Streszczenie: Pokrótce opisano zasadę sieciowania, klasyfikację, formułę, proces i wyposażenie materiału izolacyjnego z polietylenu usieciowanego silanem do przewodów i kabli, a także niektóre cechy materiału izolacyjnego z polietylenu usieciowanego silanem w sposób naturalny w zastosowaniu i zastosowaniu, a także wprowadzono czynniki wpływające na stan usieciowania materiału.
Słowa kluczowe: Sieciowanie silanowe; Naturalne sieciowanie; Polietylen; Izolacja; Drut i kabel
Materiał na kable z polietylenu usieciowanego silanem jest obecnie szeroko stosowany w przemyśle drutów i kabli jako materiał izolacyjny do kabli elektroenergetycznych niskiego napięcia. Materiał do produkcji usieciowanego drutu i kabla oraz sieciowania nadtlenkowego i sieciowania przez napromienianie w porównaniu z wymaganym sprzętem produkcyjnym jest prosty, łatwy w obsłudze, ma niski koszt kompleksowy i inne zalety, stał się wiodącym materiałem o niskim -kabel sieciowany napięciowy z izolacją.
1. Zasada sieciowania materiału kabla usieciowanego silanem
Istnieją dwa główne procesy wytwarzania polietylenu usieciowanego silanem: szczepienie i sieciowanie. W procesie szczepienia polimer traci atom H na trzeciorzędowym atomie węgla pod wpływem wolnego inicjatora i pirolizy na wolne rodniki, które reagują z grupą – CH = CH2 winylosilanu, tworząc szczepiony polimer zawierający ester trioksysililowy grupa. W procesie sieciowania polimer szczepiony jest najpierw hydrolizowany w obecności wody w celu wytworzenia silanolu, a grupa –OH kondensuje z sąsiednią grupą Si-OH, tworząc wiązanie Si-O-Si, sieciując w ten sposób polimer makrocząsteczki.
2.Materiał kablowy usieciowany silanem i metoda jego produkcji
Jak wiadomo, istnieją dwuetapowe i jednoetapowe metody produkcji kabli usieciowanych silanowo i ich kabli. Różnica między metodą dwuetapową a metodą jednoetapową polega na tym, gdzie przeprowadzany jest proces szczepienia silanem, proces szczepienia u producenta materiału na kabel w przypadku metody dwuetapowej, proces szczepienia w zakładzie produkującym kable w przypadku metody metoda jednoetapowa. Największy udział w rynku dwustopniowego materiału izolacyjnego z polietylenu usieciowanego silanem tworzą tzw. materiały A i B, przy czym materiałem A jest polietylen szczepiony silanem, a materiałem B jest przedmieszka katalizatora. Rdzeń izolacyjny jest następnie sieciowany w ciepłej wodzie lub parze.
Istnieje inny rodzaj izolatora z polietylenu usieciowanego silanem dwuetapowym, w którym materiał A wytwarza się w inny sposób, wprowadzając winylosilan bezpośrednio do polietylenu podczas syntezy, uzyskując polietylen o rozgałęzionych łańcuchach silanowych.
Metoda jednoetapowa ma również dwa rodzaje, tradycyjny proces jednoetapowy to różnorodne surowce zgodnie ze wzorem w proporcji specjalnego precyzyjnego systemu dozowania, do specjalnie zaprojektowanej specjalnej wytłaczarki w jednym etapie, aby zakończyć szczepienie i wytłaczanie rdzeń izolacyjny kabla, w tym procesie nie ma granulacji, nie ma potrzeby udziału fabryki materiałów kablowych, do samodzielnego wykonania przez fabrykę kabli. Ten jednoetapowy sprzęt do produkcji kabli usieciowanych silanem i technologia formułowania są w większości importowane z zagranicy i są drogie.
Inny rodzaj jednoetapowego materiału izolacyjnego z polietylenu usieciowanego silanem produkowany jest przez producentów materiałów kablowych, to wszystkie surowce według wzoru w proporcji specjalnej metody mieszania razem, pakowane i sprzedawane, nie ma materiału A i B materiału, fabryka kabli może znajdować się bezpośrednio w wytłaczarce, aby zakończyć etap jednoczesnego szczepienia i wytłaczania rdzenia izolacyjnego kabla. Unikalną cechą tej metody jest brak konieczności stosowania drogich, specjalnych wytłaczarek, gdyż proces szczepienia silanem można przeprowadzić w zwykłej wytłaczarce PCV, a metoda dwuetapowa eliminuje konieczność mieszania materiałów A i B przed wytłaczaniem.
3. Skład preparatu
Preparat materiału kabla z usieciowanego silanem polietylenu składa się zazwyczaj z żywicy materiału bazowego, inicjatora, silanu, przeciwutleniacza, inhibitora polimeryzacji, katalizatora itp.
(1) Żywicą bazową jest zazwyczaj żywica polietylenowa o małej gęstości (LDPE) o wskaźniku szybkości płynięcia (MI) wynoszącym 2, ale ostatnio, wraz z rozwojem technologii żywic syntetycznych i presją kosztową, wprowadzono również liniowy polietylen o małej gęstości (LLDPE). używany lub częściowo stosowany jako żywica bazowa dla tego materiału. Różne żywice często mają znaczący wpływ na szczepienie i sieciowanie ze względu na różnice w ich wewnętrznej strukturze makrocząsteczkowej, dlatego receptura będzie modyfikowana poprzez zastosowanie różnych żywic bazowych lub tego samego rodzaju żywicy od różnych producentów.
(2) Powszechnie stosowanym inicjatorem jest nadtlenek diizopropylu (DCP). Kluczem jest zrozumienie skali problemu, zbyt mała ilość, aby spowodować szczepienie silanem, nie wystarczy; zbyt duża, aby spowodować sieciowanie polietylenu, co zmniejsza jego płynność, powierzchnia wytłaczanego rdzenia izolacyjnego jest szorstka, trudna do wyciśnięcia układem. Ponieważ ilość dodawanego inicjatora jest bardzo mała i delikatna, ważne jest, aby go równomiernie rozprowadzić, dlatego zazwyczaj dodaje się go razem z silanem.
(3) Silan to powszechnie stosowany nienasycony silan winylowy, w tym trimetoksysilan winylu (A2171) i trietoksysilan winylu (A2151), ze względu na dużą szybkość hydrolizy A2171, więc wybierz A2171 więcej osób. Podobnie jest problem z dodatkiem silanu, obecni producenci materiałów na kable starają się osiągnąć jego dolną granicę, aby obniżyć koszty, ponieważ silany są importowane, cena jest droższa.
(4) Przeciwutleniacz ma zapewnić stabilność przetwarzania polietylenu i zapobiegać starzeniu się kabla, a dodany przeciwutleniacz w procesie szczepienia silanem ma za zadanie hamować reakcję szczepienia, więc proces szczepienia, dodatek przeciwutleniacza aby zachować ostrożność, dodana kwota uwzględnia ilość DCP odpowiadającą wybranemu wyborowi. W dwuetapowym procesie sieciowania większość przeciwutleniacza można dodać do przedmieszki katalizatora, co może zmniejszyć wpływ na proces szczepienia. W jednoetapowym procesie sieciowania przeciwutleniacz jest obecny w całym procesie szczepienia, dlatego ważniejszy jest wybór gatunku i ilości. Powszechnie stosowanymi przeciwutleniaczami są 1010, 168, 330 itd.
(5) Inhibitor polimeryzacji dodaje się w celu zahamowania pewnego procesu szczepienia i procesu sieciowania reakcji ubocznych, w procesie szczepienia w celu dodania środka zapobiegającego sieciowaniu, może skutecznie zmniejszyć występowanie sieciowania C2C, poprawiając w ten sposób płynność przetwarzania, dodatkowo dodanie szczepienia w tych samych warunkach będzie poprzedzone hydrolizą silanu na inhibitorze polimeryzacji, może zmniejszyć hydrolizę szczepionego polietylenu, poprawiając długoterminową stabilność materiału szczepionego.
(6) Katalizatorami są często pochodne cynoorganiczne (z wyjątkiem naturalnego sieciowania), przy czym najpowszechniejszym jest dilaurynian dibutylocyny (DBDTL), który zazwyczaj dodaje się w postaci przedmieszki. W dwuetapowym procesie szczepienie (materiał A) i przedmieszka katalizatora (materiał B) są pakowane oddzielnie, a materiały A i B są mieszane razem przed dodaniem do wytłaczarki, aby zapobiec wstępnemu sieciowaniu materiału A. W przypadku jednoetapowych izolacji z polietylenu usieciowanego silanem, polietylen w opakowaniu nie został jeszcze zaszczepiony, więc nie ma problemu z wstępnym sieciowaniem i dlatego katalizator nie wymaga osobnego pakowania.
Ponadto na rynku dostępne są złożone silany, które stanowią kombinację silanu, inicjatora, przeciwutleniacza, niektórych smarów i środków antymiedziowych i są powszechnie stosowane w jednoetapowych metodach sieciowania silanów w zakładach kablowych.
Dlatego receptura izolacji z polietylenu usieciowanego silanem, której skład nie jest uważana za bardzo złożoną i jest dostępna w stosownych informacjach, lecz odpowiednie receptury produkcyjne, z zastrzeżeniem pewnych korekt w celu sfinalizowania, co wymaga pełnego zrozumienie roli składników w recepturze oraz prawa ich wpływu na działanie i wzajemnego oddziaływania.
W przypadku wielu odmian materiałów na kable, materiał na kabel usieciowany silanem (dwuetapowy lub jednoetapowy) jest uważany za jedyną odmianę procesów chemicznych zachodzących podczas wytłaczania, inne odmiany, takie jak materiał na kabel z polichlorku winylu (PVC) i materiał kabla z polietylenu (PE), proces granulacji przez wytłaczanie jest procesem fizycznego mieszania, nawet jeśli materiał kabla jest sieciowany chemicznie i sieciowany przez napromienianie, czy to w procesie granulacji przez wytłaczanie, czy w systemie wytłaczania kabla, nie zachodzi żaden proces chemiczny , więc dla porównania produkcja silanowego usieciowanego materiału kablowego i wytłaczanie izolacji kabla ważniejsza jest kontrola procesu.
4. Dwuetapowy proces produkcji izolacji z polietylenu usieciowanego silanem
Proces produkcji dwuetapowej izolacji z polietylenu usieciowanego silanem Materiał można w skrócie przedstawić na rysunku 1.
Rysunek 1 Proces produkcji dwuetapowego materiału izolacyjnego z polietylenu usieciowanego silanem A
Kilka kluczowych punktów w procesie produkcji dwuetapowej izolacji z polietylenu usieciowanego silanem:
(1) Suszenie. Ponieważ żywica polietylenowa zawiera niewielką ilość wody, podczas wytłaczania w wysokich temperaturach woda szybko reaguje z grupami sililowymi, powodując usieciowanie, które zmniejsza płynność stopu i powoduje wstępne usieciowanie. Gotowy materiał zawiera również wodę po schłodzeniu wodą, która, jeśli nie zostanie usunięta, może również spowodować wstępne sieciowanie i należy ją również wysuszyć. Aby zapewnić jakość suszenia, stosuje się urządzenie do głębokiego suszenia.
(2) Pomiar. Ponieważ ważna jest dokładność składu materiału, powszechnie stosuje się importowaną wagę do ważenia ubytku masy. Odmierza się żywicę polietylenową i przeciwutleniacz i podaje przez otwór zasilający wytłaczarki, podczas gdy silan i inicjator są wtryskiwane przez pompę ciekłego materiału w drugim lub trzecim cylindrze wytłaczarki.
(3) Szczepienie przez wytłaczanie. Proces szczepienia silanu kończy się w wytłaczarce. Ustawienia procesu wytłaczarki, w tym temperatura, kombinacja ślimaków, prędkość ślimaka i prędkość podawania, muszą być zgodne z zasadą, że materiał w pierwszej sekcji wytłaczarki może być całkowicie stopiony i równomiernie wymieszany, gdy nie jest pożądany przedwczesny rozkład nadtlenku oraz że w pełni jednorodny materiał w drugiej sekcji wytłaczarki musi zostać całkowicie rozłożony i proces szczepienia zakończony. Typowe temperatury sekcji wytłaczarki (LDPE) przedstawiono w Tabeli 1.
Tabela 1 Temperatury stref wytłaczarki dwustopniowej
| Strefa pracy | Strefa 1 | Strefa 2 | Strefa 3 ① | Strefa 4 | Strefa 5 |
| Temperatura P°C | 140 | 145 | 120 | 160 | 170 |
| Strefa pracy | Strefa 6 | Strefa 7 | Strefa 8 | Strefa 9 | Usta umierają |
| Temperatura °C | 180 | 190 | 195 | 205 | 195 |
①jest miejscem dodawania silanu.
Prędkość ślimaka wytłaczarki określa czas przebywania i efekt mieszania materiału w wytłaczarce, jeśli czas przebywania jest krótki, rozkład nadtlenku jest niecałkowity; jeśli czas przebywania jest zbyt długi, lepkość wytłaczanego materiału wzrasta. Ogólnie rzecz biorąc, średni czas przebywania granulki w wytłaczarce powinien być kontrolowany w okresie półtrwania rozkładu inicjatora wynoszącym 5-10 razy. Prędkość podawania ma nie tylko pewien wpływ na czas przebywania materiału, ale także na mieszanie i ścinanie materiału, bardzo ważny jest również dobór odpowiedniej prędkości podawania.
(4) Opakowanie. Dwustopniowy materiał izolacyjny usieciowany silanem należy pakować w worki kompozytowe aluminiowo-plastikowe na bezpośrednim powietrzu w celu wyeliminowania wilgoci.
5. Jednoetapowy proces produkcji materiału izolacyjnego z polietylenu usieciowanego silanem
Jednoetapowy materiał izolacyjny z polietylenu usieciowanego silanem ze względu na proces szczepienia znajduje się w fabryce kabli wytłaczającej rdzeń izolacyjny kabla, więc temperatura wytłaczania izolacji kabla jest znacznie wyższa niż w metodzie dwuetapowej. Chociaż formuła jednoetapowej izolacji z polietylenu usieciowanego silanem została w pełni uwzględniona w szybkiej dyspersji inicjatora, silanu i ścinania materiału, ale proces szczepienia musi być gwarantowany przez temperaturę, która jest jednoetapowym polietylenem usieciowanym silanem Zakład produkujący izolacje wielokrotnie podkreślał znaczenie prawidłowego doboru temperatury wytłaczania, ogólnie zalecaną temperaturę wytłaczania przedstawiono w tabeli 2.
Tabela 2 Jednostopniowa temperatura wytłaczarki w każdej strefie (jednostka: ℃)
| Strefa | Strefa 1 | Strefa 2 | Strefa 3 | Strefa 4 | Kołnierz | Głowa |
| Temperatura | 160 | 190 | 200 ~ 210 | 220 ~ 230 | 230 | 230 |
Jest to jedna ze słabości jednoetapowego procesu polietylenu usieciowanego silanem, który generalnie nie jest wymagany w przypadku dwuetapowego wytłaczania kabli.
6. Sprzęt produkcyjny
Sprzęt produkcyjny jest ważną gwarancją kontroli procesu. Produkcja kabli sieciowanych silanowo wymaga bardzo wysokiego stopnia dokładności sterowania procesem, dlatego szczególnie ważny jest dobór urządzeń produkcyjnych.
Produkcja dwuetapowego materiału izolacyjnego z polietylenu usieciowanego silanem. Sprzęt do produkcji materiałów, obecnie bardziej krajowa izotropowa równoległa wytłaczarka dwuślimakowa z importowanym ważeniem nieważkim, urządzenia takie mogą spełniać wymagania dokładności kontroli procesu, wyboru długości i średnicy wytłaczarka dwuślimakowa, aby zapewnić czas przebywania materiału, wybór importowanego ważenia nieważkiego, aby zapewnić dokładność składników. Oczywiście istnieje wiele szczegółów sprzętu, na które należy zwrócić szczególną uwagę.
Jak wspomniano wcześniej, jednoetapowe urządzenia do produkcji kabli usieciowanych silanem w fabryce kabli są importowane, drogie, krajowi producenci sprzętu nie mają podobnego sprzętu produkcyjnego, powodem jest brak współpracy między producentami sprzętu a badaczami formuł i procesów.
7. Silanowy naturalny usieciowany polietylenowy materiał izolacyjny
Opracowany w ostatnich latach silanowy, naturalny materiał izolacyjny z polietylenu usieciowanego można sieciować w naturalnych warunkach w ciągu kilku dni, bez zanurzania w parze lub ciepłej wodzie. W porównaniu z tradycyjną metodą sieciowania silanowego, materiał ten może skrócić proces produkcyjny dla producentów kabli, dodatkowo obniżając koszty produkcji i zwiększając wydajność produkcji. Izolacja z polietylenu usieciowanego silanowo jest coraz częściej rozpoznawana i stosowana przez producentów kabli.
W ostatnich latach krajowa izolacja z naturalnego usieciowanego polietylenu silanowego dojrzała i została wyprodukowana w dużych ilościach, z pewnymi zaletami cenowymi w porównaniu z materiałami importowanymi.
7.1 Pomysły na formułowanie silanowych izolacji z polietylenu usieciowanego naturalnie
Izolacje silanowe z naturalnego usieciowanego polietylenu produkowane są w dwuetapowym procesie, przy czym ten sam skład składa się z żywicy bazowej, inicjatora, silanu, przeciwutleniacza, inhibitora polimeryzacji i katalizatora. Formuła silanowych izolatorów z naturalnego usieciowanego polietylenu opiera się na zwiększeniu szybkości szczepienia silanem materiału A i wybraniu bardziej wydajnego katalizatora niż izolatory z polietylenu usieciowanego silanem ciepłą wodą. Zastosowanie materiałów A o większej szybkości szczepienia silanem w połączeniu z wydajniejszym katalizatorem umożliwi szybkie usieciowanie izolatora polietylenowego usieciowanego silanem nawet w niskich temperaturach i przy niewystarczającej wilgotności.
Materiały A do importowanych silanowych, naturalnie usieciowanych izolatorów polietylenowych syntetyzuje się poprzez kopolimeryzację, w której zawartość silanu można kontrolować na wysokim poziomie, podczas gdy produkcja materiałów A o dużej szybkości szczepienia poprzez szczepienie silanu jest trudna. Żywica bazowa, inicjator i silan stosowane w recepturze powinny być zróżnicowane i dostosowane pod względem różnorodności i dodatku.
Wybór maski i dostosowanie jej dawki są również istotne, ponieważ wzrost szybkości szczepienia silanu nieuchronnie prowadzi do większej liczby reakcji ubocznych sieciowania CC. Aby poprawić płynność przetwarzania i stan powierzchni materiału A do późniejszego wytłaczania kabla, wymagana jest odpowiednia ilość inhibitora polimeryzacji, aby skutecznie hamować sieciowanie CC i wcześniejsze sieciowanie.
Ponadto katalizatory odgrywają ważną rolę w zwiększaniu szybkości sieciowania i powinny być wybierane jako wydajne katalizatory zawierające pierwiastki wolne od metali przejściowych.
7.2 Czas sieciowania izolacji polietylenowych usieciowanych silanowo
Czas potrzebny do całkowitego usieciowania silanowej izolacji z polietylenu usieciowanego w stanie naturalnym jest zależny od temperatury, wilgotności i grubości warstwy izolacyjnej. Im wyższa temperatura i wilgotność, tym mniejsza grubość warstwy izolacyjnej, tym krótszy jest wymagany czas sieciowania i odwrotnie, dłuższy. Ponieważ temperatura i wilgotność różnią się w zależności od regionu i pory roku, nawet w tym samym miejscu i czasie, temperatura i wilgotność dzisiaj i jutro będą inne. Dlatego też podczas użytkowania materiału użytkownik powinien określić czas sieciowania w zależności od lokalnej i panującej temperatury i wilgotności, a także specyfikacji kabla i grubości warstwy izolacyjnej.
Czas publikacji: 13 sierpnia 2022 r