba pakirati posebej.
Poleg tega so na trgu na voljo sestavljeni silani, ki so kombinacija silana, iniciatorja, antioksidanta, nekaterih maziv in sredstev proti bakru ter se običajno uporabljajo v enostopenjskih metodah zamreževanja silana v tovarnah kablov.
Zato je formulacija izolacije iz silanskega zamreženega polietilena, katere sestava se ne šteje za zelo zapleteno in je na voljo v ustreznih informacijah, vendar ustrezne proizvodne formulacije, ki so predmet nekaterih prilagoditev, da bi se dokončno oblikovale, kar zahteva popolno razumevanje vloge sestavin v formulaciji in zakonitosti njihovega vpliva na delovanje ter medsebojnega vplivanja.
V številnih vrstah kabelskih materialov se zamreženi kabelski material s silanom (bodisi dvostopenjski ali enostopenjski) šteje za edino vrsto kemičnih procesov, ki se pojavljajo pri iztiskanju, druge sorte, kot so kabelski material iz polivinilklorida (PVC) in polietilenski (PE) kabelski material, postopek ekstruzijske granulacije je fizični postopek mešanja, tudi če kemično zamreženje in obsevanje zamreži kabelski material, bodisi v procesu ekstruzijske granulacije ali ekstrudijskem sistemu kabla, ne pride do kemičnega procesa , zato je v primerjavi s proizvodnjo silanskega zamreženega kabelskega materiala in ekstrudiranjem kabelske izolacije pomembnejša kontrola procesa.
4. Dvostopenjski postopek izdelave izolacijske izolacije iz silanskega zamreženega polietilena
Proizvodni proces dvostopenjskega silansko zamreženega polietilenskega izolacijskega materiala A lahko na kratko predstavimo na sliki 1.
Slika 1 Proizvodni postopek dvostopenjskega silansko zamreženega polietilenskega izolacijskega materiala A
Nekaj ključnih točk v proizvodnem procesu dvostopenjske silansko zamrežene polietilenske izolacije:
(1) Sušenje. Ker polietilenska smola vsebuje majhno količino vode, voda pri ekstrudiranju pri visokih temperaturah hitro reagira s sililnimi skupinami, da povzroči navzkrižno povezovanje, kar zmanjša fluidnost taline in povzroči predhodno navzkrižno povezovanje. Končni material po vodnem hlajenju vsebuje tudi vodo, ki lahko povzroči predhodno zamreženje, če je ne odstranimo, in jo je treba tudi posušiti. Za zagotavljanje kakovosti sušenja se uporablja enota za globoko sušenje.
(2) Merjenje. Ker je točnost formulacije materiala pomembna, se običajno uporablja uvožena tehtnica za merjenje izgube teže. Polietilenska smola in antioksidant se izmerita in dovajata skozi dovodni priključek ekstruderja, medtem ko se silan in iniciator vbrizgata s črpalko za tekoči material v drugi ali tretji sod ekstruderja.
(3) Ekstruzijsko cepljenje. Postopek cepljenja silana se zaključi v ekstruderju. Nastavitve procesa ekstruderja, vključno s temperaturo, kombinacijo polžev, hitrostjo polža in hitrostjo podajanja, morajo slediti načelu, da je material v prvem delu ekstruderja mogoče popolnoma staliti in enakomerno premešati, ko ni zaželena prezgodnja razgradnja peroksida. , in da mora biti popolnoma enakomeren material v drugem delu ekstruderja popolnoma razgrajen in postopek cepljenja končan, tipične temperature ekstrudorskega dela (LDPE) so prikazane v tabeli 1.
Tabela 1 Temperature con dvostopenjskega ekstruderja
| Delovno območje | Cona 1 | Cona 2 | Cona 3 ① | Cona 4 | Cona 5 |
| Temperatura P °C | 140 | 145 | 120 | 160 | 170 |
| Delovno območje | Cona 6 | Cona 7 | Cona 8 | Cona 9 | Usta umrejo |
| Temperatura °C | 180 | 190 | 195 | 205 | 195 |
①tu je dodan silan.
Hitrost polža ekstruderja določa čas zadrževanja in učinek mešanja materiala v ekstruderju; če je čas zadrževanja kratek, je razgradnja peroksida nepopolna; če je čas zadrževanja predolg, se viskoznost ekstrudiranega materiala poveča. Na splošno je treba povprečni čas zadrževanja granule v ekstruderju nadzorovati v razpolovni dobi iniciatorja 5- do 10-krat. Hitrost podajanja ne vpliva le na čas zadrževanja materiala, ampak tudi na mešanje in striženje materiala, zelo pomembna je tudi izbira ustrezne hitrosti podajanja.
(4) Embalaža. Dvostopenjski izolacijski material, premrežen s silanom, je treba pakirati v kompozitne vrečke iz aluminija in plastike v neposrednem zraku, da se odstrani vlaga.
5. Enostopenjski postopek izdelave izolacijskega materiala iz silana zamreženega polietilena
Enostopenjski polietilenski izolacijski material, zamrežen s silanom, je zaradi njegovega postopka cepljenja v tovarni za iztiskanje jedra kabelske izolacije, zato je temperatura iztiskanja kabelske izolacije bistveno višja od dvostopenjske metode. Čeprav je bila formula za izolacijo polietilena, zamreženega s silanom v enem koraku, v celoti upoštevana pri hitri disperziji iniciatorja in silana ter strižnega materiala, mora biti postopek cepljenja zagotovljen s temperaturo, ki je polietilen, zamrežen s silanom v enem koraku. Obrat za proizvodnjo izolacije je večkrat poudaril pomen pravilne izbire temperature iztiskanja, splošna priporočena temperatura iztiskanja je prikazana v tabeli 2.
Tabela 2 Temperatura enostopenjskega ekstruderja za vsako cono (enota: ℃)
| Cona | Cona 1 | Cona 2 | Cona 3 | Cona 4 | Prirobnica | glava |
| Temperatura | 160 | 190 | 200 ~ 210 | 220 ~ 230 | 230 | 230 |
To je ena od slabosti enostopenjskega postopka silansko zamreženega polietilena, ki na splošno ni potreben pri ekstrudiranju kablov v dveh korakih.
6. Proizvodna oprema
Proizvodna oprema je pomembno jamstvo za nadzor procesa. Proizvodnja silansko zamreženih kablov zahteva zelo visoko stopnjo natančnosti vodenja procesa, zato je izbira proizvodne opreme še posebej pomembna.
Proizvodnja dvostopenjskega polietilenskega izolacijskega materiala, zamreženega s silanom. Oprema za proizvodnjo materialov, trenutno bolj domači izotropni vzporedni dvovijačni ekstruder z uvoženim breztežnim tehtanjem, lahko takšne naprave izpolnjujejo zahteve glede točnosti nadzora procesa, izbire dolžine in premera ekstruder z dvojnim polžem, da se zagotovi čas zadrževanja materiala, izbira uvoženega breztežnega tehtanja, da se zagotovi točnost sestavin. Seveda obstaja veliko podrobnosti opreme, ki jim je treba posvetiti vso pozornost.
Kot smo že omenili, je enostopenjska oprema za proizvodnjo kablov, zamreženih s silanom, v tovarni kablov uvožena, draga, domači proizvajalci opreme nimajo podobne proizvodne opreme, razlog je pomanjkanje sodelovanja med proizvajalci opreme in raziskovalci formul in procesov.
7. Silan naravni zamreženi polietilenski izolacijski material
Izolacijski material iz naravnega zamreženega polietilena Silane, razvit v zadnjih letih, je mogoče zamrežiti v naravnih pogojih v nekaj dneh, brez potopitve v paro ali toplo vodo. V primerjavi s tradicionalno metodo zamreženja s silanom lahko ta material skrajša proizvodni proces za proizvajalce kablov, dodatno zmanjša proizvodne stroške in poveča učinkovitost proizvodnje. Proizvajalci kablov vse bolj priznavajo in uporabljajo naravno polietilensko izolacijo iz naravnega zamreženega polietilena.
V zadnjih letih je domača silanska izolacija iz naravnega zamreženega polietilena dozorela in se proizvaja v velikih količinah, z določenimi prednostmi v ceni v primerjavi z uvoženimi materiali.
7. 1 Ideje za formulacijo izolacije iz naravno zamreženega polietilena iz silana
Izolacije iz naravnega zamreženega polietilena Silane se proizvajajo v dvostopenjskem postopku z isto formulacijo, ki jo sestavljajo osnovna smola, iniciator, silan, antioksidant, inhibitor polimerizacije in katalizator. Formulacija silanskih naravnih zamreženih polietilenskih izolatorjev temelji na povečanju stopnje cepljenja silana materiala A in izbiri učinkovitejšega katalizatorja kot silanski toplovodni zamreženi polietilenski izolatorji. Uporaba materialov A z višjo stopnjo cepljenja silana v kombinaciji z učinkovitejšim katalizatorjem bo omogočila, da se izolator iz polietilena, zamreženega s silanom, hitro zamreži tudi pri nizkih temperaturah in nezadostni vlagi.
A-materiali za uvožene silanske naravno zamrežene polietilenske izolatorje so sintetizirani s kopolimerizacijo, kjer je vsebnost silana mogoče nadzorovati na visoki ravni, medtem ko je proizvodnja A-materialov z visokimi stopnjami cepljenja s cepljenjem silana težavna. Osnovno smolo, iniciator in silan, uporabljene v receptu, je treba spreminjati in prilagajati v smislu raznolikosti in dodajanja.
Izbira rezista in prilagoditev njegovega odmerjanja sta prav tako ključnega pomena, saj povečanje stopnje cepljenja silana neizogibno povzroči več stranskih reakcij CC zamreženja. Da bi izboljšali pretočnost obdelave in stanje površine materiala A za naknadno ekstruzijo kabla, je potrebna ustrezna količina inhibitorja polimerizacije za učinkovito zaviranje CC zamreženja in predhodnega zamreževanja.
Poleg tega imajo katalizatorji pomembno vlogo pri povečanju stopnje zamreževanja in jih je treba izbrati kot učinkovite katalizatorje, ki vsebujejo elemente brez prehodnih kovin.
7. 2 Čas zamreženja izolacij iz naravno zamreženega polietilena s silanom
Čas, potreben za dokončanje zamreževanja izolacije iz naravnega zamreženega polietilena iz silana v njenem naravnem stanju, je odvisen od temperature, vlažnosti in debeline izolacijske plasti. Višji kot sta temperatura in vlaga, tanjša je debelina izolacijskega sloja, krajši je potreben čas zamreženja in daljši je obratno. Ker se temperatura in vlažnost razlikujeta od regije do regije in od sezone do sezone, tudi na istem mestu in ob istem času, bosta temperatura in vlažnost danes in jutri različni. Zato mora uporabnik med uporabo materiala določiti čas zamreženja glede na lokalno in prevladujočo temperaturo in vlago ter glede na specifikacijo kabla in debelino izolacijske plasti.
Čas objave: 13. avgusta 2022