Апстракт: Накратко се опишани принципот на вкрстено поврзување, класификацијата, формулацијата, процесот и опремата на изолацискиот материјал од вкрстено поврзан полиетилен од силан за жица и кабел, а воведени се и некои карактеристики на изолацискиот материјал од природно вкрстено поврзан полиетилен од силан во примената и употребата, како и факторите што влијаат на состојбата на вкрстено поврзување на материјалот.
Клучни зборови: силанско вкрстено поврзување; природно вкрстено поврзување; полиетилен; изолација; жица и кабел
Силанскиот вкрстено поврзан полиетиленски материјал за кабли сега е широко користен во жичаната и кабелската индустрија како изолационен материјал за нисконапонски енергетски кабли. Материјалот во производството на вкрстено поврзани жици и кабли, како и вкрстено поврзување со пероксид и вкрстено поврзување со зрачење, во споредба со потребната опрема за производство е едноставен, лесен за ракување, ниска сеопфатна цена и други предности, што стана водечки материјал за нисконапонски вкрстено поврзани кабли со изолација.
1. Принцип на вкрстено поврзување на материјалот за кабел со силан
Постојат два главни процеси вклучени во производството на полиетилен со силан: калемење и вкрстено поврзување. Во процесот на калемење, полимерот го губи својот H-атом на терцијарниот јаглероден атом под дејство на слободен иницијатор и пиролиза во слободни радикали, кои реагираат со –CH = CH2 групата на винил силан за да се произведе калемен полимер што содржи триоксисилил естерска група. Во процесот на вкрстено поврзување, калемениот полимер прво се хидролизира во присуство на вода за да се произведе силанол, а –OH кондензира со соседната Si-OH група за да се формира врската Si-O-Si, со што се вкрстено поврзување на полимерните макромолекули.
2. Материјал за вкрстено поврзан силански кабел и метод на производство на кабел
Како што знаете, постојат двостепени и едностепени методи на производство за силански вкрстено поврзани кабли и нивните кабли. Разликата помеѓу двостепениот и едностепениот метод лежи во тоа каде се изведува процесот на калемење со силан, процесот на калемење кај производителот на кабелскиот материјал за двостепениот метод, процесот на калемење во фабриката за производство на кабли за едностепениот метод. Двостепениот изолационен материјал од вкрстено поврзан силан полиетилен со најголем пазарен удел е составен од таканаречените материјали А и Б, при што материјалот А е полиетилен накалемен со силан, а материјалот Б е главната серија на катализаторот. Изолационото јадро потоа се вкрстува во топла вода или пареа.
Постои уште еден вид двостепен изолатор од вкрстено поврзан силан полиетилен, каде што материјалот А се произведува на поинаков начин, со директно воведување на винил силан во полиетиленот за време на синтезата за да се добие полиетилен со силански разгранети ланци.
Едночекорниот метод, исто така, има два вида. Традиционалниот едночекорен процес е разновиден суровини според формулата во сооднос на посебен прецизно мерен систем, во специјално дизајниран специјален екструдер во еден чекор за да се заврши калемењето и екструдирањето на јадрото за изолација на кабелот. Во овој процес, без гранулација, без учество на фабриката за кабелски материјал, фабриката за кабли го завршува сама. Оваа едночекорна силанска вкрстено поврзана опрема за производство на кабли и технологија за формулација е претежно увезена од странство и е скапа.
Друг вид на едностепен силан вкрстено поврзан полиетиленски изолационен материјал е произведен од производители на кабелски материјали, сите суровини се мешаат според формулата во сооднос со посебен метод на пакување и продажба, нема материјал А и материјал Б, фабриката за кабел може да биде директно во екструдерот за да заврши чекор истовремено со калемење и екструдирање на јадрото на изолацијата на кабелот. Единствената карактеристика на овој метод е тоа што нема потреба од скапи специјални екструдери, бидејќи процесот на калемење силан може да се заврши во обичен PVC екструдер, а двостепениот метод ја елиминира потребата од мешање на материјалите А и Б пред екструдирање.
3. Состав на формулацијата
Формулацијата на силанскиот вкрстено поврзан полиетиленски материјал за кабел генерално е составена од основен материјал: смола, иницијатор, силан, антиоксиданс, инхибитор на полимеризација, катализатор итн.
(1) Основната смола е генерално смола од полиетилен со ниска густина (LDPE) со индекс на топење (MI) од 2, но неодамна, со развојот на технологијата на синтетичка смола и притисоците на трошоците, линеарниот полиетилен со ниска густина (LLDPE) исто така се користи или делумно се користи како основна смола за овој материјал. Различните смоли често имаат значително влијание врз калемењето и вкрстеното поврзување поради разликите во нивната внатрешна макромолекуларна структура, па затоа формулацијата ќе биде модифицирана со користење на различни основни смоли или ист тип на смола од различни производители.
(2) Иницијаторот што најчесто се користи е диизопропил пероксид (DCP), клучот е да се сфати големината на проблемот, премалку за да предизвика силанско калемење не е доволно; премногу за да предизвика полиетиленско вкрстено поврзување, што ја намалува неговата флуидност, површината на екструдираното изолационо јадро е груба, тешко се стиска системот. Бидејќи количината на додаден иницијатор е многу мала и чувствителна, важно е да се дисперзира рамномерно, па затоа генерално се додава заедно со силанот.
(3) Силанот генерално се користи како винил незаситен силан, вклучувајќи винил триметоксисилан (A2171) и винил триетоксисилан (A2151), поради брзата стапка на хидролиза на A2171, па затоа повеќе луѓе го избираат A2171. Слично на тоа, постои проблем со додавањето силан, сегашните производители на кабелски материјали се обидуваат да ја постигнат својата пониска граница за да ги намалат трошоците, бидејќи силанот се увезува, цената е поскапа.
(4) Антиоксидансот е за да се обезбеди стабилноста на обработката на полиетилен и каблите против стареење и додадени, антиоксидансот во процесот на калемење силан има улога во инхибирањето на реакцијата на калемење, па затоа треба да се внимава при додавање на антиоксиданс во процесот на калемење, количината на додадена количина да се земе предвид за да се избере соодветна количина на DCP. Во двостепениот процес на вкрстено поврзување, поголемиот дел од антиоксидансот може да се додаде во главната серија на катализаторот, што може да го намали влијанието врз процесот на калемење. Во едностепениот процес на вкрстено поврзување, антиоксидансот е присутен во целиот процес на калемење, па затоа изборот на видот и количината е поважен. Најчесто користени антиоксиданси се 1010, 168, 330, итн.
(5) Инхибитор на полимеризација се додава со цел да се инхибираат некои несакани реакции во процесот на калемење и вкрстено поврзување, во процесот на калемење се додава средство против вкрстено поврзување, што ефикасно може да ја намали појавата на C2C вкрстено поврзување, со што се подобрува флуидноста на обработката. Покрај тоа, додавањето на калем под исти услови ќе биде проследено со хидролиза на силан на инхибиторот на полимеризација, што може да ја намали хидролизата на пресадениот полиетилен, со што се подобрува долгорочната стабилност на материјалот за калем.
(6) Катализаторите често се органотински деривати (освен за природно вкрстено поврзување), најчест е дибутилтин дилаурат (DBDTL), кој генерално се додава во форма на мастербач. Во двостепениот процес, калем (материјал А) и мастербачот на катализаторот (материјал Б) се пакуваат одделно, а материјалите А и Б се мешаат заедно пред да се додадат во екструдерот за да се спречи претходно вкрстено поврзување на материјалот А. Во случај на едностепени изолации од силан со вкрстено поврзан полиетилен, полиетиленот во пакувањето сè уште не е калем, така што нема проблем со претходно вкрстено поврзување и затоа катализаторот не треба да се пакува одделно.
Покрај тоа, на пазарот се достапни и сложени силани, кои се комбинација од силан, иницијатор, антиоксиданс, некои средства за подмачкување и антибакарни агенси, и генерално се користат во едностепени методи на вкрстено поврзување на силан во кабловските постројки.
Затоа, формулацијата на силанска изолација од вкрстено поврзан полиетилен, чиј состав не се смета за многу сложен и е достапен во релевантните информации, но соодветните производствени формулации, подлежат на некои прилагодувања со цел да се финализираат, што бара целосно разбирање на улогата на компонентите во формулацијата и законот за нивното влијание врз перформансите и нивното меѓусебно влијание.
Во многуте варијанти на кабелски материјали, силанскиот вкрстено поврзан кабелски материјал (двостепен или едностепен) се смета за единствен вид на хемиски процеси што се случуваат при екструзија, додека други варијанти, како што се поливинил хлорид (PVC) кабелски материјал и полиетилен (PE) кабелски материјал, процесот на екструдирање и гранулација е физички процес на мешање, дури и ако хемиското вкрстено поврзување и зрачењето на кабелскиот материјал се случуваат во процесот на екструдирање и гранулација, без разлика дали станува збор за екструдирање или екструдирање на кабелски систем, не се случува хемиски процес, па затоа, во споредба со производството на силански вкрстено поврзан кабелски материјал и екструдирање на изолација на кабел, контролата на процесот е поважна.
4. Двостепен процес на производство на изолација од вкрстено поврзан силан полиетилен
Процесот на производство на двостепениот материјал за изолација А од вкрстено поврзан силан полиетилен може накратко да се претстави со Слика 1.
Слика 1 Процес на производство на двостепен изолационен материјал од вкрстено поврзан силан полиетилен А
Некои клучни точки во процесот на производство на двостепена силанска вкрстено поврзана полиетиленска изолација:
(1) Сушење. Бидејќи полиетиленската смола содржи мала количина на вода, кога се екструдира на високи температури, водата брзо реагира со силилните групи за да произведе вкрстено поврзување, што ја намалува флуидноста на стопената маса и произведува претходно вкрстено поврзување. Готовиот материјал содржи и вода по ладењето со вода, што исто така може да предизвика претходно вкрстено поврзување ако не се отстрани, и мора да се исуши. За да се обезбеди квалитетот на сушењето, се користи единица за длабоко сушење.
(2) Мерење. Бидејќи точноста на формулацијата на материјалот е важна, генерално се користи увезена вага за мерење со губење на тежина. Полиетиленската смола и антиоксидансот се мерат и се внесуваат преку влезот за напојување на екструдерот, додека силанот и иницијаторот се вбризгуваат со пумпа за течен материјал во второто или третото цилиндар на екструдерот.
(3) Екструдирање со калемење. Процесот на калемење на силан се завршува во екструдерот. Поставките на процесот на екструдерот, вклучувајќи ја температурата, комбинацијата на завртки, брзината на завртките и брзината на внесување, мора да го следат принципот дека материјалот во првиот дел од екструдерот може целосно да се стопи и измеша рамномерно, кога не е пожелно предвремено распаѓање на пероксидот, и дека целосно рамномерниот материјал во вториот дел од екструдерот мора целосно да се распадне и процесот на калемење да се заврши. Типичните температури на делот од екструдерот (LDPE) се прикажани во Табела 1.
Табела 1 Температури на двостепените екструдерски зони
| Работна зона | Зона 1 | Зона 2 | Зона 3 ① | Зона 4 | Зона 5 |
| Температура P °C | 140 | 145 | 120 | 160 | 170 |
| Работна зона | Зона 6 | Зона 7 | Зона 8 | Зона 9 | Усна каша |
| Температура °C | 180 | 190 | 195 | 205 | 195 |
① е местото каде што се додава силанот.
Брзината на завртката на екструдерот го одредува времето на престој и ефектот на мешање на материјалот во екструдерот, ако времето на престој е кратко, распаѓањето на пероксидот е нецелосно; ако времето на престој е предолго, вискозитетот на екструдираниот материјал се зголемува. Општо земено, просечното време на престој на гранулите во екструдерот треба да се контролира при што полуживотот на распаѓање на иницијаторот е 5-10 пати. Брзината на внесување не само што има одредено влијание врз времето на престој на материјалот, туку и врз мешањето и сечењето на материјалот, па затоа изборот на соодветна брзина на внесување е исто така многу важен.
(4) Пакување. Двостепениот силански вкрстено поврзан изолациски материјал треба да се спакува во алуминиумско-пластични композитни кеси на директен контакт со воздух за да се елиминира влагата.
5. Едночекорен процес на производство на изолационен материјал од вкрстено поврзан силан полиетилен
Едностепениот изолационен материјал од вкрстено поврзан полиетилен силан, поради процесот на калемење, се изведува во фабриката за кабли, каде што се екструдира јадрото на изолацијата на кабелот, па температурата на екструдирање на изолацијата на кабелот е значително повисока од двостепениот метод. Иако формулата за едностепена изолација од вкрстено поврзан полиетилен силан е целосно земена предвид во брзото дисперзирање на иницијаторот и силанот и смолкнувањето на материјалот, процесот на калемење мора да биде загарантиран од температурата, што е во фабриката за производство на едностепена изолација од вкрстено поврзан полиетилен силан, која постојано ја нагласува важноста на правилниот избор на температурата на екструдирање, општата препорачана температура на екструдирање е прикажана во Табела 2.
Табела 2 Едностепена температура на екструдерот за секоја зона (единица: ℃)
| Зона | Зона 1 | Зона 2 | Зона 3 | Зона 4 | Прирабница | Глава |
| Температура | 160 | 190 | 200～210 | 220～230 | 230 | 230 |
Ова е една од слабостите на едночекорниот процес со силан со вкрстено поврзан полиетилен, кој генерално не е потребен при екструдирање на кабли во два чекора.
6. Опрема за производство
Производната опрема е важна гаранција за контрола на процесот. Производството на силански вкрстено поврзани кабли бара многу висок степен на точност на контролата на процесот, па затоа изборот на производствена опрема е особено важен.
Производство на двостепен силан вкрстено поврзан полиетиленски изолационен материјал. Опрема за производство на материјал, моментално повеќе домашни изотропни паралелни двојни завртки екструдери со увезено бестежинско мерење, ваквите уреди можат да ги задоволат барањата за точност на контролата на процесот, изборот на должина и дијаметар на двојните завртки екструдер за да се обезбеди времето на престој на материјалот, изборот на увезено бестежинско мерење за да се обезбеди точноста на состојките. Секако, постојат многу детали за опремата на кои треба да се посвети целосно внимание.
Како што споменавме претходно, опремата за производство на едностепен силан вкрстено поврзан кабел во фабриката за кабли е увезена, скапа, домашните производители на опрема немаат слична опрема за производство, причината е недостатокот на соработка помеѓу производителите на опрема и истражувачите на формули и процеси.
7. Силан природен вкрстено поврзан полиетиленски изолациски материјал
Изолациониот материјал од природен силан со вкрстено поврзан полиетилен, развиен во последниве години, може да се вкрстено поврзан под природни услови во рок од неколку дена, без потопување во пареа или топла вода. Во споредба со традиционалниот метод на вкрстено поврзување со силан, овој материјал може да го намали процесот на производство за производителите на кабли, дополнително намалувајќи ги трошоците за производство и зголемувајќи ја ефикасноста на производството. Изолацијата од природно вкрстено поврзан силан со полиетилен е сè повеќе признаена и користена од производителите на кабли.
Во последниве години, домашната силанска природна вкрстено поврзана полиетиленска изолација созреа и се произведува во големи количини, со одредени предности во цената во споредба со увезените материјали.
7. 1 Идеи за формулација на изолации од природно вкрстено поврзан полиетилен од силан
Изолациите од природен силан со вкрстено поврзан полиетилен се произведуваат во двостепен процес, со иста формулација која се состои од основна смола, иницијатор, силан, антиоксиданс, инхибитор на полимеризација и катализатор. Формулацијата на изолаторите од природен силан со вкрстено поврзан полиетилен се базира на зголемување на стапката на калемење на силан кај материјалот А и избор на поефикасен катализатор од изолаторите од силан со вкрстено поврзан полиетилен во топла вода. Употребата на материјали од А со поголема стапка на калемење на силан во комбинација со поефикасен катализатор ќе му овозможи на изолаторот од вкрстено поврзан полиетилен силан брзо да се вкрсти дури и при ниски температури и со недоволна влага.
А-материјалите за увезени силански природно вкрстено поврзани полиетиленски изолатори се синтетизираат со кополимеризација, каде што содржината на силан може да се контролира на високо ниво, додека производството на А-материјали со високи стапки на калемење со калемење силан е тешко. Основната смола, иницијаторот и силанот што се користат во рецептот треба да се менуваат и прилагодуваат во однос на разновидноста и додавањето.
Изборот на отпорник и прилагодувањето на неговата доза се исто така клучни, бидејќи зголемувањето на брзината на калемење на силанот неизбежно води до повеќе странични реакции на вкрстено поврзување на CC. За да се подобри флуидноста на обработката и состојбата на површината на материјалот А за последователно екструдирање на кабел, потребна е соодветна количина на инхибитор на полимеризација за ефикасно инхибирање на вкрстеното поврзување на CC и претходното претходно вкрстено поврзување.
Покрај тоа, катализаторите играат важна улога во зголемувањето на стапката на вкрстено поврзување и треба да се изберат како ефикасни катализатори што содржат елементи без преодни метали.
7. 2 Време на вкрстено поврзување на силански природно вкрстено поврзани полиетиленски изолации
Времето потребно за целосно вкрстување на силанската природна изолација од вкрстено поврзан полиетилен во нејзината природна состојба зависи од температурата, влажноста и дебелината на изолациониот слој. Колку е повисока температурата и влажноста, толку е потенка дебелината на изолациониот слој, толку е пократко потребното време за вкрстување, а колку е подолго спротивното. Бидејќи температурата и влажноста варираат од регион до регион и од сезона до сезона, дури и на исто место и во исто време, температурата и влажноста денес и утре ќе бидат различни. Затоа, за време на употребата на материјалот, корисникот треба да го одреди времето на вкрстување според локалната и преовладувачката температура и влажност, како и спецификацијата на кабелот и дебелината на изолациониот слој.
Време на објавување: 13 август 2022 година