Технология сшивания полиэтилена (ПЭ)
Технология сшивания полиэтилена (ПЭ) является одним из важных средств улучшения свойств его материала. Сшитый модифицированный полиэтилен может значительно улучшить свои свойства, что не только значительно улучшает комплексные свойства полиэтилена, такие как механические свойства, устойчивость к растрескиванию под воздействием окружающей среды, стойкость к химической коррозии, сопротивление ползучести и электрические свойства, но также значительно улучшает термостойкость. уровень, который может увеличить температуру термостойкости полиэтилена с 70 градусов до более чем 100 градусов, тем самым значительно расширяя область применения полиэтилена.
Изоляция из сшитого полиэтилена представляет собой полиэтилен под действием лучей высокой энергии (таких как лучи, лучи, электронные лучи и т. д.) или сшивающих агентов, так что сшивка между макромолекулами может улучшить его термостойкость и другие свойства. Долговременная рабочая температура кабеля с использованием сшитого полиэтилена в качестве изоляции может быть увеличена до 90 градусов, а выдерживаемая мгновенная температура короткого замыкания может достигать 170-250 градусов.
Краткое введение
Полиэтилен (ПЭ) входит в пятерку основных пластиков, а его производство и потребление занимают первое место среди различных синтетических смол в промышленности и сельском хозяйстве, а также широко используются в повседневной жизни. Однако устойчивость полиэтилена к высоким температурам низкая. Механические свойства и химическая стойкость иногда не соответствуют требованиям реального использования. Таким образом, модификация полиэтилена всегда была ключом к разработке и применению полиэтиленовой продукции, а технология сшивания полиэтилена является важной технологией улучшения свойств его материала. Сшитый модифицированный полиэтилен может значительно улучшить его свойства, что не только значительно улучшает комплексные свойства полиэтилена, такие как механические свойства, стойкость к растрескиванию под воздействием окружающей среды, стойкость к химической коррозии, сопротивление ползучести и электрические свойства. Кроме того, уровень термостойкости значительно повышается, а температура термостойкости полиэтилена может быть увеличена с 70 градусов до более чем 100 градусов. В результате область применения полиэтилена значительно расширилась.
В настоящее время сшитый полиэтилен (XLPE) широко используется в трубах, пленках, кабельных материалах и пенопластовых изделиях.
Производительность и преимущества
Молекулы полиэтилена состоят из линейных молекулярных цепей. При повышении температуры сила связи между линейными молекулярными цепями (сила Ван-дер-Ваальса) ослабевает, в результате чего весь молекулярный материал деформируется, поэтому термостойкость полиэтилена плохая. Сшитый полиэтилен (XLPE). Между молекулами возводится химический цепной мост, поэтому молекулы не могут быть смещены, что устраняет недостаток полиэтилена. Сравнение характеристик сшитого полиэтилена и обычного полиэтилена показано в таблице 1.
Сшитый полиэтилен имеет следующие преимущества:
1. Термостойкость: Сшитый полиэтилен с сетчатой трехмерной структурой обладает превосходной термостойкостью. Он не разлагается и не обугливается при температуре ниже 200 градусов, долгосрочная рабочая температура может достигать 90 градусов, а тепловой срок службы может достигать 40 лет.
2. Характеристики изоляции: сшитый полиэтилен сохраняет первоначальные хорошие изоляционные характеристики полиэтилена, а сопротивление изоляции еще больше увеличивается. Тангенс диэлектрических потерь очень мал и не сильно зависит от температуры.
3. Механические свойства. Благодаря установлению новых химических связей между макромолекулами твердость, жесткость, износостойкость и ударопрочность сшитого полиэтилена улучшаются, что компенсирует недостатки полиэтилена, восприимчивого к воздействиям окружающей среды и растрескиванию.
4. Химическая стойкость: сшитый полиэтилен обладает сильной кислото- и щелочестойкостью, а также маслостойкостью, а продуктами его сгорания являются в основном вода и углекислый газ, что менее вредно для окружающей среды и соответствует требованиям современной пожарной безопасности.
Принцип сшивания
Полиэтилен ([CH2-CH2]n, n-повторяющееся число единиц) представляет собой полимерное соединение, содержащее два элемента углеводородов и водородов, с линейной или разветвленной молекулярной структурой макромолекулярных цепей, твердой формой при комнатной температуре и кристаллической фазой и сосуществование аморфной фазы в твердой форме полиэтилена. Относительная молекулярная масса полиэтилена составляет от 6,30 до<>,<>.
Полиэтилен обладает отличными электроизоляционными свойствами, но его плохая термостойкость влияет на использование сырья для изоляции кабелей. Из-за слабого межмолекулярного взаимодействия в аморфной области температура плавления большинства полиэтиленов составляет около 140 градусов, при этом его механическая прочность значительно снижается при приближении к температуре плавления полиэтилена, а также ухудшается стойкость к растрескиванию.
Когда линейные макромолекулярные цепи подвергаются химической или физической обработке, процесс соединения в виде сшитых связей называется сшивкой или «вулканизацией». Сшитый полиэтилен имеет свойства сетчатого типа и структуры тела, а его термостойкость будет повышаться с увеличением сшивки, а относительное термическое удлинение соответственно уменьшится. Благодаря значительному улучшению механических свойств и термостойкости он стал широко используемым изоляционным материалом для силовых кабелей.
Метод сшивания полиэтилена путем сшивания с образованием сшитого полиэтилена делится на две категории: химический метод и физический метод, а технологические методы, реализуемые в промышленности, в основном включают следующие пять: сшивка высокоэнергетическим облучением, силановая сшивка, пероксидная сшивка. , ультрафиолетовая сшивка и солевая сшивка. Среди них метод пероксидной сшивки (также известный как химическая сшивка) представляет собой метод сшивки, подходящий для производства кабелей среднего и высокого напряжения, и его принцип представляет собой серию свободнорадикальных реакций, запускаемых высокотемпературным разложением пероксида. , а затем PE сшивается. Пероксиды разлагаются под действием тепла с образованием свободных радикалов, а процесс реакции сшивки выглядит следующим образом:
Метод сшивания
Существует два типа методов сшивания полиэтилена: физическое сшивание (радиационное сшивание) и химическое сшивание. Химическая сшивка делится на силановую сшивку и пероксидную сшивку.
Физическое сшивание
Радиационная сшивка: полиэтиленовые продукты, такие как полиэтиленовые оболочки, пленки, тонкостенные трубки и другие продукты, покрытые проволокой, сшиваются --лучами и лучами высокой энергии (заставляя макромолекулы полиэтилена генерировать свободные радикалы и образовывать сшитые CC-цепи). . На степень сшивки влияют доза радиации и температура, а точка сшивки увеличивается с увеличением дозы радиации, поэтому, контролируя условия радиации, можно получить сшитые полиэтиленовые продукты с определенной степенью сшивки.
Сшитый полиэтилен, полученный методом радиационной сшивки, имеет следующие преимущества: сшивка и экструзия осуществляются раздельно, качество продукции легко контролировать, эффективность производства высокая, процент брака низкий; В процессе сшивки не требуются дополнительные свободнорадикальные инициаторы (такие как пероксиды и т.п.), что сохраняет чистоту материала и улучшает электрические свойства материала; Он особенно подходит для тонкостенных изолированных кабелей небольшого сечения, которые трудно производить химическим сшиванием. Однако радиационная сшивка имеет и некоторые недостатки, такие как необходимость повышения ускоряющего напряжения электронного луча при сшивании толстых материалов; Для сшивки круглых предметов, таких как провода и кабели, необходимо вращать их или использовать несколько электронных лучей, чтобы облучение было равномерным; Единовременные инвестиционные затраты значительны; Технология эксплуатации и технического обслуживания сложна, а проблемы обеспечения безопасности при эксплуатации также относительно сложны.
Химическая сшивка
Химическая сшивка — это использование химических сшивающих агентов для сшивания полимеров, при котором линейная структура меняется на сетчатую.
Выбор сшивающего агента должен зависеть от разновидности полимера, технологии обработки и характеристик продукта. Идеальный сшивающий агент помимо удовлетворения некоторых конкретных требований также должен иметь следующие основные требования: высокая скорость сшивки, стабильная сшивающая структура; высокая безопасность обработки, простота в использовании, умеренный срок действия после добавления смолы, отсутствие недостатков преждевременного или слишком позднего сшивания; не влияет на производительность обработки и использование продукта; нетоксичен, не загрязняет окружающую среду, не раздражает кожу и глаза.
При химической сшивке различают пероксидную сшивку, силановую сшивку и азо-сшивку:
(1) Пероксидная сшивка и сшивающий агент. Пероксидная сшивка, обычно с использованием органического пероксида в качестве сшивающего агента, под действием тепла разлагается с образованием активных свободных радикалов, которые заставляют углеродную цепь полимера образовывать активные точки и вызывают углерод-углеродное сшивание с образованием сетевая структура. Эта технология требует экструзионного оборудования под высоким давлением, чтобы реакция сшивки осуществлялась в цилиндре, а затем продукт нагревался методом быстрого нагрева, в результате чего получался сшитый продукт. Таким образом, использование метода пероксидной сшивки для производства полиэтиленовых труб сложно контролировать, качество продукции нестабильно, а непрерывная эксплуатация затруднена.
(2) Азо-сшивка
Метод заключается в смешивании азосоединения с полиэтиленом и экструдировании при температуре ниже, чем разложение азосоединения, при этом экструзия разлагается в высокотемпературной соляной ванне, а азосоединение разлагается с образованием свободных радикалов, инициируя сшивание полиэтилена. Обычно он используется для производства кипарисовых смол с низкой температурой плавления и имеет мало практического применения для пластмасс.
(3) Силановый сшивающий агент и сшивающий агент.
В шестидесятых годах двадцатого века была успешно разработана технология силановой сшивки. В технологии используются винилсиланы, содержащие двойные связи, для реакции с расплавленными полимерами под действием инициаторов с образованием привитых силаном полимеров, которые гидролизуются в воде в присутствии силанольного катализатора конденсации с образованием сетчатой сшитой структуры с оксановой цепью. Технология силановой сшивки значительно продвинула производство и применение сшитого полиэтилена благодаря простому оборудованию, легкому контролю процесса, меньшим инвестициям, высокой степени сшивки готовой продукции и хорошему качеству. Помимо полиэтилена и силана, при сшивании также используются катализаторы, инициаторы, антиоксиданты и т. д.
По сравнению с другими методами полиэтиленовые изделия, полученные силановой сшивкой, имеют следующие преимущества:
(1) Меньше инвестиций в оборудование, высокая эффективность производства и низкая стоимость.
(2) Этот процесс очень универсален, подходит для полиэтилена любой плотности, а также для большинства полиэтиленов с наполнителем.
(3) Не ограничено толщиной.
(4) Количество пероксида невелико (только 10%, когда пероксид сшивается отдельно), поэтому в полиэтиленовом изоляционном слое образуется меньше микропор, что способствует поддержанию высокой изоляции полиэтилена.
Основные приложения
Благодаря своим превосходным свойствам сшитый полиэтилен используется в качестве высоковольтных, высокочастотных, термостойких изоляционных материалов, а также оболочек проводов и кабелей, необходимых для ракет, ракет, двигателей, трансформаторов и т. д. Производство термоусадочных трубок, термоусадочные пленки, различные термостойкие трубы, пенопласты, коррозионностойкие футеровки химического оборудования, комплектующие изделия и емкости, производство огнестойких строительных материалов и т. д. В настоящее время наибольшими областями применения являются в основном проволока и кабель, трубы, и пена.
1. Кабельный материал из сшитого полиэтилена.
Теплостойкость кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена выше, чем у поливинилхлорида, его можно использовать в течение длительного времени при температуре 90 градусов, а температура термостойкости при коротком замыкании может достигать 250 градусов; Сопротивление изоляции высокое, тангенс диэлектрических потерь мал и принципиально не меняется с изменением температуры; Он обладает хорошей износостойкостью и растрескиванием под воздействием окружающей среды. При сжигании сшитого полиэтилена в кабелях образуются углекислый газ и вода, а в кабелях из ПВХ при горении выделяются вредные газы хлористого водорода; Кроме того, плотность сшитого полиэтилена примерно на 40% меньше, чем у ПВХ, что может значительно снизить качество воздушных линий.
2. Труба из сшитого полиэтилена.
Трубы, изготовленные из сшитого полиэтилена, обладают такими преимуществами, как высокая прочность на ползучесть, коррозионная стойкость, легкий вес и хорошая термостойкость. Алюминиевые композитные трубы с использованием сшитого полиэтилена обладают высокой воздухонепроницаемостью и высокой устойчивостью к разрывным нагрузкам. Имеет антистатический и экранирующий эффект.
По сравнению с трубами из ПВХ и обычными полиэтиленовыми трубами, трубы из сшитого полиэтилена не содержат пластификаторов, не образуют плесени и не способствуют размножению бактерий; Не содержит вредных ингредиентов, соответствует стандартам FDA и может использоваться в трубах для питьевой воды; Хорошая термостойкость, термостойкость обычных поливинилхлоридных и полиэтиленовых труб составляет 60-75 градусов, в то время как труба из сшитого полиэтилена составляет 90 градусов, максимальная мгновенная температура может достигать 185 градусов, выдерживает низкую температуру -75 градусов; Широкий диапазон рабочих температур, возможность длительного использования в условиях -75-95 градусов, срок службы до 50 лет. Высокая сшивка, высокая плотность, хорошая устойчивость к давлению; Устойчивость к химической коррозии очень хорошая, а устойчивость к растрескиванию под воздействием окружающей среды отличная, даже при более высоких температурах, ее можно использовать для транспортировки различных химикатов и материалов, находящихся под напряжением, с помощью ускоренной трубы, труба из сшитого полиэтилена имеет легкий вес, всего около 1 /8 из металлической трубы; Хорошая коррозионная стойкость и износостойкость. Скорость износа составляет менее 1/4 стальной трубы, а срок службы в 2-6 раза больше, чем у стальной трубы; Внутренняя стенка гладкая, сопротивление потоку жидкости небольшое, при том же диаметре трубы поток транспортировки больше, чем у металлической трубы, а шум намного ниже; Производительность трансмиссии хорошая, а количество трансмиссионной жидкости увеличено на 30%-40% по сравнению со стальной трубой; Теплопроводность значительно ниже, чем у металлических труб, поэтому ее теплоизоляционные показатели превосходны. При использовании в системе отопления не требуется сохранение тепла, а потери тепла невелики; Его можно согнуть произвольно, он не будет хрупким и треснувшим; Отличные электроизоляционные характеристики, простота установки, рабочая нагрузка при установке составляет менее половины металлических труб, низкая стоимость установки.
Благодаря отличным характеристикам материала трубы из сшитого полиэтилена. Благодаря полностью нетоксичной гигиене, они считаются новым поколением экологически чистых труб, которые в основном используются в следующих аспектах:
(1) Системы холодного и горячего водоснабжения и трубопроводные системы питьевого водоснабжения зданий;
(2) Система охлажденной воды для кондиционирования воздуха в здании;
(3) Жилая система отопления;
(4) Система подогрева грунта;
(5) Трубопровод системы бытового водонагревателя;
(6) Трубопроводы для транспортировки напитков, спирта, молока и других жидкостей в пищевой промышленности;
(7) Трубопроводы для транспортировки жидкостей химической и нефтяной промышленности;
(8) Трубопровод системы охлаждения и системы очистки воды.
(5) Хорошая устойчивость к старению и длительный срок службы.
