Technológia sieťovania polyetylénu (PE) je jedným z dôležitých prostriedkov na zlepšenie jeho materiálových vlastností. Zosieťovaný modifikovaný PE môže výrazne zlepšiť svoje vlastnosti, čo nielen výrazne zlepšuje komplexné vlastnosti PE, ako sú mechanické vlastnosti, odolnosť proti praskaniu vplyvom prostredia, odolnosť proti chemickej korózii, odolnosť proti tečeniu a elektrické vlastnosti, ale tiež výrazne zlepšuje tepelnú odolnosť. úroveň, ktorá môže zvýšiť teplotu tepelnej odolnosti PE zo 70 stupňov na viac ako 100 stupňov, čím sa výrazne rozširuje oblasť použitia PE.
Izolácia zo zosieťovaného polyetylénu je polyetylén pod pôsobením vysokoenergetických lúčov (ako sú lúče, lúče, elektrónové lúče atď.) alebo zosieťovacích činidiel, takže zosieťovanie medzi makromolekulami môže zlepšiť jeho tepelnú odolnosť a ďalšie vlastnosti. Dlhodobá pracovná teplota kábla, ktorý používa ako izoláciu zosieťovaný polyetylén, sa môže zvýšiť na 90 stupňov a okamžitá teplota skratu, ktorý vydrží, môže dosiahnuť 170-250 stupňov .
Stručný úvod
Polyetylén (PE) je jedným z piatich všeobecných plastov a jeho výroba a spotreba sú na prvom mieste medzi rôznymi syntetickými živicami v priemysle a poľnohospodárstve a sú široko používané v každodennom živote. Odolnosť polyetylénu voči vysokej teplote je však nízka. Mechanické vlastnosti a chemická odolnosť niekedy nezodpovedajú požiadavkám skutočného použitia. Preto bola modifikácia polyetylénu vždy kľúčom k vývoju a aplikácii polyetylénových produktov a technológia sieťovania polyetylénu je dôležitou technológiou na zlepšenie jeho materiálových vlastností. Zosieťovaný modifikovaný polyetylén môže výrazne zlepšiť svoje vlastnosti, čo nielen výrazne zlepšuje komplexné vlastnosti polyetylénu, ako sú mechanické vlastnosti, odolnosť proti praskaniu vplyvom prostredia, odolnosť proti chemickej korózii, odolnosť proti tečeniu a elektrické vlastnosti. Okrem toho sa výrazne zlepšila úroveň teplotnej odolnosti a teplota tepelnej odolnosti polyetylénu sa môže zvýšiť zo 70 stupňov na viac ako 100 stupňov. V dôsledku toho sa rozsah použitia polyetylénu značne rozšíril.
V súčasnosti je zosieťovaný polyetylén (XLPE) široko používaný v potrubiach, fóliách, káblových materiáloch a penových výrobkoch.
Výkon a výhody
Molekuly polyetylénu sú zložené z lineárnych molekulových reťazcov. Keď sa teplota zvýši, väzbová sila medzi lineárnymi molekulovými reťazcami (van der Waalsova sila) sa oslabí, takže sa celý molekulárny materiál deformuje, takže teplotná odolnosť polyetylénu je nízka. Zosieťovaný polyetylén (XLPE) Medzi molekulami je vztýčený chemický reťazový mostík, takže molekuly nemôžu byť vytesnené, čím sa prekonáva nedostatok polyetylénu. Porovnanie výkonu zosieťovaného polyetylénu a bežného polyetylénu je uvedené v tabuľke 1.
Zosieťovaný polyetylén má nasledujúce výhody:
1. Tepelná odolnosť: XLPE so sieťovou trojrozmernou štruktúrou má vynikajúcu tepelnú odolnosť. Nebude sa rozkladať a karbonizovať pod 200 stupňov, dlhodobá pracovná teplota môže dosiahnuť 90 stupňov a tepelná životnosť môže dosiahnuť 40 rokov.
2. Izolačný výkon: XLPE zachováva pôvodné dobré izolačné vlastnosti PE a izolačný odpor sa ďalej zvyšuje. Jeho tangens dielektrických strát je veľmi malý a nie je výrazne ovplyvnený teplotou.
3. Mechanické vlastnosti: Vďaka vytvoreniu nových chemických väzieb medzi makromolekulami sa zlepšila tvrdosť, tuhosť, odolnosť proti opotrebeniu a nárazuvzdornosť XLPE, čím sa kompenzujú nedostatky PE, ktorý je náchylný na environmentálne napätie a praskanie.
4. Chemická odolnosť: XLPE má silnú odolnosť voči kyselinám a zásadám a odolnosť voči olejom a jeho produkty spaľovania sú hlavne voda a oxid uhličitý, ktorý je menej škodlivý pre životné prostredie a spĺňa požiadavky modernej požiarnej bezpečnosti.
Princíp sieťovania
Polyetylén ([CH{0}}CH2]n, n-opakované číslo jednotky) je polymérna zlúčenina obsahujúca dva prvky uhľovodíkov a vodíkov s lineárnou alebo rozvetvenou molekulárnou štruktúrou makromolekulárnych reťazcov, tuhou formou pri izbovej teplote a kryštalickou fázou a amorfná fáza koexistencia forma v pevnej forme polyetylénu. Relatívna molekulová hmotnosť polyetylénu je medzi 6,30 a<>,<>.
Polyetylén má vynikajúce elektrické izolačné vlastnosti, ale jeho slabá tepelná odolnosť ovplyvňuje použitie surovín na izoláciu káblov. V dôsledku slabej intermolekulárnej interakcie v amorfnej oblasti je teplota topenia väčšiny polyetylénu asi 140 stupňov a jeho mechanická pevnosť výrazne klesá, keď sa blíži k bodu topenia polyetylénu, a tiež sa zhoršuje odolnosť proti praskaniu.
Keď sú lineárne makromolekulové reťazce chemicky alebo fyzikálne spracované, proces spájania vo forme zosieťovaných väzieb sa nazýva zosieťovanie alebo "vulkanizácia". Zosieťovaný polyetylén má vlastnosti typu sieťoviny a štruktúry tela a jeho tepelná odolnosť sa zvýši so zvýšením zosieťovania a podľa toho sa zníži relatívne tepelné predĺženie. Vďaka výraznému zlepšeniu mechanických vlastností a tepelnej odolnosti sa stal široko používaným izolačným materiálom napájacích káblov.
Metóda zosieťovania polyetylénu zosieťovaním za vzniku zosieťovaného polyetylénu sa delí do dvoch kategórií: chemická metóda a fyzikálna metóda a procesné metódy realizované v priemysle zahŕňajú najmä týchto päť: sieťovanie vysokoenergetickým ožiarením, sieťovanie silánom, sieťovanie peroxidom ultrafialové zosieťovanie a zosieťovanie soľou. Medzi nimi metóda peroxidového sieťovania (známa aj ako chemické sieťovanie) je metóda sieťovania vhodná na výrobu káblov pre stredné a vysoké napätie a jej princípom je séria reakcií voľných radikálov spúšťaných vysokoteplotným rozkladom peroxidu. a potom je PE zosieťovaný. Peroxidy sa teplom rozkladajú za vzniku voľných radikálov a proces zosieťovacej reakcie je nasledujúci:
Metóda sieťovania
Existujú dva typy metód sieťovania polyetylénu: fyzikálne sieťovanie (sieťovanie žiarením) a chemické sieťovanie. Chemické zosieťovanie sa delí na silánové zosieťovanie a peroxidové zosieťovanie.
Fyzikálne zosieťovanie
Radiačné zosieťovanie: polyetylénové produkty, ako sú polyetylénové plášte, fólie, tenkostenné rúrky a iné produkty potiahnuté na drôte, sú zosieťované lúčmi a vysokoenergetickými lúčmi (spôsobujú, že polyetylénové makromolekuly vytvárajú voľné radikály a vytvárajú CC zosieťované reťazce) . Stupeň zosieťovania je ovplyvnený dávkou žiarenia a teplotou a bod zosieťovania sa zvyšuje so zvyšovaním dávky žiarenia, takže riadením podmienok žiarenia možno získať produkty zosieťovaného polyetylénu s určitým stupňom zosieťovania.
Zosieťovaný polyetylén vyrobený metódou zosieťovania žiarením má nasledujúce výhody: zosieťovanie a extrúzia sa vykonávajú oddelene, kvalita produktu je ľahko kontrolovateľná, efektívnosť výroby je vysoká a miera šrotu je nízka; Počas procesu sieťovania nie sú potrebné žiadne ďalšie iniciátory voľných radikálov (ako sú peroxidy atď.), čo udržuje čistotu materiálu a zlepšuje elektrické vlastnosti materiálu; Je vhodný najmä pre tenkostenné izolované káble malého prierezu, ktoré sa ťažko vyrábajú chemickým zosieťovaním. Radiačné zosieťovanie má však aj niektoré nevýhody, ako je potreba zvýšiť urýchľovacie napätie elektrónového lúča pri zosieťovaní hrubých materiálov; Na zosieťovanie okrúhlych predmetov, ako sú drôty a káble, je potrebné ich otáčať alebo použiť niekoľko elektrónových lúčov, aby bolo ožiarenie rovnomerné; Jednorazové investičné náklady sú značné; Technológia prevádzky a údržby je zložitá a problémy s bezpečnostnou ochranou pri prevádzke sú tiež pomerne drsné.
Chemické zosieťovanie
Chemické zosieťovanie je použitie chemických sieťovacích činidiel na zosieťovanie polymérov, pričom sa mení z lineárnej štruktúry na sieťovú štruktúru.
Výber sieťovacieho činidla by mal závisieť od odrody polyméru, technológie spracovania a výkonu produktu, ideálne sieťovacie činidlo by okrem splnenia niektorých špecifických požiadaviek malo mať aj nasledujúce základné požiadavky: vysoká rýchlosť sieťovania, stabilná sieťovacia štruktúra; veľká bezpečnosť spracovania, jednoduché použitie, mierna doba platnosti po pridaní živice, žiadne predčasné alebo príliš neskoré nedostatky zosieťovania; neovplyvňuje výkon spracovania a používanie produktu; netoxický, neznečisťujúci, nedráždi pokožku a oči.
Pri chemickom zosieťovaní existujú peroxidové zosieťovanie, silánové zosieťovanie a azosieťovanie:
(1) Peroxidové zosieťovacie a zosieťovacie činidlo Peroxidové zosieťovanie, vo všeobecnosti s použitím organického peroxidu ako zosieťovacieho činidla, sa pôsobením tepla rozkladá za vzniku aktívnych voľných radikálov, ktoré spôsobujú, že uhlíkový reťazec polyméru vytvára aktívne body a vytvára zosieťovanie uhlík-uhlík za vzniku štruktúra siete. Táto technológia vyžaduje vysokotlakové extrúzne zariadenie, aby sa zosieťovacia reakcia uskutočnila vo valci a potom sa produkt zahrieval pomocou metódy rýchleho ohrevu, čo vedie k zosieťovanému produktu. Preto použitie metódy peroxidového zosieťovania na výrobu polyetylénovej rúry nie je ľahké kontrolovať, kvalita produktu je nestabilná a nepretržitá prevádzka je ťažšia.
(2) Azo zosieťovanie
Spôsobom je primiešať azozlúčeninu do PE a extrudovať pri teplote nižšej ako je rozklad azozlúčeniny a extrúzia sa rozloží vo vysokoteplotnom soľnom kúpeli a azozlúčenina sa rozloží za vzniku voľných radikálov, ktoré iniciujú zosieťovanie polyetylénu. Vo všeobecnosti sa používa pre materiály z cyprusovej gumy s nízkymi teplotami topenia a má málo praktických aplikácií pre plasty.
(3) Silánové sieťovacie a sieťovacie činidlo
V šesťdesiatych rokoch dvadsiateho storočia bola úspešne vyvinutá technológia sieťovania silánom. Technológia využíva vinylsilány obsahujúce dvojité väzby na reakciu s roztavenými polymérmi pôsobením iniciátorov za vzniku silánom naočkovaných polymérov, ktoré sa hydrolyzujú vo vode v prítomnosti silanolového kondenzačného katalyzátora za vzniku zosieťovanej štruktúry s oxánovým reťazcom. Technológia sieťovania silánom výrazne podporila výrobu a aplikáciu zosieťovaného polyetylénu vďaka jednoduchému zariadeniu, ľahko ovládateľnému procesu, menším investíciám, vysokému stupňu zosieťovania hotových výrobkov a dobrej kvalite. Pri sieťovaní sa okrem polyetylénu a silánu používajú aj katalyzátory, iniciátory, antioxidanty atď.
V porovnaní s inými metódami majú polyetylénové produkty získané sieťovaním silánom nasledujúce výhody:
(1) Menšie investície do vybavenia, vysoká efektívnosť výroby a nízke náklady.
(2) Proces je vysoko všestranný, vhodný pre polyetylén s plnou hustotou a tiež vhodný pre väčšinu polyetylénu s plnivom.
(3) Neobmedzené hrúbkou.
(4) Množstvo peroxidu je malé (iba 10 %, keď je peroxid zosieťovaný samotný), takže v polyetylénovej izolačnej vrstve sa vytvára menej mikropórov, čo prispieva k udržaniu vysokej izolácie polyetylénu.
Hlavné aplikácie
Pre svoje vynikajúce vlastnosti sa zosieťovaný polyetylén používa ako vysokonapäťové, vysokofrekvenčné, žiaruvzdorné izolačné materiály a opláštenia drôtov a káblov, ktoré si vyžadujú rakety, strely, motory, transformátory a pod. Výroba teplom zmrštiteľných trubíc, teplom zmrštiteľné fólie, rôzne žiaruvzdorné rúry, penové plasty, antikorózne obloženie chemických zariadení, súčiastok a nádob, výroba stavebných materiálov spomaľujúcich horenie a pod. V súčasnosti sú najväčšími oblasťami použitia najmä drôty a káble, potrubia, a pena.
1. Materiál kábla zo zosieťovaného polyetylénu
Tepelná odolnosť kábla so zosieťovaným polyetylénom ako izoláciou je vyššia ako u polyvinylchloridu, môže sa používať dlhodobo pri 90 stupňoch a teplota tepelnej odolnosti pri skrate môže dosiahnuť až 250 stupňov; Izolačný odpor je vysoký, tangenta dielektrickej straty je malá a v podstate sa nemení so zmenou teploty; Má dobrú odolnosť proti opotrebovaniu a praskanie vplyvom prostredia. Keď je zosieťovaný polyetylén spálený káblami, vzniká oxid uhličitý a voda, zatiaľ čo káble z PVC produkujú pri horení škodlivé plyny chlorovodík; Navyše hustota zosieťovaného polyetylénu je asi o 40 % menšia ako hustota PVC, čo môže výrazne znížiť kvalitu nadzemných vedení.
2. Rúrka zo zosieťovaného polyetylénu
Rúrka vyrobená zo zosieťovaného polyetylénu má výhody vysokej pevnosti pri tečení, odolnosti proti korózii, nízkej hmotnosti a dobrej tepelnej odolnosti. Hliníkovo-plastové kompozitné potrubie s použitím zosieťovaného polyetylénu má silnú vzduchotesnosť a vysokú odolnosť proti roztrhnutiu. Má antistatický a tieniaci účinok.
V porovnaní s PVC rúrkou a bežnou polyetylénovou rúrou neobsahuje sieťovaná polyetylénová rúra zmäkčovadlá, neplesnivie a nemnoží baktérie; Neobsahuje škodlivé zložky, spĺňa normy FDA a môže byť použitý v potrubiach na pitnú vodu; Dobrá tepelná odolnosť, tepelná odolnosť bežného polyvinylchloridu a polyetylénových rúr je 60-75 stupňov, zatiaľ čo zosieťovaná polyetylénová rúra má 90 stupňov, maximálna okamžitá teplota môže dosiahnuť 185 stupňov, znesie -75 stupňov nízku teplotu; Široký rozsah prevádzkových teplôt, môže sa používať dlhodobo v podmienkach -75-95 stupňov a životnosť je až 50 rokov. Vysoké zosieťovanie, vysoká hustota, dobrá odolnosť voči tlaku; Odolnosť proti chemickej korózii je veľmi dobrá a odolnosť voči praskaniu vplyvom prostredia je vynikajúca, dokonca aj pri vyšších teplotách, môže sa použiť na prepravu rôznych chemikálií a namáhaného materiálu pomocou zrýchleného potrubia, rúrka zo zosieťovaného polyetylénu má nízku hmotnosť, len asi 1 /8 z kovovej rúry; Dobrá odolnosť proti korózii a opotrebeniu. Miera opotrebovania je menšia ako 1/4 oceľovej rúry a životnosť je 2-6-násobok životnosti oceľovej rúry; Vnútorná stena je hladká, odpor prietoku tekutiny je malý a pri rovnakom priemere potrubia je dopravný prietok väčší ako u kovovej rúry a hluk je oveľa nižší; Prenosový výkon je dobrý a prenosové množstvo kvapaliny je zvýšené o 30 %-40% v porovnaní s oceľovou rúrkou; Tepelná vodivosť je oveľa nižšia ako u kovových rúr, takže jej tepelnoizolačný výkon je vynikajúci. Pri použití vo vykurovacom systéme nie je potrebná tepelná ochrana a tepelné straty sú malé; Môže sa ľubovoľne ohýbať a nebude krehký a prasknutý; Vynikajúci elektrický izolačný výkon, jednoduchá inštalácia a inštalačné zaťaženie menej ako polovice kovovej rúry, nízke náklady na inštaláciu.
Vďaka vynikajúcemu materiálovému výkonu rúrky zo zosieťovaného polyetylénu. S úplne netoxickou hygienou sa považuje za novú generáciu zelených rúrok, ktoré sa používajú najmä v nasledujúcich aspektoch:
(1) systémy zásobovania studenou a teplou vodou a potrubné systémy pitnej vody pre budovy;
(2) Systém chladenej vody pre klimatizáciu budov;
(3) Bytový vykurovací systém;
(4) Pozemný vykurovací systém;
(5) Potrubie systému ohrievača vody pre domácnosť;
(6) prepravné potrubia pre nápoje, alkohol, mlieko a iné tekutiny v potravinárskom priemysle;
(7) Potrubia na prepravu tekutín pre chemický a ropný priemysel;
(8) Potrubie chladiaceho systému a systému úpravy vody.
(5) Dobrá odolnosť proti starnutiu a dlhá životnosť.
