Abstrak: Ang prinsipyo, klasipikasyon, pormulasyon, proseso at kagamitan ng cross-linking ng silane cross-linked polyethylene insulating material para sa alambre at kable ay maikling inilalarawan, at ang ilang katangian ng silane naturally cross-linked polyethylene insulating material sa aplikasyon at paggamit pati na rin ang mga salik na nakakaapekto sa kondisyon ng cross-linking ng materyal ay ipinakilala.
Mga Susing Salita: Silane cross-linking; Natural cross-linking; Polyethylene; Insulasyon; Alambre at kable
Ang materyal na silane cross-linked polyethylene cable ay malawakang ginagamit na ngayon sa industriya ng wire at cable bilang insulating material para sa mga low-voltage power cable. Ang materyal sa paggawa ng cross-linked wire at cable, at peroxide cross-linking at irradiation cross-linking, ay simple, madaling gamitin, mababa ang komprehensibong gastos at iba pang mga bentahe, at naging nangungunang materyal para sa low-voltage cross-linked cable na may insulation.
1. Prinsipyo ng cross-linking ng materyal na kable na naka-cross-link ng silane
Mayroong dalawang pangunahing proseso na kasangkot sa paggawa ng silane cross-linked polyethylene: grafting at cross-linking. Sa proseso ng grafting, nawawala ng polymer ang H-atom nito sa tertiary carbon atom sa ilalim ng aksyon ng free initiator at pyrolysis tungo sa mga free radical, na tumutugon sa –CH = CH2 group ng vinyl silane upang makagawa ng isang grafted polymer na naglalaman ng trioxysilyl ester group. Sa proseso ng cross-linking, ang graft polymer ay unang na-hydrolyze sa presensya ng tubig upang makagawa ng silanol, at ang –OH ay sumasama sa katabing Si-OH group upang mabuo ang Si-O-Si bond, kaya naman na-cross-link ang mga polymer macromolecule.
2. Materyal ng kable na naka-cross-link na silane at ang paraan ng paggawa ng kable nito
Gaya ng alam mo, may mga two-step at one-step na pamamaraan ng produksyon para sa mga silane cross-linked cable at mga kable nito. Ang pagkakaiba sa pagitan ng two-step na pamamaraan at one-step na pamamaraan ay nasa kung saan isinasagawa ang proseso ng silane grafting, ang proseso ng grafting sa tagagawa ng materyales ng kable para sa two-step na pamamaraan, at ang proseso ng grafting sa planta ng paggawa ng kable para sa one-step na pamamaraan. Ang two-step silane cross-linked polyethylene insulating material na may pinakamalaking bahagi sa merkado ay binubuo ng tinatawag na mga materyales na A at B, kung saan ang materyal na A ay ang polyethylene na grafted sa silane at ang materyal na B ay ang catalyst master batch. Ang insulating core ay pagkatapos ay i-cross-link sa maligamgam na tubig o singaw.
May isa pang uri ng two-step silane cross-linked polyethylene insulator, kung saan ang materyal na A ay nalilikha sa ibang paraan, sa pamamagitan ng direktang pagpapasok ng vinyl silane sa polyethylene habang ginagawa ang sintesis upang makakuha ng polyethylene na may mga branched chain na silane.
Ang one-step na pamamaraan ay mayroon ding dalawang uri, ang tradisyonal na one-step na proseso ay ang iba't ibang hilaw na materyales ayon sa pormula sa ratio ng espesyal na precision metering system, sa isang espesyal na idinisenyong espesyal na extruder sa isang hakbang upang makumpleto ang paghugpong at pagpilit ng cable insulation core. Sa prosesong ito, walang granulation, hindi na kailangan ng partisipasyon ng planta ng cable material, at kumpletuhin ito nang mag-isa ng pabrika ng cable. Ang one-step silane cross-linked cable production equipment at formulation technology na ito ay kadalasang inaangkat mula sa ibang bansa at mahal.
Ang isa pang uri ng one-step silane cross-linked polyethylene insulation material ay ginagawa ng mga tagagawa ng cable material, na pawang mga hilaw na materyales ayon sa pormula sa ratio ng isang espesyal na paraan ng paghahalo, pagbabalot at pagbebenta, walang materyal na A at materyal na B, ang cable plant ay maaaring direktang ilagay sa extruder upang makumpleto ang isang hakbang nang sabay-sabay ang paghugpong at pag-extrude ng cable insulation core. Ang natatanging katangian ng pamamaraang ito ay hindi na kailangan ng mga mamahaling espesyal na extruder, dahil ang proseso ng paghugpong ng silane ay maaaring makumpleto sa isang ordinaryong PVC extruder, at ang two-step na pamamaraan ay nag-aalis ng pangangailangang paghaluin ang mga materyales na A at B bago ang extrusion.
3. Komposisyon ng pormulasyon
Ang pormulasyon ng silane cross-linked polyethylene cable material ay karaniwang binubuo ng base material na resin, initiator, silane, antioxidant, polymerization inhibitor, catalyst, atbp.
(1) Ang base resin sa pangkalahatan ay isang low density polyethylene (LDPE) resin na may melt index (MI) na 2, ngunit kamakailan lamang, kasabay ng pag-unlad ng teknolohiya ng synthetic resin at mga pressure sa gastos, ang linear low density polyethylene (LLDPE) ay ginamit din o bahagyang ginamit bilang base resin para sa materyal na ito. Ang iba't ibang resin ay kadalasang may malaking epekto sa grafting at cross-linking dahil sa mga pagkakaiba sa kanilang panloob na macromolecular structure, kaya ang pormulasyon ay babaguhin sa pamamagitan ng paggamit ng iba't ibang base resin o ng parehong uri ng resin mula sa iba't ibang tagagawa.
(2) Ang initiator na karaniwang ginagamit ay diisopropyl peroxide (DCP), ang susi ay maunawaan ang laki ng problema, kung kulang ang isa para maging sanhi ng silane grafting ay hindi sapat; kung sobra naman ay magiging sanhi ng polyethylene cross-linking, na siyang nagpapababa ng fluidity nito, ang ibabaw ng extruded insulation core ay magaspang, at mahirap pisilin ang sistema. Dahil napakaliit at sensitibo ng dami ng initiator na idinagdag, mahalagang pantay-pantay itong ikalat, kaya karaniwang idinaragdag ito kasama ng silane.
(3) Ang Silane ay karaniwang ginagamit na vinyl unsaturated silane, kabilang ang vinyl trimethoxysilane (A2171) at vinyl triethoxysilane (A2151), dahil sa mabilis na hydrolysis rate ng A2171, kaya mas maraming tao ang pumipili ng A2171. Katulad nito, mayroong problema sa pagdaragdag ng silane, ang kasalukuyang mga tagagawa ng materyal ng kable ay sinusubukang makamit ang mas mababang limitasyon nito upang mabawasan ang mga gastos, dahil ang mga silane ay inaangkat, ang presyo ay mas mahal.
(4) Ang antioxidant ay upang matiyak ang katatagan ng pagproseso ng polyethylene at ang pagdaragdag ng cable anti-aging, ang antioxidant sa proseso ng silane grafting ay may papel na pumipigil sa reaksyon ng grafting, kaya sa proseso ng grafting, ang pagdaragdag ng antioxidant ay dapat maging maingat, ang dami ng idinagdag ay dapat isaalang-alang ang dami ng DCP upang tumugma sa pagpili. Sa two-step cross-linking process, ang karamihan sa antioxidant ay maaaring idagdag sa catalyst master batch, na maaaring mabawasan ang epekto sa proseso ng grafting. Sa one-step cross-linking process, ang antioxidant ay naroroon sa buong proseso ng grafting, kaya ang pagpili ng species at dami ay mas mahalaga. Ang mga karaniwang ginagamit na antioxidant ay 1010, 168, 330, atbp.
(5) Idinaragdag ang polymerization inhibitor upang mapigilan ang ilang proseso ng grafting at cross-linking ng mga side reaction na nagaganap. Sa proseso ng grafting, ang pagdaragdag ng anti-cross-linking agent ay maaaring epektibong mabawasan ang paglitaw ng C2C cross-linking, sa gayon ay mapapabuti ang processing fluidity. Bukod pa rito, ang pagdaragdag ng graft sa parehong mga kondisyon ay mauuna sa hydrolysis ng silane sa polymerization inhibitor. Maaari nitong mabawasan ang hydrolysis ng grafted polyethylene, upang mapabuti ang pangmatagalang katatagan ng graft material.
(6) Ang mga katalista ay kadalasang mga organotin derivatives (maliban sa natural crosslinking), ang pinakakaraniwan ay ang dibutyltin dilaurate (DBDTL), na karaniwang idinaragdag sa anyo ng isang masterbatch. Sa prosesong may dalawang hakbang, ang graft (A material) at ang catalyst master batch (B material) ay nakabalot nang hiwalay at ang mga materyales na A at B ay pinaghahalo bago idagdag sa extruder upang maiwasan ang pre-crosslinking ng materyal na A. Sa kaso ng mga one-step silane cross-linked polyethylene insulation, ang polyethylene sa pakete ay hindi pa na-graft, kaya walang problema sa pre-cross-linking at samakatuwid ang katalista ay hindi kailangang i-package nang hiwalay.
Bukod pa rito, may mga compounded silane na makukuha sa merkado, na kombinasyon ng silane, initiator, antioxidant, ilang lubricant at anti-copper agent, at karaniwang ginagamit sa mga one-step silane cross-linking methods sa mga cable plant.
Samakatuwid, ang pormulasyon ng silane cross-linked polyethylene insulation, na ang komposisyon ay hindi itinuturing na napakakumplikado at makukuha sa kaugnay na impormasyon, ngunit ang naaangkop na mga pormulasyon ng produksyon, na napapailalim sa ilang mga pagsasaayos upang mapinal, na nangangailangan ng ganap na pag-unawa sa papel ng mga bahagi sa pormulasyon at ang batas ng kanilang epekto sa pagganap at ang kanilang kapwa impluwensya.
Sa maraming uri ng materyales sa kable, ang silane cross-linked cable material (two-step o one-step) ang itinuturing na tanging uri ng prosesong kemikal na nagaganap sa extrusion. Sa iba pang uri, tulad ng polyvinyl chloride (PVC) cable material at polyethylene (PE) cable material, ang extrusion granulation process ay isang pisikal na proseso ng paghahalo. Kahit na ang chemical cross-linking at irradiation cross-linking cable material ay ginagamit, maging sa extrusion granulation process o extrusion system, walang kemikal na prosesong nagaganap. Kaya, kung ikukumpara, mas mahalaga ang kontrol sa proseso ng produksyon ng silane cross-linked cable material at cable insulation extrusion.
4. Dalawang-hakbang na proseso ng produksyon ng silane cross-linked polyethylene insulation
Ang proseso ng produksyon ng two-step silane cross-linked polyethylene insulation A na materyal ay maaaring maikling ipakita sa pamamagitan ng Figure 1.
Pigura 1 Proseso ng produksyon ng two-step silane cross-linked polyethylene insulating material A
Ilang mahahalagang punto sa proseso ng produksyon ng two-step silane cross-linked polyethylene insulation:
(1) Pagpapatuyo. Dahil ang polyethylene resin ay naglalaman ng kaunting tubig, kapag ini-extrude sa mataas na temperatura, ang tubig ay mabilis na tumutugon sa mga silyl group upang makagawa ng cross-linking, na nagbabawas sa fluidity ng natunaw at lumilikha ng pre-cross-linking. Ang natapos na materyal ay naglalaman din ng tubig pagkatapos ng paglamig gamit ang tubig, na maaari ring magdulot ng pre-crosslinking kung hindi matanggal, at dapat ding patuyuin. Upang matiyak ang kalidad ng pagpapatuyo, ginagamit ang isang deep drying unit.
(2) Pagsusukat. Dahil mahalaga ang katumpakan ng pormulasyon ng materyal, karaniwang ginagamit ang isang imported na timbangan para sa pagbaba ng timbang. Ang polyethylene resin at antioxidant ay sinusukat at pinapakain sa pamamagitan ng feed port ng extruder, habang ang silane at initiator ay iniiniksyon ng isang liquid material pump sa pangalawa o pangatlong bariles ng extruder.
(3) Pag-uugnay ng extrusion. Ang proseso ng pag-uugnay ng silane ay nakukumpleto sa extruder. Ang mga setting ng proseso ng extruder, kabilang ang temperatura, kombinasyon ng turnilyo, bilis ng turnilyo at bilis ng pagpapakain, ay dapat sumunod sa prinsipyo na ang materyal sa unang bahagi ng extruder ay maaaring ganap na matunaw at maihalo nang pantay, kapag hindi ninanais ang maagang pagkabulok ng peroxide, at ang ganap na pare-parehong materyal sa pangalawang bahagi ng extruder ay dapat na ganap na mabulok at makumpleto ang proseso ng pag-uugnay. Ang karaniwang temperatura ng seksyon ng extruder (LDPE) ay ipinapakita sa Talahanayan 1.
Talahanayan 1 Mga temperatura ng mga two-step extruder zone
| Sona ng Paggawa | Sona 1 | Sona 2 | Sona 3 ① | Sona 4 | Sona 5 |
| Temperatura P °C | 140 | 145 | 120 | 160 | 170 |
| Sona ng Paggawa | Sona 6 | Sona 7 | Sona 8 | Sona 9 | Bibig mamatay |
| Temperatura °C | 180 | 190 | 195 | 205 | 195 |
①dito idinaragdag ang silane.
Ang bilis ng tornilyo ng extruder ang tumutukoy sa oras ng paninirahan at ang epekto ng paghahalo ng materyal sa extruder. Kung maikli ang oras ng paninirahan, hindi kumpleto ang pagkabulok ng peroxide; kung masyadong mahaba ang oras ng paninirahan, tataas ang lagkit ng materyal na extruded. Sa pangkalahatan, ang average na oras ng paninirahan ng granule sa extruder ay dapat kontrolin sa half-life ng initiator decomposition na 5-10 beses. Ang bilis ng pagpapakain ay hindi lamang may tiyak na epekto sa oras ng paninirahan ng materyal, kundi pati na rin sa paghahalo at paggugupit ng materyal, napakahalaga rin ang pagpili ng naaangkop na bilis ng pagpapakain.
(4) Pagbabalot. Ang two-step silane cross-linked insulating material ay dapat na nakabalot sa mga aluminum-plastic composite bag na direktang naka-air upang maalis ang kahalumigmigan.
5. Isang-hakbang na proseso ng produksyon ng silane cross-linked polyethylene insulating material
Dahil sa proseso ng paghugpong nito, ang one-step silane cross-linked polyethylene insulation material ay nasa cable factory extrusion ng cable insulation core, kaya ang temperatura ng extrusion ng cable insulation ay mas mataas nang malaki kaysa sa two-step method. Bagama't ang one-step silane cross-linked polyethylene insulation formula ay ganap na isinaalang-alang sa mabilis na pagpapakalat ng initiator, silane, at materyal na shear, ang proseso ng paghugpong ay dapat garantiyahan ng temperatura, na siyang paulit-ulit na binibigyang-diin ng one-step silane cross-linked polyethylene insulation production plant ang kahalagahan ng tamang pagpili ng temperatura ng extrusion, at ang pangkalahatang inirerekomendang temperatura ng extrusion ay ipinapakita sa Table 2.
Talahanayan 2 Isang-hakbang na temperatura ng extruder ng bawat sona (yunit: ℃)
| Sona | Sona 1 | Sona 2 | Sona 3 | Sona 4 | Flange | Ulo |
| Temperatura | 160 | 190 | 200～210 | 220～230 | 230 | 230 |
Ito ay isa sa mga kahinaan ng one-step silane cross-linked polyethylene process, na karaniwang hindi kinakailangan kapag nag-e-extrude ng mga kable sa dalawang hakbang.
6. Kagamitan sa produksyon
Ang kagamitan sa produksyon ay isang mahalagang garantiya ng pagkontrol sa proseso. Ang produksyon ng mga silane cross-linked cable ay nangangailangan ng napakataas na antas ng katumpakan sa pagkontrol ng proseso, kaya ang pagpili ng kagamitan sa produksyon ay partikular na mahalaga.
Ang produksyon ng two-step silane cross-linked polyethylene insulation material A material production equipment, na kasalukuyang mas domestic isotropic parallel twin-screw extruder na may imported weightless weighing, ang mga naturang device ay maaaring matugunan ang mga kinakailangan ng katumpakan ng proseso, ang pagpili ng haba at diameter ng twin-screw extruder upang matiyak ang oras ng paninirahan ng materyal, ang pagpili ng imported weightless weighing upang matiyak ang katumpakan ng mga sangkap. Siyempre, maraming detalye ng kagamitan ang kailangang bigyan ng buong atensyon.
Gaya ng nabanggit kanina, ang mga kagamitan sa produksyon ng one-step silane cross-linked cable sa planta ng kable ay inaangkat, mahal, at ang mga tagagawa ng lokal na kagamitan ay walang katulad na kagamitan sa produksyon. Ang dahilan ay ang kakulangan ng kooperasyon sa pagitan ng mga tagagawa ng kagamitan at mga mananaliksik ng pormula at proseso.
7. Silane natural na cross-linked polyethylene insulation material
Ang silane natural cross-linked polyethylene insulating material na binuo nitong mga nakaraang taon ay maaaring i-cross-link sa ilalim ng natural na mga kondisyon sa loob ng ilang araw, nang walang singaw o paglulubog sa maligamgam na tubig. Kung ikukumpara sa tradisyonal na paraan ng silane cross-linking, ang materyal na ito ay maaaring mabawasan ang proseso ng produksyon para sa mga tagagawa ng kable, na lalong nagpapababa sa mga gastos sa produksyon at nagpapataas ng kahusayan sa produksyon. Ang silane naturally cross-linked polyethylene insulation ay lalong kinikilala at ginagamit ng mga tagagawa ng kable.
Sa mga nakaraang taon, ang lokal na silane natural cross-linked polyethylene insulation ay umunlad at nagawa na sa maraming dami, na may ilang mga bentahe sa presyo kumpara sa mga imported na materyales.
7. 1 Mga ideya sa pormulasyon para sa mga natural na cross-linked polyethylene insulation na gawa sa silane
Ang mga silane natural cross-linked polyethylene insulation ay ginagawa sa dalawang hakbang na proseso, na may parehong pormulasyon na binubuo ng base resin, initiator, silane, antioxidant, polymerization inhibitor at catalyst. Ang pormulasyon ng mga silane natural cross-linked polyethylene insulator ay batay sa pagpapataas ng silane grafting rate ng materyal na A at pagpili ng mas mahusay na catalyst kaysa sa silane warm water cross-linked polyethylene insulator. Ang paggamit ng mga materyales na A na may mas mataas na silane grafting rate na sinamahan ng mas mahusay na catalyst ay magbibigay-daan sa silane cross-linked polyethylene insulator na mabilis na mag-cross-link kahit na sa mababang temperatura at walang sapat na moisture.
Ang mga A-material para sa mga imported na silane na naturally cross-linked polyethylene insulators ay ginagawa sa pamamagitan ng copolymerization, kung saan ang nilalaman ng silane ay maaaring kontrolin sa mataas na antas, samantalang ang produksyon ng mga A-material na may mataas na grafting rates sa pamamagitan ng grafting silane ay mahirap. Ang base resin, initiator, at silane na ginamit sa recipe ay dapat na iba-iba at iakma sa mga tuntunin ng iba't ibang uri at pagdaragdag.
Mahalaga rin ang pagpili ng resist at ang pagsasaayos ng dosis nito, dahil ang pagtaas ng grafting rate ng silane ay hindi maiiwasang humahantong sa mas maraming CC crosslinking side reactions. Upang mapabuti ang processing fluidity at kondisyon ng ibabaw ng materyal na A para sa kasunod na cable extrusion, kinakailangan ang angkop na dami ng polymerization inhibitor upang epektibong mapigilan ang CC crosslinking at ang naunang pre-crosslinking.
Bukod pa rito, ang mga katalista ay may mahalagang papel sa pagpapataas ng crosslinking rate at dapat piliin bilang mahusay na mga katalista na naglalaman ng mga elementong walang transition metal.
7. 2 Oras ng crosslinking ng natural na crosslinked polyethylene insulations ng silane
Ang oras na kinakailangan upang makumpleto ang cross-linking ng silane natural cross-linked polyethylene insulation sa natural nitong estado ay nakadepende sa temperatura, humidity, at kapal ng insulation layer. Kung mas mataas ang temperatura at humidity, mas manipis ang kapal ng insulation layer, mas maikli ang oras ng crosslinking na kinakailangan, at mas mahaba ang kabaligtaran. Dahil ang temperatura at humidity ay nag-iiba sa bawat rehiyon at bawat panahon, kahit na sa parehong lugar at sa parehong oras, ang temperatura at humidity ngayon at bukas ay magkakaiba. Samakatuwid, habang ginagamit ang materyal, dapat tukuyin ng gumagamit ang oras ng cross-linking ayon sa lokal at umiiral na temperatura at humidity, pati na rin ang detalye ng cable at kapal ng insulation layer.
Oras ng pag-post: Agosto-13-2022