Анотація: Коротко описано принцип зшивання, класифікацію, рецептуру, процес і обладнання силанового зшитого поліетиленового ізоляційного матеріалу для проводів і кабелів, а також деякі характеристики силанового природно зшитого поліетиленового ізоляційного матеріалу в застосуванні та використанні, а також вводяться фактори, що впливають на стан зшивання матеріалу.
Ключові слова: силанове зшивання; Природне зшивання; поліетилен; Ізоляція; Провід і кабель
Силановий зшитий поліетиленовий кабельний матеріал зараз широко використовується в дротяно-кабельній промисловості як ізоляційний матеріал для кабелів низької напруги. Матеріал у виробництві зшитого дроту та кабелю, а також зшивання пероксиду та зшивання опроміненням порівняно з необхідним виробничим обладнанням є простим, легким у експлуатації, низькими комплексними витратами та іншими перевагами, став провідним матеріалом для низьких -зшитий кабель напруги з ізоляцією.
1. Принцип перехресного зшивання силанового кабельного матеріалу
Існує два основні процеси, пов’язані з виготовленням поліетилену, зшитого силаном: щеплення та зшивання. У процесі щеплення полімер втрачає свій Н-атом на третинному атомі вуглецю під дією вільного ініціатора та піролізу у вільні радикали, які реагують з –CH = CH2 групою вінілсилану з утворенням щепленого полімеру, що містить триоксисилиловий ефір. група. У процесі зшивання прищеплений полімер спочатку гідролізується в присутності води з утворенням силанолу, а –OH конденсується з сусідньою групою Si-OH з утворенням зв’язку Si-O-Si, таким чином зшиваючи полімер. макромолекул.
2. Силановий зшитий кабельний матеріал і його метод виробництва кабелю
Як ви знаєте, існують двоетапні та одноетапні методи виробництва силанових кабелів та їх кабелів. Різниця між двоетапним та одноетапним методом полягає в тому, де виконується процес щеплення силану, процес щеплення у виробника кабельного матеріалу для двоетапного методу, процес щеплення на заводі з виробництва кабелю для одноетапний метод. Двоступінчастий ізоляційний матеріал із зшитого силаном поліетилену з найбільшою часткою ринку складається з так званих матеріалів A та B, де матеріал A є поліетиленом, щепленим силаном, а матеріал B є основною партією каталізатора. Потім ізоляційний сердечник зшивають у теплій воді або парі.
Існує інший тип двоетапного силанового зшитого поліетиленового ізолятора, де матеріал А виробляється іншим способом шляхом введення вінілсилану безпосередньо в поліетилен під час синтезу для отримання поліетилену з розгалуженими ланцюгами силану.
Одноетапний метод також має два типи, традиційний одноетапний процес - це різноманітна сировина відповідно до формули у співвідношенні спеціальної прецизійної системи вимірювання, у спеціально розроблений спеціальний екструдер за один крок для завершення щеплення та екструзії серцевина ізоляції кабелю, у цьому процесі немає гранулювання, немає необхідності в участі заводу з виробництва кабельних матеріалів, фабрика кабелю повинна завершити самостійно. Це одноетапне обладнання для виробництва зшитого силаном кабелю та технологія виготовлення в основному імпортуються з-за кордону та є дорогими.
Інший тип поліетиленового ізоляційного матеріалу з одноетапного зшитого силану виробляється виробниками кабельних матеріалів, це вся сировина відповідно до формули у співвідношенні спеціального методу змішування, упакована та продана, немає матеріалу A та B матеріал, кабельний завод може бути безпосередньо в екструдері для завершення етапу одночасного щеплення та екструзії кабельної ізоляції. Унікальна особливість цього методу полягає в тому, що немає необхідності в дорогих спеціальних екструдерах, оскільки процес прищеплення силану можна завершити в звичайному екструдері з ПВХ, а двоетапний метод усуває необхідність змішувати матеріали А і В перед екструзією.
3. Склад рецептури
Склад силанового зшитого поліетиленового кабельного матеріалу, як правило, складається зі смоли основного матеріалу, ініціатора, силану, антиоксиданту, інгібітора полімеризації, каталізатора тощо.
(1) Основною смолою, як правило, є поліетилен низької щільності (LDPE) з індексом розплаву (MI) 2, але нещодавно, з розвитком технології синтетичної смоли та тиском витрат, лінійний поліетилен низької щільності (LLDPE) також став популярним. використовується або частково використовується як основна смола для цього матеріалу. Різні смоли часто мають значний вплив на щеплення та зшивання через відмінності у їхній внутрішній макромолекулярній структурі, тому рецептура буде змінена шляхом використання різних базових смол або одного типу смоли від різних виробників.
(2) Ініціатором, який зазвичай використовується, є диізопропілпероксид (DCP), головне – зрозуміти масштаб проблеми, недостатньо занадто мало, щоб спричинити прищеплення силану; занадто багато, щоб викликати зшивання поліетилену, що зменшує його текучість, поверхня екструдованого сердечника ізоляції шорстка, важко стиснути систему. Оскільки кількість доданого ініціатора дуже мала та чутлива, важливо рівномірно розподілити його, тому його зазвичай додають разом із силаном.
(3) Силан зазвичай використовується як вінілненасичений силан, включаючи вінілтриметоксисилан (A2171) і вінілтриетоксисилан (A2151), через швидку швидкість гідролізу A2171, тому більше людей вибирають A2171. Подібним чином існує проблема додавання силану, поточні виробники кабельних матеріалів намагаються досягти його нижньої межі, щоб зменшити витрати, оскільки силан імпортується, ціна дорожча.
(4) Антиоксидант забезпечує стабільність обробки поліетилену та запобігає старінню кабелю, а антиоксидант у процесі щеплення силану має роль інгібувати реакцію щеплення, тому процес щеплення додає антиоксидант будьте обережні, додана сума враховує кількість DCP відповідно до вибору. У двоетапному процесі зшивання більшу частину антиоксиданту можна додати до основної партії каталізатора, що може зменшити вплив на процес щеплення. У одноетапному процесі зшивання антиоксидант присутній у всьому процесі щеплення, тому вибір виду та кількості є більш важливим. Зазвичай використовуються антиоксиданти 1010, 168, 330 тощо.
(5) Інгібітор полімеризації додається для того, щоб пригнічувати деякі процеси щеплення та перехресного зшивання, що виникають у разі виникнення побічних реакцій, у процесі щеплення, щоб додати агент проти зшивання, може ефективно зменшити виникнення перехресного зшивання C2C, тим самим покращуючи плинність обробки, крім того, додавання трансплантату в тих самих умовах буде передувати гідролізу силану на інгібіторі полімеризації, що може зменшити гідроліз щепленого поліетилену, щоб покращити довгострокову стабільність матеріалу трансплантата.
(6) Каталізатори часто є оловоорганічними похідними (за винятком природного зшивання), найпоширенішим є дилаурат дибутилолова (DBDTL), який зазвичай додають у формі маткової суміші. У двоетапному процесі трансплантація (матеріал А) і основна партія каталізатора (матеріал В) упаковуються окремо, а матеріали А і В змішуються разом перед додаванням в екструдер, щоб запобігти попередньому зшиванню матеріалу А. У разі одноетапної поліетиленової ізоляції, зшитої силаном, поліетилен в упаковці ще не був щеплений, тому немає проблеми попереднього зшивання, і тому каталізатор не потрібно упаковувати окремо.
Крім того, на ринку доступні суміші силанів, які являють собою комбінацію силану, ініціатора, антиоксиданту, деяких мастил і антимідних агентів, які зазвичай використовуються в одноетапних методах зшивання силану на кабельних заводах.
Таким чином, рецептура ізоляції із зшитого силану поліетилену, композиція якої не вважається дуже складною та доступна у відповідній інформації, але відповідні виробничі рецептури підлягають деяким коригуванням для завершення, що вимагає повного розуміння ролі компонентів у постановці та закономірності їх впливу на продуктивність та їх взаємовплив.
У багатьох різновидах кабельних матеріалів силановий зшитий кабельний матеріал (двоетапний або одноетапний) вважається єдиним різновидом хімічних процесів, що відбуваються під час екструзії, інші різновиди, такі як кабельний матеріал з полівінілхлориду (ПВХ) і поліетиленовий (ПЕ) кабельний матеріал, процес екструзійної грануляції є фізичним процесом змішування, навіть якщо хімічне зшивання та опромінення поперечного зшивання кабельного матеріалу, будь то в процесі екструзійної грануляції або екструзійної системи кабелю, не відбувається хімічного процесу , тому, порівняно з виробництвом силанового зшитого кабельного матеріалу та екструзією кабельної ізоляції, контроль процесу є більш важливим.
4. Двоступеневий процес виробництва ізоляції із зшитого силану поліетилену
Процес виробництва двоетапного силанового зшитого поліетиленового ізоляційного матеріалу А можна коротко представити на малюнку 1.
Малюнок 1 Процес виробництва двоетапного силанового зшитого поліетиленового ізоляційного матеріалу A
Деякі ключові моменти в процесі виробництва двоетапної ізоляції з силану зшитого поліетилену:
(1) Сушка. Оскільки поліетиленова смола містить невелику кількість води, при екструдуванні при високих температурах вода швидко реагує з силільними групами, утворюючи зшивання, що зменшує текучість розплаву та створює попереднє зшивання. Готовий матеріал також містить воду після водяного охолодження, яка також може спричинити попереднє зшивання, якщо її не видалити, і також має бути висушена. Для забезпечення якісної сушки використовується установка глибокої сушки.
(2) Вимірювання. Оскільки важлива точність формулювання матеріалу, зазвичай використовуються імпортні ваги для визначення втрати ваги. Поліетиленова смола та антиоксидант відміряються та подаються через порт подачі екструдера, тоді як силан та ініціатор впорскуються насосом для рідкого матеріалу в другий або третій барабан екструдера.
(3) Екструзійне щеплення. Процес щеплення силану завершується в екструдері. Параметри процесу екструдера, включаючи температуру, комбінацію шнеків, швидкість шнека та швидкість подачі, повинні відповідати принципу, що матеріал у першій секції екструдера може бути повністю розплавлений і рівномірно змішаний, коли передчасне розкладання пероксиду не є бажаним. , і що повністю однорідний матеріал у другій секції екструдера має бути повністю розкладений і процес щеплення завершений, типові температури секції екструдера (LDPE) наведені в таблиці 1.
Таблиця 1 Температури двоступеневих зон екструдера
| Робоча зона | Зона 1 | Зона 2 | Зона 3 ① | Зона 4 | Зона 5 |
| Температура P °C | 140 | 145 | 120 | 160 | 170 |
| Робоча зона | Зона 6 | Зона 7 | Зона 8 | Зона 9 | Рот померти |
| Температура °C | 180 | 190 | 195 | 205 | 195 |
①де додається силан.
Швидкість шнека екструдера визначає час перебування та ефект змішування матеріалу в екструдері, якщо час перебування короткий, розкладання пероксиду є неповним; якщо час перебування занадто довгий, в'язкість екструдованого матеріалу збільшується. Загалом, середній час перебування гранули в екструдері слід контролювати в період напіврозпаду ініціатора в 5-10 разів. Швидкість подачі не тільки має певний вплив на час перебування матеріалу, але також на змішування та зсув матеріалу, вибір відповідної швидкості подачі також дуже важливий.
(4) Упаковка. Ізоляційний матеріал, зшитий двоступеневим силаном, повинен бути упакований в алюмінієво-пластикові композитні пакети в прямому повітрі, щоб усунути вологу.
5. Одноетапний процес виробництва ізоляційного матеріалу із зшитого силану поліетилену
Одноетапний поліетиленовий ізоляційний матеріал із зшитого силану через його процес щеплення відбувається в кабельній фабриці екструзією серцевини ізоляції кабелю, тому температура екструзії ізоляції кабелю значно вища, ніж у двоетапному методі. Хоча формула ізоляції з одноетапного силану зшитого поліетилену була повністю врахована при швидкому розсіюванні ініціатора, силану та зсуву матеріалу, але процес щеплення повинен бути гарантований температурою, яка є одноетапним силаном зшитого поліетилену Завод із виробництва ізоляції неодноразово наголошував на важливості правильного вибору температури екструзії, загальна рекомендована температура екструзії наведена в таблиці 2.
Таблиця 2. Температура одноступінчастого екструдера кожної зони (одиниця: ℃)
| зона | Зона 1 | Зона 2 | Зона 3 | Зона 4 | Фланець | Голова |
| температура | 160 | 190 | 200～210 | 220～230 | 230 | 230 |
Це одна зі слабких сторін одноетапного процесу зшитого силаном поліетилену, який, як правило, не потрібний при екструдуванні кабелів у два етапи.
6. Виробниче обладнання
Важливою запорукою контролю процесу є виробниче обладнання. Виробництво силанових кабелів вимагає дуже високого ступеня точності керування процесом, тому вибір виробничого обладнання є особливо важливим.
Виробництво двоетапного силанового зшитого поліетиленового ізоляційного матеріалу А обладнання для виробництва матеріалів, в даний час більше вітчизняного ізотропного паралельного двошнекового екструдера з імпортним невагомим зважуванням, такі пристрої можуть відповідати вимогам точності контролю процесу, вибору довжини та діаметра двошнековий екструдер, щоб забезпечити час перебування матеріалу, вибір імпортного невагомого зважування, щоб забезпечити точність інгредієнтів. Звичайно, є багато деталей обладнання, яким необхідно приділити повну увагу.
Як згадувалося раніше, одноетапне обладнання для виробництва силанового зшитого кабелю на кабельному заводі є імпортним, дорогим, вітчизняні виробники обладнання не мають подібного виробничого обладнання, причиною є відсутність співпраці між виробниками обладнання та дослідниками формули та процесу.
7. Ізоляційний матеріал із природного зшитого поліетилену із силану
Ізоляційний матеріал із натурального зшитого поліетилену силан, розроблений останніми роками, можна зшити в природних умовах протягом кількох днів, без занурення в пару чи теплу воду. У порівнянні з традиційним методом силанового зшивання, цей матеріал може скоротити виробничий процес для виробників кабелю, ще більше зменшуючи виробничі витрати та підвищуючи ефективність виробництва. Виробники кабелів все більше визнають і використовують силанову природну зшиту поліетиленову ізоляцію.
Останніми роками вітчизняна ізоляція з натурального зшитого поліетилену з силану дозріла і виробляється у великих кількостях з певними перевагами в ціні порівняно з імпортними матеріалами.
7. 1 Ідеї рецептур для ізоляції силану з природно зшитого поліетилену
Силанова природна зшита поліетиленова ізоляція виробляється двоетапним процесом з однаковою формулою, що складається з основної смоли, ініціатора, силану, антиоксиданту, інгібітора полімеризації та каталізатора. Формула силанових ізоляторів з природного зшитого поліетилену базується на збільшенні швидкості прищеплення силану матеріалу А та виборі більш ефективного каталізатора, ніж ізолятори з силанового тепловодного зшитого поліетилену. Використання матеріалів А з більш високою швидкістю прищеплення силану в поєднанні з більш ефективним каталізатором дозволить силановому поліетиленовому ізолятору зшитого поліетилену швидко зшиватися навіть за низьких температур і недостатньої вологи.
А-матеріали для імпортованих поліетиленових ізоляторів із природного зшитого силану синтезуються шляхом кополімеризації, де вміст силану можна контролювати на високому рівні, тоді як виробництво А-матеріалів із високою швидкістю щеплення за допомогою щеплення силану є складним. Базову смолу, ініціатор і силан, що використовуються в рецепті, слід варіювати та регулювати з точки зору різноманітності та додавання.
Вибір резисту та коригування його дозування також мають вирішальне значення, оскільки збільшення швидкості щеплення силану неминуче призводить до більшої кількості побічних реакцій зшивання CC. Щоб покращити текучість обробки та стан поверхні матеріалу А для подальшої екструзії кабелю, необхідна відповідна кількість інгібітора полімеризації для ефективного інгібування зшивання CC та попереднього попереднього зшивання.
Крім того, каталізатори відіграють важливу роль у збільшенні швидкості зшивання, і їх слід вибирати як ефективні каталізатори, що містять елементи, що не містять перехідних металів.
7. 2 Час зшивання поліетиленової ізоляції з природного зшитого силану
Час, необхідний для завершення зшивання ізоляції з природного силану зшитого поліетилену в її природному стані, залежить від температури, вологості та товщини шару ізоляції. Чим вище температура і вологість, тим тонша товщина шару ізоляції, тим коротший час необхідний для зшивання, і тим довше навпаки. Оскільки температура та вологість відрізняються від регіону до регіону та від сезону до сезону, навіть у тому самому місці та в той самий час, температура та вологість сьогодні та завтра будуть різними. Тому під час використання матеріалу користувач повинен визначити час зшивання відповідно до місцевої та переважаючої температури та вологості, а також специфікації кабелю та товщини шару ізоляції.
Час публікації: 13 серпня 2022 р