Technologia sieciowania polietylenu (PE) jest jednym z ważnych sposobów poprawy jego właściwości materiałowych. Usieciowany modyfikowany PE może znacznie poprawić jego właściwości, co nie tylko znacznie poprawia kompleksowe właściwości PE, takie jak właściwości mechaniczne, odporność na pękanie naprężeniowe w środowisku, odporność na korozję chemiczną, odporność na pełzanie i właściwości elektryczne, ale także znacznie poprawia odporność na temperaturę poziom, który może zwiększyć temperaturę odporności cieplnej PE z 70 stopni do ponad 100 stopni, znacznie poszerzając w ten sposób zakres zastosowań PE.
Izolacja z polietylenu usieciowanego to polietylen poddawany działaniu promieni wysokoenergetycznych (takich jak promienie, promienie, promienie elektronowe itp.) lub środków sieciujących, dzięki czemu sieciowanie między makrocząsteczkami może poprawić jego odporność cieplną i inne właściwości. Długoterminową temperaturę pracy kabla wykorzystującego usieciowany polietylen jako izolację można zwiększyć do 90 stopni, a chwilowa temperatura zwarcia, którą może wytrzymać, może osiągnąć 170-250 stopnia.
Krótkie wprowadzenie
Polietylen (PE) jest jednym z pięciu powszechnych tworzyw sztucznych, a jego produkcja i konsumpcja zajmują pierwsze miejsca wśród różnych żywic syntetycznych w przemyśle i rolnictwie oraz są szeroko stosowane w życiu codziennym. Jednakże odporność polietylenu na wysoką temperaturę jest słaba. Właściwości mechaniczne i odporność chemiczna czasami nie odpowiadają wymaganiom rzeczywistego użytkowania. Dlatego modyfikacja polietylenu zawsze była kluczem do rozwoju i zastosowania produktów polietylenowych, a technologia sieciowania polietylenu jest ważną technologią poprawiającą jego właściwości materiałowe. Usieciowany modyfikowany polietylen może znacznie poprawić jego właściwości, co nie tylko znacznie poprawia kompleksowe właściwości polietylenu, takie jak właściwości mechaniczne, odporność na pękanie naprężeniowe w środowisku, odporność na korozję chemiczną, odporność na pełzanie i właściwości elektryczne. Co więcej, poziom odporności na temperaturę jest znacznie poprawiony, a temperaturę odporności na ciepło polietylenu można zwiększyć z 70 stopni do ponad 100 stopni. W rezultacie zakres zastosowań polietylenu został znacznie poszerzony.
Obecnie usieciowany polietylen (XLPE) jest szeroko stosowany w rurach, foliach, materiałach kablowych i produktach piankowych.
Wydajność i korzyści
Cząsteczki polietylenu składają się z liniowych łańcuchów molekularnych. Gdy temperatura wzrasta, siła wiązania pomiędzy liniowymi łańcuchami molekularnymi (siła van der Waalsa) ulega osłabieniu, w wyniku czego cały materiał molekularny ulega deformacji, przez co odporność temperaturowa polietylenu jest słaba. Polietylen usieciowany (XLPE) Pomiędzy cząsteczkami powstaje chemiczny mostek łańcuchowy, dzięki czemu cząsteczki nie mogą się przemieszczać, co przezwycięża niedobory polietylenu. Porównanie wydajności polietylenu usieciowanego i zwykłego polietylenu pokazano w tabeli 1.
Polietylen usieciowany ma następujące zalety:
1. Odporność na ciepło: XLPE z trójwymiarową strukturą siatkową ma doskonałą odporność na ciepło. Nie ulegnie rozkładowi i karbonizacji poniżej 200 stopni, długoterminowa temperatura pracy może osiągnąć 90 stopni, a żywotność termiczna może osiągnąć 40 lat.
2. Wydajność izolacji: XLPE zachowuje oryginalne dobre właściwości izolacyjne PE, a rezystancja izolacji jest dodatkowo zwiększana. Jego styczna strat dielektrycznych jest bardzo mała i temperatura nie ma na nią większego wpływu.
3. Właściwości mechaniczne: Dzięki utworzeniu nowych wiązań chemicznych między makrocząsteczkami poprawiono twardość, sztywność, odporność na zużycie i udarność XLPE, kompensując w ten sposób wady PE, które są podatne na naprężenia środowiskowe i pękanie.
4. Odporność chemiczna: XLPE ma silną odporność na kwasy i zasady oraz olejoodporność, a produktami jego spalania są głównie woda i dwutlenek węgla, który jest mniej szkodliwy dla środowiska i spełnia wymagania współczesnego bezpieczeństwa przeciwpożarowego.
Zasada sieciowania
Polietylen ([CH2-CH2]n, n-liczba jednostek powtórzeń) jest związkiem polimerowym zawierającym dwa pierwiastki - węglowodory i wodory, o liniowej lub rozgałęzionej strukturze molekularnej, makrocząsteczkowych łańcuchach, w postaci stałej w temperaturze pokojowej i fazie krystalicznej forma współistnienia fazy amorficznej w postaci stałej polietylenu. Względna masa cząsteczkowa polietylenu wynosi od 6,30 do<>,<>.
Polietylen ma doskonałe właściwości izolacji elektrycznej, ale jego słaba odporność na ciepło wpływa na wykorzystanie surowców do izolacji kabli. Ze względu na słabe oddziaływanie międzycząsteczkowe w obszarze amorficznym temperatura topnienia większości polietylenu wynosi około 140 stopni, a jego wytrzymałość mechaniczna znacznie spada, gdy zbliża się do temperatury topnienia polietylenu, a także pogarsza się odporność na pękanie.
Kiedy liniowe łańcuchy makrocząsteczkowe są przetwarzane chemicznie lub fizycznie, proces łączenia w postaci usieciowanych wiązań nazywany jest sieciowaniem lub „wulkanizacją”. Usieciowany polietylen ma właściwości typu siatki i struktury korpusu, a jego odporność cieplna będzie wzrastać wraz ze wzrostem usieciowania, a względne wydłużenie termiczne odpowiednio się zmniejszy. Ze względu na znaczną poprawę właściwości mechanicznych i odporności cieplnej stał się szeroko stosowanym materiałem izolacyjnym kabli zasilających.
Metodę sieciowania polietylenu poprzez sieciowanie w celu wytworzenia usieciowanego polietylenu dzieli się na dwie kategorie: metodę chemiczną i metodę fizyczną, a metody procesowe realizowane w przemyśle obejmują głównie pięć następujących: sieciowanie promieniowaniem wysokoenergetycznym, sieciowanie silanowe, sieciowanie nadtlenkowe , sieciowanie ultrafioletowe i sieciowanie solą. Wśród nich metoda sieciowania nadtlenkowego (znana również jako sieciowanie chemiczne) jest metodą sieciowania odpowiednią do produkcji kabli średniego i wysokiego napięcia, a jej zasadą jest szereg reakcji wolnorodnikowych wywołanych rozkładem nadtlenku w wysokiej temperaturze , a następnie PE jest usieciowany. Nadtlenki rozkładają się pod wpływem ciepła, tworząc wolne rodniki, a proces reakcji sieciowania przebiega następująco:
Metoda sieciowania
Istnieją dwa rodzaje metod sieciowania polietylenu: sieciowanie fizyczne (sieciowanie radiacyjne) i sieciowanie chemiczne. Sieciowanie chemiczne dzieli się na sieciowanie silanowe i sieciowanie nadtlenkowe.
Sieciowanie fizyczne
Sieciowanie radiacyjne: produkty polietylenowe, takie jak osłony polietylenowe, folie, cienkościenne rurki i inne produkty powlekane na drucie, są sieciowane promieniami - i promieniami wysokoenergetycznymi (powodując, że makrocząsteczki polietylenu generują wolne rodniki i tworzą usieciowane łańcuchy CC) . Na stopień usieciowania wpływa dawka promieniowania i temperatura, a temperatura usieciowania wzrasta wraz ze wzrostem dawki promieniowania, zatem kontrolując warunki promieniowania można otrzymać produkty z usieciowanego polietylenu o określonym stopniu usieciowania.
Polietylen usieciowany wytwarzany metodą sieciowania radiacyjnego ma następujące zalety: sieciowanie i wytłaczanie przeprowadza się osobno, jakość produktu jest łatwa do kontrolowania, wydajność produkcji jest wysoka, a ilość złomów jest niska; W procesie sieciowania nie są wymagane żadne dodatkowe inicjatory wolnorodnikowe (takie jak nadtlenki itp.), co utrzymuje czystość materiału i poprawia właściwości elektryczne materiału; Nadaje się szczególnie do kabli o małych przekrojach, cienkościennych, izolowanych, które są trudne do wytworzenia poprzez sieciowanie chemiczne. Sieciowanie radiacyjne ma jednak również pewne wady, takie jak konieczność zwiększania napięcia przyspieszającego wiązki elektronów podczas sieciowania grubych materiałów; Do sieciowania okrągłych przedmiotów, takich jak przewody i kable, konieczne jest ich obracanie lub użycie kilku wiązek elektronów, aby napromienianie było równomierne; Jednorazowe koszty inwestycji są znaczne; Technologia obsługi i konserwacji jest złożona, a problemy związane z ochroną bezpieczeństwa podczas pracy są również stosunkowo trudne.
Sieciowanie chemiczne
Sieciowanie chemiczne polega na zastosowaniu chemicznych środków sieciujących do sieciowania polimerów, zmiany struktury liniowej na strukturę sieciową.
Wybór środka sieciującego powinien zależeć od odmiany polimeru, technologii przetwarzania i wydajności produktu, idealny środek sieciujący oprócz spełnienia określonych wymagań powinien również spełniać następujące podstawowe wymagania: wysoki stopień sieciowania, stabilna struktura sieciowania; duże bezpieczeństwo przetwarzania, łatwość stosowania, umiarkowany okres ważności po dodaniu żywicy, brak wad związanych z przedwczesnym lub zbyt późnym sieciowaniem; nie wpływa na wydajność przetwarzania i użytkowania produktu; nietoksyczny, nie zanieczyszczający, nie podrażnia skóry i oczu.
W sieciowaniu chemicznym występuje sieciowanie nadtlenkowe, sieciowanie silanowe i sieciowanie azowe:
(1) Nadtlenkowy środek sieciujący i sieciujący Sieciowanie nadtlenkowe, zwykle wykorzystujące nadtlenek organiczny jako środek sieciujący, pod wpływem ciepła rozkłada się, tworząc aktywne wolne rodniki, które powodują, że łańcuch węglowy polimeru generuje punkty aktywne i powoduje sieciowanie węgiel-węgiel, tworząc struktura sieci. Technologia ta wymaga wysokociśnieniowego sprzętu do wytłaczania, tak aby reakcja sieciowania przebiegała w beczce, a następnie produkt był podgrzewany metodą szybkiego ogrzewania, w wyniku czego powstał produkt usieciowany. Dlatego stosowanie metody sieciowania nadtlenkowego do produkcji rur polietylenowych nie jest łatwe do kontrolowania, jakość produktu jest niestabilna, a ciągła praca jest trudniejsza.
(2) Sieciowanie azowe
Metoda polega na zmieszaniu związku azowego z PE i wytłaczaniu w temperaturze niższej niż rozkład związku azowego, a wytłoczenie rozkłada się w wysokotemperaturowej kąpieli solnej, a związek azowy rozkłada się z wytworzeniem wolnych rodników, inicjując sieciowanie polietylenu. Jest powszechnie stosowany do materiałów z gumy cyprysowej o niskich temperaturach topnienia i ma niewiele praktycznych zastosowań w przypadku tworzyw sztucznych.
(3) Silanowy środek sieciujący i sieciujący
W latach sześćdziesiątych XX wieku z sukcesem opracowano technologię sieciowania silanów. W technologii wykorzystuje się winylosilany zawierające podwójne wiązania, które pod wpływem działania inicjatorów reagują ze stopionymi polimerami, tworząc polimery szczepione silanami, które hydrolizują w wodzie w obecności katalizatora kondensacji silanolu, tworząc usieciowaną strukturę o usieciowanym łańcuchu oksanowym. Technologia sieciowania silanowego znacznie promuje produkcję i zastosowanie usieciowanego polietylenu ze względu na proste wyposażenie, łatwy do kontrolowania proces, mniejsze inwestycje, wysoki stopień usieciowania gotowych produktów i dobrą jakość. Oprócz polietylenu i silanu do sieciowania stosuje się także katalizatory, inicjatory, przeciwutleniacze itp.
W porównaniu z innymi metodami produkty polietylenowe otrzymane w wyniku sieciowania silanowego mają następujące zalety:
(1) Mniejsze inwestycje w sprzęt, wysoka wydajność produkcji i niski koszt.
(2) Proces jest bardzo wszechstronny, nadaje się do polietylenu o dowolnej gęstości, a także nadaje się do większości polietylenu z wypełniaczem.
(3) Nieograniczone grubością.
(4) Ilość nadtlenku jest niewielka (tylko 10% w przypadku samego nadtlenku sieciowanego), dzięki czemu w warstwie izolacyjnej polietylenu powstaje mniej mikroporów, co sprzyja utrzymaniu wysokiej izolacyjności polietylenu.
Główne zastosowania
Ze względu na swoje doskonałe właściwości polietylen usieciowany znajduje zastosowanie jako materiały izolacyjne wysokich napięć, wysokich częstotliwości, żaroodporne oraz osłony przewodów i kabli wymagane w rakietach, rakietach, silnikach, transformatorach itp. Produkcja rur termokurczliwych, folie termokurczliwe, różne rury żaroodporne, tworzywa piankowe, odporne na korozję wykładziny, komponenty i pojemniki do urządzeń chemicznych, produkcja trudnopalnych materiałów budowlanych itp. Obecnie największe obszary zastosowań to głównie druty i kable, rury, i pianka.
1. Materiał kabla z usieciowanego polietylenu
Odporność cieplna kabla z usieciowanym polietylenem jako izolacją jest wyższa niż w przypadku polichlorku winylu, może być używany przez długi czas w temperaturze 90 stopni, a temperatura odporności cieplnej w zwarciu może osiągnąć nawet 250 stopni; Rezystancja izolacji jest wysoka, styczna strat dielektrycznych jest mała i zasadniczo nie zmienia się wraz ze zmianą temperatury; Ma dobrą odporność na zużycie i pękanie pod wpływem czynników środowiskowych. Podczas spalania usieciowanego polietylenu w kablach powstaje dwutlenek węgla i woda, podczas gdy kable z PCW podczas spalania wytwarzają szkodliwe gazy zawierające chlorowodór; Ponadto gęstość usieciowanego polietylenu jest o około 40% mniejsza niż PVC, co może znacznie obniżyć jakość linii napowietrznych.
2. Rura z polietylenu usieciowanego
Rura produkowana z usieciowanego polietylenu ma zalety wysokiej wytrzymałości na pełzanie, odporności na korozję, lekkości i dobrej odporności na ciepło. Rura kompozytowa aluminiowo-plastikowa z usieciowanego polietylenu ma dużą szczelność i wysoką odporność na naprężenia rozrywające. Ma działanie antystatyczne i ekranujące.
W porównaniu z rurą PCV i zwykłą rurą z polietylenu, rura z polietylenu usieciowanego nie zawiera plastyfikatorów, nie pleśnie i nie rozmnaża bakterii; Nie zawiera szkodliwych składników, spełnia normy FDA i może być stosowany w rurach z wodą pitną; Dobra odporność na ciepło, odporność cieplna zwykłego polichlorku winylu i rur polietylenowych wynosi 60-75 stopni, podczas gdy rura z usieciowanego polietylenu ma 90 stopni, maksymalna chwilowa temperatura może osiągnąć 185 stopni i może wytrzymać niską temperaturę -75 stopni; Szeroki zakres temperatur pracy, może być używany przez długi czas w warunkach -75-95 stopni, a żywotność wynosi do 50 lat. Wysokie usieciowanie, duża gęstość, dobra odporność na ciśnienie; Odporność na korozję chemiczną jest bardzo dobra, a odporność na pękanie naprężeniowe w środowisku jest doskonała, nawet w wyższych temperaturach, może być stosowany do transportu różnych chemikaliów i materiałów naprężeniowych za pomocą przyspieszonej rury, rura z usieciowanego polietylenu jest lekka, tylko około 1 /8 rury metalowej; Dobra odporność na korozję i odporność na zużycie. Szybkość zużycia jest mniejsza niż 1/4 rury stalowej, a żywotność jest 2-6 razy dłuższa niż w przypadku rury stalowej; Ściana wewnętrzna jest gładka, opór przepływu płynu jest niewielki, a przy tej samej średnicy rury przepływ przenoszenia jest większy niż w przypadku rury metalowej, a hałas jest znacznie niższy; Wydajność przekładni jest dobra, a ilość przesyłanej cieczy jest zwiększona o 30%-40% w porównaniu z rurą stalową; Przewodność cieplna jest znacznie niższa niż w przypadku rur metalowych, więc jego właściwości termoizolacyjne są doskonałe. W przypadku stosowania w systemie grzewczym zatrzymywanie ciepła nie jest wymagane, a straty ciepła są niewielkie; Można go dowolnie zginać i nie będzie kruchy i pęknięty; Doskonała izolacja elektryczna, łatwa instalacja i obciążenie instalacyjne mniejsze niż połowa metalowej rury, niski koszt instalacji.
Ze względu na doskonałe właściwości materiałowe rury z usieciowanego polietylenu. Dzięki całkowicie nietoksycznej higienie, została uznana za nową generację zielonych rur, stosowanych głównie w następujących aspektach:
(1) Instalacje zaopatrzenia w zimną i ciepłą wodę oraz rurociągowe instalacje wody pitnej dla budynków;
(2) Instalacja wody lodowej do klimatyzacji budynku;
(3) System ogrzewania mieszkań;
(4) System ogrzewania gruntowego;
(5) Orurowanie systemu podgrzewacza wody użytkowej;
(6) Rurociągi transportowe do napojów, alkoholu, mleka i innych płynów w przemyśle spożywczym;
(7) Rurociągi do transportu płynów w przemyśle chemicznym i naftowym;
(8) Rurociąg instalacji chłodniczej i instalacji uzdatniania wody.
(5) Dobra odporność na starzenie i długa żywotność.
