Rezumat: Principiul de reticulare, clasificarea, formularea, procesul și echipamentul materialului izolator din polietilenă reticulat din silan pentru sârmă și cablu sunt descrise pe scurt și unele caracteristici ale materialului izolator din polietilenă reticulat natural silan în aplicare și utilizare, precum și sunt introduși factori care afectează starea de reticulare a materialului.
Cuvinte cheie: reticulare silan; Reticulare naturală; Polietilenă; Izolare; Sârmă și cablu
Materialul cablurilor din polietilenă reticulat din silan este acum utilizat pe scară largă în industria sârmei și cablurilor ca material izolator pentru cablurile de alimentare de joasă tensiune. Materialul de fabricare a sârmei și cablurilor reticulate, reticulare cu peroxid și reticulare prin iradiere, în comparație cu echipamentul de producție necesar, este simplu, ușor de operat, cost cuprinzător scăzut și alte avantaje, a devenit materialul de vârf pentru un nivel scăzut. -cablu reticulat de tensiune cu izolatie.
1. Principiul de reticulare a materialului cablului reticulat silan
Există două procese principale implicate în fabricarea polietilenei reticulate cu silan: altoire și reticulare. În procesul de altoire, polimerul își pierde atomul de H pe atomul de carbon terțiar sub acțiunea inițiatorului liber și piroliză în radicali liberi, care reacționează cu grupa – CH = CH2 a vinil silanului pentru a produce un polimer grefat care conține un ester trioxisililic. grup. În procesul de reticulare, polimerul grefat este mai întâi hidrolizat în prezența apei pentru a produce silanol, iar – OH se condensează cu gruparea adiacentă Si-OH pentru a forma legătura Si-O-Si, reticuzând astfel polimerul. macromolecule.
2. Material de cablu reticulat silan și metoda de producție a cablului
După cum știți, există metode de producție în două și într-o etapă pentru cablurile reticulate din silan și cablurile acestora. Diferența dintre metoda în două etape și metoda într-o etapă constă în locul în care se efectuează procesul de altoire cu silan, procesul de altoire la producătorul de material pentru cabluri pentru metoda în două etape, procesul de altoire în uzina de fabricare a cablurilor pentru metoda într-un singur pas. Materialul izolator de polietilenă reticulat cu silan în două etape cu cea mai mare cotă de piață este compus din așa-numitele materiale A și B, materialul A fiind polietilena grefată cu silan și materialul B fiind lotul principal de catalizator. Miezul izolator este apoi reticulat în apă caldă sau abur.
Există un alt tip de izolator de polietilenă reticulat cu silan în două trepte, în care materialul A este produs într-un mod diferit, prin introducerea vinil silanului direct în polietilenă în timpul sintezei pentru a obține polietilenă cu lanțuri ramificate de silan.
Metoda într-un singur pas are, de asemenea, două tipuri, procesul tradițional într-un singur pas este o varietate de materii prime conform formulei în raportul sistemului special de măsurare de precizie, într-un extruder special proiectat special într-un singur pas pentru a finaliza altoirea și extrudarea miez de izolație a cablurilor, în acest proces, fără granulare, nu este nevoie de participarea instalației de material de cablu, de către fabrica de cabluri pentru a finaliza singur. Acest echipament de producție de cabluri reticulate cu silan într-un singur pas și tehnologia de formulare este în mare parte importat din străinătate și este scump.
Un alt tip de material de izolație din polietilenă reticulat cu silan într-un singur pas este produs de producătorii de materiale pentru cabluri, sunt toate materiile prime conform formulei în raportul unei metode speciale de amestecare împreună, ambalate și vândute, nu există material A și B. material, instalația de cablu poate fi direct în extruder pentru a finaliza o etapă în același timp, altoirea și extrudarea miezului de izolație a cablului. Caracteristica unică a acestei metode este că nu este nevoie de extrudere speciale scumpe, deoarece procesul de altoire cu silan poate fi finalizat într-un extruder obișnuit din PVC, iar metoda în două etape elimină necesitatea amestecării materialelor A și B înainte de extrudare.
3. Compoziția formulării
Formularea materialului de cablu din polietilenă reticulat din silan este în general compusă din rășină, inițiator, silan, antioxidant, inhibitor de polimerizare, catalizator etc.
(1) Rășina de bază este, în general, o rășină de polietilenă de joasă densitate (LDPE) cu un indice de topire (MI) de 2, dar recent, odată cu dezvoltarea tehnologiei rășinilor sintetice și a presiunilor de cost, a fost, de asemenea, polietilenă liniară de joasă densitate (LLDPE). folosită sau parțial utilizată ca rășină de bază pentru acest material. Diferite rășini au adesea un impact semnificativ asupra altoirei și reticulare datorită diferențelor în structura lor macromoleculară internă, astfel încât formularea va fi modificată prin utilizarea diferitelor rășini de bază sau a aceluiași tip de rășină de la diferiți producători.
(2) Inițiatorul utilizat în mod obișnuit este peroxidul de diizopropil (DCP), cheia este să înțelegeți cantitatea problemei, prea puțin pentru a provoca altoirea cu silan nu este suficient; prea mult pentru a provoca polietilenă reticulare, care reduce fluiditatea acesteia, suprafața miezului de izolație extrudat dur, sistem dificil de stoars. Deoarece cantitatea de inițiator adăugată este foarte mică și sensibilă, este important să o dispersați uniform, deci se adaugă în general împreună cu silanul.
(3) Silanul este utilizat în general vinil silan nesaturat, inclusiv vinil trimetoxisilan (A2171) și vinil trietoxisilan (A2151), datorită ratei rapide de hidroliză a A2171, așa că alegeți A2171 mai mulți oameni. În mod similar, există o problemă de adăugare a silanului, actualii producători de materiale pentru cabluri încearcă să atingă limita inferioară a acestuia pentru a reduce costurile, deoarece silanul este importat, prețul este mai scump.
(4) Antioxidantul este de a asigura stabilitatea procesării polietilenei și a cablului anti-îmbătrânire și a adăugat, antioxidantul în procesul de altoire cu silan are rolul de a inhiba reacția de altoire, astfel încât procesul de altoire, adăugarea de anti-oxidant pentru a fi atent, suma adăugată pentru a lua în considerare cantitatea de DCP care să se potrivească cu selecția. În procesul de reticulare în două etape, cea mai mare parte a antioxidantului poate fi adăugată în lotul principal de catalizator, ceea ce poate reduce impactul asupra procesului de altoire. În procesul de reticulare într-o singură etapă, antioxidantul este prezent în întregul proces de altoire, deci alegerea speciilor și cantității este mai importantă. Antioxidanții folosiți în mod obișnuit sunt 1010, 168, 330 etc.
(5) Inhibitorul de polimerizare este adăugat pentru a inhiba unele procese de altoire și reticulare ale reacțiilor secundare care apar, în procesul de altoire pentru a adăuga un agent anti-reticulare, poate reduce eficient apariția reticularii C2C, îmbunătățind astfel fluiditatea procesării, în plus, adăugarea unei grefe în aceleași condiții va fi precedată de hidroliza silanului pe inhibitorul de polimerizare poate reduce hidroliza polietilenei altoite, pentru a îmbunătăți stabilitatea pe termen lung a materialului grefei.
(6) Catalizatorii sunt adesea derivați de organostaniu (cu excepția reticularii naturale), cel mai comun fiind dilauratul de dibutilstaniu (DBDTL), care este adăugat în general sub formă de masterbatch. În procesul în două etape, grefa (materialul A) și lotul principal de catalizator (materialul B) sunt ambalate separat, iar materialele A și B sunt amestecate împreună înainte de a fi adăugate la extruder pentru a preveni reticulare prealabilă a materialului A. În cazul izolațiilor din polietilenă reticulată cu silan într-o etapă, polietilena din pachet nu a fost încă grefată, deci nu există nicio problemă de pre-reticulare și, prin urmare, catalizatorul nu trebuie să fie ambalat separat.
În plus, pe piață există silani combinați, care sunt o combinație de silan, inițiator, antioxidant, unii lubrifianți și agenți anti-cupru și sunt în general utilizați în metodele de reticulare a silanului într-o singură etapă în instalațiile de cabluri.
Prin urmare, formularea izolației din polietilenă reticulat cu silan, a cărei compoziție nu este considerată a fi foarte complexă și este disponibilă în informațiile relevante, dar formulările de producție adecvate, sub rezerva unor ajustări în vederea finalizării, care necesită o completare înțelegerea rolului componentelor în formulare și a legii impactului lor asupra performanței și influenței lor reciproce.
În numeroasele varietăți de materiale pentru cabluri, materialul de cablu reticulat din silan (fie în două trepte, fie într-o etapă) este considerat a fi singura varietate de procese chimice care au loc în extrudare, alte varietăți, cum ar fi materialul pentru cabluri din clorură de polivinil (PVC) și material de cablu din polietilenă (PE), procesul de granulare prin extrudare este un proces de amestecare fizică, chiar dacă materialul cablului de reticulare chimică și iradiere de reticulare, fie în procesul de granulare prin extrudare, fie în sistemul de extrudare, nu are loc nici un proces chimic. , deci, în comparație, producția de material de cablu reticulat silan și extrudarea izolației cablurilor, controlul procesului este mai important.
4. Proces de producție de izolație din polietilenă reticulat cu silan în două etape
Procesul de producție a materialului izolator A din polietilenă reticulat cu silan în două etape poate fi reprezentat pe scurt în Figura 1.
Figura 1 Procesul de producție a materialului izolant din polietilenă reticulat cu silan în două etape A
Câteva puncte cheie în procesul de producție a izolației din polietilenă reticulat cu silan în două etape:
(1) Uscarea. Deoarece rășina de polietilenă conține o cantitate mică de apă, atunci când este extrudată la temperaturi ridicate, apa reacționează rapid cu grupările silil pentru a produce reticulare, care reduce fluiditatea topiturii și produce pre-reticulare. Materialul finit conține, de asemenea, apă după răcirea cu apă, care poate provoca și pre-reticulare dacă nu este îndepărtată și trebuie, de asemenea, uscată. Pentru a asigura calitatea uscării se folosește o unitate de uscare profundă.
(2) Contorizare. Deoarece acuratețea formulării materialului este importantă, se utilizează în general o cântar de cântărire cu pierdere în greutate importată. Rășina de polietilenă și antioxidantul sunt măsurate și alimentate prin orificiul de alimentare al extruderului, în timp ce silanul și inițiatorul sunt injectate de o pompă de material lichid în al doilea sau al treilea cilindru al extruderului.
(3) Altoire prin extrudare. Procesul de altoire a silanului este finalizat în extruder. Setările de proces ale extruderului, inclusiv temperatura, combinația șuruburilor, viteza șurubului și viteza de avans, trebuie să urmeze principiul conform căruia materialul din prima secțiune a extruderului poate fi complet topit și amestecat uniform, atunci când nu se dorește descompunerea prematură a peroxidului. , și că materialul complet uniform din a doua secțiune a extruderului trebuie să fie complet descompus și procesul de altoire să fie finalizat, Temperaturile tipice ale secțiunii extruderului (LDPE) sunt prezentate în Tabelul 1.
Tabelul 1 Temperaturile zonelor extruderului în două trepte
| Zona de lucru | Zona 1 | Zona 2 | Zona 3 ① | Zona 4 | Zona 5 |
| Temperatura P °C | 140 | 145 | 120 | 160 | 170 |
| Zona de lucru | Zona 6 | Zona 7 | Zona 8 | Zona 9 | Gura moare |
| Temperatura °C | 180 | 190 | 195 | 205 | 195 |
①este locul în care se adaugă silanul.
Viteza șurubului extruderului determină timpul de ședere și efectul de amestecare al materialului în extruder, dacă timpul de ședere este scurt, descompunerea peroxidului este incompletă; dacă timpul de rezidență este prea lung, vâscozitatea materialului extrudat crește. În general, timpul mediu de rezidență al granulei în extruder trebuie controlat în timpul de înjumătățire al inițiatorului de descompunere de 5-10 ori. Viteza de alimentare nu numai că are un anumit impact asupra timpului de rezidență al materialului, ci și asupra amestecării și forfecarea materialului, alegerea unei viteze de alimentare adecvate este, de asemenea, foarte importantă.
(4) Ambalare. Materialul izolator reticulat cu silan în două etape trebuie ambalat în pungi compozite aluminiu-plastic în aer direct pentru a elimina umezeala.
5. Proces de producție de material izolator din polietilenă reticulat cu silan într-o singură etapă
Materialul de izolație din polietilenă reticulat din silan într-un singur pas, din cauza procesului său de altoire, se află în extrudarea din fabrica de cabluri a miezului de izolație a cablului, astfel încât temperatura de extrudare a izolației cablului este semnificativ mai mare decât metoda în două etape. Deși formula de izolație cu polietilenă reticulata cu silan într-o etapă a fost luată în considerare pe deplin în dispersia rapidă a inițiatorului și a silanului și a forfei materialelor, dar procesul de altoire trebuie garantat de temperatură, care este polietilena reticulata cu silan într-o singură etapă. instalația de producție de izolație a subliniat în mod repetat importanța alegerii corecte a temperaturii de extrudare, temperatura generală de extrudare recomandată este prezentată în tabelul 2.
Tabelul 2 Temperatura extruderului într-o singură etapă a fiecărei zone (unitate: ℃)
| Zonă | Zona 1 | Zona 2 | Zona 3 | Zona 4 | Flanşă | Cap |
| Temperatură | 160 | 190 | 200~210 | 220~230 | 230 | 230 |
Acesta este unul dintre punctele slabe ale procesului de polietilenă reticulat cu silan într-o etapă, care în general nu este necesar la extrudarea cablurilor în două etape.
6.Echipamente de producție
Echipamentul de producție este o garanție importantă a controlului procesului. Producția de cabluri reticulate din silan necesită un grad foarte ridicat de precizie a controlului procesului, astfel încât alegerea echipamentului de producție este deosebit de importantă.
Producția de material de izolație din polietilenă reticulat din silan în două etape Un echipament de producție de materiale, în prezent un extruder cu dublu șurub paralel izotrop intern cu cântărire fără greutate importată, astfel de dispozitive pot îndeplini cerințele de precizie a controlului procesului, alegerea lungimii și diametrului extruderul cu două șuruburi pentru a se asigura că timpul de rezidență al materialului, alegerea cântăririi importate fără greutate pentru a asigura acuratețea ingredientelor. Desigur, există multe detalii ale echipamentului cărora trebuie să li se acorde toată atenția.
După cum sa menționat mai devreme, echipamentele de producție de cabluri reticulate cu silan într-un singur pas din fabrica de cabluri sunt importate, scumpe, producătorii de echipamente autohtone nu au echipamente de producție similare, motivul este lipsa de cooperare între producătorii de echipamente și cercetătorii de formule și procese.
7.Silan material izolator natural din polietilenă reticulat
Materialul izolant din polietilenă reticulat natural silan dezvoltat în ultimii ani poate fi reticulat în condiții naturale în câteva zile, fără imersie cu abur sau apă caldă. În comparație cu metoda tradițională de reticulare a silanului, acest material poate reduce procesul de producție pentru producătorii de cabluri, reducând în continuare costurile de producție și sporind eficiența producției. Izolația din polietilenă reticulata naturală cu silan este din ce în ce mai recunoscută și utilizată de producătorii de cabluri.
In ultimii ani, izolatia autohtona din polietilena reticulata naturala silan s-a maturizat si a fost produsa in cantitati mari, cu anumite avantaje de pret fata de materialele importate.
7. 1 Idei de formulare pentru izolațiile din polietilenă reticulate natural din silan
Izolațiile din polietilenă reticulata naturală cu silan sunt produse într-un proces în două etape, cu aceeași formulare constând din rășină de bază, inițiator, silan, antioxidant, inhibitor de polimerizare și catalizator. Formularea izolatorilor de polietilenă reticulat natural cu silan se bazează pe creșterea ratei de grefare a silanului a materialului A și pe selectarea unui catalizator mai eficient decât izolatorii de polietilenă reticulat cu apă caldă de silan. Utilizarea materialelor A cu o rată mai mare de altoire a silanului combinată cu un catalizator mai eficient va permite izolatorului din polietilenă reticulat cu silan să se reticuleze rapid chiar și la temperaturi scăzute și cu umiditate insuficientă.
Materialele A pentru izolatorii de polietilenă reticulat natural din silan importați sunt sintetizate prin copolimerizare, unde conținutul de silan poate fi controlat la un nivel ridicat, în timp ce producția de materiale A cu rate mari de altoire prin altoirea silanului este dificilă. Rășina de bază, inițiatorul și silanul utilizat în rețetă ar trebui să fie variate și ajustate în ceea ce privește varietatea și adăugarea.
Selectarea rezistenței și ajustarea dozei sale sunt, de asemenea, cruciale, deoarece o creștere a ratei de grefare a silanului duce inevitabil la mai multe reacții secundare de reticulare CC. Pentru a îmbunătăți fluiditatea procesării și starea de suprafață a materialului A pentru extrudarea ulterioară a cablului, este necesară o cantitate adecvată de inhibitor de polimerizare pentru a inhiba eficient reticulare CC și pre-reticulare prealabilă.
În plus, catalizatorii joacă un rol important în creșterea vitezei de reticulare și ar trebui să fie selectați ca catalizatori eficienți care conțin elemente fără metale de tranziție.
7. 2 Timpul de reticulare al izolațiilor din polietilenă reticulat natural silan
Timpul necesar pentru finalizarea reticularii izolației din polietilenă naturală reticulat din silan în starea sa naturală depinde de temperatură, umiditate și grosimea stratului de izolație. Cu cât temperatura și umiditatea sunt mai mari, cu atât grosimea stratului de izolație este mai subțire, cu atât timpul necesar de reticulare este mai scurt și opusul este mai lung. Deoarece temperatura și umiditatea variază de la o regiune la alta și de la sezon la anotimp, chiar și în același loc și în același timp, temperatura și umiditatea azi și mâine vor fi diferite. Prin urmare, în timpul utilizării materialului, utilizatorul ar trebui să determine timpul de reticulare în funcție de temperatura și umiditatea locale și predominante, precum și de specificația cablului și de grosimea stratului de izolație.
Ora postării: 13-aug-2022