Технологията за омрежване на полиетилен (PE) е едно от важните средства за подобряване на свойствата на материала. Омреженият модифициран PE може значително да подобри своите свойства, което не само значително подобрява всеобхватните свойства на PE като механични свойства, устойчивост на напукване под въздействието на околната среда, устойчивост на химическа корозия, устойчивост на пълзене и електрически свойства, но също така значително подобрява температурната устойчивост ниво, което може да повиши температурата на устойчивост на топлина на PE от 70 градуса до повече от 100 градуса, като по този начин значително разширява приложното поле на PE.
Омрежената полиетиленова изолация е полиетилен под действието на високоенергийни лъчи (като лъчи, лъчи, електронни лъчи и т.н.) или омрежващи агенти, така че омрежването между макромолекулите може да подобри неговата устойчивост на топлина и други свойства. Дългосрочната работна температура на кабела, използващ омрежен полиетилен като изолация, може да бъде увеличена до 90 градуса, а моментната температура на късо съединение, която може да издържи, може да достигне 170-250 градуса.
Кратко въведение
Полиетиленът (PE) е една от петте основни пластмаси и неговото производство и потребление е на първо място сред различните синтетични смоли в промишлеността и селското стопанство и широко използвани в ежедневието. Въпреки това устойчивостта на висока температура на полиетилена е лоша. Механичните свойства и химическата устойчивост понякога не отговарят на изискванията за действителна употреба. Следователно, модификацията на полиетилена винаги е била ключът към разработването и приложението на полиетиленовите продукти, а технологията за омрежване на полиетилен е важна технология за подобряване на свойствата на материала. Омреженият модифициран полиетилен може значително да подобри свойствата си, което не само значително подобрява всеобхватните свойства на полиетилена, като механични свойства, устойчивост на напукване от околната среда, устойчивост на химическа корозия, устойчивост на пълзене и електрически свойства. Освен това, нивото на устойчивост на температура е значително подобрено и температурата на устойчивост на топлина на полиетилена може да бъде увеличена от 70 градуса до повече от 100 градуса. В резултат на това обхватът на приложение на полиетилена е значително разширен.
Понастоящем омреженият полиетилен (XLPE) се използва широко в тръби, филми, кабелни материали и продукти от пяна.
Ефективност и ползи
Молекулите на полиетилена са съставени от линейни молекулни вериги. Когато температурата се повиши, силата на свързване между линейните молекулни вериги (силата на Ван дер Ваалс) се отслабва, така че целият молекулен материал се деформира, така че температурната устойчивост на полиетилена е лоша. Омрежен полиетилен (XLPE) Между молекулите е издигнат химически верижен мост, така че молекулите да не могат да бъдат изместени, което преодолява дефицита на полиетилена. Сравнението на производителността на омрежен полиетилен и обикновен полиетилен е показано в таблица 1.
Омреженият полиетилен има следните предимства:
1. Устойчивост на топлина: XLPE с мрежеста триизмерна структура има отлична устойчивост на топлина. Няма да се разлага и карбонизира под 200 градуса, дългосрочната работна температура може да достигне 90 градуса, а топлинният живот може да достигне 40 години.
2. Изолационни характеристики: XLPE поддържа оригиналните добри изолационни характеристики на PE, а изолационното съпротивление се увеличава допълнително. Неговият тангенс на диелектричните загуби е много малък и не се влияе силно от температурата.
3. Механични свойства: Благодарение на установяването на нови химични връзки между макромолекулите, твърдостта, твърдостта, устойчивостта на износване и устойчивостта на удар на XLPE се подобряват, като по този начин се компенсират недостатъците на PE, което е податливо на стрес и напукване от околната среда.
4. Химическа устойчивост: XLPE има силна киселинна и алкална устойчивост и устойчивост на масло, а продуктите от горенето му са главно вода и въглероден диоксид, което е по-малко вредно за околната среда и отговаря на изискванията на съвременната пожарна безопасност.
Принцип на омрежване
Полиетиленът ([CH2-CH2]n, n-повтарящ се единицен номер) е полимерно съединение, съдържащо два елемента въглеводороди и водороди, с линейна или разклонена молекулна структура макромолекулни вериги, твърда форма при стайна температура и кристална фаза и форма на съвместно съществуване на аморфна фаза в твърда форма на полиетилен. Относителното молекулно тегло на полиетилена е между 6,30 и<>,<>.
Полиетиленът има отлични електрически изолационни свойства, но слабата му устойчивост на топлина влияе върху използването му като суровини за изолация на кабели. Поради слабото междумолекулно взаимодействие в аморфната област, температурата на топене на повечето полиетилен е около 140 градуса и неговата механична якост намалява значително при приближаване до точката на топене на полиетилена и устойчивостта на напукване също се влошава.
Когато линейните макромолекулни вериги се обработват химически или физически, процесът на свързване под формата на омрежени връзки се нарича омрежване или "вулканизация". Омреженият полиетилен има свойствата на мрежест тип и структура на тялото и неговата устойчивост на топлина ще бъде подобрена с увеличаване на омрежването и съответно относителното топлинно удължение ще намалее. Поради значителното си подобрение на механичните свойства и устойчивостта на топлина, той се превърна в широко използван изолационен материал за захранващи кабели.
Методът за омрежване на полиетилен чрез омрежване за образуване на омрежен полиетилен е разделен на две категории: химичен метод и физичен метод, а методите на процеса, реализирани в индустрията, включват главно следните пет: омрежване чрез високоенергийно облъчване, омрежване чрез силан, омрежване с пероксид , ултравиолетово омрежване и солно омрежване. Сред тях методът на омрежване с пероксид (известен също като химическо омрежване) е метод на омрежване, подходящ за производство на кабели със средно и високо напрежение и неговият принцип е серия от реакции на свободни радикали, предизвикани от високотемпературното разлагане на пероксида и след това PE е омрежен. Пероксидите се разграждат от топлина, за да образуват свободни радикали, а процесът на реакция на омрежване е както следва:
Метод на омрежване
Има два вида методи за омрежване на полиетилен: физическо омрежване (радиационно омрежване) и химическо омрежване. Химичното омрежване се разделя на силаново омрежване и пероксидно омрежване.
Физическо омрежване
Радиационно омрежване: полиетиленовите продукти, като полиетиленови обвивки, филми, тънкостенни тръби и други продукти, покрити върху жицата, са омрежени с -лъчи и високоенергийни лъчи (като полиетиленовите макромолекули генерират свободни радикали и образуват CC омрежени вериги) . Степента на омрежване се влияе от дозата на радиация и температурата, а точката на омрежване се увеличава с увеличаването на дозата на радиация, така че чрез контролиране на радиационните условия могат да се получат омрежени полиетиленови продукти с определена степен на омрежване.
Омреженият полиетилен, произведен чрез метода на радиационно омрежване, има следните предимства: омрежването и екструдирането се извършват отделно, качеството на продукта е лесно за контрол, производствената ефективност е висока и процентът на скрап е нисък; По време на процеса на омрежване не са необходими допълнителни инициатори на свободни радикали (като пероксиди и др.), което поддържа чистотата на материала и подобрява електрическите свойства на материала; Той е особено подходящ за кабели с малка секция, тънкостенни изолирани кабели, които са трудни за производство чрез химическо омрежване. Радиационното омрежване обаче има и някои недостатъци, като например необходимостта от увеличаване на ускоряващото напрежение на електронния лъч при омрежване на дебели материали; За омрежване на кръгли предмети като проводници и кабели е необходимо да ги завъртите или да използвате няколко електронни лъча, за да направите облъчването равномерно; Еднократните инвестиционни разходи са значителни; Технологията за експлоатация и поддръжка е сложна, а проблемите със защитата на безопасността при работа също са относително тежки.
Химично кръстосано свързване
Химичното омрежване е използването на химически омрежващи агенти за омрежване на полимери, преминавайки от линейна структура към мрежеста структура.
Изборът на омрежващ агент трябва да зависи от разнообразието на полимера, технологията на обработка и производителността на продукта, идеалният омрежващ агент в допълнение към някои специфични изисквания трябва да има и следните основни изисквания: висока скорост на омрежване, стабилна омрежваща структура; голяма безопасност на обработката, лесен за използване, умерен период на валидност след добавяне на смола, без недостатъци на преждевременно или твърде късно омрежване; не влияе върху производителността на обработката и ефективността на употреба на продукта; нетоксичен, незамърсяващ, не дразни кожата и очите.
При химичното омрежване има пероксидно омрежване, силаново омрежване и азо омрежване:
(1) Пероксидно омрежване и омрежващ агент Пероксидното омрежване, като обикновено се използва органичен пероксид като омрежващ агент, под действието на топлина се разлага, за да генерира активни свободни радикали, които карат полимерната въглеродна верига да генерира активни точки и произвежда въглерод-въглерод омрежване, за да образува мрежова структура. Тази технология изисква оборудване за екструдиране под високо налягане, така че реакцията на омрежване да се извършва в цевта и след това продуктът да се нагрява чрез метод на бързо нагряване, което води до омрежен продукт. Следователно използването на метода на пероксидно омрежване за производство на полиетиленови тръби не е лесно за контролиране, качеството на продукта е нестабилно и непрекъснатата работа е по-трудна.
(2) Азо омрежване
Методът е да се смеси азо съединението в PE и да се екструдира при температура, по-ниска от разлагането на азо съединението, и екструзията се разлага чрез високотемпературна солена баня и азо съединението се разлага до образуване на свободни радикали, инициирайки омрежване на полиетилен. Обикновено се използва за материали от кипарисова гума с ниски температури на топене и има малко практически приложения за пластмаси.
(3) Силан омрежващ и омрежващ агент
През шейсетте години на двадесети век технологията за омрежване на силан е успешно разработена. Технологията използва винилови силани, съдържащи двойни връзки, за да реагират с разтопени полимери под действието на инициатори, за да образуват силан-присадени полимери, които се хидролизират във вода в присъствието на силанолен кондензационен катализатор, за да образуват мрежова оксанова верига, омрежена структура. Технологията за омрежване със силан значително насърчи производството и приложението на омрежен полиетилен поради опростеното оборудване, лесния за контрол процес, по-малко инвестиции, висока степен на омрежване на готовите продукти и добро качество. Освен полиетилен и силан, при омрежването се използват и катализатори, инициатори, антиоксиданти и др.
В сравнение с други методи, полиетиленовите продукти, получени чрез силаново омрежване, имат следните предимства:
(1) По-малко инвестиции в оборудване, висока производствена ефективност и ниска цена.
(2) Процесът е много гъвкав, подходящ за полиетилен с всякаква плътност и също така подходящ за повечето полиетилени с пълнител.
(3) Без ограничение по дебелина.
(4) Количеството пероксид е малко (само 10%, когато пероксидът е омрежен сам), така че в полиетиленовия изолационен слой се генерират по-малко микропори, което е благоприятно за поддържане на високата изолация на полиетилена.
Основни приложения
Благодарение на отличните си свойства, омреженият полиетилен се използва като високоволтови, високочестотни, топлоустойчиви изолационни материали и облицовки на проводници и кабели, необходими за ракети, ракети, двигатели, трансформатори и др. Производство на термосвиваеми тръби, термосвиваеми фолиа, различни топлоустойчиви тръби, пенопласт, устойчиви на корозия облицовки на химическо оборудване, компоненти и контейнери, производство на огнезащитни строителни материали и др. Понастоящем най-големите области на използване са главно проводници и кабели, тръби, и пяна.
1. Омрежен полиетиленов кабелен материал
Топлинната устойчивост на кабела с омрежен полиетилен като изолация е по-висока от тази на поливинилхлорида, може да се използва дълго време при 90 градуса, а температурата на топлоустойчивост при късо съединение може да достигне до 250 градуса; Съпротивлението на изолацията е високо, тангенсът на диелектричните загуби е малък и основно не се променя с промяната на температурата; Има добра устойчивост на износване и напукване под въздействието на околната среда. След като омреженият полиетилен се изгори от кабелите, се произвеждат въглероден диоксид и вода, докато PVC кабелите произвеждат вредни газове хлороводород при изгаряне; В допълнение, плътността на омрежения полиетилен е около 40% по-малка от тази на PVC, което може значително да намали качеството на въздушните линии.
2. Тръба от омрежен полиетилен
Тръбата, произведена от омрежен полиетилен, има предимствата на висока якост на пълзене, устойчивост на корозия, лека и добра устойчивост на топлина. Композитната тръба от алуминий и пластмаса, използваща омрежен полиетилен, има силна въздухонепропускливост и висока устойчивост на напрежение на спукване. Има антистатичен и екраниращ ефект.
В сравнение с PVC тръба и обикновена полиетиленова тръба, омрежената полиетиленова тръба не съдържа пластификатори, няма да плесени и да размножава бактерии; Не съдържа вредни съставки, отговаря на стандартите на FDA и може да се използва в тръби за питейна вода; Добра топлоустойчивост, топлоустойчивостта на обикновените поливинилхлоридни и полиетиленови тръби е 60-75 градуса, докато омрежената полиетиленова тръба е 90 градуса, максималната моментна температура може да достигне 185 градуса, може да издържи -75 градуса ниска температура; Широк температурен диапазон на работа, може да се използва дълго време при условия на -75-95 градуса, а експлоатационният живот е до 50 години. Високо омрежване, висока плътност, добра устойчивост на натиск; Устойчивостта на химическа корозия е много добра, а устойчивостта на напукване под въздействието на околната среда е отлична, дори при по-високи температури, може да се използва за транспортиране на различни химикали и стрес материал с ускорена тръба, омрежената полиетиленова тръба е лека, само около 1 /8 от метална тръба; Добра устойчивост на корозия и устойчивост на износване. Степента на износване е по-малка от 1/4 от стоманената тръба, а експлоатационният живот е 2-6 пъти по-голям от този на стоманената тръба; Вътрешната стена е гладка, съпротивлението на потока на течността е малко и при същия диаметър на тръбата транспортиращият поток е по-голям от този на металната тръба и шумът е много по-нисък; Ефективността на предаване е добра и количеството на предаване на течност се увеличава с 30%-40% в сравнение със стоманената тръба; Топлопроводимостта е много по-ниска от тази на металните тръби, така че топлоизолационните му характеристики са отлични. Когато се използва в отоплителната система, не се изисква запазване на топлината и топлинните загуби са малки; Може да се огъва произволно и няма да бъде крехък и напукан; Отлична електрическа изолация, лесна инсталация и натоварване на инсталацията от по-малко от половината метална тръба, ниски разходи за монтаж.
Благодарение на отличните характеристики на материала на тръбата от омрежен полиетилен. С напълно нетоксична хигиена, тя се счита за ново поколение зелени тръби, използвани главно в следните аспекти:
(1) Системи за захранване със студена и топла вода и тръбопроводни системи за питейна вода за сгради;
(2) Система за охладена вода за сградна климатизация;
(3) Жилищна отоплителна система;
(4) Система за подово отопление;
(5) Тръбопроводи на системата за подгряване на битова вода;
(6) Транспортни тръбопроводи за напитки, алкохол, мляко и други течности в хранително-вкусовата промишленост;
(7) Тръбопроводи за транспортиране на течности в химическата и петролната промишленост;
(8) Тръбопровод на хладилна система и система за пречистване на водата.
(5) Добра устойчивост на стареене и дълъг експлоатационен живот.
