Sažetak: Ukratko je opisano načelo umrežavanja, klasifikacija, formulacija, postupak i oprema izolacijskog materijala od polietilena umreženog silanom za žice i kabele, a prikazane su i neke karakteristike prirodno umreženog polietilenskog izolacijskog materijala od silana u primjeni i upotrebi, kao i uvode se čimbenici koji utječu na stanje umreženosti materijala.
Ključne riječi: silansko umrežavanje; Prirodno umrežavanje; Polietilen; Izolacija; Žica i kabel
Silan umreženi polietilenski kabelski materijal sada se široko koristi u industriji žice i kabela kao izolacijski materijal za niskonaponske energetske kabele. Materijal u proizvodnji umrežene žice i kabela, te peroksidno umrežavanje i umrežavanje zračenjem u usporedbi s potrebnom proizvodnom opremom je jednostavan, lak za rukovanje, niska sveobuhvatna cijena i druge prednosti, postao je vodeći materijal za niske -naponski umreženi kabel s izolacijom.
1.Silane umreženog kabela princip umrežavanja materijala
Postoje dva glavna procesa uključena u izradu silanom umreženog polietilena: cijepljenje i umrežavanje. U procesu cijepljenja, polimer gubi svoj H-atom na tercijarnom ugljikovom atomu pod djelovanjem slobodnog inicijatora i pirolizom u slobodne radikale, koji reagiraju sa – CH = CH2 skupinom vinil silana da bi proizveli cijepljeni polimer koji sadrži trioksisilil ester skupina. U procesu umrežavanja, cijepljeni polimer se prvo hidrolizira u prisutnosti vode kako bi se proizveo silanol, a – OH se kondenzira sa susjednom Si-OH skupinom kako bi se stvorila veza Si-O-Si, čime se umreži polimer makromolekule.
2. Silanski umreženi kabelski materijal i njegova metoda proizvodnje kabela
Kao što znate, postoje metode proizvodnje u dva koraka i u jednom koraku za kablove umrežene silanom i njihove kabele. Razlika između metode u dva koraka i metode u jednom koraku leži u tome gdje se provodi postupak cijepljenja silanom, postupak cijepljenja kod proizvođača kabelskog materijala za metodu u dva koraka, postupak cijepljenja u pogonu za proizvodnju kabela za metoda u jednom koraku. Dvostupanjski silanski umreženi polietilenski izolacijski materijal s najvećim tržišnim udjelom sastoji se od takozvanih A i B materijala, pri čemu je A materijal polietilen cijepljen silanom, a B materijal glavna šarža katalizatora. Izolacijska jezgra se zatim umreži u toploj vodi ili pari.
Postoji još jedan tip polietilenskog izolatora umreženog silanom u dva koraka, gdje se A materijal proizvodi na drugačiji način, uvođenjem vinil silana izravno u polietilen tijekom sinteze kako bi se dobio polietilen sa silanskim razgranatim lancima.
Metoda u jednom koraku također ima dvije vrste, tradicionalni proces u jednom koraku je niz sirovina prema formuli u omjeru posebnog preciznog sustava mjerenja, u posebno dizajnirani specijalni ekstruder u jednom koraku kako bi se dovršilo cijepljenje i ekstruzija jezgra kabelske izolacije, u ovom procesu, nema granulacije, nema potrebe za sudjelovanjem u tvornici kabelskog materijala, tvornica kabela dovršava sama. Ova oprema za proizvodnju kabela umreženog silanom u jednom koraku i tehnologija formulacije uglavnom se uvoze iz inozemstva i skupi su.
Drugu vrstu polietilenskog izolacijskog materijala od umreženog polietilena u jednom koraku proizvode proizvođači materijala za kabele, sve su sirovine prema formuli u omjeru posebne metode miješanja, pakirane i prodane, nema materijala A i B materijala, kabelsko postrojenje može biti izravno u ekstruderu kako bi se dovršio korak u isto vrijeme cijepljenja i ekstruzije kabelske izolacijske jezgre. Jedinstvena značajka ove metode je da nema potrebe za skupim specijalnim ekstruderima, jer se proces cijepljenja silanom može dovršiti u običnom PVC ekstruderu, a metoda u dva koraka eliminira potrebu za miješanjem A i B materijala prije ekstruzije.
3. Sastav formulacije
Formulacija silanskog umreženog polietilenskog kabelskog materijala općenito se sastoji od smole osnovnog materijala, inicijatora, silana, antioksidansa, inhibitora polimerizacije, katalizatora itd.
(1) Osnovna smola općenito je smola od polietilena niske gustoće (LDPE) s indeksom taljenja (MI) od 2, ali nedavno je, s razvojem tehnologije sintetičkih smola i pritiscima troškova, linearni polietilen niske gustoće (LLDPE) također koristi se ili djelomično koristi kao osnovna smola za ovaj materijal. Različite smole često imaju značajan utjecaj na cijepljenje i umrežavanje zbog razlika u njihovoj unutarnjoj makromolekularnoj strukturi, tako da će se formulacija modificirati korištenjem različitih osnovnih smola ili iste vrste smole različitih proizvođača.
(2) Inicijator koji se obično koristi je diizopropil peroksid (DCP), ključ je shvatiti količinu problema, premalo da izazove cijepljenje silanom nije dovoljno; previše da bi izazvalo umrežavanje polietilena, što smanjuje njegovu fluidnost, površina ekstrudirane izolacijske jezgre gruba, sustav koji se teško stiska. Kako je količina dodanog inicijatora vrlo mala i osjetljiva, važno ga je ravnomjerno raspršiti, pa se općenito dodaje zajedno sa silanom.
(3) Silan se općenito koristi kao vinil nezasićeni silan, uključujući vinil trimetoksisilan (A2171) i vinil trietoksisilan (A2151), zbog brze stope hidrolize A2171, pa odaberite A2171 više ljudi. Slično tome, postoji problem dodavanja silana, sadašnji proizvođači materijala za kabele pokušavaju postići njegovu donju granicu kako bi smanjili troškove, jer se silan uvozi, cijena je skuplja.
(4) Antioksidans je osigurati stabilnost obrade polietilena i kabela protiv starenja i dodao, antioksidans u procesu cijepljenja silana ima ulogu inhibicije reakcije cijepljenja, tako da proces cijepljenja, dodavanje antioksidansa biti oprezan, količina dodana uzeti u obzir količinu DCP odgovara odabiru. U procesu umrežavanja u dva koraka, većina antioksidansa može se dodati u glavnu šaržu katalizatora, što može smanjiti utjecaj na proces cijepljenja. U jednostupanjskom procesu umrežavanja, antioksidans je prisutan u cijelom procesu cijepljenja, pa je odabir vrste i količine važniji. Često korišteni antioksidansi su 1010, 168, 330 itd.
(5) Inhibitor polimerizacije se dodaje kako bi se inhibirao neki proces cijepljenja i poprečnog povezivanja do nuspojava, u procesu cijepljenja za dodavanje sredstva protiv poprečnog povezivanja, može učinkovito smanjiti pojavu poprečnog povezivanja C2C, čime se poboljšava fluidnost obrade, osim toga, dodatku cijepljenog materijala u istim uvjetima prethodit će hidroliza silana na inhibitoru polimerizacije, može smanjiti hidrolizu cijepljenog polietilena, kako bi se poboljšala dugoročna stabilnost materijala cijepljenog.
(6) Katalizatori su često derivati organokositra (osim prirodnog umrežavanja), a najčešći je dibutilkositar dilaurat (DBDTL), koji se općenito dodaje u obliku masterbatcha. U procesu u dva koraka, graft (materijal A) i glavna serija katalizatora (materijal B) pakiraju se odvojeno, a materijali A i B se miješaju zajedno prije dodavanja u ekstruder kako bi se spriječilo prethodno umrežavanje materijala A. U slučaju polietilenskih izolacija umreženih silanom u jednom koraku, polietilen u pakiranju još nije cijepljen, tako da nema problema s prethodnim umrežavanjem i stoga katalizator ne treba posebno pakirati.
Osim toga, na tržištu su dostupni složeni silani, koji su kombinacija silana, inicijatora, antioksidansa, nekih maziva i sredstava protiv bakra, a općenito se koriste u metodama umrežavanja silana u jednom koraku u postrojenjima za proizvodnju kabela.
Stoga je formulacija izolacije od polietilena umreženog silanom, čiji se sastav ne smatra vrlo složenom i dostupna je u relevantnim informacijama, ali odgovarajuće proizvodne formulacije, podložne nekim prilagodbama kako bi se finalizirale, što zahtijeva punu razumijevanje uloge komponenti u formulaciji i zakonitosti njihova utjecaja na izvedbu i njihovog međusobnog utjecaja.
U mnogim varijantama kabelskih materijala, silanski umreženi kabelski materijal (bilo u dva koraka ili u jednom koraku) smatra se jedinom varijantom kemijskih procesa koji se pojavljuju u ekstruziji, druge varijante kao što su polivinil klorid (PVC) kabelski materijal i polietilenski (PE) kabelski materijal, proces ekstruzijske granulacije je fizički proces miješanja, čak i ako se kemijsko umrežavanje i zračenje umrežujućeg kabelskog materijala, bilo u procesu ekstruzijske granulacije ili sustavu ekstruzije kabela, nema kemijskog procesa , tako da je, u usporedbi, proizvodnja silanom umreženog kabelskog materijala i ekstruzija kabelske izolacije, kontrola procesa važnija.
4. Dvofazni postupak proizvodnje izolacije od polietilena umreženog silanom
Proces proizvodnje izolacijskog materijala A od polietilenskog umreženog silana u dva koraka može se ukratko prikazati na slici 1.
Slika 1. Proces proizvodnje izolacijskog materijala A od polietilenskog umreženog silana u dva koraka
Neke ključne točke u proizvodnom procesu izolacije od polietilena umreženog silanom u dva koraka:
(1) Sušenje. Budući da polietilenska smola sadrži malu količinu vode, kada se ekstrudira na visokim temperaturama, voda brzo reagira sa sililnim skupinama stvarajući umrežavanje, što smanjuje fluidnost taline i stvara prethodno umrežavanje. Gotov materijal također sadrži vodu nakon vodenog hlađenja, koja također može uzrokovati prethodno umrežavanje ako se ne ukloni, a također se mora osušiti. Kako bi se osigurala kvaliteta sušenja, koristi se uređaj za dubinsko sušenje.
(2) Mjerenje. Budući da je točnost formulacije materijala važna, općenito se koristi uvezena vaga za mjerenje gubitka težine. Polietilenska smola i antioksidans se mjere i uvode kroz otvor za punjenje ekstrudera, dok se silan i inicijator ubrizgavaju pomoću pumpe za tekući materijal u drugu ili treću cijev ekstrudera.
(3) Cijepljenje ekstruzijom. Proces cijepljenja silana je dovršen u ekstruderu. Postavke procesa ekstrudera, uključujući temperaturu, kombinaciju puža, brzinu puža i brzinu punjenja, moraju slijediti načelo da se materijal u prvom dijelu ekstrudera može potpuno rastaliti i jednolično izmiješati, kada se ne želi prijevremena razgradnja peroksida. , te da se potpuno ujednačen materijal u drugom dijelu ekstrudera mora potpuno razgraditi i proces cijepljenja dovršiti, tipične temperature sekcije ekstrudera (LDPE) prikazane su u tablici 1.
Tablica 1. Temperature zona ekstrudera u dva koraka
| Radna zona | Zona 1 | Zona 2 | Zona 3 ① | Zona 4 | Zona 5 |
| Temperatura P °C | 140 | 145 | 120 | 160 | 170 |
| Radna zona | Zona 6 | Zona 7 | Zona 8 | Zona 9 | Usta umrijeti |
| Temperatura °C | 180 | 190 | 195 | 205 | 195 |
①je mjesto gdje se dodaje silan.
Brzina puža ekstrudera određuje vrijeme zadržavanja i učinak miješanja materijala u ekstruderu, ako je vrijeme zadržavanja kratko, razgradnja peroksida nije potpuna; ako je vrijeme zadržavanja predugo, viskoznost ekstrudiranog materijala se povećava. Općenito, prosječno vrijeme zadržavanja granula u ekstruderu treba kontrolirati u poluživotu razgradnje inicijatora od 5-10 puta. Brzina dodavanja ne samo da ima određeni utjecaj na vrijeme zadržavanja materijala, već i na miješanje i rezanje materijala, odabir odgovarajuće brzine dodavanja također je vrlo važan.
(4) Pakiranje. Dvostupanjski silanski umreženi izolacijski materijal trebao bi se pakirati u aluminij-plastične kompozitne vrećice u izravnom zraku kako bi se uklonila vlaga.
5. Jednofazni postupak proizvodnje izolacijskog materijala od polietilena umreženog silanom
Silanski umreženi polietilenski izolacijski materijal u jednom koraku zbog procesa cijepljenja nalazi se u tvornici kabela za ekstruziju jezgre kabelske izolacije, tako da je temperatura ekstruzije kabelske izolacije znatno viša od metode u dva koraka. Iako je formula izolacije od polietilena umreženog silanom u jednom koraku u potpunosti uzeta u obzir pri brzoj disperziji inicijatora i silana i smicanja materijala, ali proces cijepljenja mora biti zajamčen temperaturom, što je polietilen umrežen u jednom koraku silanom tvornica za proizvodnju izolacije više puta je naglasila važnost pravilnog izbora temperature ekstruzije, opća preporučena temperatura ekstruzije prikazana je u tablici 2.
Tablica 2. Temperatura ekstrudera u jednom koraku svake zone (jedinica: ℃)
| Zona | Zona 1 | Zona 2 | Zona 3 | Zona 4 | Prirubnica | glava |
| Temperatura | 160 | 190 | 200～210 | 220～230 | 230 | 230 |
Ovo je jedna od slabosti jednostupanjskog procesa umreženog polietilena silanom, koji općenito nije potreban kod ekstrudiranja kabela u dva koraka.
6.Oprema za proizvodnju
Proizvodna oprema važno je jamstvo kontrole procesa. Proizvodnja kablova umreženih silanom zahtijeva vrlo visok stupanj točnosti upravljanja procesom, stoga je izbor proizvodne opreme posebno važan.
Proizvodnja izolacijskog materijala od polietilenskog izolacijskog materijala od umreženog silana u dva koraka Oprema za proizvodnju materijala, trenutno više domaćeg izotropnog paralelnog dvopužnog ekstrudera s uvezenim vaganjem bez težine, takvi uređaji mogu zadovoljiti zahtjeve točnosti kontrole procesa, izbora duljine i promjera dvopužni ekstruder kako bi se osiguralo vrijeme zadržavanja materijala, izbor uvezenog bestežinskog vaganja kako bi se osigurala točnost sastojaka. Naravno, postoje mnogi detalji opreme kojima treba posvetiti punu pozornost.
Kao što je ranije spomenuto, oprema za proizvodnju kabela s umreženim silanom u jednom koraku u tvornici kabela je uvezena, skupa, domaći proizvođači opreme nemaju sličnu proizvodnu opremu, razlog je nedostatak suradnje između proizvođača opreme i istraživača formula i procesa.
7. Silan prirodni umreženi polietilenski izolacijski materijal
Prirodni umreženi polietilenski izolacijski materijal Silane razvijen posljednjih godina može se umrežiti u prirodnim uvjetima u roku od nekoliko dana, bez uranjanja u paru ili toplu vodu. U usporedbi s tradicionalnom metodom umrežavanja silanom, ovaj materijal može smanjiti proizvodni proces za proizvođače kabela, dodatno smanjujući troškove proizvodnje i povećavajući učinkovitost proizvodnje. Proizvođači kabela sve više prepoznaju i koriste silansku prirodno umreženu polietilensku izolaciju.
Posljednjih godina domaća izolacija od prirodnog umreženog polietilena od silana je sazrela i proizvodi se u velikim količinama, s određenim prednostima u cijeni u usporedbi s uvezenim materijalima.
7. 1 Ideje za formulacije silanskih prirodno umreženih polietilenskih izolacija
Izolacije od prirodnog umreženog polietilena Silane proizvode se u procesu u dva koraka, s istom formulacijom koja se sastoji od osnovne smole, inicijatora, silana, antioksidansa, inhibitora polimerizacije i katalizatora. Formulacija silanskih prirodnih umreženih polietilenskih izolatora temelji se na povećanju stope cijepljenja silana A materijala i odabiru učinkovitijeg katalizatora od silanskih toplovodnih umreženih polietilenskih izolatora. Upotreba A materijala s višom stopom cijepljenja silana u kombinaciji s učinkovitijim katalizatorom omogućit će izolatoru od polietilena umreženog silanom da se umreži brzo čak i pri niskim temperaturama i s nedovoljno vlage.
A-materijali za uvezene silanske prirodno umrežene polietilenske izolatore sintetiziraju se kopolimerizacijom, gdje se sadržaj silana može kontrolirati na visokoj razini, dok je proizvodnja A-materijala s visokim stopama cijepljenja cijepljenjem silana teška. Osnovnu smolu, inicijator i silan koji se koriste u receptu treba mijenjati i prilagoditi u smislu raznolikosti i dodavanja.
Odabir otpornika i prilagodba njegove doze također su ključni, budući da povećanje brzine cijepljenja silana neizbježno dovodi do više nuspojava CC umrežavanja. Kako bi se poboljšala fluidnost obrade i površinsko stanje materijala A za naknadnu ekstruziju kabela, potrebna je odgovarajuća količina inhibitora polimerizacije za učinkovitu inhibiciju CC umrežavanja i prethodnog prethodnog umrežavanja.
Osim toga, katalizatori igraju važnu ulogu u povećanju stope umrežavanja i trebali bi biti odabrani kao učinkoviti katalizatori koji sadrže elemente bez prijelaznih metala.
7. 2 Vrijeme umrežavanja silanom prirodno umreženih polietilenskih izolacija
Vrijeme potrebno za završetak umrežavanja silanske prirodne umrežene polietilenske izolacije u njenom prirodnom stanju ovisi o temperaturi, vlažnosti i debljini izolacijskog sloja. Što je viša temperatura i vlaga, to je debljina izolacijskog sloja tanja, potrebno je vrijeme umrežavanja kraće, a obrnuto duže. Kako se temperatura i vlaga razlikuju od regije do regije i od sezone do sezone, čak i na istom mjestu iu isto vrijeme, temperatura i vlažnost zraka danas i sutra bit će različite. Stoga, tijekom uporabe materijala, korisnik treba odrediti vrijeme umrežavanja u skladu s lokalnom i prevladavajućom temperaturom i vlagom, kao i specifikacijom kabela i debljinom izolacijskog sloja.
Vrijeme objave: 13. kolovoza 2022