Teknologi silang silang polietilena (PE) adalah salah satu cara penting untuk meningkatkan sifat bahannya. PE yang diubah suai berkait silang boleh meningkatkan sifatnya dengan ketara, yang bukan sahaja meningkatkan sifat komprehensif PE dengan ketara seperti sifat mekanikal, rintangan retak tegasan persekitaran, rintangan kakisan kimia, rintangan rayapan, dan sifat elektrik, tetapi juga meningkatkan rintangan suhu dengan ketara. tahap, yang boleh meningkatkan suhu rintangan haba PE daripada 70 darjah kepada lebih daripada 100 darjah, dengan itu meluaskan bidang aplikasi PE.
Penebat polietilena berkait silang ialah polietilena di bawah tindakan sinaran bertenaga tinggi (seperti sinar, sinar, sinar elektron, dsb.) atau agen penghubung silang supaya penghubung silang antara makromolekul boleh meningkatkan rintangan haba dan sifat lain. Suhu kerja jangka panjang kabel menggunakan polietilena berkait silang sebagai penebat boleh ditingkatkan kepada 90 darjah, dan suhu litar pintas serta-merta yang boleh bertahan boleh mencapai 170-250 darjah.
Pengenalan ringkas
Polietilena (PE) ialah salah satu daripada lima plastik am, dan pengeluaran dan penggunaannya menduduki tempat pertama di kalangan pelbagai resin sintetik, dalam industri dan pertanian dan digunakan secara meluas dalam kehidupan seharian. Walau bagaimanapun, rintangan suhu tinggi polietilena adalah lemah. Sifat mekanikal dan rintangan kimia kadangkala tidak memenuhi keperluan penggunaan sebenar. Oleh itu, pengubahsuaian polietilena sentiasa menjadi kunci kepada pembangunan dan penggunaan produk polietilena, dan teknologi silang silang polietilena merupakan teknologi penting untuk menambah baik sifat bahannya. Polietilena diubah suai berkait silang boleh meningkatkan sifatnya dengan ketara, yang bukan sahaja meningkatkan sifat menyeluruh polietilena dengan ketara seperti sifat mekanikal, rintangan retak tekanan persekitaran, rintangan kakisan kimia, rintangan rayapan dan sifat elektrik. Selain itu, tahap rintangan suhu bertambah baik, dan suhu rintangan haba polietilena boleh ditingkatkan daripada 70 darjah kepada lebih daripada 100 darjah. Akibatnya, julat penggunaan polietilena telah diperluaskan dengan banyak.
Pada masa ini, polietilena silang silang (XLPE) telah digunakan secara meluas dalam paip, filem, bahan kabel dan produk buih.
Prestasi dan faedah
Molekul polietilena terdiri daripada rantai molekul linear. Apabila suhu meningkat, daya pengikatan antara rantai molekul linear (daya van der Waals) menjadi lemah, supaya keseluruhan bahan molekul menjadi cacat, jadi rintangan suhu polietilena adalah lemah. Polietilena berpaut silang (XLPE) Jambatan rantai kimia didirikan di antara molekul supaya molekul tidak dapat disesarkan, yang mengatasi kekurangan polietilena. Perbandingan prestasi polietilena berkait silang dan polietilena biasa ditunjukkan dalam Jadual 1.
Polietilena bersilang mempunyai kelebihan berikut:
1. Rintangan haba: XLPE dengan struktur tiga dimensi mesh mempunyai rintangan haba yang sangat baik. Ia tidak akan terurai dan berkarbonisasi di bawah 200 darjah, suhu kerja jangka panjang boleh mencapai 90 darjah, dan hayat haba boleh mencapai 40 tahun.
2. Prestasi penebat: XLPE mengekalkan ciri-ciri penebat yang baik asal PE, dan rintangan penebat ditingkatkan lagi. Tangen kehilangan dielektriknya sangat kecil dan tidak banyak dipengaruhi oleh suhu.
3. Sifat mekanikal: Disebabkan penubuhan ikatan kimia baharu antara makromolekul, kekerasan, kekakuan, rintangan haus dan rintangan hentaman XLPE bertambah baik, sekali gus mengimbangi kekurangan PE yang terdedah kepada tekanan persekitaran dan keretakan.
4. Rintangan kimia: XLPE mempunyai rintangan asid dan alkali yang kuat dan rintangan minyak, dan produk pembakarannya terutamanya air dan karbon dioksida, yang kurang berbahaya kepada alam sekitar dan memenuhi keperluan keselamatan kebakaran moden.
Prinsip pertautan silang
Polietilena ([CH2-CH2]n, nombor unit berulang-n) ialah sebatian polimer yang mengandungi dua unsur hidrokarbon dan hidrogen, dengan struktur molekul linear atau bercabang rantai makromolekul, bentuk pepejal pada suhu bilik, dan fasa kristal dan bentuk kewujudan bersama fasa amorf dalam bentuk pepejal polietilena. Berat molekul relatif polietilena adalah antara 6,30 dan<>,<>.
Polietilena mempunyai sifat penebat elektrik yang sangat baik, tetapi rintangan haba yang lemah menjejaskan penggunaan bahan mentah untuk penebat kabel. Disebabkan oleh interaksi antara molekul yang lemah di kawasan amorfus, suhu lebur kebanyakan polietilena adalah kira-kira 140 darjah, dan kekuatan mekanikalnya berkurangan dengan ketara apabila menghampiri takat lebur polietilena, dan rintangan keretakan juga merosot.
Apabila rantai makromolekul linear diproses secara kimia atau fizikal, proses penyatuan dalam bentuk ikatan silang silang dipanggil penyambung silang atau "pemvulkanan". Polietilena bersilang mempunyai ciri-ciri jenis mesh dan struktur badan, dan rintangan habanya akan dipertingkatkan dengan peningkatan silang silang, dan pemanjangan haba relatif akan berkurangan dengan sewajarnya. Oleh kerana peningkatan ketara dalam sifat mekanikal dan rintangan haba, ia telah menjadi bahan penebat kabel kuasa yang digunakan secara meluas.
Kaedah memaut silang polietilena dengan memaut silang untuk membentuk polietilena bersilang terbahagi kepada dua kategori: kaedah kimia dan kaedah fizikal, dan kaedah proses yang direalisasikan dalam industri terutamanya termasuk lima berikut: silang penyinaran tenaga tinggi, penyambung silang silane, penyambung silang peroksida. , pautan silang ultraungu dan pautan silang garam. Antaranya, kaedah silang silang peroksida (juga dikenali sebagai pautan silang kimia) ialah kaedah silang silang yang sesuai untuk penghasilan kabel tahap voltan sederhana dan tinggi, dan prinsipnya ialah satu siri tindak balas radikal bebas yang dicetuskan oleh penguraian suhu tinggi peroksida. , dan kemudian PE dipaut silang. Peroksida diuraikan oleh haba untuk membentuk radikal bebas, dan proses tindak balas silang adalah seperti berikut:
Kaedah silang silang
Terdapat dua jenis kaedah pemautan silang untuk polietilena: pemautan silang fizikal (pautan silang sinaran) dan silang silang kimia. Pautan silang kimia terbahagi kepada pautan silang silane dan pautan silang peroksida.
Pautan silang fizikal
Pautan silang sinaran: produk polietilena, seperti sarung polietilena, filem, tiub berdinding nipis, dan produk lain yang disalut pada wayar, dipaut silang dengan sinar-sinar dan sinaran bertenaga tinggi (menyebabkan makromolekul polietilena menjana radikal bebas dan membentuk rantai silang silang CC) . Tahap penghubung silang dipengaruhi oleh dos dan suhu sinaran, dan titik silang silang meningkat dengan peningkatan dos sinaran, jadi dengan mengawal keadaan sinaran, produk polietilena silang silang dengan tahap penghubung silang tertentu boleh diperolehi.
Polietilena silang silang yang dihasilkan melalui kaedah silang silang sinaran mempunyai kelebihan berikut: pautan silang dan penyemperitan dijalankan secara berasingan, kualiti produk mudah dikawal, kecekapan pengeluaran tinggi, dan kadar sekerap rendah; Tiada pemula radikal bebas tambahan (seperti peroksida, dsb.) diperlukan semasa proses pemautan silang, yang mengekalkan kebersihan bahan dan menambah baik sifat elektrik bahan; Ia amat sesuai untuk kabel bertebat berdinding nipis keratan kecil yang sukar dihasilkan melalui pemautan silang kimia. Walau bagaimanapun, pemautan silang sinaran juga mempunyai beberapa kelemahan, seperti keperluan untuk meningkatkan voltan pecutan pancaran elektron apabila memaut silang bahan tebal; Untuk memaut silang objek bulat seperti wayar dan kabel, adalah perlu untuk memutarkannya atau menggunakan beberapa rasuk elektron untuk membuat penyinaran seragam; Kos pelaburan sekali sahaja adalah besar; Teknologi operasi dan penyelenggaraan adalah kompleks, dan masalah perlindungan keselamatan dalam operasi juga agak keras.
Penyambung silang kimia
Pautan silang kimia ialah penggunaan agen pemautan silang kimia untuk memaut silang polimer, berubah daripada struktur linear kepada struktur rangkaian.
Pilihan ejen penghubung silang harus bergantung pada kepelbagaian polimer, teknologi pemprosesan, dan prestasi produk, ejen penghubung silang yang ideal di samping memenuhi beberapa keperluan khusus juga harus mempunyai keperluan asas berikut: kadar pautan silang yang tinggi, struktur silang silang yang stabil; keselamatan pemprosesan yang besar, mudah digunakan, tempoh sah sederhana selepas menambah resin, tiada kelemahan silang silang pramatang atau terlambat; tidak menjejaskan prestasi pemprosesan dan prestasi penggunaan produk; tidak toksik, tidak mencemarkan, tidak merengsakan kulit dan mata.
Dalam pemautan silang kimia, terdapat pemautan silang peroksida, pemautan silang silane, dan penyambungan azo:
(1) Agen pemautan silang dan penyambung peroksidaPenyilang silang peroksida, secara amnya menggunakan peroksida organik sebagai agen penyambung silang, di bawah tindakan haba, terurai untuk menghasilkan radikal bebas aktif, yang menjadikan rantai karbon polimer menjana titik aktif dan menghasilkan penyambung silang karbon-karbon untuk membentuk struktur rangkaian. Teknologi ini memerlukan peralatan penyemperitan tekanan tinggi supaya tindak balas silang silang dijalankan di dalam tong, dan kemudian produk dipanaskan menggunakan kaedah pemanasan pantas, menghasilkan produk bersilang. Oleh itu, penggunaan kaedah silang silang peroksida untuk menghasilkan paip polietilena tidak mudah dikawal, kualiti produk tidak stabil, dan operasi berterusan lebih sukar.
(2) Pautan silang Azo
Kaedahnya adalah untuk mencampurkan sebatian azo ke dalam PE dan menyemperit pada suhu yang lebih rendah daripada penguraian sebatian azo, dan penyemperitan diuraikan oleh mandi garam suhu tinggi, dan sebatian azo diuraikan untuk membentuk radikal bebas, memulakan penyambung silang polietilena. Ia biasanya digunakan untuk bahan gusi cypress dengan suhu lebur yang rendah dan mempunyai beberapa aplikasi praktikal untuk plastik.
(3) Agen penghubung silang dan silang silang
Pada tahun enam puluhan abad kedua puluh, teknologi silang silang silane telah berjaya dibangunkan. Teknologi ini menggunakan silan vinil yang mengandungi ikatan berganda untuk bertindak balas dengan polimer lebur di bawah tindakan pemula untuk membentuk polimer cantuman silane, yang dihidrolisiskan dalam air dengan kehadiran pemangkin pemeluwapan silanol untuk membentuk struktur bersambung silang rantai oksana. Teknologi silang silang telah menggalakkan pengeluaran dan penggunaan polietilena bersilang kerana peralatannya yang ringkas, proses yang mudah dikawal, pelaburan yang kurang, tahap pemautan silang produk siap yang tinggi dan kualiti yang baik. Sebagai tambahan kepada polietilena dan silan, pemangkin, pemula, antioksidan, dsb. juga digunakan dalam penghubung silang.
Berbanding dengan kaedah lain, produk polietilena yang diperoleh dengan silang silang silane mempunyai kelebihan berikut:
(1) Kurang pelaburan peralatan, kecekapan pengeluaran yang tinggi, dan kos rendah.
(2) Proses ini sangat serba boleh, sesuai untuk polietilena semua ketumpatan, dan juga sesuai untuk kebanyakan polietilena dengan pengisi.
(3) Tidak terhad oleh ketebalan.
(4) Jumlah peroksida adalah kecil (hanya 10% apabila peroksida disambung silang sahaja), jadi lebih sedikit mikropori terhasil dalam lapisan penebat polietilena, yang kondusif untuk mengekalkan penebat polietilena yang tinggi.
Aplikasi utama
Oleh kerana sifatnya yang sangat baik, polietilena bersilang digunakan sebagai bahan penebat bervoltan tinggi, frekuensi tinggi, tahan haba dan pelapis wayar dan kabel yang diperlukan oleh roket, peluru berpandu, motor, transformer, dsb. Pembuatan tiub pengecut haba, filem pengecut haba, pelbagai paip tahan haba, plastik buih, lapisan peralatan kimia tahan kakisan, komponen dan bekas, pembuatan bahan binaan kalis api, dan lain-lain. Pada masa ini, kawasan penggunaan terbesar adalah terutamanya wayar dan kabel, paip, dan buih.
1. Bahan kabel polietilena bersilang
Rintangan haba kabel dengan polietilena bersilang sebagai penebat adalah lebih tinggi daripada polivinil klorida, ia boleh digunakan untuk masa yang lama pada 90 darjah, dan suhu rintangan haba dalam litar pintas boleh mencapai sehingga 250 darjah; Rintangan penebat adalah tinggi, tangen kehilangan dielektrik adalah kecil, dan ia pada dasarnya tidak berubah dengan perubahan suhu; Ia mempunyai rintangan haus yang baik dan retak tekanan alam sekitar. Sebaik sahaja polietilena berpaut silang dibakar oleh kabel, karbon dioksida dan air dihasilkan, manakala kabel PVC menghasilkan gas berbahaya hidrogen klorida apabila terbakar; Di samping itu, ketumpatan polietilena bersilang adalah kira-kira 40% lebih kecil daripada PVC, yang boleh mengurangkan kualiti talian atas dengan ketara.
2. Paip polietilena bersilang
Paip yang dihasilkan oleh polietilena bersilang mempunyai kelebihan kekuatan rayapan yang tinggi, rintangan kakisan, ringan, dan rintangan haba yang baik. Paip komposit aluminium-plastik menggunakan polietilena bersilang mempunyai sesak udara yang kuat dan rintangan tegasan pecah yang tinggi. Ia mempunyai kesan antistatik dan perisai.
Berbanding dengan paip PVC dan paip polietilena biasa, paip polietilena bersilang tidak mengandungi pemplastik, tidak akan berkulat dan membiak bakteria; Tidak mengandungi bahan berbahaya, memenuhi piawaian FDA, dan boleh digunakan dalam paip air minuman; Rintangan haba yang baik, rintangan haba paip polivinil klorida dan polietilena biasa ialah 60-75 darjah, manakala paip polietilena silang silang ialah 90 darjah, suhu serta-merta maksimum boleh mencapai 185 darjah, boleh menahan -75 suhu rendah; Julat suhu operasi yang luas, boleh digunakan untuk masa yang lama di bawah -75-95 keadaan darjah, dan hayat perkhidmatan sehingga 50 tahun. Pautan silang tinggi, ketumpatan tinggi, rintangan tekanan yang baik; Rintangan kakisan kimia adalah sangat baik, dan rintangan retak tekanan alam sekitar sangat baik, walaupun pada suhu yang lebih tinggi, ia boleh digunakan untuk mengangkut pelbagai bahan kimia dan bahan tegasan dengan paip dipercepatkan, paip polietilena silang silang adalah ringan, hanya kira-kira 1 /8 daripada paip logam; Rintangan kakisan yang baik dan rintangan haus. Kadar haus kurang daripada 1/4 daripada paip keluli dan hayat perkhidmatan adalah 2-6 kali ganda daripada paip keluli; Dinding dalaman licin, rintangan aliran bendalir adalah kecil, dan pada diameter paip yang sama, aliran penghantar lebih besar daripada paip logam, dan bunyi lebih rendah; Prestasi penghantaran adalah baik, dan jumlah penghantaran cecair meningkat sebanyak 30%-40% berbanding dengan paip keluli; Kekonduksian haba jauh lebih rendah daripada paip logam, jadi prestasi penebat habanya sangat baik. Apabila digunakan dalam sistem pemanasan, pemeliharaan haba tidak diperlukan, dan kehilangan haba adalah kecil; Ia boleh dibengkokkan sewenang-wenangnya dan tidak akan rapuh dan retak; Prestasi penebat elektrik yang sangat baik, pemasangan mudah, dan beban kerja pemasangan kurang daripada separuh paip logam, kos pemasangan yang rendah.
Disebabkan oleh prestasi bahan yang sangat baik bagi paip polietilena bersilang. Dengan kebersihan bukan toksik sepenuhnya, ia telah dianggap sebagai generasi baharu paip hijau, terutamanya digunakan dalam aspek berikut:
(1) Sistem bekalan air sejuk dan panas dan sistem air minuman saluran paip untuk bangunan;
(2) Sistem air sejuk untuk membina penghawa dingin;
(3) Sistem pemanasan kediaman;
(4) Sistem pemanasan tanah;
(5) Paip sistem pemanas air domestik;
(6) Saluran paip pengangkutan untuk minuman, alkohol, susu, dan cecair lain dalam industri makanan;
(7) Saluran paip pengangkutan cecair industri kimia dan petroleum;
(8) Sistem penyejukan dan saluran paip sistem rawatan air.
(5) Rintangan penuaan yang baik dan hayat perkhidmatan yang panjang.
