Аннотация: Кратко описаны принцип сшивки, классификация, рецептура, процесс и оборудование для изготовления изоляционного материала из силанового сшитого полиэтилена для проводов и кабелей, а также некоторые характеристики изоляционного материала из силанового естественно сшитого полиэтилена в применении и использовании, а также введены факторы, влияющие на состояние сшивки материала.
Ключевые слова: силановая сшивка; Естественная сшивка; полиэтилен; Изоляция; Провод и кабель
Кабельный материал из сшитого силаном полиэтилена в настоящее время широко используется в проводной и кабельной промышленности в качестве изоляционного материала для низковольтных силовых кабелей. Материал при производстве сшитых проводов и кабелей, а также пероксидной сшивке и радиационной сшивке по сравнению с необходимым производственным оборудованием прост, прост в эксплуатации, имеет низкую совокупную стоимость и другие преимущества, стал ведущим материалом для низких -напряженный сшитый кабель с изоляцией.
1. Принцип сшивки силанового материала кабеля.
В производстве силанового сшитого полиэтилена участвуют два основных процесса: прививка и сшивание. В процессе прививки полимер теряет свой атом Н на третичном атоме углерода под действием свободного инициатора и пиролиза на свободные радикалы, которые реагируют с группой –СН=СН2 винилсилана с образованием привитого полимера, содержащего триоксисилиловый эфир. группа. В процессе сшивания привитой полимер сначала гидролизуется в присутствии воды с образованием силанола, а – OH конденсируется с соседней группой Si-OH с образованием связи Si-O-Si, таким образом сшивая полимер. макромолекулы.
2. Силановый сшитый кабельный материал и метод его производства.
Как известно, существуют двухстадийный и одностадийный способы производства силановых сшитых кабелей и кабелей из них. Разница между двухэтапным методом и одностадийным заключается в том, где осуществляется процесс силановой прививки, для двухэтапного метода процесс прививки - на заводе-изготовителе кабельного материала, для двухэтапного метода - процесс прививки на заводе по производству кабеля. одношаговый метод. Двухэтапный полиэтиленовый изоляционный материал, сшитый силаном, имеющий наибольшую долю на рынке, состоит из так называемых материалов A и B, причем материал A представляет собой полиэтилен с привитым силаном, а материал B представляет собой маточную смесь катализатора. Затем изолирующий сердечник сшивается в теплой воде или паре.
Существует другой тип двухстадийного силанового сшитого полиэтиленового изолятора, где материал А получают другим способом, путем введения винилсилана непосредственно в полиэтилен в процессе синтеза для получения полиэтилена с силановыми разветвленными цепями.
Одноэтапный метод также имеет два типа. Традиционный одноэтапный процесс представляет собой разнообразие сырья в соответствии с формулой в соотношении специальной прецизионной системы дозирования, в специально разработанный специальный экструдер за один этап для завершения прививки и экструзии Изоляционный сердечник кабеля, в этом процессе нет грануляции, нет необходимости в участии завода по производству кабельных материалов, кабельный завод выполняет в одиночку. Это одностадийное оборудование для производства силановых сшитых кабелей и технология изготовления в основном импортируются из-за границы и стоят дорого.
Другой тип изоляционного материала из одноэтапного силанового сшитого полиэтилена производится производителями кабельных материалов, представляет собой все сырье в соответствии с формулой в соотношении специального метода смешивания, упаковывается и продается, нет материала A и B. материал, кабельный завод может быть непосредственно в экструдере, чтобы завершить этап одновременной прививки и экструзии изоляционного сердечника кабеля. Уникальной особенностью этого метода является отсутствие необходимости в дорогостоящих специальных экструдерах, поскольку процесс прививки силана можно выполнить в обычном экструдере ПВХ, а двухэтапный метод исключает необходимость смешивания материалов А и Б перед экструзией.
3. Состав рецептуры
Состав силанового сшитого полиэтиленового кабельного материала обычно состоит из смолы основного материала, инициатора, силана, антиоксиданта, ингибитора полимеризации, катализатора и т. д.
(1) Базовая смола обычно представляет собой полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) с индексом плавления (МИ) 2, но в последнее время, с развитием технологии синтетических смол и ценовым давлением, также стал применяться линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП). используется или частично используется в качестве базовой смолы для этого материала. Различные смолы часто оказывают существенное влияние на прививку и сшивку из-за различий в их внутренней макромолекулярной структуре, поэтому рецептуру можно модифицировать, используя разные базовые смолы или смолы одного и того же типа от разных производителей.
(2) Обычно используемым инициатором является диизопропилпероксид (DCP), главное – понять масштаб проблемы: слишком мало, чтобы вызвать прививку силана, недостаточно; слишком много, чтобы вызвать сшивку полиэтилена, что снижает его текучесть, поверхность экструдированного изоляционного сердечника шероховатая, систему трудно сжать. Поскольку количество добавляемого инициатора очень мало и чувствительно, важно диспергировать его равномерно, поэтому его обычно добавляют вместе с силаном.
(3) Силан обычно используется винилненасыщенный силан, включая винилтриметоксисилан (A2171) и винилтриэтоксисилан (A2151), из-за быстрой скорости гидролиза A2171, поэтому выбирайте A2171 больше людей. Точно так же существует проблема с добавлением силана: нынешние производители кабельных материалов пытаются достичь нижнего предела, чтобы снизить затраты, поскольку силан импортируется, и его цена дороже.
(4) Антиоксидант предназначен для обеспечения стабильности обработки полиэтилена и защиты кабеля от старения, а антиоксидант в процессе силановой прививки играет роль ингибирования реакции прививки, поэтому процесс прививки, добавление антиоксиданта Чтобы быть осторожным, добавленная сумма учитывает сумму DCP, соответствующую выбранному. В двухэтапном процессе сшивки большая часть антиоксиданта может быть добавлена в маточную смесь катализатора, что может снизить влияние на процесс прививки. В одноэтапном процессе сшивания антиоксидант присутствует на протяжении всего процесса прививки, поэтому выбор вида и количества является более важным. Обычно используемые антиоксиданты: 1010, 168, 330 и т. д.
(5) Ингибитор полимеризации добавляется для того, чтобы ингибировать некоторые процессы прививки и поперечной сшивки, возникающие побочные реакции, в процессе прививки для добавления противосшивающего агента можно эффективно уменьшить возникновение поперечных связей C2C, тем самым улучшая текучесть обработки, кроме того, добавлению привитого материала в тех же условиях будет предшествовать гидролиз силана на ингибиторе полимеризации, что может снизить гидролиз привитого полиэтилена, улучшить долговременную стабильность привитого материала.
(6) Катализаторами часто являются оловоорганические производные (за исключением естественной сшивки), наиболее распространенным из которых является дилаурат дибутилолова (DBDTL), который обычно добавляют в виде маточной смеси. В двухэтапном процессе трансплантат (материал A) и маточная смесь катализатора (материал B) упаковываются отдельно, а материалы A и B смешиваются вместе перед добавлением в экструдер, чтобы предотвратить предварительное сшивание материала A. В случае одностадийной изоляции из полиэтилена, сшитого силаном, полиэтилен в упаковке еще не привит, поэтому нет проблем с предварительной сшивкой, и поэтому катализатор не нужно упаковывать отдельно.
Кроме того, на рынке доступны сложные силаны, которые представляют собой комбинацию силана, инициатора, антиоксиданта, некоторых смазочных материалов и антимедных агентов и обычно используются в одностадийных методах силановой сшивки на кабельных заводах.
Поэтому рецептура силановой сшитой полиэтиленовой изоляции, состав которой не считается очень сложной и доступна в соответствующей информации, но соответствующие производственные рецептуры, подлежат некоторым корректировкам для доработки, что требует полного понимание роли компонентов в рецептуре и закона их влияния на работоспособность и их взаимного влияния.
Среди многих разновидностей кабельных материалов силановый сшитый кабельный материал (двухэтапный или одноэтапный) считается единственной разновидностью химических процессов, происходящих при экструзии, другие разновидности, такие как кабельный материал из поливинилхлорида (ПВХ) и полиэтиленовый (PE) кабельный материал, процесс экструзионного гранулирования представляет собой процесс физического смешивания, даже если материал кабеля с химической сшивкой и радиационной сшивкой, будь то в процессе экструзионного гранулирования или в экструзионной системе кабеля, химический процесс не происходит. Таким образом, по сравнению с производством силанового сшитого кабельного материала и экструзией изоляции кабеля, контроль процесса является более важным.
4. Двухэтапный процесс производства изоляции из силанового сшитого полиэтилена.
Процесс производства двухэтапного изоляционного материала А из сшитого силаном полиэтилена можно кратко представить на рисунке 1.
Рисунок 1. Процесс производства двухстадийного изоляционного материала из силанового сшитого полиэтилена А.
Некоторые ключевые моменты в процессе производства двухэтапной изоляции из силанового сшитого полиэтилена:
(1) Сушка. Поскольку полиэтиленовая смола содержит небольшое количество воды, при экструдировании при высоких температурах вода быстро реагирует с силильными группами, вызывая сшивку, что снижает текучесть расплава и приводит к предварительной сшивке. Готовый материал также содержит воду после водяного охлаждения, которая также может вызвать предварительное сшивание, если ее не удалить, и ее также необходимо высушить. Для обеспечения качества сушки используется установка глубокой сушки.
(2) Измерение. Поскольку точность рецептуры материала важна, обычно используются импортные весы для измерения потери веса. Полиэтиленовая смола и антиоксидант отмеряются и подаются через загрузочное отверстие экструдера, тогда как силан и инициатор впрыскиваются насосом для жидкого материала во второй или третий цилиндр экструдера.
(3) Экструзионная прививка. Процесс прививки силана завершается в экструдере. Параметры процесса экструдера, включая температуру, комбинацию шнеков, скорость шнека и скорость подачи, должны соответствовать принципу, согласно которому материал в первой секции экструдера может быть полностью расплавлен и равномерно перемешан, когда преждевременное разложение пероксида нежелательно. и что полностью однородный материал во второй секции экструдера должен быть полностью разложен и процесс прививки завершен. Типичные температуры секции экструдера (ПЭНП) показаны в Таблице 1.
Таблица 1. Температуры зон двухступенчатого экструдера
| Рабочая зона | Зона 1 | Зона 2 | Зона 3 ① | Зона 4 | Зона 5 |
| Температура P °C | 140 | 145 | 120 | 160 | 170 |
| Рабочая зона | Зона 6 | Зона 7 | Зона 8 | Зона 9 | Рот умирает |
| Температура °С | 180 | 190 | 195 | 205 | 195 |
① — место добавления силана.
Скорость шнека экструдера определяет время пребывания и эффект смешивания материала в экструдере. Если время пребывания короткое, разложение пероксида является неполным; если время пребывания слишком велико, вязкость экструдированного материала увеличивается. В общем, среднее время пребывания гранулы в экструдере должно контролироваться при периоде полураспада инициатора разложения в 5-10 раз. Скорость подачи оказывает определенное влияние не только на время пребывания материала, но также на смешивание и сдвиг материала. Выбор подходящей скорости подачи также очень важен.
(4) Упаковка. Двухступенчатый силановый сшитый изоляционный материал следует упаковывать в алюминиево-пластиковые композитные мешки на открытом воздухе для устранения влаги.
5. Одностадийный процесс производства изоляционного материала из сшитого силаном полиэтилена.
Одноэтапный полиэтиленовый изоляционный материал, сшитый силаном, из-за процесса его прививки подвергается экструзии изоляционного сердечника кабеля на кабельном заводе, поэтому температура экструзии изоляции кабеля значительно выше, чем при двухэтапном методе. Хотя одноэтапная формула изоляции из полиэтилена, сшитого силаном, была полностью учтена при быстром диспергировании инициатора, силана и сдвиге материала, но процесс прививки должен быть гарантирован температурой, которая является одноэтапным полиэтиленом, сшитым силаном. Завод по производству изоляции неоднократно подчеркивал важность правильного выбора температуры экструзии, общая рекомендуемая температура экструзии показана в Таблице 2.
Таблица 2. Температура одноступенчатого экструдера в каждой зоне (единица измерения: ℃)
| Зона | Зона 1 | Зона 2 | Зона 3 | Зона 4 | Фланец | Голова |
| Температура | 160 | 190 | 200～210 | 220～230 | 230 | 230 |
Это один из недостатков одностадийного процесса производства силанового сшитого полиэтилена, который обычно не требуется при двухэтапном экструдировании кабелей.
6.Производственное оборудование
Производственное оборудование является важной гарантией контроля технологического процесса. Производство силановых сшитых кабелей требует очень высокой степени точности управления процессом, поэтому выбор производственного оборудования имеет особое значение.
Производство двухэтапного изоляционного материала из сшитого силаном полиэтилена. Оборудование для производства материалов, в настоящее время более отечественный изотропный параллельный двухшнековый экструдер с импортным невесомым взвешиванием, такие устройства могут отвечать требованиям точности управления процессом, выбора длины и диаметра двухшнековый экструдер для обеспечения времени пребывания материала, выбор импортного невесомого взвешивания для обеспечения точности ингредиентов. Конечно, есть множество деталей оборудования, которым необходимо уделить полное внимание.
Как упоминалось ранее, оборудование для производства одноэтапного силанового сшитого кабеля на кабельном заводе импортное, дорогое, отечественные производители оборудования не имеют аналогичного производственного оборудования, причина в отсутствии сотрудничества между производителями оборудования и исследователями формул и процессов.
7. Силановый изоляционный материал из натурального сшитого полиэтилена.
Силановый природный сшитый полиэтиленовый изоляционный материал, разработанный в последние годы, может сшиваться в естественных условиях в течение нескольких дней, без погружения в пар или теплую воду. По сравнению с традиционным методом силановой сшивки этот материал может сократить производственный процесс для производителей кабелей, еще больше снизить производственные затраты и повысить эффективность производства. Силановая изоляция из естественно сшитого полиэтилена все чаще признается и используется производителями кабелей.
В последние годы отечественная силановая изоляция из натурального сшитого полиэтилена получила развитие и производится в больших количествах, имея определенные преимущества в цене по сравнению с импортными материалами.
7.1 Идеи по рецептуре силановой изоляции из естественно сшитого полиэтилена
Силановая изоляция из натурального сшитого полиэтилена производится в двухэтапном процессе по одинаковому составу, состоящему из базовой смолы, инициатора, силана, антиоксиданта, ингибитора полимеризации и катализатора. Рецептура изоляторов из силана из природного сшитого полиэтилена основана на увеличении скорости прививки силаном материала А и выборе более эффективного катализатора, чем изоляторы из полиэтилена, сшитого силаном в теплой воде. Использование материалов А с более высокой скоростью прививки силана в сочетании с более эффективным катализатором позволит изолятору из сшитого силаном полиэтилена быстро сшиваться даже при низких температурах и при недостаточной влажности.
А-материалы для импортных силановых естественно сшитых полиэтиленовых изоляторов синтезируются путем сополимеризации, при которой содержание силана можно контролировать на высоком уровне, тогда как производство А-материалов с высокими скоростями прививки путем прививки силана затруднено. Базовая смола, инициатор и силан, используемые в рецепте, должны варьироваться и корректироваться с точки зрения разнообразия и добавления.
Выбор резиста и корректировка его дозировки также имеют решающее значение, поскольку увеличение скорости прививки силана неизбежно приводит к увеличению побочных реакций сшивания CC. Чтобы улучшить технологическую текучесть и состояние поверхности материала А для последующей экструзии кабеля, необходимо подходящее количество ингибитора полимеризации, чтобы эффективно ингибировать сшивку CC и предшествующую предварительную сшивку.
Кроме того, катализаторы играют важную роль в увеличении скорости сшивки и должны выбираться как эффективные катализаторы, содержащие элементы, не содержащие переходных металлов.
7.2 Время сшивки силановой естественно сшитой полиэтиленовой изоляции
Время, необходимое для завершения сшивки силановой натуральной сшитой полиэтиленовой изоляции в ее естественном состоянии, зависит от температуры, влажности и толщины изоляционного слоя. Чем выше температура и влажность, тем тоньше толщина изоляционного слоя, тем меньше требуется время сшивки и больше, наоборот. Поскольку температура и влажность варьируются от региона к региону и от сезона к сезону, даже в одном и том же месте и в одно и то же время, температура и влажность сегодня и завтра будут разными. Таким образом, во время использования материала пользователь должен определить время сшивки в зависимости от местной и преобладающей температуры и влажности, а также характеристик кабеля и толщины изоляционного слоя.
Время публикации: 13 августа 2022 г.