Resumo: Descríbese brevemente o principio de reticulación, a clasificación, a formulación, o proceso e o equipamento do material illante de polietileno reticulado con silano para fíos e cables, e introdúcense algunhas características do material illante de polietileno reticulado naturalmente con silano na súa aplicación e uso, así como os factores que afectan á condición de reticulación do material.
Palabras clave: reticulación de silano; reticulación natural; polietileno; illamento; arame e cable
O material para cables de polietileno reticulado con silano úsase amplamente na industria de fíos e cables como material illante para cables de alimentación de baixa tensión. O material utilizado na fabricación de fíos e cables reticulados, así como a reticulación por peróxido e a reticulación por irradiación en comparación co equipo de fabricación necesario, é sinxelo, doado de operar, de baixo custo global e outras vantaxes, o que o converteu no principal material para cables reticulados de baixa tensión con illamento.
1. Principio de reticulación do material de cable reticulado con silano
Hai dous procesos principais implicados na fabricación de polietileno reticulado con silano: o enxerto e a reticulación. No proceso de enxerto, o polímero perde o seu átomo de H no átomo de carbono terciario baixo a acción do iniciador libre e a pirólise en radicais libres, que reaccionan co grupo –CH = CH2 do vinilsilano para producir un polímero enxertado que contén un grupo éster trioxisililo. No proceso de reticulación, o polímero enxertado hidrolízase primeiro en presenza de auga para producir silanol, e o –OH condénsase co grupo Si-OH adxacente para formar a unión Si-O-Si, reticulando así as macromoléculas do polímero.
2. Material para cables reticulados con silano e o seu método de produción de cables
Como sabedes, existen métodos de produción en dous pasos e nun só paso para cables reticulados con silano e os seus cables. A diferenza entre o método en dous pasos e o método nun só paso reside en onde se leva a cabo o proceso de enxerto de silano, o proceso de enxerto no fabricante de material para cables para o método en dous pasos e o proceso de enxerto na planta de fabricación de cables para o método nun só paso. O material illante de polietileno reticulado con silano en dous pasos coa maior cota de mercado está composto polos chamados materiais A e B, sendo o material A o polietileno enxertado con silano e o material B o lote mestre do catalizador. O núcleo illante reticúlase entón en auga morna ou vapor.
Existe outro tipo de illante de polietileno reticulado con silano en dous pasos, onde o material A se produce dun xeito diferente, introducindo vinilsilano directamente no polietileno durante a síntese para obter polietileno con cadeas ramificadas de silano.
O método dun só paso tamén ten dous tipos. O proceso tradicional dun só paso consiste nunha variedade de materias primas segundo a fórmula na proporción dun sistema especial de medición de precisión, nunha extrusora especial especialmente deseñada nun só paso para completar o enxerto e a extrusión do núcleo de illamento do cable. Neste proceso, sen granulación, sen necesidade de participación na planta de material para cables, a fábrica de cables completao por si soa. Este equipo de produción de cables reticulados con silano dun só paso e a tecnoloxía de formulación impórtanse principalmente do estranxeiro e son caros.
Outro tipo de material illante de polietileno reticulado con silano dun só paso é o producido polos fabricantes de materiais para cables, que consiste en mesturar, envasar e vender todas as materias primas segundo a fórmula nunha proporción mediante un método especial. Non hai material A nin material B. A planta de cables pode completar directamente o paso do enxerto e a extrusión do núcleo illante do cable directamente na extrusora. A característica única deste método é que non hai necesidade de extrusoras especiais e caras, xa que o proceso de enxerto de silano pódese completar nunha extrusora de PVC ordinaria, e o método de dous pasos elimina a necesidade de mesturar os materiais A e B antes da extrusión.
3. Composición da formulación
A formulación do material para cables de polietileno reticulado con silano xeralmente está composta por resina de material base, iniciador, silano, antioxidante, inhibidor da polimerización, catalizador, etc.
(1) A resina base é xeralmente unha resina de polietileno de baixa densidade (LDPE) cun índice de fusión (MI) de 2, pero recentemente, co desenvolvemento da tecnoloxía de resinas sintéticas e as presións de custos, tamén se empregou ou empregou parcialmente polietileno lineal de baixa densidade (LLDPE) como resina base para este material. As diferentes resinas adoitan ter un impacto significativo no enxerto e na reticulación debido ás diferenzas na súa estrutura macromolecular interna, polo que a formulación modificarase mediante o uso de diferentes resinas base ou o mesmo tipo de resina de diferentes fabricantes.
(2) O iniciador que se emprega habitualmente é o peróxido de diisopropilo (DCP). A clave é comprender a magnitude do problema. Unha cantidade insuficiente pode provocar enxertos de silano, pero non é suficiente; unha cantidade excesiva pode provocar reticulación de polietileno, o que reduce a súa fluidez. A superficie do núcleo illante extruído faise rugosa e difícil de comprimir. Dado que a cantidade de iniciador engadida é moi pequena e sensible, é importante dispersala uniformemente, polo que xeralmente se engade xunto co silano.
(3) O silano úsase xeralmente como silano insaturado de vinilo, incluíndo o trimetoxisilano de vinilo (A2171) e o trietoxisilano de vinilo (A2151). Debido á rápida velocidade de hidrólise do A2171, máis xente o elixe. Do mesmo xeito, existe o problema de engadir silano. Os fabricantes actuais de materiais para cables están a tentar alcanzar o seu límite inferior para reducir custos, xa que o silano é importado e o prezo é máis caro.
(4) O antioxidante serve para garantir a estabilidade do procesamento do polietileno e o antienvellecemento dos cables. Engádese antioxidante no proceso de enxerto de silano, que inhibe a reacción de enxerto. Polo tanto, durante o proceso de enxerto, débese ter coidado coa adición de antioxidante e considerar a cantidade engadida de DCP para que coincida coa selección. No proceso de reticulación en dous pasos, a maior parte do antioxidante pódese engadir ao lote mestre do catalizador, o que pode reducir o impacto no proceso de enxerto. No proceso de reticulación nun só paso, o antioxidante está presente en todo o proceso de enxerto, polo que a elección da especie e a cantidade é máis importante. Os antioxidantes máis utilizados son 1010, 168, 330, etc.
(5) Engádese un inhibidor da polimerización para inhibir algunhas reaccións secundarias no proceso de enxerto e reticulación. No proceso de enxerto, engadir un axente antirreticulación pode reducir eficazmente a aparición de reticulación C2C, mellorando así a fluidez do procesamento. Ademais, a adición dun enxerto nas mesmas condicións irá precedida pola hidrólise do silano no inhibidor da polimerización, que pode reducir a hidrólise do polietileno enxertado e mellorar a estabilidade a longo prazo do material de enxerto.
(6) Os catalizadores adoitan ser derivados organoestánnicos (agás para a reticulación natural), sendo o máis común o dilaurato de dibutilestaño (DBDTL), que xeralmente se engade en forma de mestura mestre. No proceso de dous pasos, o enxerto (material A) e a mestura mestre do catalizador (material B) encárganse por separado e os materiais A e B mestúranse antes de engadirse á extrusora para evitar a reticulación previa do material A. No caso dos illamentos de polietileno reticulados con silano dun só paso, o polietileno do envase aínda non foi enxertado, polo que non hai ningún problema de reticulación previa e, polo tanto, o catalizador non necesita envasarse por separado.
Ademais, hai silanos compostos dispoñibles no mercado, que son unha combinación de silano, iniciador, antioxidante, algúns lubricantes e axentes anticobre, e que se usan xeralmente en métodos de reticulación de silano dun só paso en plantas de cables.
Polo tanto, a formulación de illamento de polietileno reticulado con silano, cuxa composición non se considera moi complexa e está dispoñible na información relevante, pero as formulacións de produción axeitadas, suxeitas a algúns axustes para finalizalas, require unha comprensión completa do papel dos compoñentes na formulación e a lei do seu impacto no rendemento e a súa influencia mutua.
Nas moitas variedades de materiais para cables, o material para cables reticulado con silano (xa sexa en dous ou nun só paso) considérase a única variedade de procesos químicos que se producen na extrusión. Noutras variedades, como o material para cables de cloruro de polivinilo (PVC) e o material para cables de polietileno (PE), o proceso de granulación por extrusión é un proceso de mestura física, mesmo se o material para cables se reticula químicamente e se irradia, xa sexa no proceso de granulación por extrusión ou no sistema de extrusión de cables, non se produce ningún proceso químico, polo que, en comparación, a produción de material para cables reticulado con silano e a extrusión de illamento de cables, o control do proceso é máis importante.
4. Proceso de produción de illamento de polietileno reticulado con silano en dous pasos
O proceso de produción do material illante de polietileno reticulado con silano en dous pasos pódese representar brevemente na Figura 1.
Figura 1 Proceso de produción de material illante de polietileno reticulado con silano en dous pasos A
Algúns puntos clave no proceso de produción de illamento de polietileno reticulado con silano en dous pasos:
(1) Secado. Como a resina de polietileno contén unha pequena cantidade de auga, cando se extrude a altas temperaturas, a auga reacciona rapidamente cos grupos sililo para producir reticulación, o que reduce a fluidez da masa fundida e produce reticulación previa. O material acabado tamén contén auga despois do arrefriamento con auga, que tamén pode causar reticulación previa se non se elimina, e tamén debe secarse. Para garantir a calidade do secado, utilízase unha unidade de secado profundo.
(2) Dosificación. Dado que a precisión da formulación do material é importante, xeralmente úsase unha báscula de perda de peso importada. A resina de polietileno e o antioxidante mídense e aliméntanse a través do porto de alimentación da extrusora, mentres que o silano e o iniciador inxéctanse mediante unha bomba de material líquido no segundo ou terceiro barril da extrusora.
(3) Enxerto por extrusión. O proceso de enxerto de silano complétase na extrusora. Os axustes do proceso da extrusora, incluíndo a temperatura, a combinación de parafusos, a velocidade do parafuso e a velocidade de alimentación, deben seguir o principio de que o material da primeira sección da extrusora pode estar completamente fundido e mesturado uniformemente, cando non se desexa a descomposición prematura do peróxido, e que o material totalmente uniforme da segunda sección da extrusora debe estar completamente descomposto e o proceso de enxerto debe completarse. As temperaturas típicas da sección da extrusora (LDPE) móstranse na Táboa 1.
Táboa 1 Temperaturas das zonas da extrusora de dous pasos
| Zona de traballo | Zona 1 | Zona 2 | Zona 3 ① | Zona 4 | Zona 5 |
| Temperatura P °C | 140 | 145 | 120 | 160 | 170 |
| Zona de traballo | Zona 6 | Zona 7 | Zona 8 | Zona 9 | Morre na boca |
| Temperatura °C | 180 | 190 | 195 | 205 | 195 |
①é onde se engade o silano.
A velocidade do parafuso da extrusora determina o tempo de residencia e o efecto de mestura do material na extrusora. Se o tempo de residencia é curto, a descomposición do peróxido é incompleta; se o tempo de residencia é demasiado longo, a viscosidade do material extruído aumenta. En xeral, o tempo medio de residencia do gránulo na extrusora debe controlarse na semivida da descomposición do iniciador de 5 a 10 veces. A velocidade de alimentación non só ten un certo impacto no tempo de residencia do material, senón tamén na mestura e cizallamento do material, polo que tamén é moi importante elixir unha velocidade de alimentación axeitada.
(4) Embalaxe. O material illante reticulado con silano en dúas etapas debe embalarse en bolsas compostas de aluminio e plástico á intemperie para eliminar a humidade.
5. Proceso de produción de material illante de polietileno reticulado con silano nun só paso
O material de illamento de polietileno reticulado con silano dun só paso debido ao seu proceso de enxerto, o núcleo do illamento do cable extruíuse na fábrica de cables, polo que a temperatura de extrusión do illamento do cable é significativamente maior que a do método de dous pasos. Aínda que a fórmula de illamento de polietileno reticulado con silano dun só paso foi plenamente considerada na dispersión rápida do iniciador e o silano e no cizallamento do material, o proceso de enxerto debe estar garantido pola temperatura, que é a planta de produción de illamento de polietileno reticulado con silano dun só paso que salientou repetidamente a importancia da elección correcta da temperatura de extrusión, a temperatura de extrusión xeral recomendada móstrase na Táboa 2.
Táboa 2 Temperatura da extrusora nun só paso de cada zona (unidade: ℃)
| Zona | Zona 1 | Zona 2 | Zona 3 | Zona 4 | Brida | Cabeza |
| Temperatura | 160 | 190 | 200～210 | 220～230 | 230 | 230 |
Esta é unha das debilidades do proceso de polietileno reticulado con silano dun só paso, que xeralmente non se require ao extruir cables en dous pasos.
6. Equipos de produción
O equipo de produción é unha garantía importante do control do proceso. A produción de cables reticulados con silano require un grao moi alto de precisión no control do proceso, polo que a elección do equipo de produción é especialmente importante.
A produción de material illante de polietileno reticulado con silano en dous pasos. Un equipo de produción de materiais, actualmente máis extrusora de dobre husillo paralelo isotrópica nacional con pesaxe sen peso importada, tales dispositivos poden cumprir os requisitos de precisión do control do proceso, a elección da lonxitude e o diámetro da extrusora de dobre husillo para garantir o tempo de residencia do material, a elección da pesaxe sen peso importada para garantir a precisión dos ingredientes. Por suposto, hai moitos detalles do equipo aos que se lles debe prestar plena atención.
Como se mencionou anteriormente, os equipos de produción de cables reticulados con silano dun só paso na planta de cables son importados, caros e os fabricantes de equipos nacionais non teñen equipos de produción similares, o motivo é a falta de cooperación entre os fabricantes de equipos e os investigadores de fórmulas e procesos.
7. Material illante de polietileno reticulado natural de silano
O material illante de polietileno reticulado con silano natural desenvolvido nos últimos anos pode reticularse en condicións naturais en poucos días, sen necesidade de inmersión en vapor ou auga morna. En comparación co método tradicional de reticulación con silano, este material pode reducir o proceso de produción para os fabricantes de cables, o que reduce aínda máis os custos de produción e aumenta a eficiencia da produción. O illamento de polietileno reticulado con silano natural é cada vez máis recoñecido e utilizado polos fabricantes de cables.
Nos últimos anos, o illamento doméstico de polietileno reticulado natural con silano madurou e produciuse en grandes cantidades, con certas vantaxes de prezo en comparación cos materiais importados.
7. 1 Ideas de formulación para illamentos de polietileno reticulados naturalmente con silano
Os illamentos de polietileno reticulado con silano natural prodúcense nun proceso de dous pasos, coa mesma formulación que consiste en resina base, iniciador, silano, antioxidante, inhibidor da polimerización e catalizador. A formulación dos illantes de polietileno reticulado con silano natural baséase no aumento da taxa de enxerto de silano do material A e na selección dun catalizador máis eficiente que os illantes de polietileno reticulado con silano en auga morna. O uso de materiais A cunha maior taxa de enxerto de silano combinado cun catalizador máis eficiente permitirá que o illante de polietileno reticulado con silano se reticule rapidamente mesmo a baixas temperaturas e con humidade insuficiente.
Os materiais A para illantes de polietileno reticulados naturalmente con silano importado sintetízanse por copolimerización, onde o contido de silano pódese controlar a un alto nivel, mentres que a produción de materiais A con altas taxas de enxerto mediante enxerto de silano é difícil. A resina base, o iniciador e o silano empregados na receita deben variarse e axustarse en termos de variedade e adición.
A selección da resina e o axuste da súa dosificación tamén son cruciais, xa que un aumento na velocidade de enxerto do silano leva inevitablemente a máis reaccións secundarias de reticulación CC. Para mellorar a fluidez do procesamento e o estado da superficie do material A para a posterior extrusión de cables, requírese unha cantidade axeitada de inhibidor da polimerización para inhibir eficazmente a reticulación CC e a reticulación previa.
Ademais, os catalizadores xogan un papel importante no aumento da velocidade de reticulación e deben seleccionarse como catalizadores eficientes que conteñan elementos libres de metais de transición.
7. 2 Tempo de reticulación de illamentos de polietileno reticulados naturalmente con silano
O tempo necesario para completar a reticulación do illamento de polietileno reticulado natural con silano no seu estado natural depende da temperatura, a humidade e o grosor da capa de illamento. Canto maior sexa a temperatura e a humidade, máis fino será o grosor da capa de illamento, máis curto será o tempo de reticulación necesario e, ao contrario, máis longo será. Dado que a temperatura e a humidade varían dunha rexión a outra e dunha estación a outra, mesmo no mesmo lugar e á mesma hora, a temperatura e a humidade de hoxe e de mañá serán diferentes. Polo tanto, durante o uso do material, o usuario debe determinar o tempo de reticulación segundo a temperatura e a humidade locais e vixentes, así como as especificacións do cable e o grosor da capa de illamento.
Data de publicación: 13 de agosto de 2022