Riassunto: Vengono brevemente descritti il principio di reticolazione, la classificazione, la formulazione, il processo e l'apparecchiatura del materiale isolante in polietilene reticolato con silano per fili e cavi, nonché alcune caratteristiche del materiale isolante in polietilene reticolato naturalmente con silano nell'applicazione e nell'uso, nonché vengono introdotti fattori che influenzano la condizione di reticolazione del materiale.
Parole chiave: reticolazione del silano; Reticolazione naturale; polietilene; Isolamento; Filo e cavo
Il materiale per cavi in polietilene reticolato con silano è ora ampiamente utilizzato nell'industria dei fili e dei cavi come materiale isolante per cavi elettrici a bassa tensione. Il materiale nella produzione di fili e cavi reticolati e la reticolazione con perossido e la reticolazione per irradiazione rispetto alle apparecchiature di produzione richieste è semplice, facile da usare, a basso costo completo e altri vantaggi, è diventato il materiale principale per bassi Cavo reticolato ad alta tensione con isolamento.
1. Principio di reticolazione del materiale del cavo reticolato con silano
Esistono due processi principali coinvolti nella produzione del polietilene reticolato con silano: innesto e reticolazione. Nel processo di innesto, il polimero perde il suo atomo H sull'atomo di carbonio terziario sotto l'azione dell'iniziatore libero e della pirolisi in radicali liberi, che reagiscono con il gruppo – CH = CH2 del vinil silano per produrre un polimero innestato contenente un triossisilil estere gruppo. Nel processo di reticolazione, il polimero ad innesto viene prima idrolizzato in presenza di acqua per produrre silanolo e il –OH si condensa con il gruppo Si-OH adiacente per formare il legame Si-O-Si, reticolando così il polimero macromolecole.
2. Materiale del cavo reticolato con silano e relativo metodo di produzione del cavo
Come sapete, esistono metodi di produzione in due fasi e in una fase per i cavi reticolati con silano e i relativi cavi. La differenza tra il metodo a due fasi e il metodo a una fase risiede nel luogo in cui viene eseguito il processo di innesto del silano, il processo di innesto presso il produttore del materiale del cavo per il metodo a due fasi, il processo di innesto nell'impianto di produzione del cavo per il metodo a due fasi. metodo in un solo passaggio. Il materiale isolante in polietilene reticolato con silano a due fasi con la quota di mercato maggiore è composto dai cosiddetti materiali A e B, dove il materiale A è il polietilene innestato con silano e il materiale B è il master batch del catalizzatore. Il nucleo isolante viene poi reticolato in acqua calda o vapore.
Esiste un altro tipo di isolante in polietilene reticolato con silano in due fasi, in cui il materiale A viene prodotto in modo diverso, introducendo vinilsilano direttamente nel polietilene durante la sintesi per ottenere polietilene con catene ramificate di silano.
Il metodo a una fase ha anche due tipi, il tradizionale processo a una fase è una varietà di materie prime secondo la formula nel rapporto dello speciale sistema di dosaggio di precisione, in un estrusore speciale appositamente progettato in una fase per completare l'innesto e l'estrusione di nucleo isolante del cavo, in questo processo, nessuna granulazione, nessuna necessità di partecipazione all'impianto di materiale del cavo, da parte della fabbrica di cavi da completare da sola. Questa tecnologia di produzione e di formulazione di cavi reticolati con silano in un unico passaggio è per lo più importata dall'estero ed è costosa.
Un altro tipo di materiale isolante in polietilene reticolato con silano monofase è prodotto dai produttori di materiali per cavi, è composto da tutte le materie prime secondo la formula nel rapporto di un metodo speciale di miscelazione, confezionato e venduto, non esiste un materiale A e B materiale, l'impianto del cavo può essere direttamente nell'estrusore per completare contemporaneamente una fase di innesto ed estrusione del nucleo isolante del cavo. La caratteristica unica di questo metodo è che non sono necessari costosi estrusori speciali, poiché il processo di innesto del silano può essere completato in un normale estrusore per PVC e il metodo in due fasi elimina la necessità di miscelare i materiali A e B prima dell'estrusione.
3. Composizione della formulazione
La formulazione del materiale del cavo in polietilene reticolato con silano è generalmente composta da resina del materiale di base, iniziatore, silano, antiossidante, inibitore della polimerizzazione, catalizzatore, ecc.
(1) La resina di base è generalmente una resina di polietilene a bassa densità (LDPE) con un indice di fusione (MI) di 2, ma recentemente, con lo sviluppo della tecnologia delle resine sintetiche e le pressioni sui costi, è stato utilizzato anche il polietilene lineare a bassa densità (LLDPE). utilizzato o parzialmente utilizzato come resina di base per questo materiale. Resine diverse hanno spesso un impatto significativo sull'innesto e sulla reticolazione a causa delle differenze nella loro struttura macromolecolare interna, pertanto la formulazione verrà modificata utilizzando resine di base diverse o lo stesso tipo di resina di produttori diversi.
(2) L'iniziatore comunemente utilizzato è il perossido di diisopropile (DCP), la chiave è comprendere l'entità del problema, troppo poco per causare l'innesto di silano non è sufficiente; troppo per causare la reticolazione del polietilene, che ne riduce la fluidità, la superficie del nucleo isolante estruso è ruvida e difficile da spremere. Poiché la quantità di iniziatore aggiunta è molto piccola e sensibile, è importante disperderla in modo uniforme, quindi generalmente viene aggiunta insieme al silano.
(3) Il silano è generalmente utilizzato silano vinilinsaturo, compreso viniltrimetossisilano (A2171) e viniltrietossisilano (A2151), a causa del rapido tasso di idrolisi di A2171, quindi scegliere A2171 più persone. Allo stesso modo, c'è il problema dell'aggiunta di silano, gli attuali produttori di materiali per cavi stanno cercando di raggiungere il limite inferiore per ridurre i costi, poiché il silano viene importato, il prezzo è più costoso.
(4) L'antiossidante serve a garantire la stabilità della lavorazione del polietilene e dell'invecchiamento del cavo e l'antiossidante aggiunto nel processo di innesto del silano ha il ruolo di inibire la reazione di innesto, quindi il processo di innesto, l'aggiunta di antiossidante fare attenzione, l'importo aggiunto deve considerare la quantità di DCP corrispondente alla selezione. Nel processo di reticolazione in due fasi, la maggior parte dell'antiossidante può essere aggiunta al master batch del catalizzatore, riducendo così l'impatto sul processo di innesto. Nel processo di reticolazione in una sola fase, l'antiossidante è presente nell'intero processo di innesto, quindi la scelta della specie e della quantità è più importante. Gli antiossidanti comunemente usati sono 1010, 168, 330, ecc.
(5) Viene aggiunto un inibitore della polimerizzazione per inibire alcuni processi di innesto e reticolazione delle reazioni collaterali che si verificano, nel processo di innesto per aggiungere un agente anti-reticolazione, può ridurre efficacemente il verificarsi di reticolazione C2C, migliorando così la fluidità della lavorazione, inoltre, l'aggiunta di un innesto nelle stesse condizioni sarà preceduta dall'idrolisi del silano sull'inibitore della polimerizzazione in grado di ridurre l'idrolisi del polietilene innestato, per migliorare la stabilità a lungo termine del materiale di innesto.
(6) I catalizzatori sono spesso derivati organostannici (ad eccezione della reticolazione naturale), il più comune dei quali è il dibutilstagno dilaurato (DBDTL), che viene generalmente aggiunto sotto forma di masterbatch. Nel processo in due fasi, l'innesto (materiale A) e il master batch del catalizzatore (materiale B) vengono confezionati separatamente e i materiali A e B vengono miscelati insieme prima di essere aggiunti all'estrusore per impedire la pre-reticolazione del materiale A. Nel caso degli isolanti monofase in polietilene reticolato con silano, il polietilene nella confezione non è ancora stato innestato, quindi non vi è alcun problema di pre-reticolazione e quindi non è necessario confezionare separatamente il catalizzatore.
Inoltre, sul mercato sono disponibili silani composti, che sono una combinazione di silano, iniziatore, antiossidante, alcuni lubrificanti e agenti anti-rame e sono generalmente utilizzati nei metodi di reticolazione del silano in una sola fase negli impianti di cavi.
Pertanto, la formulazione dell'isolante in polietilene reticolato con silano, la cui composizione non è considerata molto complessa ed è disponibile nelle informazioni pertinenti, ma le formulazioni di produzione appropriate, soggette ad alcuni aggiustamenti per finalizzare, che richiedono una completa comprensione del ruolo dei componenti nella formulazione e della legge del loro impatto sulle prestazioni e della loro reciproca influenza.
Nelle numerose varietà di materiali per cavi, il materiale per cavi reticolato con silano (a due fasi o a una fase) è considerato l'unica varietà di processi chimici che si verificano nell'estrusione, altre varietà come i materiali per cavi in cloruro di polivinile (PVC) e materiale del cavo in polietilene (PE), il processo di granulazione per estrusione è un processo di miscelazione fisica, anche se il materiale del cavo di reticolazione chimica e di reticolazione per irradiazione, sia nel processo di granulazione per estrusione, sia nel sistema di estrusione cavo, non si verifica alcun processo chimico , quindi, in confronto, la produzione di materiale per cavi reticolato con silano e l'estrusione di isolamento dei cavi, il controllo del processo è più importante.
4. Processo di produzione dell'isolamento in polietilene reticolato con silano in due fasi
Il processo di produzione del materiale isolante in polietilene reticolato con silano A in due fasi può essere brevemente rappresentato dalla Figura 1.
Figura 1 Processo di produzione del materiale isolante in polietilene reticolato con silano a due fasi A
Alcuni punti chiave nel processo di produzione dell'isolamento in polietilene reticolato a base di silano in due fasi:
(1) Asciugatura. Poiché la resina di polietilene contiene una piccola quantità di acqua, quando estrusa ad alte temperature, l'acqua reagisce rapidamente con i gruppi sililici per produrre reticolazione, che riduce la fluidità del fuso e produce pre-reticolazione. Il materiale finito contiene anche acqua dopo il raffreddamento ad acqua, che può anche causare prereticolazione se non rimossa, e deve essere inoltre essiccata. Per garantire la qualità dell'essiccazione, viene utilizzata un'unità di essiccazione profonda.
(2) Misurazione. Poiché la precisione della formulazione del materiale è importante, viene generalmente utilizzata una bilancia a perdita di peso importata. La resina di polietilene e l'antiossidante vengono misurati e alimentati attraverso la porta di alimentazione dell'estrusore, mentre il silano e l'iniziatore vengono iniettati da una pompa di materiale liquido nel secondo o terzo cilindro dell'estrusore.
(3) Innesto per estrusione. Il processo di innesto del silano viene completato nell'estrusore. Le impostazioni del processo dell'estrusore, tra cui temperatura, combinazione della vite, velocità della vite e velocità di avanzamento, devono seguire il principio secondo cui il materiale nella prima sezione dell'estrusore può essere completamente fuso e miscelato in modo uniforme, quando non si desidera una decomposizione prematura del perossido e che il materiale completamente uniforme nella seconda sezione dell'estrusore deve essere completamente decomposto e il processo di innesto completato. Le temperature tipiche della sezione dell'estrusore (LDPE) sono mostrate nella Tabella 1.
Tabella 1 Temperature delle zone dell'estrusore a due fasi
| Zona di lavoro | Zona 1 | Zona 2 | Zona 3 ① | Zona 4 | Zona 5 |
| Temperatura P°C | 140 | 145 | 120 | 160 | 170 |
| Zona di lavoro | Zona 6 | Zona 7 | Zona 8 | Zona 9 | La bocca muore |
| Temperatura °C | 180 | 190 | 195 | 205 | 195 |
①è dove viene aggiunto il silano.
La velocità della vite dell'estrusore determina il tempo di permanenza e l'effetto di miscelazione del materiale nell'estrusore, se il tempo di permanenza è breve, la decomposizione del perossido è incompleta; se il tempo di permanenza è troppo lungo la viscosità del materiale estruso aumenta. In generale, il tempo di permanenza medio del granulo nell'estrusore dovrebbe essere controllato nell'emivita di decomposizione dell'iniziatore di 5-10 volte. La velocità di alimentazione non ha solo un certo impatto sul tempo di permanenza del materiale, ma anche sulla miscelazione e taglio del materiale, anche la scelta di una velocità di alimentazione adeguata è molto importante.
(4) Imballaggio. Il materiale isolante reticolato con silano a due fasi deve essere confezionato in sacchetti compositi di alluminio-plastica all'aria diretta per eliminare l'umidità.
5. Processo di produzione del materiale isolante in polietilene reticolato con silano in una sola fase
Il materiale isolante in polietilene reticolato con silano in una fase a causa del suo processo di innesto è nell'estrusione della fabbrica di cavi del nucleo isolante del cavo, quindi la temperatura di estrusione dell'isolamento del cavo è significativamente più alta rispetto al metodo in due fasi. Sebbene la formula isolante in polietilene reticolato con silano monofase sia stata pienamente considerata nella rapida dispersione dell'iniziatore e del silano e del taglio del materiale, il processo di innesto deve essere garantito dalla temperatura, che è il polietilene reticolato con silano monofase L'impianto di produzione di isolanti ha ripetutamente sottolineato l'importanza della scelta corretta della temperatura di estrusione, la temperatura di estrusione generalmente consigliata è mostrata nella Tabella 2.
Tabella 2 Temperatura dell'estrusore in una fase di ciascuna zona (unità: ℃)
| Zona | Zona 1 | Zona 2 | Zona 3 | Zona 4 | Flangia | Testa |
| Temperatura | 160 | 190 | 200～210 | 220～230 | 230 | 230 |
Questo è uno dei punti deboli del processo monofase del polietilene reticolato con silano, che generalmente non è richiesto quando si estrudono i cavi in due fasi.
6.Attrezzature di produzione
Le attrezzature di produzione rappresentano un'importante garanzia del controllo del processo. La produzione di cavi reticolati con silano richiede un grado molto elevato di accuratezza del controllo del processo, quindi la scelta delle apparecchiature di produzione è particolarmente importante.
La produzione di materiale isolante in polietilene reticolato con silano in due fasi Un'apparecchiatura per la produzione di materiali, attualmente un estrusore bivite parallelo isotropo domestico con pesatura senza peso importata, tali dispositivi possono soddisfare i requisiti di precisione del controllo del processo, la scelta della lunghezza e del diametro di l'estrusore bivite per garantire il tempo di permanenza del materiale, la scelta della pesatura senza peso importata per garantire l'accuratezza degli ingredienti. Naturalmente ci sono molti dettagli dell'attrezzatura a cui occorre prestare la massima attenzione.
Come accennato in precedenza, le apparecchiature di produzione di cavi reticolati con silano monofase nello stabilimento di cavi sono importate, costose, i produttori di apparecchiature nazionali non dispongono di apparecchiature di produzione simili, il motivo è la mancanza di cooperazione tra produttori di apparecchiature e ricercatori di formule e processi.
7. Materiale isolante in polietilene reticolato naturale silano
Il materiale isolante in polietilene reticolato naturale silano sviluppato negli ultimi anni può essere reticolato in condizioni naturali entro pochi giorni, senza immersione in vapore o acqua calda. Rispetto al tradizionale metodo di reticolazione con silano, questo materiale può ridurre il processo di produzione per i produttori di cavi, riducendo ulteriormente i costi di produzione e aumentando l'efficienza produttiva. L'isolamento in polietilene reticolato naturalmente silano è sempre più riconosciuto e utilizzato dai produttori di cavi.
Negli ultimi anni, l'isolamento domestico in polietilene reticolato naturale silano è maturato ed è stato prodotto in grandi quantità, con alcuni vantaggi di prezzo rispetto ai materiali importati.
7.1 Idee formulative per isolanti in polietilene reticolato naturalmente a base di silano
Gli isolanti in polietilene reticolato naturale silanico sono prodotti in un processo in due fasi, con la stessa formulazione composta da resina base, iniziatore, silano, antiossidante, inibitore di polimerizzazione e catalizzatore. La formulazione degli isolanti in polietilene reticolato naturale con silano si basa sull'aumento della velocità di innesto del silano del materiale A e sulla selezione di un catalizzatore più efficiente rispetto agli isolanti in polietilene reticolato con acqua calda con silano. L'uso di materiali A con un tasso di innesto di silano più elevato combinato con un catalizzatore più efficiente consentirà all'isolante in polietilene reticolato con silano di reticolare rapidamente anche a basse temperature e con umidità insufficiente.
I materiali A per isolanti in polietilene reticolato naturalmente con silano importato sono sintetizzati mediante copolimerizzazione, dove il contenuto di silano può essere controllato a un livello elevato, mentre la produzione di materiali A con tassi di innesto elevati mediante innesto di silano è difficile. La resina base, l'iniziatore e il silano utilizzati nella ricetta devono essere variati e adattati in termini di varietà e aggiunta.
Anche la selezione del resist e la regolazione del suo dosaggio sono cruciali, poiché un aumento della velocità di innesto del silano porta inevitabilmente a maggiori reazioni collaterali di reticolazione del CC. Per migliorare la fluidità della lavorazione e le condizioni superficiali del materiale A per la successiva estrusione del cavo, è necessaria una quantità adeguata di inibitore della polimerizzazione per inibire efficacemente la reticolazione del CC e la precedente pre-reticolazione.
Inoltre, i catalizzatori svolgono un ruolo importante nell'aumentare la velocità di reticolazione e dovrebbero essere selezionati come catalizzatori efficienti contenenti elementi privi di metalli di transizione.
7.2 Tempo di reticolazione degli isolanti in polietilene reticolato naturalmente a base di silano
Il tempo necessario per completare la reticolazione dell'isolante in polietilene reticolato naturale silano nel suo stato naturale dipende dalla temperatura, dall'umidità e dallo spessore dello strato isolante. Maggiore è la temperatura e l'umidità, minore è lo spessore dello strato isolante, minore è il tempo di reticolazione richiesto e maggiore è il contrario. Poiché la temperatura e l'umidità variano da regione a regione e da stagione a stagione, anche nello stesso luogo e nello stesso momento, la temperatura e l'umidità oggi e domani saranno diverse. Pertanto, durante l'utilizzo del materiale, l'utente deve determinare il tempo di reticolazione in base alla temperatura e all'umidità locali prevalenti, nonché alle specifiche del cavo e allo spessore dello strato isolante.
Orario di pubblicazione: 13 agosto 2022