Polietilēna (PE) šķērssaistīšanas tehnoloģija

Polietilēna (PE) šķērssaistīšanas tehnoloģija ir viens no svarīgiem līdzekļiem, lai uzlabotu tā materiāla īpašības. Šķērssaistītā modificētā PE var ievērojami uzlabot tā īpašības, kas ne tikai ievērojami uzlabo PE visaptverošās īpašības, piemēram, mehāniskās īpašības, izturību pret plaisāšanu pret vidi, izturību pret ķīmisko koroziju, šļūdes pretestību un elektriskās īpašības, bet arī ievērojami uzlabo temperatūras izturību. līmenis, kas var palielināt PE karstumizturības temperatūru no 70 grādiem līdz vairāk nekā 100 grādiem, tādējādi ievērojami paplašinot PE pielietojuma jomu.

Šķērsšūta polietilēna izolācija ir polietilēns augstas enerģijas staru (piemēram, staru, elektronu staru u.c.) vai šķērssaistīšanas aģentu iedarbībā, lai šķērssavienojums starp makromolekulām varētu uzlabot tā karstumizturību un citas īpašības. Kabeļa ilgtermiņa darba temperatūru, izmantojot šķērssaistītu polietilēnu kā izolāciju, var palielināt līdz 90 grādiem, un momentānā īssavienojuma temperatūra, kas var izturēt, var sasniegt 170-250 grādus.
 

Īss ievads

 

Polietilēns (PE) ir viena no piecām vispārīgajām plastmasām, un tā ražošana un patēriņš ieņem pirmo vietu starp dažādiem sintētiskajiem sveķiem rūpniecībā un lauksaimniecībā un plaši izmanto ikdienas dzīvē. Tomēr polietilēna izturība pret augstu temperatūru ir slikta. Mehāniskās īpašības un ķīmiskā izturība dažkārt neatbilst faktiskās lietošanas prasībām. Tāpēc polietilēna modifikācija vienmēr ir bijusi atslēga polietilēna izstrādājumu izstrādē un pielietošanā, un polietilēna šķērssaistīšanas tehnoloģija ir svarīga tehnoloģija tā materiālu īpašību uzlabošanai. Šķērsšūts modificēts polietilēns var ievērojami uzlabot tā īpašības, kas ne tikai būtiski uzlabo polietilēna visaptverošās īpašības, piemēram, mehāniskās īpašības, izturību pret plaisāšanu pret vidi, izturību pret ķīmisko koroziju, šļūdes pretestību un elektriskās īpašības. Turklāt temperatūras izturības līmenis ir ievērojami uzlabots, un polietilēna karstumizturības temperatūru var palielināt no 70 grādiem līdz vairāk nekā 100 grādiem. Rezultātā polietilēna pielietojuma diapazons ir ievērojami paplašināts.
Pašlaik šķērssaistītais polietilēns (XLPE) ir plaši izmantots caurulēs, plēvēs, kabeļu materiālos un putuplasta izstrādājumos.

 

Veiktspēja un ieguvumi

 

Polietilēna molekulas sastāv no lineārām molekulārām ķēdēm. Paaugstinoties temperatūrai, saistīšanās spēks starp lineārajām molekulārajām ķēdēm (van der Vāla spēks) tiek vājināts, tādējādi deformējas viss molekulārais materiāls, tāpēc polietilēna temperatūras izturība ir slikta. Šķērsšūts polietilēns (XLPE) Starp molekulām tiek uzcelts ķīmiskās ķēdes tilts, lai molekulas nevarētu pārvietot, tādējādi novēršot polietilēna trūkumu. Šķērsšūta polietilēna un parastā polietilēna veiktspējas salīdzinājums ir parādīts 1. tabulā.

 

Šķērsšūtam polietilēnam ir šādas priekšrocības:
1. Karstumizturība: XLPE ar sietu trīsdimensiju struktūru ir lieliska karstumizturība. Tas nesadalīsies un karbonizēsies zem 200 grādiem, ilgstoša darba temperatūra var sasniegt 90 grādus, un termiskais kalpošanas laiks var sasniegt 40 gadus.
2. Izolācijas veiktspēja: XLPE saglabā sākotnējās labās PE izolācijas īpašības, un izolācijas pretestība tiek vēl vairāk palielināta. Tā dielektrisko zudumu tangenss ir ļoti mazs, un temperatūra to īpaši neietekmē.
3. Mehāniskās īpašības: Pateicoties jaunu ķīmisko saišu izveidošanai starp makromolekulām, tiek uzlabota XLPE cietība, stingums, nodilumizturība un triecienizturība, tādējādi kompensējot PE trūkumus, kas ir jutīgi pret vides spriedzi un plaisāšanu.
4. Ķīmiskā izturība: XLPE ir spēcīga skābju un sārmu izturība un eļļas izturība, un tā sadegšanas produkti galvenokārt ir ūdens un oglekļa dioksīds, kas ir mazāk kaitīgs videi un atbilst mūsdienu ugunsdrošības prasībām.

 

Šķērssaistīšanas princips

 

Polietilēns ([CH2-CH2]n, n-atkārtots vienības numurs) ir polimēru savienojums, kas satur divus ogļūdeņražu un ūdeņraža elementus, ar lineāru vai sazarotu molekulāro struktūru makromolekulārām ķēdēm, cietu formu istabas temperatūrā un kristāla fāzi un amorfās fāzes līdzāspastāvēšanas forma cietā polietilēna formā. Polietilēna relatīvā molekulmasa ir no 6,30 līdz<>,<>. 

Polietilēnam ir lieliskas elektroizolācijas īpašības, taču tā sliktā karstumizturība ietekmē tā izejmateriālu izmantošanu kabeļu izolācijai. Sakarā ar vājo starpmolekulāro mijiedarbību amorfajā reģionā vairuma polietilēna kušanas temperatūra ir aptuveni 140 grādi, un tā mehāniskā izturība ievērojami samazinās, tuvojoties polietilēna kušanas temperatūrai, un arī plaisāšanas izturība pasliktinās.

Ja lineāras makromolekulāras ķēdes tiek ķīmiski vai fizikāli apstrādātas, savienošanās procesu šķērssaistītu saišu veidā sauc par šķērssaistīšanu vai "vulkanizāciju". Šķērsšūtam polietilēnam piemīt sieta tipa un korpusa struktūras īpašības, un tā karstumizturība palielināsies, palielinoties šķērssavienojumam, un attiecīgi samazināsies relatīvais termiskais pagarinājums. Pateicoties ievērojamajam mehānisko īpašību un karstumizturības uzlabojumam, tas ir kļuvis par plaši izmantotu strāvas kabeļu izolācijas materiālu.

Polietilēna šķērssaistīšanas metode, veidojot šķērssaistītu polietilēnu, ir sadalīta divās kategorijās: ķīmiskā metode un fizikālā metode, un rūpniecībā realizētās procesa metodes galvenokārt ietver šādas piecas: augstas enerģijas apstarošanas šķērssaistīšana, silāna šķērssaistīšana, peroksīda šķērssaistīšana. , ultravioleto staru šķērssaistīšana un sāls šķērssaistīšana. Tostarp peroksīda šķērssaistīšanas metode (pazīstama arī kā ķīmiskā šķērssaistīšana) ir šķērssaistīšanas metode, kas piemērota vidēja un augstsprieguma līmeņa kabeļu ražošanai, un tās princips ir virkne brīvo radikāļu reakciju, ko izraisa peroksīda sadalīšanās augstā temperatūrā. , un tad PE ir šķērssavienota. Peroksīdi tiek sadalīti karstuma ietekmē, veidojot brīvos radikāļus, un šķērssaistīšanas reakcijas process ir šāds:

 

 

Šķērssaistīšanas metode

 

Ir divu veidu polietilēna šķērssaistīšanas metodes: fiziskā šķērssaistīšana (radiācijas šķērssaistīšana) un ķīmiskā šķērssaistīšana. Ķīmiskā šķērssaistīšana ir sadalīta silāna šķērssaistībā un peroksīda šķērssaistīšanā.

 

Fiziskā šķērssaistīšana

Radiācijas šķērssaistīšana: polietilēna izstrādājumi, piemēram, polietilēna apvalki, plēves, plānsienu caurules un citi izstrādājumi, kas pārklāti uz stieples, ir šķērssaistīti ar stariem un augstas enerģijas stariem (izraisot polietilēna makromolekulu veidošanos brīvos radikāļus un veidojot CC šķērssavienotas ķēdes) . Šķērssaites pakāpi ietekmē starojuma deva un temperatūra, un, palielinoties starojuma devai, šķērssavienojuma punkts palielinās, tāpēc, kontrolējot starojuma apstākļus, var iegūt šķērssavienojumus polietilēna izstrādājumus ar noteiktu šķērssavienojuma pakāpi.

Šķērsšūtam polietilēnam, kas ražots ar radiācijas šķērssaistīšanas metodi, ir šādas priekšrocības: šķērssaistīšana un ekstrūzija tiek veikta atsevišķi, produkta kvalitāte ir viegli kontrolējama, ražošanas efektivitāte ir augsta un metāllūžņu daudzums ir zems; Šķērssaistīšanas procesā nav nepieciešami papildu brīvo radikāļu iniciatori (piemēram, peroksīdi u.c.), kas uztur materiāla tīrību un uzlabo materiāla elektriskās īpašības; Tas ir īpaši piemērots maza šķērsgriezuma, plānsienu izolācijas kabeļiem, kurus ir grūti izgatavot ar ķīmisku šķērssavienojumu. Tomēr radiācijas šķērssaistīšanai ir arī daži trūkumi, piemēram, nepieciešamība palielināt elektronu stara paātrinājuma spriegumu, veicot šķērssavienojumu biezus materiālus; Apaļu priekšmetu, piemēram, vadu un kabeļu, šķērssavienošanai ir nepieciešams tos pagriezt vai izmantot vairākus elektronu starus, lai apstarošana būtu vienmērīga; Vienreizējās investīciju izmaksas ir ievērojamas; Ekspluatācijas un apkopes tehnoloģija ir sarežģīta, un arī drošības aizsardzības problēmas ekspluatācijā ir salīdzinoši smagas.

 

Ķīmiskā šķērssaistīšana

Ķīmiskā šķērssaistīšana ir ķīmisko šķērssaistīšanas līdzekļu izmantošana polimēru šķērssavienošanai, pārejot no lineāras struktūras uz tīkla struktūru.

Šķērssaistīšanas līdzekļa izvēlei jābūt atkarīgai no polimēru šķirnes, apstrādes tehnoloģijas un produkta veiktspējas, ideālajam šķērssaistīšanas aģentam papildus dažu specifisku prasību izpildei jābūt arī šādām pamatprasībām: augsts šķērssaistīšanas ātrums, stabila šķērssaistīšanas struktūra; liela apstrādes drošība, viegli lietojams, mērens derīguma termiņš pēc sveķu pievienošanas, nav priekšlaicīgas vai pārāk vēlas šķērssaistīšanas trūkumu; neietekmē produkta apstrādes un lietošanas veiktspēju; netoksisks, nepiesārņojošs, nekairina ādu un acis.

Ķīmiskajā šķērssaistībā ir peroksīda šķērssaistīšana, silāna šķērssaistīšana un azo šķērssaistīšana:

(1) Peroksīda šķērssaistīšanas un šķērssaistīšanas līdzeklis Peroksīda šķērssaistīšana, parasti izmantojot organisko peroksīdu kā šķērssaistīšanas līdzekli, siltuma iedarbībā sadalās, veidojot aktīvos brīvos radikāļus, kas liek polimēra oglekļa ķēdei ģenerēt aktīvos punktus un veido oglekļa-oglekļa šķērssavienojumu. tīkla struktūra. Šai tehnoloģijai ir nepieciešamas augstspiediena ekstrūzijas iekārtas, lai šķērssaistīšanas reakcija tiktu veikta mucā, un pēc tam produkts tiek uzkarsēts, izmantojot ātrās karsēšanas metodi, kā rezultātā veidojas šķērssaistīts produkts. Tāpēc peroksīda šķērssaistīšanas metodes izmantošanu polietilēna cauruļu ražošanā nav viegli kontrolēt, produkta kvalitāte ir nestabila un nepārtraukta darbība ir grūtāka.

 

(2) Azo šķērssaistīšana
Metode ir sajaukt azosavienojumu PE un ekstrudēt temperatūrā, kas ir zemāka par azo savienojuma sadalīšanos, un ekstrūzija tiek sadalīta augstas temperatūras sāls vannā, un azo savienojums tiek sadalīts, veidojot brīvos radikāļus, uzsākot polietilēna šķērssavienojumu. To parasti izmanto ciprese sveķu materiāliem ar zemu kušanas temperatūru, un tam ir maz praktisku pielietojumu plastmasām.

(3) Silāna šķērssaistīšanas un šķērssaistīšanas līdzeklis
Divdesmitā gadsimta sešdesmitajos gados veiksmīgi tika izstrādāta silāna šķērssaistīšanas tehnoloģija. Tehnoloģijā tiek izmantoti vinila silāni, kas satur dubultsaites, lai reaģētu ar izkausētiem polimēriem iniciatoru iedarbībā, veidojot ar silānu potētus polimērus, kas silanola kondensācijas katalizatora klātbūtnē tiek hidrolizēti ūdenī, veidojot tīklveida oksāna ķēdes šķērssavienojumu struktūru. Silāna šķērssaistīšanas tehnoloģija ir ievērojami veicinājusi šķērssaistītā polietilēna ražošanu un pielietojumu, pateicoties tā vienkāršajam aprīkojumam, viegli vadāmam procesam, mazākiem ieguldījumiem, augstai gatavo produktu šķērssaistīšanas pakāpei un labajai kvalitātei. Papildus polietilēnam un silānam šķērssavienošanā tiek izmantoti arī katalizatori, iniciatori, antioksidanti utt.
Salīdzinot ar citām metodēm, polietilēna izstrādājumiem, kas iegūti ar silāna šķērssaistīšanu, ir šādas priekšrocības:
(1) Mazāki ieguldījumi iekārtās, augsta ražošanas efektivitāte un zemas izmaksas.
(2) Process ir ļoti daudzpusīgs, piemērots visa blīvuma polietilēnam, kā arī piemērots lielākajai daļai polietilēna ar pildvielu.
(3) Nav ierobežots ar biezumu.
(4) Peroksīda daudzums ir neliels (tikai 10%, ja peroksīds ir šķērssaistīts viens pats), tāpēc polietilēna izolācijas slānī veidojas mazāk mikroporu, kas veicina polietilēna augstas izolācijas saglabāšanu.

 

Galvenās lietojumprogrammas

 

Pateicoties savām izcilajām īpašībām, šķērssaistīto polietilēnu izmanto kā augstsprieguma, augstfrekvences, karstumizturīgus izolācijas materiālus un vadu un kabeļu apšuvumus, kas nepieciešami raķetēm, raķetēm, motoriem, transformatoriem u.c. Termosraukuma cauruļu ražošana, termosarūkošās plēves, dažādas karstumizturīgas caurules, putuplasta, korozijizturīgas ķīmisko iekārtu uzlikas, detaļas un konteineri, liesmu slāpējošo būvmateriālu ražošana u.c. Šobrīd lielākās lietošanas jomas galvenokārt ir stieples un kabeļi, caurules, un putas.

1. Šķērsšūta polietilēna kabeļa materiāls
Kabeļa siltumizturība ar šķērssaistītu polietilēnu kā izolāciju ir augstāka nekā polivinilhlorīdam, to var ilgstoši izmantot 90 grādu temperatūrā, un siltumizturības temperatūra īssavienojumā var sasniegt līdz 250 grādiem; Izolācijas pretestība ir augsta, dielektrisko zudumu tangenss ir mazs, un tas būtībā nemainās, mainoties temperatūrai; Tam ir laba nodilumizturība un vides stresa plaisāšana. Kad šķērssaistītais polietilēns tiek sadedzināts ar kabeļiem, rodas oglekļa dioksīds un ūdens, savukārt PVC kabeļi degot rada hlorūdeņraža kaitīgas gāzes; Turklāt šķērssaistītā polietilēna blīvums ir par aptuveni 40% mazāks nekā PVC, kas var ievērojami samazināt gaisvadu līniju kvalitāti.

2. Šķērsšūta polietilēna caurule
Caurulei, kas ražota no šķērssaistītā polietilēna, ir augsta šļūdes izturība, izturība pret koroziju, viegla un laba karstumizturība. Alumīnija-plastmasas kompozītmateriāla caurulei, kurā izmantots šķērssaistīts polietilēns, ir spēcīga gaisa necaurlaidība un augsta izturība pret pārraušanu. Tam ir antistatiska un aizsargājoša iedarbība.

Salīdzinot ar PVC cauruli un parasto polietilēna cauruli, šķērssaistītā polietilēna caurule nesatur plastifikatorus, neveidos miltrasu un nevairo baktērijas; Nesatur kaitīgas sastāvdaļas, atbilst FDA standartiem un var tikt izmantots dzeramā ūdens caurulēs; Laba karstumizturība, parasto polivinilhlorīda un polietilēna cauruļu karstumizturība ir 60-75 grāds, savukārt šķērssašūta polietilēna caurule ir 90 grādi, maksimālā momentānā temperatūra var sasniegt 185 grādus, var izturēt -75 grādu zemu temperatūru; Plašs darba temperatūras diapazons, var izmantot ilgu laiku -75-95 grādu apstākļos, un kalpošanas laiks ir līdz 50 gadiem. Augsta šķērssaistība, augsts blīvums, laba spiediena izturība; Ķīmiskā izturība pret koroziju ir ļoti laba, un izturība pret plaisāšanu pret vidi ir lieliska, pat augstākā temperatūrā, to var izmantot dažādu ķīmisko vielu un stresa materiālu transportēšanai ar paātrinātu cauruli, šķērssaistīta polietilēna caurule ir viegla, tikai aptuveni 1 /8 no metāla caurules; Laba izturība pret koroziju un nodilumizturība. Nodiluma pakāpe ir mazāka par 1/4 no tērauda caurules, un kalpošanas laiks ir 2-6 reizes lielāks nekā tērauda caurulei; Iekšējā siena ir gluda, šķidruma plūsmas pretestība ir maza, un tajā pašā caurules diametrā transportēšanas plūsma ir lielāka nekā metāla caurulei, un troksnis ir daudz zemāks; Transmisijas veiktspēja ir laba, un šķidruma daudzums ir palielināts par 30%-40%, salīdzinot ar tērauda cauruli; Siltumvadītspēja ir daudz zemāka nekā metāla caurulēm, tāpēc tās siltumizolācijas rādītāji ir lieliski. Lietojot apkures sistēmā, siltuma saglabāšana nav nepieciešama, un siltuma zudumi ir nelieli; To var patvaļīgi saliekt, un tas nebūs trausls un saplaisājis; Lieliska elektroizolācijas veiktspēja, vienkārša uzstādīšana un uzstādīšanas darba apjoms, kas mazāks par pusi no metāla caurules, zemas uzstādīšanas izmaksas.

Pateicoties šķērssaistīto polietilēna cauruļu lieliskām materiāla īpašībām. Ar pilnīgi netoksisku higiēnu tas tika uzskatīts par jaunās paaudzes zaļajām caurulēm, ko galvenokārt izmanto šādos aspektos:
(1) Aukstā un karstā ūdens apgādes sistēmas un cauruļvadu dzeramā ūdens sistēmas ēkām;
(2) atdzesēta ūdens sistēma ēkas gaisa kondicionēšanai;
(3) Dzīvojamo māju apkures sistēma;
(4) zemes apkures sistēma;
(5) Sadzīves ūdens sildītāja sistēmas cauruļvadi;
(6) Dzērienu, alkohola, piena un citu šķidrumu transportēšanas cauruļvadi pārtikas rūpniecībā;
(7) Ķīmijas un naftas rūpniecības šķidrumu transportēšanas cauruļvadi;
(8) Saldēšanas sistēmas un ūdens attīrīšanas sistēmas cauruļvads.
(5) Laba novecošanās izturība un ilgs kalpošanas laiks.