Tehnologija umrežavanja polietilena (PE) jedno je od važnih sredstava za poboljšanje svojstava njegovog materijala. Umreženi modificirani PE može uvelike poboljšati svoja svojstva, što ne samo da značajno poboljšava sveobuhvatna svojstva PE kao što su mehanička svojstva, otpornost na pucanje pod stresom iz okoline, otpornost na kemijsku koroziju, otpornost na puzanje i električna svojstva, već također značajno poboljšava temperaturnu otpornost nivo, koji može povećati temperaturu otpornosti na toplotu PE sa 70 stepeni na više od 100 stepeni, čime se značajno širi polje primene PE.
Izolacija od umreženog polietilena je polietilen pod dejstvom visokoenergetskih zraka (kao što su zraci, zraci, elektronski zraci, itd.) ili sredstava za umrežavanje tako da umrežavanje između makromolekula može poboljšati njegovu otpornost na toplotu i druga svojstva. Dugotrajna radna temperatura kabla koji koristi umreženi polietilen kao izolaciju može se povećati na 90 stepeni, a trenutna temperatura kratkog spoja koja može da izdrži može dostići 170-250 stepen.
Kratak uvod
Polietilen (PE) je jedna od pet opće plastike, a po proizvodnji i potrošnji zauzima prvo mjesto među raznim sintetičkim smolama, u industriji i poljoprivredi i široko se koristi u svakodnevnom životu. Međutim, otpornost polietilena na visoke temperature je slaba. Mehanička svojstva i hemijska otpornost ponekad ne zadovoljavaju zahtjeve stvarne upotrebe. Stoga je modifikacija polietilena uvijek bila ključ za razvoj i primjenu polietilenskih proizvoda, a tehnologija umrežavanja polietilena je važna tehnologija za poboljšanje svojstava materijala. Umreženi modificirani polietilen može uvelike poboljšati svoja svojstva, što ne samo da značajno poboljšava sveobuhvatna svojstva polietilena, kao što su mehanička svojstva, otpornost na pucanje u okolini, otpornost na kemijsku koroziju, otpornost na puzanje i električna svojstva. Štaviše, nivo temperaturne otpornosti je znatno poboljšan, a temperatura otpornosti na toplotu polietilena može se povećati sa 70 stepeni na više od 100 stepeni. Kao rezultat toga, opseg primjene polietilena je znatno proširen.
Trenutno se umreženi polietilen (XLPE) široko koristi u cijevima, filmovima, kabelskim materijalima i proizvodima od pjene.
Performanse i prednosti
Molekuli polietilena su sastavljeni od linearnih molekularnih lanaca. Kada se temperatura poveća, sila vezivanja između linearnih molekulskih lanaca (van der Waalsova sila) je oslabljena, tako da se cijeli molekularni materijal deformiše, pa je temperaturna otpornost polietilena slaba. Umreženi polietilen (XLPE) Kemijski lančani most je podignut između molekula tako da se molekuli ne mogu pomjeriti, čime se prevazilazi nedostatak polietilena. Poređenje performansi umreženog polietilena i običnog polietilena prikazano je u tabeli 1.
Umreženi polietilen ima sljedeće prednosti:
1. Otpornost na toplinu: XLPE s mrežastom trodimenzionalnom strukturom ima odličnu otpornost na toplinu. Neće se razgraditi i karbonizirati ispod 200 stepeni, dugotrajna radna temperatura može doseći 90 stepeni, a termički vek može doseći 40 godina.
2. Izolacijski učinak: XLPE održava originalne dobre izolacijske karakteristike PE, a otpor izolacije se dodatno povećava. Njegov tangens dielektričnog gubitka je vrlo mali i na njega ne utiče mnogo temperatura.
3. Mehanička svojstva: Zbog uspostavljanja novih hemijskih veza između makromolekula, poboljšana je tvrdoća, krutost, otpornost na habanje i otpornost na udar XLPE, čime se nadoknađuju nedostaci PE podložnog stresu iz okoline i pucanju.
4. Otpornost na hemikalije: XLPE ima jaku otpornost na kiseline i alkalije i otpornost na ulje, a proizvodi sagorevanja su uglavnom voda i ugljični dioksid, koji je manje štetan za okoliš i ispunjava zahtjeve savremene zaštite od požara.
Princip umrežavanja
Polietilen ([CH2-CH2]n, n-repeat unit number) je polimerno jedinjenje koje sadrži dva elementa ugljovodonika i vodonika, sa linearnom ili razgranatom molekularnom strukturom makromolekularnih lanaca, čvrstog oblika na sobnoj temperaturi i kristalne faze i koegzistencija amorfne faze u čvrstom obliku polietilena. Relativna molekulska težina polietilena je između 6,30 i<>,<>.
Polietilen ima izvrsna svojstva električne izolacije, ali njegova slaba otpornost na toplinu utiče na njegovu upotrebu sirovina za izolaciju kablova. Zbog slabe intermolekularne interakcije u amorfnom području, temperatura topljenja većine polietilena je oko 140 stepeni, a njegova mehanička čvrstoća značajno opada kada se približi tački topljenja polietilena, a takođe se pogoršava i otpornost na pucanje.
Kada se linearni makromolekularni lanci hemijski ili fizički obrađuju, proces spajanja u obliku umreženih veza naziva se umrežavanje ili "vulkanizacija". Umreženi polietilen ima svojstva tipa mreže i strukture tijela, a njegova otpornost na toplinu će biti poboljšana povećanjem umrežavanja, a relativno toplinsko izduženje će se shodno tome smanjiti. Zbog svog značajnog poboljšanja mehaničkih svojstava i otpornosti na toplinu, postao je široko korišten izolacijski materijal energetskih kabela.
Metoda umrežavanja polietilena umrežavanjem radi formiranja umreženog polietilena podijeljena je u dvije kategorije: hemijska metoda i fizička metoda, a procesne metode koje se realizuju u industriji uglavnom uključuju sljedećih pet: umrežavanje visokoenergetskim zračenjem, umrežavanje silanom, peroksidno umrežavanje , ultraljubičasto umrežavanje i umrežavanje soli. Među njima, metoda peroksidnog umrežavanja (također poznata kao hemijsko umrežavanje) je metoda umrežavanja pogodna za proizvodnju srednje i visokonaponskih kablova, a njen princip je niz reakcija slobodnih radikala izazvanih visokotemperaturnom razgradnjom peroksida. , a zatim je PE umrežen. Peroksidi se razgrađuju toplinom i formiraju slobodne radikale, a proces reakcije umrežavanja je sljedeći:
Metoda umrežavanja
Postoje dvije vrste metoda umrežavanja za polietilen: fizičko umrežavanje (radijacijsko umrežavanje) i kemijsko umrežavanje. Hemijsko umrežavanje se dijeli na silansko i peroksidno umrežavanje.
Fizičko umrežavanje
Radijacijsko umrežavanje: polietilenski proizvodi, kao što su polietilenski omotači, filmovi, tankozidne cijevi i drugi proizvodi obloženi žicom, umreženi su -zrakama i visokoenergetskim zrakama (što uzrokuje da makromolekule polietilena stvaraju slobodne radikale i formiraju CC umrežene lance) . Na stepen umrežavanja utiču doza zračenja i temperatura, a tačka umrežavanja raste sa povećanjem doze zračenja, pa se kontrolom uslova zračenja mogu dobiti umreženi polietilenski proizvodi sa određenim stepenom umrežavanja.
Umreženi polietilen proizveden metodom radijacijskog umrežavanja ima sljedeće prednosti: umrežavanje i ekstruzija se izvode odvojeno, kvalitet proizvoda je lako kontrolirati, efikasnost proizvodnje je visoka, a stopa otpada je niska; Nisu potrebni dodatni pokretači slobodnih radikala (kao što su peroksidi, itd.) tokom procesa umrežavanja, čime se održava čistoća materijala i poboljšavaju električna svojstva materijala; Posebno je pogodan za izolovane kablove malih presjeka sa tankim zidovima koje je teško proizvesti hemijskim umrežavanjem. Međutim, umrežavanje radijacijom ima i neke nedostatke, kao što je potreba za povećanjem napona ubrzanja elektronskog snopa prilikom umrežavanja debelih materijala; Za umrežavanje okruglih objekata kao što su žice i kablovi, potrebno ih je rotirati ili koristiti nekoliko elektronskih snopova kako bi se zračenje učinilo ujednačenim; Troškovi jednokratne investicije su značajni; Tehnologija rada i održavanja je složena, a problemi sigurnosne zaštite u radu su također relativno oštri.
Hemijsko umrežavanje
Hemijsko umrežavanje je upotreba hemijskih agenasa za umrežavanje za umrežavanje polimera, prelazeći iz linearne strukture u mrežnu strukturu.
Izbor sredstva za umrežavanje treba da zavisi od sorte polimera, tehnologije obrade i performansi proizvoda, idealno sredstvo za umrežavanje pored ispunjavanja nekih specifičnih zahteva treba da ima i sledeće osnovne zahteve: visoku brzinu umrežavanja, stabilnu strukturu umrežavanja; velika sigurnost obrade, jednostavan za korištenje, umjeren period valjanosti nakon dodavanja smole, bez preranog ili prekasnog umrežavanja nedostataka; ne utiče na performanse obrade i performanse upotrebe proizvoda; netoksičan, ne zagađuje, ne iritira kožu i oči.
U hemijskom umrežavanju postoje peroksidno umrežavanje, silansko umrežavanje i azo umrežavanje:
(1) Sredstvo za umrežavanje i umrežavanje peroksida Peroksidno umrežavanje, općenito korištenjem organskog peroksida kao sredstva za umrežavanje, pod djelovanjem topline, razgrađuje se i stvara aktivne slobodne radikale, zbog kojih polimerni ugljični lanac stvara aktivne točke i proizvodi umrežavanje ugljik-ugljik kako bi se formirao mrežna struktura. Ova tehnologija zahtijeva opremu za ekstruziju pod visokim pritiskom tako da se reakcija umrežavanja izvodi u bačvi, a zatim se proizvod zagrijava metodom brzog zagrijavanja, što rezultira umreženim proizvodom. Stoga, korištenje metode peroksidnog umrežavanja za proizvodnju polietilenske cijevi nije lako kontrolirati, kvalitet proizvoda je nestabilan, a kontinuirani rad je teži.
(2) Azo umrežavanje
Metoda je da se azo spoj pomiješa u PE i ekstrudira na temperaturi nižoj od razgradnje azo spoja, a ekstruzija se razgrađuje slanom kupkom na visokoj temperaturi, a azo spoj se razgrađuje da formira slobodne radikale, pokrećući umrežavanje polietilena. Obično se koristi za gumene materijale čempresa s niskim temperaturama topljenja i ima malo praktičnih primjena za plastiku.
(3) Sredstvo za umrežavanje i umrežavanje silana
Šezdesetih godina dvadesetog veka, tehnologija umrežavanja silana je uspešno razvijena. Tehnologija koristi vinil silane koji sadrže dvostruke veze da reaguju sa rastopljenim polimerima pod dejstvom inicijatora da bi se formirali polimeri presađeni silanom, koji su hidrolizovani u vodi u prisustvu silanolnog kondenzacionog katalizatora da bi se formirala umrežena struktura oksanskog lanca. Tehnologija umrežavanja Silane je u velikoj mjeri promovirala proizvodnju i primjenu umreženog polietilena zbog svoje jednostavne opreme, procesa koji se lako kontrolira, manje ulaganja, visokog stupnja umrežavanja gotovih proizvoda i dobrog kvaliteta. Pored polietilena i silana, u unakrsnom povezivanju se koriste i katalizatori, inicijatori, antioksidansi itd.
U poređenju sa drugim metodama, polietilenski proizvodi dobijeni silanskim umrežavanjem imaju sledeće prednosti:
(1) Manje ulaganja u opremu, visoka efikasnost proizvodnje i niska cijena.
(2) Proces je vrlo svestran, pogodan za polietilen sve gustine, a pogodan je i za većinu polietilena sa punilom.
(3) Nije ograničeno debljinom.
(4) Količina peroksida je mala (samo 10% kada je peroksid sam umrežen), tako da se manje mikropora stvara u polietilenskom izolacijskom sloju, što pogoduje održavanju visoke izolacije polietilena.
Glavne aplikacije
Zbog svojih odličnih svojstava, umreženi polietilen se koristi kao visokonaponski, visokofrekventni, toplotno otporni izolacioni materijali i žičane i kablovske obloge potrebne za rakete, projektile, motore, transformatore itd. Proizvodnja toploskupljajućih cevi, termoskupljajuće folije, razne cijevi otporne na toplinu, pjenaste plastike, obloge hemijske opreme otporne na koroziju, komponente i kontejneri, proizvodnja građevinskih materijala otpornih na vatru, itd. Trenutno najveće oblasti upotrebe su uglavnom žice i kablovi, cijevi, i pjene.
1. Umreženi polietilenski kablovski materijal
Otpornost na toplotu kabla sa umreženim polietilenom kao izolacijom je veća od one od polivinil hlorida, može se koristiti dugo vremena na 90 stepeni, a temperatura otpornosti na toplotu u kratkom spoju može doseći i do 250 stepeni; Otpor izolacije je visok, tangenta dielektričnog gubitka je mala i u osnovi se ne mijenja s promjenom temperature; Ima dobru otpornost na habanje i pucanje pod stresom okoline. Kada kablovi sagoreju umreženi polietilen, nastaju ugljen dioksid i voda, dok PVC kablovi pri sagorevanju proizvode štetne gasove hlorovodonika; Osim toga, gustoća umreženog polietilena je oko 40% manja od gustoće PVC-a, što može značajno smanjiti kvalitetu nadzemnih vodova.
2. Cijev od umreženog polietilena
Cijev proizvedena od umreženog polietilena ima prednosti visoke čvrstoće puzanja, otpornosti na koroziju, male težine i dobre otpornosti na toplinu. Aluminijsko-plastična kompozitna cijev koja koristi umreženi polietilen ima jaku nepropusnost zraka i visoku otpornost na naprezanje pucanja. Ima antistatičko i zaštitno dejstvo.
U usporedbi s PVC cijevima i običnom polietilenskom cijevi, umrežena polietilenska cijev ne sadrži plastifikatore, neće plijesni i razmnožavati bakterije; Ne sadrži štetne sastojke, zadovoljava FDA standarde i može se koristiti u cijevima za pitku vodu; Dobra otpornost na toplotu, otpornost na toplotu običnih polivinilhloridnih i polietilenskih cevi je 60-75 stepen, dok je umrežena polietilenska cijev 90 stepeni, maksimalna trenutna temperatura može doseći 185 stepeni, može izdržati nisku temperaturu od -75 stepena; Širok raspon radnih temperatura, može se koristiti dugo vremena u uslovima od -75-95 stepeni, a vijek trajanja je do 50 godina. Visoko umrežavanje, visoka gustoća, dobra otpornost na pritisak; Hemijska otpornost na koroziju je vrlo dobra, a otpornost na pucanje na naprezanje okoline je odlična, čak i na višim temperaturama, može se koristiti za transport raznih kemikalija i materijala za naprezanje s ubrzanom cijevi, umrežena polietilenska cijev je lagana, samo oko 1 /8 od metalne cijevi; Dobra otpornost na koroziju i otpornost na habanje. Stopa habanja je manja od 1/4 čelične cijevi, a vijek trajanja je 2-6 puta veći od čelične cijevi; Unutrašnji zid je gladak, otpor protoka fluida je mali, a pri istom prečniku cevi, protok je veći od onog kod metalne cevi, a buka je mnogo niža; Performanse prijenosa su dobre, a količina tečnosti za prijenos je povećana za 30%-40% u poređenju sa čeličnom cijevi; Toplotna provodljivost je mnogo niža od one kod metalnih cijevi, tako da je njegova toplinska izolacija odlična. Kada se koristi u sistemu grijanja, očuvanje topline nije potrebno, a gubitak topline je mali; Može se proizvoljno savijati i neće biti krhka i napuknuta; Odlične performanse električne izolacije, laka instalacija i radno opterećenje manje od polovine metalne cijevi, niska cijena instalacije.
Zbog odličnih performansi materijala, cijevi od umreženog polietilena. Sa potpuno netoksičnom higijenom, smatra se novom generacijom zelenih lula, koje se uglavnom koriste u sljedećim aspektima:
(1) Sistemi za snabdijevanje hladnom i toplom vodom i cjevovodni sistemi pijaće vode za zgrade;
(2) Sistem rashladne vode za klimatizaciju zgrada;
(3) Sistem grijanja stambenih objekata;
(4) Sistem grijanja zemlje;
(5) Cjevovod sistema bojlera za domaćinstvo;
(6) Cjevovodi za transport pića, alkohola, mlijeka i drugih tečnosti u prehrambenoj industriji;
(7) Cevovodi za transport fluida hemijske i naftne industrije;
(8) Cjevovod sistema za hlađenje i tretman vode.
(5) Dobra otpornost na starenje i dug vijek trajanja.
