Polüetüleeni (PE) ristsidumise tehnoloogia on üks olulisi vahendeid selle materjali omaduste parandamiseks. Ristseotud modifitseeritud PE võib oluliselt parandada selle omadusi, mis mitte ainult ei paranda oluliselt PE kõikehõlmavaid omadusi, nagu mehaanilised omadused, keskkonnamõjude pragunemiskindlus, keemilise korrosioonikindlus, roomamiskindlus ja elektrilised omadused, vaid parandab oluliselt ka temperatuurikindlust. tase, mis võib tõsta PE kuumuskindluse temperatuuri 70 kraadilt rohkem kui 100 kraadini, laiendades seeläbi oluliselt PE rakendusala.
Ristseotud polüetüleenist isolatsioon on polüetüleen suure energiaga kiirte (nagu kiired, kiired, elektronkiired jne) või ristsiduvate ainete toimel, nii et makromolekulide vaheline ristsidumine võib parandada selle kuumakindlust ja muid omadusi. Ristseotud polüetüleeni isolatsioonina kasutava kaabli pikaajalist töötemperatuuri saab tõsta 90 kraadini ja lühise taluv hetketemperatuur võib ulatuda 170-250 kraadini.
Lühike sissejuhatus
Polüetüleen (PE) on üks viiest üldisest plastist ning selle tootmine ja tarbimine on erinevate sünteetiliste vaikude seas esikohal tööstuses ja põllumajanduses ning kasutatakse laialdaselt igapäevaelus. Polüetüleeni vastupidavus kõrgele temperatuurile on aga halb. Mehaanilised omadused ja keemiline vastupidavus ei vasta mõnikord tegeliku kasutuse nõuetele. Seetõttu on polüetüleeni modifitseerimine alati olnud polüetüleentoodete väljatöötamise ja rakendamise võti ning polüetüleeni ristsidumise tehnoloogia on oluline tehnoloogia selle materjali omaduste parandamiseks. Ristseotud modifitseeritud polüetüleen võib oluliselt parandada selle omadusi, mis mitte ainult ei paranda oluliselt polüetüleeni kõikehõlmavaid omadusi, nagu mehaanilised omadused, keskkonnamõjude pragunemiskindlus, keemilise korrosioonikindlus, roomamiskindlus ja elektrilised omadused. Lisaks on temperatuurikindluse tase oluliselt paranenud ja polüetüleeni kuumuskindluse temperatuuri saab tõsta 70 kraadilt rohkem kui 100 kraadini. Selle tulemusena on polüetüleeni kasutusala oluliselt laienenud.
Praegu on ristseotud polüetüleeni (XLPE) laialdaselt kasutatud torudes, kiledes, kaablimaterjalides ja vahttoodetes.
Toimivus ja eelised
Polüetüleeni molekulid koosnevad lineaarsetest molekulaarahelatest. Temperatuuri tõustes nõrgeneb lineaarsete molekulaarsete ahelate vaheline sidumisjõud (van der Waalsi jõud), nii et kogu molekulaarmaterjal deformeerub, mistõttu polüetüleeni temperatuuritaluvus on halb. Ristseotud polüetüleen (XLPE) Molekulide vahele püstitatakse keemiline ahelasild, et molekule ei saaks nihutada, mis ületab polüetüleeni puuduse. Ristseotud polüetüleeni ja tavalise polüetüleeni jõudluse võrdlus on näidatud tabelis 1.
Ristseotud polüetüleenil on järgmised eelised:
1. Kuumakindlus: kolmemõõtmelise võrgusilmaga XLPE-l on suurepärane kuumakindlus. See ei lagune ega karboniseeru alla 200 kraadi, pikaajaline töötemperatuur võib ulatuda 90 kraadini ja termiline eluiga võib ulatuda 40 aastani.
2. Isolatsioonivõime: XLPE säilitab PE algsed head isolatsiooniomadused ja isolatsioonitakistus suureneb veelgi. Selle dielektrilise kadu puutuja on väga väike ja temperatuur seda oluliselt ei mõjuta.
3. Mehaanilised omadused: Tänu uute keemiliste sidemete loomisele makromolekulide vahel paraneb XLPE kõvadus, jäikus, kulumiskindlus ja löögikindlus, kompenseerides sellega PE puudused, mis on vastuvõtlikud keskkonnamõjudele ja pragunemisele.
4. Keemiline vastupidavus: XLPE-l on tugev happe- ja leelisekindlus ning õlikindlus ning selle põlemisproduktid on peamiselt vesi ja süsinikdioksiid, mis on keskkonnale vähem kahjulik ja vastab tänapäevase tuleohutuse nõuetele.
Ristsidumise põhimõte
Polüetüleen ([CH2-CH2]n, n-korduv ühikuarv) on polümeerühend, mis sisaldab kahte süsivesinike ja vesiniku elementi, lineaarse või hargnenud molekulaarstruktuuriga makromolekulaarseid ahelaid, tahkel kujul toatemperatuuril ja kristallfaasi ning amorfse faasi kooseksisteerimise vorm polüetüleeni tahkel kujul. Polüetüleeni suhteline molekulmass on vahemikus 6,30 kuni<>,<>.
Polüetüleenil on suurepärased elektriisolatsiooniomadused, kuid selle halb kuumakindlus mõjutab kaabliisolatsiooni tooraine kasutamist. Nõrga molekulidevahelise interaktsiooni tõttu amorfses piirkonnas on enamiku polüetüleeni sulamistemperatuur umbes 140 kraadi ja polüetüleeni sulamistemperatuurile lähenedes väheneb selle mehaaniline tugevus märkimisväärselt, samuti halveneb pragunemiskindlus.
Kui lineaarseid makromolekulaarseid ahelaid töödeldakse keemiliselt või füüsikaliselt, nimetatakse ristseotud sidemete vormis liitumise protsessi ristsidumiseks või "vulkaniseerimiseks". Ristseotud polüetüleenil on võrgutüübi ja kere struktuuri omadused ning selle kuumakindlus suureneb ristsidumise suurenemisega ja suhteline termiline pikenemine väheneb vastavalt. Tänu oma mehaaniliste omaduste ja kuumakindluse olulisele paranemisele on sellest saanud laialdaselt kasutatav toitekaabli isolatsioonimaterjal.
Polüetüleeni ristsidumine ristsidumisega ristseotud polüetüleeni moodustamiseks jaguneb kahte kategooriasse: keemiline meetod ja füüsikaline meetod ning tööstuses kasutatavad protsessimeetodid hõlmavad peamiselt järgmist viit: suure energiaga kiiritusristsildamine, silaani ristsidumine, peroksiidi ristsidumine. , ultraviolettkiirguse ristsidumine ja soola ristsidumine. Nende hulgas on peroksiidi ristsidumise meetod (tuntud ka kui keemiline ristsidumine) ristsidumise meetod, mis sobib keskmise ja kõrge pingega kaablite tootmiseks ning selle põhimõte on vabade radikaalide reaktsioonide jada, mis vallandub peroksiidi kõrgel temperatuuril lagunemisel. ja seejärel PE on ristseotud. Peroksiidid lagunevad kuumuse toimel vabadeks radikaalideks ja ristsidumise reaktsioon on järgmine:
Ristsidumise meetod
Polüetüleeni jaoks on kahte tüüpi ristsidumise meetodeid: füüsiline ristsidumine (kiirgusega ristsidumine) ja keemiline ristsidumine. Keemiline ristsidumine jaguneb silaani ristsidumiseks ja peroksiidi ristsidumiseks.
Füüsiline ristsidumine
Kiirguse ristsidumine: polüetüleentooted, nagu polüetüleenkestad, kiled, õhukeseseinalised torud ja muud traadile kaetud tooted, on ristseotud kiirte ja suure energiaga kiirtega (põhjustades polüetüleenist makromolekulid, mis tekitavad vabu radikaale ja moodustavad CC ristseotud ahelaid) . Ristsidumise astet mõjutavad kiirgusdoos ja temperatuur ning ristsidumise punkt suureneb koos kiirgusdoosi suurenemisega, seega kiirgustingimusi kontrollides on võimalik saada teatud ristsidumise astmega ristseotud polüetüleentooteid.
Kiirguse ristsidumise meetodil toodetud ristseotud polüetüleenil on järgmised eelised: ristsidumine ja ekstrusioon viiakse läbi eraldi, toote kvaliteeti on lihtne kontrollida, tootmise efektiivsus on kõrge ja vanaraua määr on madal; Ristsidumise protsessi käigus ei ole vaja täiendavaid vabade radikaalide initsiaatoreid (näiteks peroksiide jne), mis säilitab materjali puhtuse ja parandab materjali elektrilisi omadusi; See sobib eriti hästi väikese läbilõikega õhukese seinaga isolatsiooniga kaablitele, mida on raske keemilise ristsidumisega toota. Kuid kiirguse ristsidumisel on ka mõningaid puudusi, näiteks vajadus suurendada paksude materjalide ristsidumisel elektronkiire kiirenduspinget; Ümmarguste esemete (nt traadid ja kaablid) ristsidumiseks on vaja neid pöörata või kasutada mitut elektronkiirt, et kiiritus oleks ühtlane; Ühekordsed investeerimiskulud on märkimisväärsed; Kasutus- ja hooldustehnoloogia on keeruline ning ka tööohutuse kaitseprobleemid on suhteliselt karmid.
Keemiline ristsidumine
Keemiline ristsidumine on keemiliste ristsiduvate ainete kasutamine polümeeride ristsidumiseks, muutudes lineaarsest struktuurist võrkstruktuuriks.
Ristsildava aine valik peaks sõltuma polümeeri sordist, töötlemistehnoloogiast ja toote toimivusest, ideaalsel ristsiduval ainel peaks lisaks teatud erinõuete täitmisele olema ka järgmised põhinõuded: kõrge ristsidumise määr, stabiilne ristsidumise struktuur; suur töötlemisohutus, lihtne kasutada, mõõdukas kehtivusaeg pärast vaigu lisamist, enneaegse või liiga hilise ristsidumise puudused; ei mõjuta toote töötlemis- ja kasutusomadusi; mittetoksiline, mittesaastav, ei ärrita nahka ega silmi.
Keemilises ristsidumises on peroksiidristsidumine, silaani ristsidumine ja aso-ristsidumine:
(1) Peroksiid-ristsidumine ja ristsidumine Peroksiid-ristsidumine, milles tavaliselt kasutatakse ristsiduva ainena orgaanilist peroksiidi, laguneb kuumuse toimel aktiivsete vabade radikaalide tekkeks, mis panevad polümeeri süsinikuahela tekitama aktiivseid punkte ja tekitab süsinik-süsinik ristsidumise, moodustades võrgu struktuur. See tehnoloogia nõuab kõrgsurveekstrusiooniseadmeid, nii et ristsidumise reaktsioon viiakse läbi tünnis ja seejärel kuumutatakse toodet kiirkuumutusmeetodil, mille tulemuseks on ristseotud toode. Seetõttu ei ole polüetüleentoru tootmiseks peroksiidi ristsidumise meetodi kasutamist lihtne kontrollida, toote kvaliteet on ebastabiilne ja pidev töö on keerulisem.
(2) Aso-ristsidumine
Meetod seisneb selles, et asoühend segatakse PE-ks ja ekstrudeeritakse madalamal temperatuuril kui asoühendi lagunemine ning ekstrusioon lagundatakse kõrge temperatuuriga soolavannis ja asoühend lagundatakse vabade radikaalide moodustamiseks, algatades polüetüleeni ristsidumise. Seda kasutatakse tavaliselt madala sulamistemperatuuriga küpresskummi materjalide jaoks ja plastide jaoks on sellel vähe praktilisi rakendusi.
(3) Silaani ristsidumine ja ristsidumine
Kahekümnenda sajandi kuuekümnendatel arendati edukalt välja silaani ristsidumise tehnoloogia. Tehnoloogias kasutatakse kaksiksidemeid sisaldavaid vinüülsilaane, mis reageerivad sula polümeeridega initsiaatorite toimel, moodustades silaaniga poogitud polümeere, mis hüdrolüüsitakse vees silanooli kondensatsioonikatalüsaatori juuresolekul, moodustades võrgustatud oksaanahelaga ristseotud struktuuri. Silaani ristsidumise tehnoloogia on selle lihtsa varustuse, hõlpsasti juhitava protsessi, väiksemate investeeringute, valmistoodete kõrge ristsidumise taseme ja hea kvaliteedi tõttu oluliselt edendanud ristseotud polüetüleeni tootmist ja kasutamist. Ristsidumisel kasutatakse lisaks polüetüleenile ja silaanile ka katalüsaatoreid, initsiaatoreid, antioksüdante jne.
Võrreldes teiste meetoditega on silaaniga ristsidumisel saadud polüetüleentoodetel järgmised eelised:
(1) Vähem investeeringuid seadmetesse, kõrge tootmise efektiivsus ja madalad kulud.
(2) Protsess on väga mitmekülgne, sobib täistihedusega polüetüleeni jaoks ja sobib ka enamiku täiteainega polüetüleeni jaoks.
(3) Ei ole paksusega piiratud.
(4) Peroksiidi kogus on väike (ainult peroksiidi ristseomisel ainult 10%), mistõttu tekib polüetüleenist isolatsioonikihis vähem mikropoore, mis aitab säilitada polüetüleeni kõrget isolatsiooni.
Peamised rakendused
Tänu oma suurepärastele omadustele kasutatakse ristseotud polüetüleeni kõrgepinge-, kõrgsagedus-, kuumakindlate isolatsioonimaterjalidena ning traadi- ja kaablikattena, mida vajavad rakettid, rakettmürsud, mootorid, trafod jne. Termikahanevate torude tootmine, termokahanevad kiled, mitmesugused kuumakindlad torud, vahtplastid, korrosioonikindlad keemiaseadmete vooderdised, komponendid ja mahutid, leegiaeglustavate ehitusmaterjalide valmistamine jpm. Praegu on suurimateks kasutusaladeks peamiselt traat ja kaabel, toru, ja vaht.
1. Ristseotud polüetüleenkaabli materjal
Isolatsioonina ristseotud polüetüleeniga kaabli kuumuskindlus on kõrgem kui polüvinüülkloriidil, seda saab pikka aega kasutada 90 kraadi juures ja lühise kuumuskindluse temperatuur võib ulatuda kuni 250 kraadini; Isolatsioonitakistus on kõrge, dielektrilise kao puutuja on väike ja see põhimõtteliselt ei muutu temperatuuri muutumisel; Sellel on hea kulumiskindlus ja keskkonnamõjude pragunemine. Kui ristseotud polüetüleen on kaablitega põletatud, tekib süsinikdioksiid ja vesi, samas kui PVC-kaablid toodavad põlemisel vesinikkloriidi kahjulikke gaase; Lisaks on ristseotud polüetüleeni tihedus umbes 40% väiksem kui PVC-l, mis võib oluliselt vähendada õhuliinide kvaliteeti.
2. Ristseotud polüetüleenist toru
Ristseotud polüetüleenist valmistatud toru eelised on kõrge roometugevus, korrosioonikindlus, kerge kaal ja hea kuumakindlus. Ristseotud polüetüleeni kasutaval alumiinium-plastkomposiittorul on tugev õhutihedus ja kõrge purunemiskindlus. Sellel on antistaatiline ja varjestav toime.
Võrreldes PVC toru ja tavalise polüetüleentoruga, ei sisalda ristseotud polüetüleentoru plastifikaatoreid, ei tekita hallitust ega kasvata baktereid; Ei sisalda kahjulikke koostisosi, vastab FDA standarditele ja seda saab kasutada joogiveetorudes; Hea kuumakindlus, tavalise polüvinüülkloriidist ja polüetüleenist toru kuumuskindlus on 60-75 kraadi, ristseotud polüetüleenist toru aga 90 kraadi, maksimaalne hetketemperatuur võib ulatuda 185 kraadini, talub -75 kraadi madalat temperatuuri; Lai töötemperatuuri vahemik, saab kasutada pikka aega -75-95 kraadi tingimustes ja kasutusiga on kuni 50 aastat. Kõrge ristsidumine, suur tihedus, hea survekindlus; Keemiline korrosioonikindlus on väga hea ja keskkonnamõjude pragunemiskindlus on suurepärane, isegi kõrgematel temperatuuridel, seda saab kasutada mitmesuguste kemikaalide ja pingematerjalide transportimiseks kiirendatud toruga, ristseotud polüetüleentoru on kaalult kerge, ainult umbes 1 /8 metalltorust; Hea korrosioonikindlus ja kulumiskindlus. Kulumismäär on väiksem kui 1/4 terastorust ja kasutusiga on 2-6 korda pikem kui terastoru; Sisemine sein on sile, vedeliku voolutakistus on väike ja sama toru läbimõõduga edastusvool on suurem kui metalltoru ja müra on palju madalam; Jõuülekande jõudlus on hea ja vedeliku ülekandekogus suureneb terastoruga võrreldes 30%-40%; Soojusjuhtivus on palju madalam kui metalltorudel, seega on selle soojusisolatsiooniomadused suurepärased. Küttesüsteemis kasutamisel ei ole soojuse säilitamine vajalik ja soojuskadu on väike; Seda saab omavoliliselt painutada ning see ei ole rabe ega pragunenud; Suurepärane elektriisolatsiooni jõudlus, lihtne paigaldamine ja paigaldustöökoormus alla poole metalltorust, madalad paigalduskulud.
Tänu ristseotud polüetüleentoru suurepärasele materjaliomadustele. Täiesti mürgivaba hügieeniga on seda peetud uue põlvkonna roheliste torude jaoks, mida kasutatakse peamiselt järgmistes aspektides:
(1) Hoonete külma ja sooja veevarustussüsteemid ning torustiku joogiveesüsteemid;
(2) Jahutusveesüsteem hoone kliimaseadme jaoks;
(3) Elamu küttesüsteem;
(4) Maaküttesüsteem;
(5) Koduveeboileri süsteemi torustik;
(6) Toiduainetööstuse jookide, alkoholi, piima ja muude vedelike transporditorustikud;
(7) keemia- ja naftatööstuse vedelike transporditorustikud;
(8) Külmutussüsteemi ja veepuhastussüsteemi torustik.
(5) Hea vananemiskindlus ja pikk kasutusiga.
