Resum: Es descriu breument el principi de reticulació, la classificació, la formulació, el procés i l'equipament del material aïllant de polietilè reticulat amb silà per a filferro i cable, i s'introdueixen algunes característiques del material aïllant de polietilè reticulat naturalment amb silà en l'aplicació i l'ús, així com els factors que afecten la condició de reticulació del material.
Paraules clau: Reticulació de silà; Reticulació natural; Polietilè; Aïllament; Filferro i cable
El material de cable de polietilè reticulat amb silà s'utilitza àmpliament en la indústria del cablejat com a material aïllant per a cables d'alimentació de baixa tensió. El material en la fabricació de cablejat i filferro reticulat, i la reticulació amb peròxid i la reticulació per irradiació en comparació amb l'equip de fabricació requerit és senzill, fàcil d'operar, de baix cost integral i altres avantatges, s'ha convertit en el material líder per a cables reticulats de baixa tensió amb aïllament.
1. Principi de reticulació del material de cable reticulat amb silà
Hi ha dos processos principals implicats en la fabricació de polietilè reticulat amb silà: l'empelt i la reticulació. En el procés d'empelt, el polímer perd el seu àtom d'H a l'àtom de carboni terciari sota l'acció de l'iniciador lliure i la piròlisi en radicals lliures, que reaccionen amb el grup –CH = CH2 del vinilsilà per produir un polímer empeltat que conté un grup èster trioxisilil. En el procés de reticulació, el polímer empeltat s'hidrolitza primer en presència d'aigua per produir silanol, i el –OH es condensa amb el grup Si-OH adjacent per formar l'enllaç Si-O-Si, reticulant així les macromolècules del polímer.
2. Material de cable reticulat amb silà i el seu mètode de producció de cables
Com sabeu, hi ha mètodes de producció de dos passos i d'un pas per als cables reticulats amb silà i els seus cables. La diferència entre el mètode de dos passos i el mètode d'un pas rau en on es duu a terme el procés d'empelt de silà, el procés d'empelt al fabricant de material per al mètode de dos passos, el procés d'empelt a la planta de fabricació de cables per al mètode d'un pas. El material aïllant de polietilè reticulat amb silà de dos passos amb la quota de mercat més gran està compost pels anomenats materials A i B, on el material A és el polietilè empeltat amb silà i el material B és el lot mestre del catalitzador. El nucli aïllant es reticula llavors en aigua tèbia o vapor.
Hi ha un altre tipus d'aïllant de polietilè reticulat amb silà de dos passos, on el material A es produeix d'una manera diferent, introduint vinilsilà directament al polietilè durant la síntesi per obtenir polietilè amb cadenes ramificades de silà.
El mètode d'un sol pas també té dos tipus, el procés tradicional d'un sol pas és una varietat de matèries primeres segons la fórmula en la proporció d'un sistema especial de dosificació de precisió, en una extrusora especial especialment dissenyada en un sol pas per completar l'empelt i l'extrusió del nucli d'aïllament del cable, en aquest procés, sense granulació, sense necessitat de participació de la planta de material de cable, per la fàbrica de cables per completar-lo sola. Aquest equip de producció de cables reticulats amb silà d'un sol pas i la tecnologia de formulació s'importen principalment de l'estranger i són cars.
Un altre tipus de material d'aïllament de polietilè reticulat de silà d'un sol pas és produït pels fabricants de material per a cables, és a dir, totes les matèries primeres segons la fórmula en la proporció d'un mètode especial de barreja, envasat i venut, no hi ha material A i material B, la planta de cables pot estar directament a l'extrusora per completar un pas al mateix temps d'empelt i extrusió del nucli d'aïllament del cable. La característica única d'aquest mètode és que no calen extrusores especials cares, ja que el procés d'empelt de silà es pot completar en una extrusora de PVC ordinària, i el mètode de dos passos elimina la necessitat de barrejar materials A i B abans de l'extrusió.
3. Composició de la formulació
La formulació del material de cable de polietilè reticulat amb silà generalment es compon de resina de material base, iniciador, silà, antioxidant, inhibidor de la polimerització, catalitzador, etc.
(1) La resina base és generalment una resina de polietilè de baixa densitat (LDPE) amb un índex de fusió (MI) de 2, però recentment, amb el desenvolupament de la tecnologia de resines sintètiques i les pressions de costos, també s'ha utilitzat o s'ha utilitzat parcialment el polietilè lineal de baixa densitat (LLDPE) com a resina base per a aquest material. Diferents resines sovint tenen un impacte significatiu en l'empelt i la reticulació a causa de les diferències en la seva estructura macromolecular interna, de manera que la formulació es modificarà mitjançant l'ús de diferents resines base o el mateix tipus de resina de diferents fabricants.
(2) L'iniciador que s'utilitza habitualment és el peròxid de diisopropil (DCP). La clau és comprendre la magnitud del problema. Si n'hi ha massa poc, no n'hi ha prou per causar un empelt de silà; si n'hi ha massa, el polietilè es reticula, cosa que redueix la seva fluïdesa. La superfície del nucli aïllant extrudit es torna rugosa i difícil de comprimir. Com que la quantitat d'iniciador afegida és molt petita i sensible, és important dispersar-la uniformement, de manera que generalment s'afegeix juntament amb el silà.
(3) El silà s'utilitza generalment com a silà insaturat de vinil, incloent-hi el vinil trimetoxisilà (A2171) i el vinil trietoxisilà (A2151). A causa de la ràpida velocitat d'hidròlisi de l'A2171, més gent l'escull. De la mateixa manera, hi ha un problema amb l'addició de silà. Els fabricants actuals de materials per a cables intenten aconseguir el seu límit inferior per reduir costos, ja que el silà s'importa i té un preu més car.
(4) L'antioxidant serveix per garantir l'estabilitat del processament del polietilè i l'antienvelliment del cable. L'antioxidant afegit en el procés d'empelt de silà té la funció d'inhibir la reacció d'empelt, de manera que durant el procés d'empelt, cal tenir en compte l'addició d'antioxidant i la quantitat afegida de DCP per tal que coincideixi amb la selecció. En el procés de reticulació de dos passos, la major part de l'antioxidant es pot afegir al lot mestre del catalitzador, cosa que pot reduir l'impacte en el procés d'empelt. En el procés de reticulació d'un sol pas, l'antioxidant és present en tot el procés d'empelt, de manera que l'elecció de l'espècie i la quantitat és més important. Els antioxidants més utilitzats són 1010, 168, 330, etc.
(5) S'afegeix un inhibidor de la polimerització per inhibir algunes reaccions secundàries en el procés d'empelt i reticulació. En el procés d'empelt, afegir un agent antireticulació pot reduir eficaçment l'aparició de reticulació C2C, millorant així la fluïdesa del processament. A més, l'addició d'un empelt en les mateixes condicions anirà precedida per la hidròlisi del silà sobre l'inhibidor de la polimerització que pot reduir la hidròlisi del polietilè empeltat, millorant així l'estabilitat a llarg termini del material d'empelt.
(6) Els catalitzadors sovint són derivats organoestany (excepte en el cas de la reticulació natural), sent el més comú el dilaurat de dibutilestany (DBDTL), que generalment s'afegeix en forma de masterbatch. En el procés de dos passos, l'empelt (material A) i el masterbatch del catalitzador (material B) s'envasen per separat i els materials A i B es barregen abans d'afegir-los a l'extrusora per evitar la reticulació prèvia del material A. En el cas dels aïllaments de polietilè reticulats amb silà d'un sol pas, el polietilè de l'envàs encara no s'ha empeltat, de manera que no hi ha cap problema de reticulació prèvia i, per tant, no cal envasar el catalitzador per separat.
A més, hi ha silans compostos disponibles al mercat, que són una combinació de silà, iniciador, antioxidant, alguns lubricants i agents anticour, i generalment s'utilitzen en mètodes de reticulació de silà d'un sol pas en plantes de cable.
Per tant, la formulació d'aïllament de polietilè reticulat amb silà, la composició del qual no es considera gaire complexa i està disponible a la informació pertinent, però les formulacions de producció adequades, subjectes a alguns ajustaments per tal de finalitzar-se, requereix una comprensió completa del paper dels components en la formulació i la llei del seu impacte en el rendiment i la seva influència mútua.
En les moltes varietats de materials per a cables, el material per a cables reticulats amb silà (ja sigui en dos o un pas) es considera l'única varietat de processos químics que es produeixen en l'extrusió. Altres varietats, com ara el material per a cables de clorur de polivinil (PVC) i el material per a cables de polietilè (PE), són el procés de granulació per extrusió, que és un procés de barreja física. Fins i tot si el material per a cables es reticula químicament i es irradia, ja sigui en el procés de granulació per extrusió o en el sistema d'extrusió del cable, no es produeix cap procés químic, per la qual cosa, en comparació, el control del procés és més important en la producció de material per a cables reticulats amb silà i l'extrusió d'aïllament de cables.
4. Procés de producció d'aïllament de polietilè reticulat amb silà en dos passos
El procés de producció del material aïllant de polietilè reticulat amb silà en dos passos A es pot representar breument a la Figura 1.
Figura 1 Procés de producció de material aïllant de polietilè reticulat amb silà en dos passos A
Alguns punts clau en el procés de producció d'aïllament de polietilè reticulat amb silà en dos passos:
(1) Assecat. Com que la resina de polietilè conté una petita quantitat d'aigua, quan s'extrudeix a altes temperatures, l'aigua reacciona ràpidament amb els grups silil per produir reticulació, cosa que redueix la fluïdesa de la fosa i produeix una reticulació prèvia. El material acabat també conté aigua després del refredament amb aigua, que també pot causar reticulació prèvia si no s'elimina, i també s'ha d'assecar. Per garantir la qualitat de l'assecat, s'utilitza una unitat d'assecat profund.
(2) Dosificació. Com que la precisió de la formulació del material és important, generalment s'utilitza una balança de pèrdua de pes importada. La resina de polietilè i l'antioxidant es mesuren i s'alimenten a través del port d'alimentació de l'extrusora, mentre que el silà i l'iniciador s'injecten mitjançant una bomba de material líquid al segon o tercer cilindre de l'extrusora.
(3) Empelt per extrusió. El procés d'empelt de silà es completa a l'extrusora. Els paràmetres del procés de l'extrusora, incloent-hi la temperatura, la combinació de cargols, la velocitat del cargol i la velocitat d'alimentació, han de seguir el principi que el material de la primera secció de l'extrusora es pot fosar completament i barrejar uniformement, quan no es desitja la descomposició prematura del peròxid, i que el material completament uniforme de la segona secció de l'extrusora s'ha de descompondre completament i s'ha de completar el procés d'empelt. Les temperatures típiques de la secció de l'extrusora (LDPE) es mostren a la Taula 1.
Taula 1 Temperatures de les zones de l'extrusora de dos passos
| Zona de treball | Zona 1 | Zona 2 | Zona 3 ① | Zona 4 | Zona 5 |
| Temperatura P °C | 140 | 145 | 120 | 160 | 170 |
| Zona de treball | Zona 6 | Zona 7 | Zona 8 | Zona 9 | Morir a la boca |
| Temperatura °C | 180 | 190 | 195 | 205 | 195 |
①és on s'afegeix el silà.
La velocitat del cargol de l'extrusora determina el temps de residència i l'efecte de mescla del material a l'extrusora. Si el temps de residència és curt, la descomposició del peròxid és incompleta; si el temps de residència és massa llarg, la viscositat del material extrudit augmenta. En general, el temps de residència mitjà del grànul a l'extrusora s'ha de controlar en la semivida de la descomposició de l'iniciador de 5-10 vegades. La velocitat d'alimentació no només té un cert impacte en el temps de residència del material, sinó també en la mescla i el cisallament del material, triar una velocitat d'alimentació adequada també és molt important.
(4) Embalatge. El material aïllant reticulat de silà en dos passos s'ha d'envasar en bosses compostes d'alumini i plàstic a l'aire directe per eliminar la humitat.
5. Procés de producció de material aïllant de polietilè reticulat amb silà en un sol pas
El material d'aïllament de polietilè reticulat amb silà d'un sol pas, a causa del seu procés d'empelt, s'extrudeix el nucli de l'aïllament del cable a la fàbrica de cables, de manera que la temperatura d'extrusió de l'aïllament del cable és significativament més alta que la del mètode de dos passos. Tot i que la fórmula d'aïllament de polietilè reticulat amb silà d'un sol pas s'ha considerat completament en la dispersió ràpida de l'iniciador i el silà i el cisallament del material, el procés d'empelt ha d'estar garantit per la temperatura, que és la planta de producció d'aïllament de polietilè reticulat amb silà d'un sol pas que ha emfatitzat repetidament la importància de l'elecció correcta de la temperatura d'extrusió, la temperatura d'extrusió general recomanada es mostra a la Taula 2.
Taula 2 Temperatura de l'extrusora d'un sol pas de cada zona (unitat: ℃)
| Zona | Zona 1 | Zona 2 | Zona 3 | Zona 4 | Brida | Cap |
| Temperatura | 160 | 190 | 200～210 | 220～230 | 230 | 230 |
Aquesta és una de les debilitats del procés de polietilè reticulat amb silà d'un sol pas, que generalment no es requereix quan s'extrudeixen cables en dos passos.
6. Equipament de producció
L'equip de producció és una garantia important del control del procés. La producció de cables reticulats de silà requereix un grau molt alt de precisió en el control del procés, per la qual cosa l'elecció de l'equip de producció és particularment important.
La producció de material aïllant de polietilè reticulat amb silà en dos passos Un equip de producció de materials, actualment més extrusores de doble cargol paral·leles isotròpiques nacionals amb pesatge sense pes importat, aquests dispositius poden complir els requisits de precisió del control del procés, l'elecció de la longitud i el diàmetre de l'extrusora de doble cargol per garantir que el temps de residència del material, l'elecció del pesatge sense pes importat per garantir la precisió dels ingredients. Per descomptat, hi ha molts detalls de l'equip que cal prestar molta atenció.
Com s'ha esmentat anteriorment, els equips de producció de cables reticulats amb silà d'un sol pas a la planta de cables són importats, cars i els fabricants d'equips nacionals no tenen equips de producció similars, la raó és la manca de cooperació entre els fabricants d'equips i els investigadors de fórmules i processos.
7. Material d'aïllament de polietilè reticulat natural de silà
El material aïllant de polietilè reticulat natural de silà desenvolupat en els darrers anys es pot reticular en condicions naturals en pocs dies, sense immersió en vapor ni aigua tèbia. En comparació amb el mètode tradicional de reticulació de silà, aquest material pot reduir el procés de producció per als fabricants de cables, reduint encara més els costos de producció i augmentant l'eficiència de la producció. L'aïllament de polietilè reticulat natural de silà és cada cop més reconegut i utilitzat pels fabricants de cables.
En els darrers anys, l'aïllament domèstic de polietilè reticulat natural de silà ha madurat i s'ha produït en grans quantitats, amb certs avantatges de preu en comparació amb els materials importats.
7. 1 Idees de formulació per a aïllaments de polietilè reticulats naturalment amb silà
Els aïllaments de polietilè reticulat de silà natural es produeixen en un procés de dos passos, amb la mateixa formulació que consisteix en resina base, iniciador, silà, antioxidant, inhibidor de la polimerització i catalitzador. La formulació dels aïllants de polietilè reticulat de silà natural es basa en augmentar la taxa d'empelt de silà del material A i seleccionar un catalitzador més eficient que els aïllants de polietilè reticulat de silà en aigua tèbia. L'ús de materials A amb una taxa d'empelt de silà més alta combinat amb un catalitzador més eficient permetrà que l'aïllant de polietilè reticulat de silà es reticuli ràpidament fins i tot a baixes temperatures i amb humitat insuficient.
Els materials A per a aïllants de polietilè reticulat naturalment amb silà importat es sintetitzen per copolimerització, on el contingut de silà es pot controlar a un nivell elevat, mentre que la producció de materials A amb taxes d'empelt elevades mitjançant empelt de silà és difícil. La resina base, l'iniciador i el silà utilitzats en la recepta s'han de variar i ajustar pel que fa a la varietat i l'addició.
La selecció de la resina i l'ajust de la seva dosificació també són crucials, ja que un augment de la velocitat d'empelt del silà condueix inevitablement a més reaccions secundàries de reticulació CC. Per tal de millorar la fluïdesa del processament i l'estat de la superfície del material A per a la posterior extrusió de cables, es requereix una quantitat adequada d'inhibidor de la polimerització per inhibir eficaçment la reticulació CC i la reticulació prèvia.
A més, els catalitzadors tenen un paper important en l'augment de la velocitat d'entrecreuament i s'han de seleccionar com a catalitzadors eficients que continguin elements lliures de metalls de transició.
7. 2 Temps de reticulació dels aïllaments de polietilè reticulats naturalment amb silà
El temps necessari per completar la reticulació de l'aïllament de polietilè reticulat natural de silà en el seu estat natural depèn de la temperatura, la humitat i el gruix de la capa d'aïllament. Com més alta sigui la temperatura i la humitat, més prim serà el gruix de la capa d'aïllament, més curt serà el temps de reticulació necessari i, al contrari, més llarg serà el temps. Com que la temperatura i la humitat varien d'una regió a una altra i d'una temporada a una altra, fins i tot al mateix lloc i al mateix temps, la temperatura i la humitat d'avui i de demà seran diferents. Per tant, durant l'ús del material, l'usuari ha de determinar el temps de reticulació segons la temperatura i la humitat locals i predominants, així com l'especificació del cable i el gruix de la capa d'aïllament.
Data de publicació: 13 d'agost de 2022