Polyeteenin (PE) silloitustekniikka on yksi tärkeimmistä tavoista parantaa materiaalin ominaisuuksia. Silloitettu modifioitu PE voi parantaa huomattavasti sen ominaisuuksia, mikä ei ainoastaan paranna merkittävästi PE:n kattavia ominaisuuksia, kuten mekaanisia ominaisuuksia, ympäristöjännityshalkeilukestävyyttä, kemiallista korroosionkestävyyttä, virumiskestävyyttä ja sähköisiä ominaisuuksia, vaan myös parantaa merkittävästi lämpötilankestävyyttä. taso, joka voi nostaa PE:n lämmönkestävyyden lämpötilaa 70 astetta yli 100 asteeseen, mikä laajentaa huomattavasti PE:n käyttöaluetta.
Silloitettu polyeteenieriste on polyeteeniä korkeaenergisten säteiden (kuten säteet, säteet, elektronisäteet jne.) tai silloittavien aineiden vaikutuksesta, jotta makromolekyylien välinen ristisilloitus voi parantaa sen lämmönkestävyyttä ja muita ominaisuuksia. Silloitettua polyeteeniä eristeenä käyttävän kaapelin pitkäaikainen käyttölämpötila voidaan nostaa 90 asteeseen, ja hetkellinen oikosulkulämpötila, joka kestää, voi nousta 170-250 asteeseen.
Lyhyt johdanto
Polyeteeni (PE) on yksi viidestä yleisestä muovista, ja sen tuotanto ja kulutus on ykkössijalla erilaisten synteettisten hartsien joukossa teollisuudessa ja maataloudessa, ja sitä käytetään laajalti jokapäiväisessä elämässä. Polyeteenin korkeiden lämpötilojen kestävyys on kuitenkin heikko. Mekaaniset ominaisuudet ja kemiallinen kestävyys eivät toisinaan täytä todellisen käytön vaatimuksia. Siksi polyeteenin modifiointi on aina ollut avain polyeteenituotteiden kehittämisessä ja soveltamisessa, ja polyeteenin silloitustekniikka on tärkeä tekniikka sen materiaaliominaisuuksien parantamiseksi. Silloitettu modifioitu polyeteeni voi parantaa huomattavasti sen ominaisuuksia, mikä ei ainoastaan paranna merkittävästi polyeteenin kattavia ominaisuuksia, kuten mekaanisia ominaisuuksia, ympäristöjännityshalkeilukestävyyttä, kemiallista korroosionkestävyyttä, virumiskestävyyttä ja sähköisiä ominaisuuksia. Lisäksi lämmönkestävyystaso paranee huomattavasti, ja polyeteenin lämmönkestävyyslämpötilaa voidaan nostaa 70 astetta yli 100 asteeseen. Tämän seurauksena polyeteenin käyttöalue on laajentunut huomattavasti.
Tällä hetkellä silloitettua polyeteeniä (XLPE) on käytetty laajalti putkissa, kalvoissa, kaapelimateriaaleissa ja vaahtotuotteissa.
Suorituskyky ja edut
Polyeteenin molekyylit koostuvat lineaarisista molekyyliketjuista. Lämpötilan noustessa lineaaristen molekyyliketjujen välinen sitomisvoima (van der Waalsin voima) heikkenee, jolloin koko molekyylimateriaali muuttuu, jolloin polyeteenin lämpötilankesto on huono. Crosslinked polyethylene (XLPE) Molekyylien väliin rakennetaan kemiallinen ketjusilta, jotta molekyylit eivät pääse syrjäytymään, mikä voittaa polyeteenin puutteen. Silloitetun polyeteenin ja tavallisen polyeteenin suorituskykyvertailu on esitetty taulukossa 1.
Silloitetulla polyeteenillä on seuraavat edut:
1. Lämmönkestävyys: XLPE kolmiulotteisella verkkorakenteella on erinomainen lämmönkestävyys. Se ei hajoa ja hiilty alle 200 asteen lämpötilassa, pitkäaikainen käyttölämpötila voi nousta 90 asteeseen ja lämpöikä voi olla 40 vuotta.
2. Eristyskyky: XLPE säilyttää PE:n alkuperäiset hyvät eristysominaisuudet ja eristysvastus kasvaa entisestään. Sen dielektrisen häviön tangentti on hyvin pieni, eikä lämpötila vaikuta siihen suuresti.
3. Mekaaniset ominaisuudet: Uusien kemiallisten sidosten muodostumisen ansiosta makromolekyylien välille XLPE:n kovuus, jäykkyys, kulutuskestävyys ja iskunkestävyys paranevat, mikä kompensoi PE:n puutteita, jotka ovat alttiita ympäristön rasitukselle ja halkeilulle.
4. Kemiallinen kestävyys: XLPE:llä on vahva happo- ja alkalinkestävyys sekä öljynkestävyys, ja sen palamistuotteet ovat pääasiassa vettä ja hiilidioksidia, mikä on ympäristölle vähemmän haitallista ja täyttää nykyaikaisen paloturvallisuuden vaatimukset.
Silloittamisen periaate
Polyeteeni ([CH2-CH2]n, n-toistoyksikköluku) on polymeeriyhdiste, joka sisältää kaksi alkuainetta hiilivetyjä ja vetyä, joilla on lineaarinen tai haarautunut molekyylirakenne makromolekyyliketjut, kiinteä muoto huoneenlämpötilassa ja kidefaasi ja amorfisen faasin rinnakkaiselomuoto kiinteässä polyeteenin muodossa. Polyeteenin suhteellinen molekyylipaino on välillä 6,30 ja<>,<>.
Polyeteenillä on erinomaiset sähköeristysominaisuudet, mutta sen huono lämmönkestävyys vaikuttaa sen raaka-aineiden käyttöön kaapelin eristykseen. Amorfisen alueen heikon molekyylien välisen vuorovaikutuksen vuoksi useimpien polyeteenin sulamislämpötila on noin 140 astetta ja sen mekaaninen lujuus laskee merkittävästi lähestyttäessä polyeteenin sulamispistettä, ja myös halkeilukestävyys heikkenee.
Kun lineaarisia makromolekyyliketjuja käsitellään kemiallisesti tai fysikaalisesti, silloitettujen sidosten muodossa tapahtuvaa liittymisprosessia kutsutaan silloittumiseksi tai "vulkanoimiseksi". Silloitetulla polyeteenillä on verkkotyypin ja rungon rakenteen ominaisuuksia, ja sen lämmönkestävyys paranee silloittumisen lisääntyessä ja suhteellinen lämpövenymä pienenee vastaavasti. Mekaanisten ominaisuuksiensa ja lämmönkestävyytensä merkittävän parantumisen ansiosta siitä on tullut laajalti käytetty voimakaapelin eristemateriaali.
Menetelmä polyeteenin silloittamiseksi silloittamalla silloittuneen polyeteenin muodostamiseksi on jaettu kahteen luokkaan: kemiallinen menetelmä ja fysikaalinen menetelmä, ja teollisuudessa toteutettuja prosessimenetelmiä ovat pääasiassa seuraavat viisi: korkeaenerginen säteilysilloitus, silaanisilloitus, peroksidisilloitus. UV-silloitus ja suolasilloitus. Niistä peroksidisilloitusmenetelmä (tunnetaan myös nimellä kemiallinen silloitus) on keski- ja korkeajännitetason kaapeleiden valmistukseen soveltuva silloitusmenetelmä, jonka periaate on sarja vapaaradikaalireaktioita, jotka laukaisee peroksidin hajoaminen korkeassa lämpötilassa. , ja sitten PE on silloitettu. Peroksidit hajoavat lämmön vaikutuksesta vapaita radikaaleja muodostaen, ja silloitusreaktioprosessi on seuraava:
Silloitusmenetelmä
Polyeteenille on olemassa kahdenlaisia silloitusmenetelmiä: fyysinen silloitus (säteilysilloitus) ja kemiallinen silloitus. Kemiallinen silloitus jaetaan silaanisilloitus- ja peroksidisilloituksiin.
Fyysinen silloitus
Säteilysilloitus: polyeteenituotteet, kuten polyeteenivaipat, kalvot, ohutseinäiset putket ja muut langalla päällystetyt tuotteet, silloitetaan -säteillä ja suurienergisilla säteillä (silloin polyeteenimakromolekyylit synnyttävät vapaita radikaaleja ja muodostavat CC-silloitettuja ketjuja) . Silloittumisasteeseen vaikuttavat säteilyannos ja lämpötila, ja silloituspiste kasvaa säteilyannoksen kasvaessa, joten säteilyolosuhteita säätelemällä voidaan saada silloitettuja polyeteenituotteita, joilla on tietty silloitusaste.
Säteilysilloitusmenetelmällä valmistetulla silloitetulla polyeteenillä on seuraavat edut: silloitus ja suulakepuristus suoritetaan erikseen, tuotteen laatu on helppo valvoa, tuotannon tehokkuus on korkea ja romumäärä on alhainen; Silloitusprosessin aikana ei tarvita ylimääräisiä vapaita radikaaleja (kuten peroksideja jne.), mikä säilyttää materiaalin puhtauden ja parantaa materiaalin sähköisiä ominaisuuksia; Se soveltuu erityisen hyvin pienikokoisille ohutseinäisille eristetyille kaapeleille, joita on vaikea valmistaa kemiallisella silloituksella. Säteilysilloituksella on kuitenkin myös joitain haittoja, kuten tarve lisätä elektronisuihkun kiihdytysjännitettä paksuja materiaaleja silloitettaessa; Pyöreiden esineiden, kuten johtojen ja kaapeleiden, silloittamiseksi on välttämätöntä pyörittää niitä tai käyttää useita elektronisuihkuja säteilyn tasaamiseksi; Kertaluonteiset investointikustannukset ovat huomattavia; Käyttö- ja kunnossapitotekniikka on monimutkainen, ja myös käytön turvallisuussuojaongelmat ovat suhteellisen kovia.
Kemiallinen silloitus
Kemiallinen silloitus on kemiallisten silloitusaineiden käyttöä polymeerien silloittamiseen muuttuen lineaarisesta rakenteesta verkkorakenteeksi.
Silloitusaineen valinnan tulisi riippua polymeerin lajikkeesta, prosessointitekniikasta ja tuotteen suorituskyvystä. Ihanteellisella silloitusaineella tulisi olla tiettyjen erityisvaatimusten täyttämisen lisäksi myös seuraavat perusvaatimukset: korkea silloitusnopeus, vakaa silloitusrakenne; suuri käsittelyturvallisuus, helppokäyttöinen, kohtuullinen voimassaoloaika hartsin lisäämisen jälkeen, ei ennenaikaisia tai liian myöhäisiä silloittumishaittoja; ei vaikuta tuotteen käsittely- ja käyttösuorituskykyyn; myrkytön, ei saastuta, ei ärsytä ihoa ja silmiä.
Kemiallisessa silloituksessa on peroksidisilloitus, silaanisilloitus ja atsosilloitus:
(1) Peroksidisilloitus- ja silloitusaine Peroksidisilloitus, jossa käytetään yleensä orgaanista peroksidia silloitusaineena, hajoaa lämmön vaikutuksesta muodostaen aktiivisia vapaita radikaaleja, jotka saavat polymeerin hiiliketjun muodostamaan aktiivisia pisteitä ja muodostamaan hiili-hiili-silloitusta. verkon rakenne. Tämä tekniikka vaatii korkeapaineekstruusiolaitteiston, jotta silloitusreaktio suoritetaan tynnyrissä, jonka jälkeen tuote kuumennetaan nopealla kuumennusmenetelmällä, jolloin syntyy silloitettu tuote. Siksi peroksidisilloitusmenetelmän käyttöä polyeteeniputken valmistuksessa ei ole helppo hallita, tuotteen laatu on epävakaa ja jatkuva toiminta on vaikeampaa.
(2) Atsosilloitus
Menetelmä on sekoittaa atsoyhdiste PE:hen ja ekstrudoida atsoyhdisteen hajoamista alhaisemmassa lämpötilassa, ja ekstruusio hajotetaan korkean lämpötilan suolahauteessa, ja atsoyhdiste hajotetaan muodostaen vapaita radikaaleja, mikä käynnistää polyeteenin silloittumisen. Sitä käytetään yleensä sypressikumimateriaaleihin, joiden sulamislämpötila on alhainen, ja sillä on vähän käytännön sovellutuksia muoveille.
(3) Silaani- ja silloitusaine
1900-luvun 60-luvulla silaanin silloitustekniikka kehitettiin menestyksekkäästi. Teknologia käyttää kaksoissidoksia sisältäviä vinyylisilaaneja reagoimaan sulan polymeerin kanssa initiaattorien vaikutuksesta, jolloin muodostuu silaanioksastettuja polymeerejä, jotka hydrolysoidaan vedessä silanolin kondensaatiokatalyytin läsnäollessa muodostaen verkottuneen oksaaniketjun silloittuneen rakenteen. Silaanin silloitustekniikka on suuresti edistänyt silloitetun polyeteenin tuotantoa ja käyttöä sen yksinkertaisen laitteiston, helposti hallittavan prosessin, vähemmän investointien, valmiiden tuotteiden korkean silloitusasteen ja hyvän laadun ansiosta. Polyeteenin ja silaanin lisäksi silloituksessa käytetään myös katalyyttejä, initiaattoreita, antioksidantteja jne.
Verrattuna muihin menetelmiin silaanisilloituksella saaduilla polyeteenituotteilla on seuraavat edut:
(1) Vähemmän laiteinvestointeja, korkea tuotantotehokkuus ja alhaiset kustannukset.
(2) Prosessi on erittäin monipuolinen, sopii kaikkitiheyksisille polyeteenille ja sopii myös useimmille polyeteenille täyteaineella.
(3) Paksuus ei rajoita.
(4) Peroksidin määrä on pieni (vain 10 %, kun peroksidi silloitetaan yksin), joten polyeteenieristyskerrokseen muodostuu vähemmän mikrohuokosia, mikä edistää polyeteenin korkean eristyksen säilyttämistä.
Pääsovellukset
Erinomaisten ominaisuuksiensa ansiosta silloitettua polyeteeniä käytetään korkeajännitteisenä, suurtaajuisena, lämmönkestävänä eristemateriaalina sekä raketteissa, ohjuksissa, moottoreissa, muuntajissa jne. vaatimana lanka- ja kaapeliverhoiluna. Kutisteputkien valmistus, lämpökutistekalvot, erilaiset lämmönkestävät putket, vaahtomuovit, korroosionkestävät kemiallisten laitteiden vuoraukset, komponentit ja säiliöt, palosuojattujen rakennusmateriaalien valmistus jne. Tällä hetkellä suurimmat käyttöalueet ovat pääasiassa lanka ja kaapeli, putki, ja vaahtoa.
1. Silloitettu polyeteenikaapelimateriaali
Kaapelin lämmönkestävyys, jossa on silloitettu polyeteeni eristeenä, on korkeampi kuin polyvinyylikloridin, sitä voidaan käyttää pitkään 90 asteessa, ja lämmönkestävyyslämpötila oikosulkussa voi nousta jopa 250 asteeseen; Eristysvastus on korkea, dielektrisen häviön tangentti on pieni, eikä se periaatteessa muutu lämpötilan muutoksen myötä; Sillä on hyvä kulutuskestävyys ja ympäristöjännityshalkeilu. Kun silloitettu polyeteeni on poltettu kaapeleiden avulla, syntyy hiilidioksidia ja vettä, kun taas PVC-kaapelit tuottavat palaessaan haitallisia kloorivetyä kaasuja; Lisäksi silloitetun polyeteenin tiheys on noin 40 % pienempi kuin PVC:n, mikä voi merkittävästi heikentää ilmajohtojen laatua.
2. Silloitettu polyeteeniputki
Silloitetusta polyeteenistä valmistetun putken etuna on korkea virumislujuus, korroosionkestävyys, kevyt ja hyvä lämmönkestävyys. Alumiini-muovi-komposiittiputkella, jossa käytetään silloitettua polyeteeniä, on vahva ilmatiiviys ja korkea murtumisjännityskestävyys. Sillä on antistaattinen ja suojaava vaikutus.
Verrattuna PVC-putkeen ja tavalliseen polyeteeniputkeen, silloitettu polyeteeniputki ei sisällä pehmittimiä, se ei homehda eikä kasvata bakteereja; Ei sisällä haitallisia ainesosia, täyttää FDA:n standardit ja sitä voidaan käyttää juomavesiputkissa; Hyvä lämmönkestävyys, tavallinen polyvinyylikloridi- ja polyeteeniputki lämmönkestävyys on 60-75 astetta, kun taas silloitettu polyeteeniputki on 90 astetta, suurin hetkellinen lämpötila voi nousta 185 asteeseen, kestää -75 asteen alhaista lämpötilaa; Laaja käyttölämpötila-alue, voidaan käyttää pitkään -75-95 asteen olosuhteissa, ja käyttöikä on jopa 50 vuotta. Korkea ristisilloitus, korkea tiheys, hyvä paineenkestävyys; Kemiallinen korroosionkestävyys on erittäin hyvä, ja ympäristöjännityshalkeilukestävyys on erinomainen, jopa korkeammissa lämpötiloissa, sitä voidaan käyttää erilaisten kemikaalien ja jännitysmateriaalien kuljettamiseen kiihdytetyllä putkella, silloitettu polyeteeniputki on kevyt, vain noin 1 /8 metalliputkea; Hyvä korroosionkestävyys ja kulutuskestävyys. Kulumisnopeus on alle 1/4 teräsputkesta ja käyttöikä on 2-6 kertaa teräsputken; Sisäseinä on sileä, nesteen virtausvastus on pieni, ja samalla putken halkaisijalla kuljetusvirtaus on suurempi kuin metalliputken, ja melu on paljon pienempi; Voimansiirron suorituskyky on hyvä, ja nesteen siirtomäärä kasvaa 30 %-40 % teräsputkeen verrattuna; Lämmönjohtavuus on paljon pienempi kuin metalliputkien, joten sen lämmöneristyskyky on erinomainen. Lämmitysjärjestelmässä käytettäessä lämmön säilytystä ei vaadita ja lämpöhäviö on pieni; Sitä voidaan taivuttaa mielivaltaisesti, eikä se ole hauras ja halkeileva; Erinomainen sähköeristyskyky, helppo asennus ja asennustyömäärä alle puolet metalliputkesta, alhaiset asennuskustannukset.
Silloitetun polyeteeniputken erinomaisen materiaalin suorituskyvyn ansiosta. Täysin myrkyttömän hygienian ansiosta sitä on pidetty uuden sukupolven vihreänä piippuna, jota käytetään pääasiassa seuraavissa asioissa:
(1) Kylmän ja kuuman veden syöttöjärjestelmät ja putkistojen juomavesijärjestelmät rakennuksia varten;
(2) Jäähdytetty vesijärjestelmä rakennuksen ilmastointiin;
(3) asuinrakennusten lämmitysjärjestelmä;
(4) maalämmitysjärjestelmä;
(5) Kotitalouksien vedenlämmitinjärjestelmän putkistot;
(6) Juomien, alkoholin, maidon ja muiden elintarviketeollisuuden nesteiden kuljetusputket;
(7) Kemian- ja öljyteollisuuden nesteiden kuljetusputket;
(8) Jäähdytysjärjestelmän ja vedenkäsittelyjärjestelmän putkisto.
(5) Hyvä ikääntymisenkestävyys ja pitkä käyttöikä.
