Opsomming: Die kruisbindingsbeginsel, klassifikasie, formulering, proses en toerusting van silaan-kruisgekoppelde poliëtileen-isolerende materiaal vir draad en kabel word kortliks beskryf, en sommige eienskappe van silaan natuurlik kruisgekoppelde poliëtileen-isolerende materiaal in toepassing en gebruik, sowel as faktore wat die kruisbindingstoestand van die materiaal beïnvloed, word bekendgestel.
Sleutelwoorde: Silaan-kruisbinding; Natuurlike kruisbinding; Poliëtileen; Isolasie; Draad en kabel
Silaan-kruisgekoppelde poliëtileenkabelmateriaal word nou wyd gebruik in die draad- en kabelbedryf as 'n isolerende materiaal vir laespanning-kragkabels. Die materiaal in die vervaardiging van kruisgekoppelde draad en kabel, en peroksied-kruisbinding en bestralingskruisbinding in vergelyking met die vervaardigingstoerusting wat benodig word, is eenvoudig, maklik om te gebruik, lae omvattende koste en ander voordele, en het die toonaangewende materiaal vir laespanning-kruisgekoppelde kabel met isolasie geword.
1. Silaan-kruisgekoppelde kabelmateriaal-kruisbindingsbeginsel
Daar is twee hoofprosesse betrokke by die maak van silaan-kruisgekoppelde poliëtileen: enting en kruisbinding. In die entproses verloor die polimeer sy H-atoom op die tersiêre koolstofatoom onder die werking van vrye inisieerder en pirolise in vrye radikale, wat reageer met die – CH = CH2-groep van vinielsilaan om 'n geënte polimeer te produseer wat 'n trioksisilielestergroep bevat. In die kruisbindingsproses word die entpolimeer eers gehidroliseer in die teenwoordigheid van water om silanol te produseer, en die – OH kondenseer met die aangrensende Si-OH-groep om die Si-O-Si-binding te vorm, wat sodoende die polimeermakromolekules kruisbind.
2. Silaan-kruisgekoppelde kabelmateriaal en die kabelproduksiemetode daarvan
Soos u weet, is daar tweestap- en eenstap-produksiemetodes vir silaan-kruisgekoppelde kabels en hul kabels. Die verskil tussen die tweestap-metode en die eenstap-metode lê in waar die silaan-entproses uitgevoer word, die entproses by die kabelmateriaalvervaardiger vir die tweestap-metode, en die entproses in die kabelvervaardigingsaanleg vir die eenstap-metode. Die tweestap-silaan-kruisgekoppelde poliëtileen-isolasiemateriaal met die grootste markaandeel bestaan uit die sogenaamde A- en B-materiale, met A-materiaal as die poliëtileen wat met silaan geënt is en B-materiaal as die katalisator-meestermengsel. Die isolerende kern word dan in warm water of stoom gekruisgekoppel.
Daar is nog 'n tipe tweestap-silaan-kruisgekoppelde poliëtileen-isolator, waar die A-materiaal op 'n ander manier vervaardig word, deur vinielsilaan direk in die poliëtileen in te voer tydens sintese om poliëtileen met silaan-vertakte kettings te verkry.
Die eenstapmetode het ook twee tipes. Die tradisionele eenstapproses is 'n verskeidenheid grondstowwe volgens die formule in die verhouding van 'n spesiale presisie-metingstelsel. In een stap word die kabel-isolasiekern in 'n spesiaal ontwerpte spesiale ekstruder oorgeplant en geëkstrueer. In hierdie proses is daar geen granulering of deelname aan die kabelmateriaalaanleg nodig nie. Die kabelfabriek hoef dit alleen te voltooi. Hierdie eenstap-silaan-kruisgekoppelde kabelproduksietoerusting en formuleringstegnologie word meestal uit die buiteland ingevoer en is duur.
Nog 'n tipe eenstap-silaan-kruisgekoppelde poliëtileen-isolasiemateriaal word deur kabelmateriaalvervaardigers vervaardig. Alle grondstowwe word volgens 'n spesiale formule in die verhouding gemeng, verpak en verkoop. Daar is geen A-materiaal en B-materiaal nie. Die kabelaanleg kan direk in die ekstruder geplaas word om 'n stap te voltooi terwyl die kabelisolasiekern oorgeplant en geëkstrueer word. Die unieke kenmerk van hierdie metode is dat daar geen duur spesiale ekstruders nodig is nie, aangesien die silaan-entproses in 'n gewone PVC-ekstruder voltooi kan word, en die tweestapmetode elimineer die behoefte om A- en B-materiale voor ekstrusie te meng.
3. Formuleringsamestelling
Die formulering van silaan-kruisgekoppelde poliëtileenkabelmateriaal bestaan gewoonlik uit basismateriaalhars, inisieerder, silaan, antioksidant, polimerisasie-inhibeerder, katalisator, ens.
(1) Die basishars is oor die algemeen 'n lae-digtheid poliëtileen (LDPE) hars met 'n smeltindeks (MI) van 2, maar onlangs, met die ontwikkeling van sintetiese harstegnologie en kostedruk, is lineêre lae-digtheid poliëtileen (LLDPE) ook gebruik of gedeeltelik gebruik as die basishars vir hierdie materiaal. Verskillende harse het dikwels 'n beduidende impak op enting en kruisbinding as gevolg van verskille in hul interne makromolekulêre struktuur, dus sal die formulering gewysig word deur verskillende basisharse of dieselfde tipe hars van verskillende vervaardigers te gebruik.
(2) Die inisieerder wat algemeen gebruik word, is diisopropielperoksied (DCP). Die sleutel is om die omvang van die probleem te begryp. Te min daarvan veroorsaak silaan-enting is nie genoeg nie; te veel veroorsaak poliëtileen-kruisbinding, wat die vloeibaarheid daarvan verminder, die oppervlak van die geëxtrudeerde isolasiekern grof maak en die stelsel moeilik druk. Aangesien die hoeveelheid inisieerder wat bygevoeg word baie klein en sensitief is, is dit belangrik om dit eweredig te versprei, daarom word dit gewoonlik saam met die silaan bygevoeg.
(3) Silaan word oor die algemeen gebruik as onversadigde vinielsilaan, insluitend vinieltrimetoksisilaan (A2171) en vinieltrietoksisilaan (A2151). As gevolg van die vinnige hidrolisetempo van A2171, kies meer mense A2171. Net so is daar 'n probleem met die byvoeging van silaan, en die huidige kabelmateriaalvervaardigers probeer om die onderste limiet te bereik om koste te verminder, want die silaan word ingevoer en die prys is hoër.
(4) Antioksidante is om die stabiliteit van poliëtileenverwerking en kabelveroudering te verseker en bygevoeg te word. Antioksidante in die silaan-entingsproses het die rol om die entreaksie te inhibeer. Daarom moet die byvoeging van antioksidante tydens die entingsproses versigtig wees. Die hoeveelheid DCP moet in ag geneem word om by die seleksie te pas. In die tweestap-kruisbindingsproses kan die meeste van die antioksidante in die katalisator-meestermengsel bygevoeg word, wat die impak op die entingsproses kan verminder. In die eenstap-kruisbindingsproses is die antioksidante in die hele entingsproses teenwoordig, dus is die keuse van spesies en hoeveelheid belangriker. Algemeen gebruikte antioksidante is 1010, 168, 330, ens.
(5) Polimerisasie-inhibeerder word bygevoeg om sommige newe-reaksies van die enting- en kruisbindingsproses te inhibeer. Die byvoeging van 'n anti-kruisbindingsmiddel tydens die entingproses kan die voorkoms van C2C-kruisbinding effektief verminder en sodoende die verwerkingsvloeibaarheid verbeter. Boonop sal die byvoeging van 'n enting onder dieselfde toestande voorafgegaan word deur die hidrolise van silaan op die polimerisasie-inhibeerder, wat die hidrolise van geënte poliëtileen kan verminder en die langtermynstabiliteit van die entmateriaal kan verbeter.
(6) Katalisators is dikwels organotin-derivate (behalwe vir natuurlike kruisbinding), die algemeenste is dibutieltindilauraat (DBDTL), wat gewoonlik in die vorm van 'n meestermengsel bygevoeg word. In die tweestapproses word die entstof (A-materiaal) en die katalisator-meestermengsel (B-materiaal) afsonderlik verpak en die A- en B-materiale word saam gemeng voordat dit by die ekstruder gevoeg word om vooraf-kruisbinding van die A-materiaal te voorkom. In die geval van eenstap-silaan-kruisgekoppelde poliëtileen-isolasies, is die poliëtileen in die verpakking nog nie geënt nie, dus is daar geen vooraf-kruisbindingsprobleem nie en daarom hoef die katalisator nie afsonderlik verpak te word nie.
Daarbenewens is daar saamgestelde silane op die mark beskikbaar, wat 'n kombinasie van silaan, inisieerder, antioksidant, sommige smeermiddels en anti-kopermiddels is, en word gewoonlik in eenstap-silaan-kruisbindingsmetodes in kabelaanlegte gebruik.
Daarom is die formulering van silaan-kruisgekoppelde poliëtileen-isolasie, waarvan die samestelling nie as baie kompleks beskou word nie en beskikbaar is in die relevante inligting, maar die toepaslike produksieformulerings, onderhewig aan 'n paar aanpassings om te finaliseer, wat 'n volledige begrip van die rol van die komponente in die formulering en die wet van hul impak op prestasie en hul wedersydse invloed vereis.
In die vele variëteite van kabelmateriale word silaan-kruisgekoppelde kabelmateriaal (óf tweestap óf eenstap) beskou as die enigste verskeidenheid chemiese prosesse wat tydens ekstrusie voorkom. Ander variëteite, soos polivinielchloried (PVC) kabelmateriaal en poliëtileen (PE) kabelmateriaal, se ekstrusie-granulasieproses is 'n fisiese mengproses. Selfs al vind die chemiese kruisbinding en bestraling van die kabelmateriaal plaas, of dit nou in die ekstrusie-granulasieproses of in die ekstrusie-kabelstelsel is, vind geen chemiese proses plaas nie. In vergelyking met die produksie van silaan-kruisgekoppelde kabelmateriaal en kabelisolasie-ekstrusie, is prosesbeheer belangriker.
4. Tweestap silaan-kruisgekoppelde poliëtileen-isolasieproduksieproses
Die produksieproses van die tweestap-silaan-kruisgekoppelde poliëtileen-isolasiemateriaal A kan kortliks deur Figuur 1 voorgestel word.
Figuur 1 Produksieproses van tweestap-silaan-kruisgekoppelde poliëtileen-isolasiemateriaal A
Enkele sleutelpunte in die produksieproses van tweestap-silaan-kruisgekoppelde poliëtileen-isolasie:
(1) Droging. Aangesien die poliëtileenhars 'n klein hoeveelheid water bevat, reageer die water vinnig met die silielgroepe wanneer dit by hoë temperature geëxtrudeer word om kruisbinding te veroorsaak, wat die vloeibaarheid van die smelt verminder en voorkruisbinding veroorsaak. Die voltooide materiaal bevat ook water na waterkoeling, wat ook voorkruisbinding kan veroorsaak indien dit nie verwyder word nie, en moet ook gedroog word. Om die kwaliteit van die droging te verseker, word 'n diep droogeenheid gebruik.
(2) Metering. Aangesien die akkuraatheid van die materiaalformulering belangrik is, word 'n ingevoerde gewigsverliesskaal gewoonlik gebruik. Die poliëtileenhars en antioksidant word gemeet en deur die toevoerpoort van die ekstruder gevoer, terwyl die silaan en inisieerder deur 'n vloeibare materiaalpomp in die tweede of derde vat van die ekstruder ingespuit word.
(3) Ekstrusie-enting. Die entproses van silaan word in die ekstruder voltooi. Die prosesinstellings van die ekstruder, insluitend temperatuur, skroefkombinasie, skroefspoed en voerspoed, moet die beginsel volg dat die materiaal in die eerste gedeelte van die ekstruder volledig gesmelt en eenvormig gemeng kan word, wanneer voortydige ontbinding van die peroksied nie verlang word nie, en dat die volledig eenvormige materiaal in die tweede gedeelte van die ekstruder volledig ontbind en die entproses voltooi moet wees. Tipiese ekstruder-seksietemperature (LDPE) word in Tabel 1 getoon.
Tabel 1 Temperature van die tweestap-ekstrudersones
| Werksone | Sone 1 | Sone 2 | Sone 3 ① | Sone 4 | Sone 5 |
| Temperatuur P °C | 140 | 145 | 120 | 160 | 170 |
| Werksone | Sone 6 | Sone 7 | Sone 8 | Sone 9 | Mond sterf |
| Temperatuur °C | 180 | 190 | 195 | 205 | 195 |
①is waar die silaan bygevoeg word.
Die spoed van die ekstruder se skroef bepaal die verblyftyd en die mengeffek van die materiaal in die ekstruder. As die verblyftyd kort is, is die peroksiedontbinding onvolledig; as die verblyftyd te lank is, neem die viskositeit van die geëxtrudeerde materiaal toe. Oor die algemeen moet die gemiddelde verblyftyd van die korrel in die ekstruder beheer word met 'n halfleeftyd van 5-10 keer die inisieerderontbinding. Voerspoed het nie net 'n sekere impak op die verblyftyd van die materiaal nie, maar ook op die meng en skuif van die materiaal. Die keuse van 'n gepaste voerspoed is ook baie belangrik.
(4) Verpakking. Tweestap-silaan-kruisgekoppelde isolerende materiaal moet in aluminium-plastiek-saamgestelde sakke in direkte lug verpak word om vog te verwyder.
5. Eenstap silaan-kruisgekoppelde poliëtileen-isolerende materiaal produksieproses
Eenstap-silaan-kruisgekoppelde poliëtileen-isolasiemateriaal as gevolg van die entproses wat in die kabelfabriek se ekstrusie van die kabelisolasiekern plaasvind, is die ekstrusietemperatuur van die kabelisolasie aansienlik hoër as die tweestapmetode. Alhoewel die eenstap-silaan-kruisgekoppelde poliëtileen-isolasieformule volledig in ag geneem is in die vinnige verspreiding van inisieerder en silaan en materiaalskuif, moet die entproses deur die temperatuur gewaarborg word. Die eenstap-silaan-kruisgekoppelde poliëtileen-isolasieproduksie-aanleg het herhaaldelik die belangrikheid van die korrekte keuse van ekstrusietemperatuur beklemtoon. Die algemene aanbevole ekstrusietemperatuur word in Tabel 2 getoon.
Tabel 2 Eenstap-ekstrudertemperatuur van elke sone (eenheid: ℃)
| Sone | Sone 1 | Sone 2 | Sone 3 | Sone 4 | Flens | Hoof |
| Temperatuur | 160 | 190 | 200～210 | 220～230 | 230 | 230 |
Dit is een van die swakpunte van die eenstap-silaan-kruisgekoppelde poliëtileenproses, wat gewoonlik nie nodig is wanneer kabels in twee stappe geëxtrudeer word nie.
6. Produksietoerusting
Die produksietoerusting is 'n belangrike waarborg vir prosesbeheer. Die produksie van silaan-kruisgekoppelde kabels vereis 'n baie hoë mate van prosesbeheer-akkuraatheid, daarom is die keuse van produksietoerusting veral belangrik.
Die produksie van tweestap-silaan-kruisgekoppelde poliëtileen-isolasiemateriaal 'n Materiaalproduksietoerusting, tans meer binnelandse isotropiese parallelle dubbelskroef-ekstruder met ingevoerde gewiglose weeg, sulke toestelle kan voldoen aan die vereistes van prosesbeheer-akkuraatheid, die keuse van lengte en deursnee van die dubbelskroef-ekstruder om te verseker dat die materiaal se verblyftyd, die keuse van ingevoerde gewiglose weeg om die akkuraatheid van die bestanddele te verseker. Natuurlik is daar baie besonderhede van die toerusting wat volle aandag moet kry.
Soos vroeër genoem, is die eenstap-silaan-kruisgekoppelde kabelproduksietoerusting in die kabelaanleg ingevoer, duur, en binnelandse toerustingvervaardigers het nie soortgelyke produksietoerusting nie, die rede hiervoor is die gebrek aan samewerking tussen toerustingvervaardigers en formule- en prosesnavorsers.
7. Silaan natuurlike kruisgekoppelde poliëtileen isolasiemateriaal
Silaan natuurlike kruisgekoppelde poliëtileen-isolasiemateriaal wat in onlangse jare ontwikkel is, kan binne 'n paar dae onder natuurlike toestande kruisgekoppel word, sonder stoom- of warmwateronderdompeling. In vergelyking met die tradisionele silaan-kruisbindingsmetode, kan hierdie materiaal die produksieproses vir kabelvervaardigers verminder, wat produksiekoste verder verlaag en produksiedoeltreffendheid verhoog. Silaan natuurlik kruisgekoppelde poliëtileen-isolasie word toenemend deur kabelvervaardigers erken en gebruik.
In onlangse jare het huishoudelike silaan natuurlike kruisgekoppelde poliëtileen-isolasie volwasse geword en is dit in groot hoeveelhede vervaardig, met sekere prysvoordele in vergelyking met ingevoerde materiale.
7. 1 Formuleringsidees vir silaan natuurlik gekruiste poliëtileen-isolasie
Silaan natuurlike kruisgekoppelde poliëtileen-isolasies word in 'n tweestapproses vervaardig, met dieselfde formulering wat bestaan uit basishars, inisieerder, silaan, antioksidant, polimerisasie-inhibeerder en katalisator. Die formulering van silaan natuurlike kruisgekoppelde poliëtileen-isolators is gebaseer op die verhoging van die silaan-entingstempo van die A-materiaal en die keuse van 'n meer doeltreffende katalisator as silaan warmwater-kruisgekoppelde poliëtileen-isolators. Die gebruik van A-materiale met 'n hoër silaan-entingstempo gekombineer met 'n meer doeltreffende katalisator sal die silaan-kruisgekoppelde poliëtileen-isolator in staat stel om vinnig te kruisbind, selfs by lae temperature en met onvoldoende vog.
Die A-materiale vir ingevoerde silaan natuurlik kruisgekoppelde poliëtileen-isolators word gesintetiseer deur kopolimerisasie, waar die silaaninhoud op 'n hoë vlak beheer kan word, terwyl die produksie van A-materiale met hoë entingstempo's deur silaan te ent moeilik is. Die basishars, inisieerder en silaan wat in die resep gebruik word, moet gevarieer en aangepas word in terme van verskeidenheid en byvoeging.
Die keuse van die weerstand en die aanpassing van die dosis daarvan is ook van kritieke belang, aangesien 'n toename in die entingstempo van die silaan onvermydelik lei tot meer CC-kruisbindingsnewe-reaksies. Om die verwerkingsvloeibaarheid en oppervlaktoestand van die A-materiaal vir daaropvolgende kabel-ekstrusie te verbeter, is 'n geskikte hoeveelheid polimerisasie-inhibeerder nodig om CC-kruisbinding en voorafgaande voor-kruisbinding effektief te inhibeer.
Daarbenewens speel katalisators 'n belangrike rol in die verhoging van die kruisbindingstempo en moet gekies word as doeltreffende katalisators wat oorgangsmetaalvrye elemente bevat.
7. 2 Kruisbindingstyd van silaan natuurlik gekruiste poliëtileen-isolasies
Die tyd wat benodig word om die kruisbinding van silaan natuurlike kruisgekoppelde poliëtileen-isolasie in sy natuurlike toestand te voltooi, hang af van die temperatuur, humiditeit en dikte van die isolasielaag. Hoe hoër die temperatuur en humiditeit, hoe dunner die dikte van die isolasielaag, hoe korter die kruisbindingstyd wat benodig word, en hoe langer die teenoorgestelde. Aangesien die temperatuur en humiditeit van streek tot streek en van seisoen tot seisoen verskil, sal die temperatuur en humiditeit vandag en môre, selfs op dieselfde plek en op dieselfde tyd, verskil. Daarom moet die gebruiker tydens die gebruik van die materiaal die kruisbindingstyd bepaal volgens die plaaslike en heersende temperatuur en humiditeit, sowel as die spesifikasie van die kabel en die dikte van die isolasielaag.
Plasingstyd: 13 Augustus 2022