Santrauka: Trumpai aprašomas silanu susiūtos polietileno izoliacinės medžiagos, skirtos laidams ir kabeliams, susiuvimo principas, klasifikacija, formulė, procesas ir įranga, taip pat pristatomos kai kurios silanu natūraliai susiūtos polietileno izoliacinės medžiagos savybės pritaikymo ir naudojimo metu, taip pat veiksniai, turintys įtakos medžiagos susiuvimo būklei.
Raktiniai žodžiai: silano skersinis sujungimas; natūralus skersinis sujungimas; polietilenas; izoliacija; laidai ir kabeliai
Silano skersinio ryšio polietileno kabelių medžiaga dabar plačiai naudojama laidų ir kabelių pramonėje kaip izoliacinė medžiaga žemos įtampos elektros kabeliams. Ši medžiaga, naudojama skersinio ryšio laidų ir kabelių gamyboje, o peroksido skersinio ryšio ir spinduliavimo skersinio ryšio technologija, palyginti su gamybos įranga, yra paprasta, lengvai valdoma, turi mažą bendrą kainą ir kitus privalumus, todėl tapo pagrindine medžiaga žemos įtampos skersinio ryšio kabelių su izoliacija gamyboje.
1.Silane susiūtos kabelinės medžiagos susiejimo principas
Silanu susiūto polietileno gamyboje vyksta du pagrindiniai procesai: skiepijimas ir skersinis sujungimas. Skiepijimo procese polimeras, veikiant laisvajam iniciatoriui ir pirolizei, praranda savo H atomą prie tretinio anglies atomo ir susidaro laisvieji radikalai, kurie reaguoja su vinilsilano – CH = CH2 grupe ir susidaro skiepytas polimeras, turintis trioksisililo esterio grupę. Skersinio sujungimo procese skiepytas polimeras pirmiausia hidrolizuojamas vandens akivaizdoje, susidarant silanoliui, o – OH kondensuojasi su greta esančia Si-OH grupe, sudarydama Si-O-Si jungtį, taip sujungdama polimero makromolekules.
2. Silano skersiniais ryšiais sujungta kabelių medžiaga ir jos gamybos būdas
Kaip žinote, silanu susiūtiems kabeliams ir jų kabeliams gaminti yra dviejų ir vieno etapo gamybos metodai. Skirtumas tarp dviejų ir vieno etapo metodų yra tas, kur atliekamas silano skiepijimo procesas: dviejų etapų metodo atveju – skiepijimo procesas pas kabelių medžiagų gamintoją, o vieno etapo metodo atveju – skiepijimo procesas kabelių gamykloje. Didžiausią rinkos dalį užimanti dviejų etapų silanu susiūta polietileno izoliacinė medžiaga sudaryta iš vadinamųjų A ir B medžiagų, kur A medžiaga yra silanu skiepytas polietilenas, o B medžiaga – katalizatoriaus pagrindinė maiša. Tada izoliacinė šerdis susiuvama šiltame vandenyje arba garuose.
Yra dar vienas dviejų pakopų silanu susiūto polietileno izoliatoriaus tipas, kuriame A medžiaga gaminama kitaip – sintezės metu tiesiai į polietileną įvedant vinilo silaną, kad būtų gautas polietilenas su silano išsišakojusiomis grandinėmis.
Vieno etapo metodas taip pat yra dviejų tipų. Tradicinis vieno etapo procesas – tai įvairių žaliavų sumaišymas pagal formulę, naudojant specialią tikslią dozavimo sistemą, į specialiai sukurtą specialų ekstruderį vienu etapu, kad būtų užbaigtas kabelio izoliacijos šerdies skiepijimas ir ekstruzija. Šiame procese nereikia granuliavimo, nereikia kabelių medžiagų gamyklos dalyvavimo, jį gali atlikti kabelių gamykla pati. Ši vieno etapo silanu susiūtų kabelių gamybos įranga ir formulavimo technologija dažniausiai importuojama iš užsienio ir yra brangi.
Kitas vieno etapo silano ir skersinio ryšio polietileno izoliacinės medžiagos tipas yra gaminamas kabelių medžiagų gamintojų. Visos žaliavos sumaišomos pagal formulę specialiu būdu, supakuojamos ir parduodamos santykiu. Nėra A ir B medžiagų. Kabelių gamykla gali būti tiesiai ekstruderyje, kad vienu metu būtų galima atlikti kabelių izoliacijos šerdies skiepijimą ir ekstruziją. Šio metodo išskirtinumas yra tas, kad nereikia brangių specialių ekstruderių, nes silano skiepijimo procesą galima atlikti įprastame PVC ekstruderyje, o dviejų etapų metodas pašalina poreikį maišyti A ir B medžiagas prieš ekstruziją.
3. Sudėtis
Silane susiūto polietileno kabelio medžiagos formulė paprastai sudaryta iš pagrindinės medžiagos dervos, iniciatoriaus, silano, antioksidanto, polimerizacijos inhibitoriaus, katalizatoriaus ir kt.
(1) Bazinė derva paprastai yra mažo tankio polietileno (LDPE) derva, kurios lydymosi indeksas (MI) yra 2, tačiau pastaruoju metu, tobulėjant sintetinių dervų technologijai ir didėjant kainoms, kaip šios medžiagos bazinė derva taip pat buvo naudojamas arba iš dalies naudojamas linijinis mažo tankio polietilenas (LLDPE). Skirtingos dervos dažnai daro didelę įtaką skiepijimui ir skersiniam sujungimui dėl jų vidinės makromolekulinės struktūros skirtumų, todėl formulė bus modifikuojama naudojant skirtingas bazines dervas arba to paties tipo dervas iš skirtingų gamintojų.
(2) Dažniausiai naudojamas iniciatorius yra diizopropilo peroksidas (DCP). Svarbiausia yra suprasti problemos dydį: per mažas jo kiekis nesukelia silano skiepijimo, o per didelis – polietileno susiuvimo, dėl kurio sumažėja jo takumas, ekstruzinio izoliacinio sluoksnio paviršius tampa šiurkštus ir sistemą sunku išspausti. Kadangi pridedamo iniciatoriaus kiekis yra labai mažas ir jautrus, svarbu jį tolygiai paskirstyti, todėl jis paprastai pridedamas kartu su silanu.
(3) Silanas paprastai yra nesotieji vinilo silanai, įskaitant vinilo trimetoksisilaną (A2171) ir vinilo trietoksisilaną (A2151), nes A2171 hidrolizės greitis yra didelis, todėl dažniau renkamasi A2171. Taip pat kyla problemų dėl silano pridėjimo, todėl dabartiniai kabelių medžiagų gamintojai stengiasi sumažinti jo kiekį, kad sumažintų sąnaudas, nes importuojami silanai yra brangesni.
(4) Antioksidantas skirtas užtikrinti polietileno apdorojimo stabilumą ir apsaugoti kabelius nuo senėjimo, o silano skiepijimo procese pridedamas antioksidantas slopina skiepijimo reakciją, todėl skiepijimo proceso metu reikia atsargiai pridėti antioksidanto ir pasirinkti tinkamą jo kiekį. Dviejų pakopų skersinio sujungimo procese didžioji dalis antioksidanto gali būti dedama į katalizatoriaus pagrindinį mišinį, o tai gali sumažinti poveikį skiepijimo procesui. Vienos pakopos skersinio sujungimo procese antioksidantas yra visame skiepijimo procese, todėl svarbesnis yra jo rūšies ir kiekio pasirinkimas. Dažniausiai naudojami antioksidantai yra 1010, 168, 330 ir kt.
(5) Polimerizacijos inhibitorius pridedamas siekiant slopinti kai kurias skiepijimo ir skersinio sujungimo proceso šalutines reakcijas. Skiepijimo procese pridėjus anti-susiejimo agentą, galima veiksmingai sumažinti C2C skersinio sujungimo atsiradimą, taip pagerinant proceso sklandumą. Be to, prieš pridedant skiepą tomis pačiomis sąlygomis, prieš tai bus hidrolizuojamas silanas ant polimerizacijos inhibitoriaus, kuris gali sumažinti skiepyto polietileno hidrolizę, siekiant pagerinti skiepijimo medžiagos ilgalaikį stabilumą.
(6) Katalizatoriai dažnai yra organoalavo dariniai (išskyrus natūralius skersinius junginius), dažniausiai pasitaikantis yra dibutilalavo dilauratas (DBDTL), kuris paprastai pridedamas pagrindinio mišinio pavidalu. Dviejų pakopų procese skiepymasis (A medžiaga) ir katalizatoriaus pagrindinis mišinys (B medžiaga) pakuojami atskirai, o A ir B medžiagos sumaišomos prieš įdedant į ekstruderį, kad būtų išvengta išankstinio A medžiagos skersinio jungimosi. Vienos pakopos silanu skersiniais jungtimis sujungtų polietileno izoliacijų atveju pakuotėje esantis polietilenas dar nėra skiepytas, todėl nėra išankstinio skersinio jungimosi problemos ir todėl katalizatoriaus nereikia pakuoti atskirai.
Be to, rinkoje yra silanų mišinių, kurie yra silano, iniciatoriaus, antioksidanto, kai kurių tepalų ir vario slopinimo priemonių derinys ir paprastai naudojami vieno etapo silano skersinio sujungimo metoduose kabelių gamyklose.
Todėl silano ir skersinio ryšio polietileno izoliacijos, kurios sudėtis nelaikoma labai sudėtinga ir pateikiama atitinkamoje informacijoje, formulė, tačiau tinkamos gamybos formulės, atsižvelgiant į tam tikrus pakeitimus, siekiant jas užbaigti, reikalauja visapusiško komponentų vaidmens formulėje ir jų poveikio eksploatacinėms savybėms bei tarpusavio įtakos supratimo.
Iš daugybės kabelių medžiagų rūšių silanu susiūtos kabelių medžiagos (dviejų pakopų arba vieno etapo) laikoma vienintele cheminių procesų, vykstančių ekstruzijos metu, įvairove. Kitų rūšių, tokių kaip polivinilchlorido (PVC) kabelių medžiagos ir polietileno (PE) kabelių medžiagos, ekstruzijos granuliavimo procesas yra fizinis maišymo procesas. Net jei cheminis susiejimas ir švitinimas susieja kabelių medžiagą, nesvarbu, ar tai būtų ekstruzijos granuliavimo procesas, ar ekstruzijos sistemos kabelis, cheminis procesas nevyksta. Todėl, palyginti su silanu susiūtos kabelių medžiagos ir kabelių izoliacijos ekstruzijos gamyba, proceso kontrolė yra svarbesnė.
4. Dviejų pakopų silanu susiūtos polietileno izoliacijos gamybos procesas
Dviejų pakopų silanu susiūtos polietileno izoliacinės medžiagos A gamybos procesą trumpai galima pavaizduoti 1 paveiksle.
1 pav. Dviejų pakopų silanu susiūtos polietileno izoliacinės medžiagos A gamybos procesas
Kai kurie pagrindiniai dviejų pakopų silanu susiūto polietileno izoliacijos gamybos proceso aspektai:
(1) Džiovinimas. Kadangi polietileno dervoje yra nedidelis kiekis vandens, ekstruzijos metu aukštoje temperatūroje vanduo greitai reaguoja su sililo grupėmis ir susidaro skersiniai ryšiai, kurie sumažina lydalo takumą ir sukelia išankstinį skersinį ryšį. Ataušus vandeniu, gatavoje medžiagoje taip pat yra vandens, kuris, jei nepašalinamas, taip pat gali sukelti išankstinį skersinį ryšį, todėl ją taip pat reikia džiovinti. Siekiant užtikrinti džiovinimo kokybę, naudojamas giluminio džiovinimo įrenginys.
(2) Dozavimas. Kadangi svarbus medžiagos formuluotės tikslumas, paprastai naudojamos importuotos svorio kritimo svarstyklės. Polietileno derva ir antioksidantas matuojami ir tiekiami per ekstruderio padavimo angą, o silanas ir iniciatorius įpurškiami skystos medžiagos siurbliu į antrą arba trečią ekstruderio cilindrą.
(3) Ekstruzijos būdu skiepijimas. Silano skiepijimo procesas atliekamas ekstruderyje. Ekstruderio proceso nustatymai, įskaitant temperatūrą, sraigtų derinį, sraigtų greitį ir padavimo greitį, turi atitikti principą, kad medžiaga pirmoje ekstruderio dalyje būtų visiškai išlydyta ir tolygiai sumaišyta, kai nepageidautinas per anksti peroksido skaidymasis, ir kad visiškai tolygi medžiaga antroje ekstruderio dalyje būtų visiškai suskaidyta ir skiepijimo procesas būtų baigtas. Tipinės ekstruderio dalies temperatūros (LDPE) pateiktos 1 lentelėje.
1 lentelė. Dviejų pakopų ekstruderio zonų temperatūros
| Darbo zona | 1 zona | 2 zona | 3 zona ① | 4 zona | 5 zona |
| Temperatūra P °C | 140 | 145 | 120 | 160 | 170 |
| Darbo zona | 6 zona | 7 zona | 8 zona | 9 zona | Burnos mirtis |
| Temperatūra °C | 180 | 190 | 195 | 205 | 195 |
①yra vieta, kur pridedamas silanas.
Ekstruderio sraigto greitis lemia medžiagos buvimo laiką ir maišymo efektą ekstruderyje. Jei buvimo laikas trumpas, peroksido skaidymas yra nepilnas; jei buvimo laikas per ilgas, ekstruduotos medžiagos klampumas padidėja. Apskritai, vidutinis granulių buvimo laikas ekstruderyje turėtų būti kontroliuojamas, iniciatoriaus skilimo pusėjimo trukmė – 5–10 kartų. Padavimo greitis turi įtakos ne tik medžiagos buvimo laikui, bet ir medžiagos maišymui bei kirpimui, todėl tinkamo padavimo greičio pasirinkimas taip pat yra labai svarbus.
(4) Pakuotė. Dviejų pakopų silanu susiūta izoliacinė medžiaga turėtų būti supakuota į aliuminio ir plastiko kompozito maišelius tiesioginiame ore, kad būtų pašalinta drėgmė.
5. Vieno etapo silanu susiūtos polietileno izoliacinės medžiagos gamybos procesas
Vieno etapo silanu susiūtos polietileno izoliacinės medžiagos gamyba dėl skiepijimo proceso yra naudojama kabelių gamykloje ekstruzuojant kabelių izoliacijos šerdį, todėl kabelių izoliacijos ekstruzijos temperatūra yra žymiai aukštesnė nei dviejų etapų metodo. Nors vieno etapo silanu susiūtos polietileno izoliacijos formulė buvo visapusiškai įvertinta dėl greito iniciatoriaus ir silano išsisklaidymo bei medžiagos šlyties, tačiau skiepijimo procesas turi būti užtikrintas temperatūra, todėl vieno etapo silanu susiūtos polietileno izoliacijos gamybos įmonė ne kartą pabrėžė teisingo ekstruzijos temperatūros pasirinkimo svarbą, bendra rekomenduojama ekstruzijos temperatūra pateikta 2 lentelėje.
2 lentelė. Kiekvienos zonos vieno etapo ekstruderio temperatūra (vienetas: ℃)
| Zona | 1 zona | 2 zona | 3 zona | 4 zona | Flanšas | Galva |
| Temperatūra | 160 | 190 | 200～210 | 220～230 | 230 | 230 |
Tai yra vienas iš vieno etapo silanu susiūto polietileno proceso trūkumų, kurio paprastai nereikia, kai kabeliai ekstruduojami dviem etapais.
6. Gamybos įranga
Gamybos įranga yra svarbi proceso valdymo garantija. Silanu susiūtų kabelių gamybai reikalingas labai didelis proceso valdymo tikslumas, todėl gamybos įrangos pasirinkimas yra ypač svarbus.
Dviejų pakopų silanu susiūtos polietileno izoliacinės medžiagos gamyba. A medžiagos gamybos įranga, šiuo metu labiau buitinis izotropinis lygiagretus dvisraigtis ekstruderis su importuotu nesvariu svėrimu, tokie įtaisai gali atitikti proceso valdymo tikslumo reikalavimus, dvisraigčio ekstruderio ilgio ir skersmens pasirinkimą, siekiant užtikrinti medžiagos buvimo laiką, importuoto nesvario svėrimo pasirinkimą, siekiant užtikrinti ingredientų tikslumą. Žinoma, yra daug įrangos detalių, į kurias reikia atkreipti visą dėmesį.
Kaip minėta anksčiau, kabelių gamykloje naudojama vieno etapo silanu susiūtų kabelių gamybos įranga yra importuojama, brangi, o vietiniai įrangos gamintojai neturi panašios gamybos įrangos, taip yra dėl nepakankamo įrangos gamintojų ir formulių bei procesų tyrėjų bendradarbiavimo.
7.Silane natūrali skerspjūvio polietileno izoliacinė medžiaga
Pastaraisiais metais sukurta natūraliai susiūta polietileno izoliacinė medžiaga iš silano gali būti susiūta natūraliomis sąlygomis per kelias dienas, be garų ar šilto vandens. Palyginti su tradiciniu silano susiuvimo metodu, ši medžiaga gali sutrumpinti kabelių gamintojų gamybos procesą, dar labiau sumažinant gamybos sąnaudas ir padidinant gamybos efektyvumą. Natūraliai susiūta polietileno izoliacija iš silano yra vis labiau pripažįstama ir naudojama kabelių gamintojų.
Pastaraisiais metais subrendo ir buvo gaminama dideliais kiekiais vietinė silano natūralių skersinių jungčių polietileno izoliacija, turinti tam tikrų kainos pranašumų, palyginti su importuotomis medžiagomis.
7. 1 Silanu natūraliai susiūtų polietileno izoliacijų formulavimo idėjos
Natūralaus silano skersiniais ryšiais sujungto polietileno izoliacijos gaminamos dviem pakopomis, naudojant tą pačią formulę, kurią sudaro bazinė derva, iniciatorius, silanas, antioksidantas, polimerizacijos inhibitorius ir katalizatorius. Natūralaus silano skersiniais ryšiais sujungtų polietileno izoliatorių formulė pagrįsta A medžiagos silano skiepijimo greičio padidinimu ir efektyvesnio katalizatoriaus pasirinkimu nei silano šilto vandens skersiniais ryšiais sujungti polietileno izoliatoriai. Naudojant A medžiagas, turinčias didesnį silano skiepijimo greitį, kartu su efektyvesniu katalizatoriumi, silanu susietas polietileno izoliatorius greitai susijungs net esant žemai temperatūrai ir nepakankamai drėgmei.
Importuojamų silanu natūraliai susiūtų polietileno izoliatorių A medžiagos sintetinamos kopolimerizacijos būdu, kai silano kiekį galima kontroliuoti aukštu lygiu, tuo tarpu A medžiagų, pasižyminčių dideliu skiepijimo greičiu, gamyba skiepijant silaną yra sudėtinga. Recepte naudojama bazinė derva, iniciatorius ir silanas turėtų būti įvairūs ir koreguojami pagal jų kiekį bei priedus.
Rezisto parinkimas ir jo dozės koregavimas taip pat yra labai svarbūs, nes padidėjęs silano skiepijimo greitis neišvengiamai sukelia daugiau CC skersinių jungčių šalutinių reakcijų. Siekiant pagerinti A medžiagos apdorojimo sklandumą ir paviršiaus būklę vėlesnei kabelio ekstruzijai, reikalingas tinkamas polimerizacijos inhibitoriaus kiekis, kad būtų veiksmingai slopinamas CC skersinis jungimas ir išankstinis skersinis jungimas.
Be to, katalizatoriai atlieka svarbų vaidmenį didinant skersinio sujungimo greitį ir turėtų būti pasirinkti kaip efektyvūs katalizatoriai, turintys pereinamųjų metalų neturinčių elementų.
7. 2 Natūraliai susijungusių silanu polietileno izoliacijų susijungimo laikas
Natūralios būsenos silano ir natūralaus susiūto polietileno izoliacijos susiuvimo laikas priklauso nuo temperatūros, drėgmės ir izoliacijos sluoksnio storio. Kuo aukštesnė temperatūra ir drėgmė, tuo plonesnis izoliacijos sluoksnio storis, tuo trumpesnis reikalingas susiuvimo laikas, o atvirkščiai – ilgesnis. Kadangi temperatūra ir drėgmė skiriasi priklausomai nuo regiono ir sezono, net toje pačioje vietoje ir tuo pačiu metu, šiandien ir rytoj temperatūra ir drėgmė skirsis. Todėl, naudodamas medžiagą, naudotojas turėtų nustatyti susiuvimo laiką pagal vietinę ir vyraujančią temperatūrą bei drėgmę, taip pat kabelio specifikaciją ir izoliacijos sluoksnio storį.
Įrašo laikas: 2022 m. rugpjūčio 13 d.