Tehnologia de reticulare a polietilenei (PE) este unul dintre mijloacele importante de îmbunătățire a proprietăților materialului. PE modificat reticulat își poate îmbunătăți considerabil proprietățile, ceea ce nu numai că îmbunătățește semnificativ proprietățile cuprinzătoare ale PE, cum ar fi proprietățile mecanice, rezistența la fisurarea la stresul de mediu, rezistența la coroziune chimică, rezistența la fluaj și proprietățile electrice, dar îmbunătățește semnificativ și rezistența la temperatură. nivel, care poate crește temperatura de rezistență la căldură a PE de la 70 de grade la mai mult de 100 de grade, extinzând astfel foarte mult câmpul de aplicare al PE.
Izolația din polietilenă reticulata este polietilenă sub acțiunea razelor de înaltă energie (cum ar fi razele, razele, razele de electroni etc.) sau agenții de reticulare, astfel încât reticulare între macromolecule să-și îmbunătățească rezistența la căldură și alte proprietăți. Temperatura de lucru pe termen lung a cablului care utilizează polietilenă reticulata ca izolație poate fi crescută la 90 de grade, iar temperatura instantanee de scurtcircuit care poate rezista poate ajunge la 170-250 grade.
Scurta introducere
Polietilena (PE) este unul dintre cele cinci materiale plastice generale, iar producția și consumul acesteia se situează pe primul loc printre diversele rășini sintetice, în industrie și agricultură și utilizate pe scară largă în viața de zi cu zi. Cu toate acestea, rezistența la temperatură ridicată a polietilenei este slabă. Proprietățile mecanice și rezistența chimică uneori nu îndeplinesc cerințele utilizării efective. Prin urmare, modificarea polietilenei a fost întotdeauna cheia dezvoltării și aplicării produselor din polietilenă, iar tehnologia de reticulare a polietilenei este o tehnologie importantă pentru a-și îmbunătăți proprietățile materialului. Polietilena modificată reticulat își poate îmbunătăți considerabil proprietățile, ceea ce nu numai că îmbunătățește semnificativ proprietățile cuprinzătoare ale polietilenei, cum ar fi proprietățile mecanice, rezistența la fisurarea la stresul mediului, rezistența la coroziune chimică, rezistența la fluaj și proprietățile electrice. În plus, nivelul de rezistență la temperatură este mult îmbunătățit, iar temperatura de rezistență la căldură a polietilenei poate fi crescută de la 70 de grade la mai mult de 100 de grade. Ca rezultat, domeniul de aplicare a polietilenei a fost mult lărgit.
În prezent, polietilena reticulata (XLPE) a fost utilizată pe scară largă în țevi, filme, materiale pentru cabluri și produse din spumă.
Performanță și beneficii
Moleculele de polietilenă sunt compuse din lanțuri moleculare liniare. Când temperatura crește, forța de legare dintre lanțurile moleculare liniare (forța van der Waals) este slăbită, astfel încât întregul material molecular este deformat, astfel încât rezistența la temperatură a polietilenei este slabă. Polietilenă reticulata (XLPE) Între molecule este ridicată o punte de lanț chimic, astfel încât moleculele să nu poată fi deplasate, ceea ce depășește deficiența de polietilenă. Comparația performanței polietilenei reticulate și polietilenei obișnuite este prezentată în Tabelul 1.
Polietilena reticulata are urmatoarele avantaje:
1. Rezistență la căldură: XLPE cu o structură tridimensională de plasă are o rezistență excelentă la căldură. Nu se va descompune și nu se va carboniza sub 200 de grade, temperatura de lucru pe termen lung poate ajunge la 90 de grade, iar durata de viață termică poate ajunge la 40 de ani.
2. Performanță de izolație: XLPE menține caracteristicile originale bune de izolare ale PE, iar rezistența de izolație este crescută și mai mult. Tangenta sa de pierdere dielectrică este foarte mică și nu este foarte afectată de temperatură.
3. Proprietăți mecanice: Datorită stabilirii de noi legături chimice între macromolecule, duritatea, rigiditatea, rezistența la uzură și rezistența la impact a XLPE sunt îmbunătățite, compensând astfel deficiențele PE fiind susceptibil la stresul și fisurarea mediului.
4. Rezistență chimică: XLPE are rezistență puternică la acizi și alcali și rezistență la ulei, iar produsele sale de ardere sunt în principal apă și dioxid de carbon, care este mai puțin dăunătoare pentru mediu și îndeplinește cerințele moderne de siguranță la incendiu.
Principiul de reticulare
Polietilena ([CH2-CH2]n, număr de unitate n-repetă) este un compus polimeric care conține două elemente de hidrocarburi și hidrogeni, cu structură moleculară liniară sau ramificată, lanțuri macromoleculare, formă solidă la temperatura camerei și fază cristalină și fază amorfa coexistență formă în formă solidă de polietilenă. Greutatea moleculară relativă a polietilenei este între 6,30 și<>,<>.
Polietilena are proprietăți excelente de izolare electrică, dar rezistența sa slabă la căldură afectează utilizarea materiilor prime pentru izolarea cablurilor. Datorită interacțiunii intermoleculare slabe din regiunea amorfă, temperatura de topire a majorității polietilenei este de aproximativ 140 de grade, iar rezistența sa mecanică scade semnificativ la apropierea de punctul de topire al polietilenei, iar rezistența la fisurare se deteriorează.
Când lanțurile macromoleculare liniare sunt prelucrate chimic sau fizic, procesul de unire sub formă de legături reticulate se numește reticulare sau „vulcanizare”. Polietilena reticulată are proprietățile tipului de plasă și structurii corpului, iar rezistența sa la căldură va fi îmbunătățită odată cu creșterea reticularii, iar alungirea termică relativă va scădea în consecință. Datorită îmbunătățirii semnificative a proprietăților mecanice și a rezistenței la căldură, a devenit un material de izolare a cablurilor de alimentare utilizat pe scară largă.
Metoda de reticulare a polietilenei prin reticulare pentru a forma polietilenă reticulata este împărțită în două categorii: metoda chimică și metoda fizică, iar metodele de proces realizate în industrie includ în principal următoarele cinci: reticulare prin iradiere de înaltă energie, reticulare silan, reticulare cu peroxid. , reticulare ultravioletă și reticulare cu sare. Printre acestea, metoda de reticulare cu peroxid (cunoscută și sub denumirea de reticulare chimică) este o metodă de reticulare potrivită pentru producția de cabluri de nivel mediu și înalt, iar principiul său este o serie de reacții cu radicali liberi declanșate de descompunerea la temperatură înaltă a peroxidului. , iar apoi PE este reticulat. Peroxizii sunt descompuși prin căldură pentru a forma radicali liberi, iar procesul de reacție de reticulare este după cum urmează:
Metoda de reticulare
Există două tipuri de metode de reticulare pentru polietilenă: reticulare fizică (reticulare prin radiație) și reticulare chimică. Reticulare chimică este împărțită în reticulare cu silan și reticulare cu peroxid.
Reticulare fizică
Reticulare prin radiații: produsele din polietilenă, cum ar fi tecile de polietilenă, filmele, tuburile cu pereți subțiri și alte produse acoperite pe sârmă, sunt reticulate cu raze și raze de înaltă energie (determinând macromoleculele de polietilenă să genereze radicali liberi și să formeze lanțuri reticulate CC) . Gradul de reticulare este afectat de doza de radiație și de temperatură, iar punctul de reticulare crește odată cu creșterea dozei de radiație, astfel încât prin controlul condițiilor de radiație se pot obține produse din polietilenă reticulata cu un anumit grad de reticulare.
Polietilena reticulată produsă prin metoda de reticulare prin radiație are următoarele avantaje: reticulare și extrudare sunt efectuate separat, calitatea produsului este ușor de controlat, eficiența producției este mare și rata deșeurilor este scăzută; Nu sunt necesari inițiatori suplimentari de radicali liberi (cum ar fi peroxizii etc.) în timpul procesului de reticulare, care menține curățenia materialului și îmbunătățește proprietățile electrice ale materialului; Este potrivit în special pentru cablurile izolate cu pereți subțiri, de secțiune mică, care sunt dificil de produs prin reticulare chimică. Cu toate acestea, reticularea prin radiație are, de asemenea, unele dezavantaje, cum ar fi necesitatea de a crește tensiunea de accelerare a fasciculului de electroni la reticularea materialelor groase; Pentru reticularea obiectelor rotunde, cum ar fi fire și cabluri, este necesar să le rotiți sau să folosiți mai multe fascicule de electroni pentru a uniformiza iradierea; Costurile de investiții unice sunt considerabile; Tehnologia de operare și întreținere este complexă, iar problemele de protecție a siguranței în funcționare sunt, de asemenea, relativ dure.
Reticulare chimică
Reticulare chimică este utilizarea agenților de reticulare chimică pentru a reticula polimerii, trecând de la o structură liniară la o structură de rețea.
Alegerea agentului de reticulare ar trebui să depindă de varietatea polimerului, tehnologia de procesare și performanța produsului, agentul de reticulare ideal, pe lângă îndeplinirea unor cerințe specifice, ar trebui să aibă și următoarele cerințe de bază: viteză mare de reticulare, structură stabilă de reticulare; siguranță mare de prelucrare, ușor de utilizat, perioadă de valabilitate moderată după adăugarea rășinii, fără dezavantaje de reticulare prematură sau prea târziu; nu afectează performanța de procesare și performanța de utilizare a produsului; non-toxic, nepoluant, nu irita pielea si ochii.
În reticulare chimică, există reticulare cu peroxid, reticulare cu silan și reticulare azoică:
(1) Agent de reticulare și reticulare peroxid Reticulare peroxid, în general folosind peroxid organic ca agent de reticulare, sub acțiunea căldurii, se descompune pentru a genera radicali liberi activi, care fac ca lanțul de carbon polimeric să genereze puncte active și să producă reticulare carbon-carbon pentru a forma un structura rețelei. Această tehnologie necesită echipamente de extrudare de înaltă presiune, astfel încât reacția de reticulare să fie efectuată în butoi, iar apoi produsul să fie încălzit folosind o metodă de încălzire rapidă, rezultând un produs reticulat. Prin urmare, utilizarea metodei de reticulare cu peroxid pentru a produce țevi de polietilenă nu este ușor de controlat, calitatea produsului este instabilă și funcționarea continuă este mai dificilă.
(2) Reticulare azoică
Metoda este de a amesteca compusul azo în PE și de a extruda la o temperatură mai mică decât descompunerea compusului azo, iar extrudarea este descompusă printr-o baie de sare la temperatură înaltă, iar compusul azo este descompus pentru a forma radicali liberi, inițiind reticularea polietilenei. Este utilizat în general pentru materialele din gumă de chiparos cu temperaturi scăzute de topire și are puține aplicații practice pentru materiale plastice.
(3) Agent de reticulare și reticulare silan
În anii șaizeci ai secolului XX, tehnologia de reticulare a silanului a fost dezvoltată cu succes. Tehnologia folosește vinil silani care conțin duble legături pentru a reacționa cu polimerii topiți sub acțiunea inițiatorilor pentru a forma polimeri grefați cu silan, care sunt hidrolizați în apă în prezența unui catalizator de condensare a silanolului pentru a forma o structură reticulata a lanțului de oxan în rețea. Tehnologia de reticulare cu silan a promovat foarte mult producția și aplicarea polietilenei reticulate datorită echipamentului său simplu, procesului ușor de controlat, investițiilor mai puține, gradului ridicat de reticulare a produselor finite și calității bune. Pe lângă polietilenă și silan, în reticulare se mai folosesc catalizatori, inițiatori, antioxidanți etc.
În comparație cu alte metode, produsele din polietilenă obținute prin reticulare cu silan au următoarele avantaje:
(1) Mai puține investiții în echipamente, eficiență ridicată a producției și costuri reduse.
(2) Procesul este foarte versatil, potrivit pentru polietilena cu toate densitățile și, de asemenea, potrivit pentru majoritatea polietilenei cu umplutură.
(3) Nu este limitat de grosime.
(4) Cantitatea de peroxid este mică (doar 10% atunci când peroxidul este reticulat singur), astfel încât se generează mai puțini micropori în stratul de izolație din polietilenă, ceea ce contribuie la menținerea izolației ridicate a polietilenei.
Aplicații principale
Datorită proprietăților sale excelente, polietilena reticulata este utilizată ca materiale de izolare de înaltă tensiune, de înaltă frecvență, rezistente la căldură și cablajele de sârmă și cabluri necesare rachetelor, rachetelor, motoarelor, transformatoarelor etc. Fabricarea tuburilor termocontractabile, folii termocontractabile, diverse țevi rezistente la căldură, materiale plastice spumă, căptușeli pentru echipamente chimice rezistente la coroziune, componente și containere, fabricarea materialelor de construcție ignifuge etc. În prezent, cele mai mari domenii de utilizare sunt în principal sârmă și cablu, țevi, si spuma.
1. Material cablu din polietilenă reticulat
Rezistența la căldură a cablului cu polietilenă reticulata ca izolație este mai mare decât cea a clorurii de polivinil, poate fi folosit pentru o lungă perioadă de timp la 90 de grade, iar temperatura de rezistență la căldură în scurtcircuit poate ajunge până la 250 de grade; Rezistența de izolație este mare, tangenta de pierdere dielectrică este mică și practic nu se schimbă odată cu schimbarea temperaturii; Are rezistență bună la uzură și fisurare la stresul mediului. Odată ce polietilena reticulata este arsă de cabluri, se produce dioxid de carbon și apă, în timp ce cablurile din PVC produc gaze nocive de clorură de hidrogen la ardere; În plus, densitatea polietilenei reticulate este cu aproximativ 40% mai mică decât cea a PVC-ului, ceea ce poate reduce semnificativ calitatea liniilor aeriene.
2. Teava din polietilena reticulata
Țeava produsă din polietilenă reticulata are avantajele rezistenței ridicate la fluaj, rezistenței la coroziune, ușoarei și rezistenței bune la căldură. Țeava compozită aluminiu-plastic care utilizează polietilenă reticulata are o etanșeitate puternică la aer și o rezistență ridicată la stres la rupere. Are efect antistatic și de ecranare.
În comparație cu țeava din PVC și țeava obișnuită din polietilenă, țeava din polietilenă reticulata nu conține plastifianți, nu va mucegai și nu va genera bacterii; Nu conține ingrediente nocive, respectă standardele FDA și poate fi folosit în conductele de apă potabilă; Rezistența la căldură bună, clorură de polivinil obișnuită și rezistența la căldură a țevilor de polietilenă este de 60-75 grade, în timp ce țeava de polietilenă reticulata este de 90 de grade, temperatura maximă instantanee poate ajunge la 185 de grade, poate rezista la temperaturi scăzute de -75 grade; Gamă largă de temperatură de funcționare, poate fi utilizată o perioadă lungă de timp în condiții de -75-95 grade, iar durata de viață este de până la 50 de ani. Reticulare ridicată, densitate mare, rezistență bună la presiune; Rezistența la coroziune chimică este foarte bună, iar rezistența la fisurarea la stres de mediu este excelentă, chiar și la temperaturi mai ridicate, poate fi folosită pentru a transporta o varietate de substanțe chimice și materiale de stres cu țeavă accelerată, țeava de polietilenă reticulata este ușoară, doar aproximativ 1 /8 din teava metalica; Rezistență bună la coroziune și rezistență la uzură. Rata de uzură este mai mică de 1/4 din țeava de oțel, iar durata de viață este de 2-6 ori mai mare decât cea a țevii de oțel; Peretele interior este neted, rezistența la curgerea fluidului este mică și, la același diametru al țevii, debitul de transport este mai mare decât cel al țevii metalice, iar zgomotul este mult mai mic; Performanța transmisiei este bună, iar cantitatea de lichid de transmisie este crescută cu 30%-40% în comparație cu țeava de oțel; Conductivitatea termică este mult mai mică decât cea a țevilor metalice, astfel încât performanța sa de izolare termică este excelentă. Când este utilizat în sistemul de încălzire, conservarea căldurii nu este necesară, iar pierderea de căldură este mică; Poate fi îndoit arbitrar și nu va fi fragil și crăpat; Performanță excelentă de izolație electrică, instalare ușoară și sarcină de lucru de instalare de mai puțin de jumătate din conducta metalică, cost de instalare scăzut.
Datorită performanței materiale excelente a țevii de polietilenă reticulata. Cu o igienă complet netoxică, a fost privită ca o nouă generație de țevi verzi, utilizate în principal în următoarele aspecte:
(1) Sisteme de alimentare cu apă rece și caldă și sisteme de conducte de apă potabilă pentru clădiri;
(2) Sistem de apă răcită pentru climatizarea clădirilor;
(3) Sistem de incalzire rezidentiala;
(4) Sistem de încălzire la sol;
(5) Conducte ale sistemului de încălzire a apei menajere;
(6) Conducte de transport pentru băuturi, alcool, lapte și alte fluide în industria alimentară;
(7) Conducte pentru transportul fluidelor din industria chimică și petrolieră;
(8) Sistemul frigorific și conducta sistemului de tratare a apei.
(5) Rezistență bună la îmbătrânire și durată lungă de viață.
