Absztrakt: Röviden ismertetjük a szilánnal térhálósított polietilén szigetelőanyag térhálósításának elvét, osztályozását, összetételét, eljárását és berendezéseit vezetékekhez és kábelekhez, valamint bemutatjuk a szilánnal természetes úton térhálósított polietilén szigetelőanyag néhány jellemzőjét alkalmazás és felhasználás során, valamint az anyag térhálósítási állapotát befolyásoló tényezőket.
Kulcsszavak: Szilán térhálósítás; Természetes térhálósítás; Polietilén; Szigetelés; Vezeték és kábel
A szilánnal térhálósított polietilén kábelanyagot ma már széles körben használják a vezeték- és kábeliparban kisfeszültségű erősáramú kábelek szigetelőanyagaként. A térhálósított vezetékek és kábelek gyártásához használt anyag, valamint a peroxidos térhálósítás és a besugárzásos térhálósítás a szükséges gyártóberendezésekhez képest egyszerűbb, könnyen kezelhetőbb, alacsony átfogó költséggel és egyéb előnyökkel jár, így a kisfeszültségű térhálósított szigetelt kábelek vezető anyagává vált.
1. Szilán térhálósított kábelanyag térhálósítási elve
A szilánnal térhálósított polietilén előállításának két fő folyamata van: az oltás és a térhálósítás. Az oltási folyamat során a polimer szabad iniciátor és pirolízis hatására elveszíti a tercier szénatomon lévő H-atomját, szabad gyökökké alakulva, amelyek reakcióba lépnek a vinil-szilán – CH = CH2 csoportjával, és egy trioxiszilil-észter csoportot tartalmazó oltott polimert hoznak létre. A térhálósítási folyamat során az oltott polimert először víz jelenlétében hidrolizálják, így szilanol keletkezik, majd az – OH kondenzálódik a szomszédos Si-OH csoporttal, így kialakítva a Si-O-Si kötést, így térhálósítva a polimer makromolekulákat.
2. Szilánnal térhálósított kábelanyag és kábelgyártási módszere
Mint tudják, a szilánnal térhálósított kábelek és kábeleik gyártásához két- és egylépéses módszerek léteznek. A kétlépéses és az egylépéses módszer közötti különbség abban rejlik, hogy hol végzik a szilánnal oltási folyamatot, a kétlépéses módszer esetében a kábelanyag-gyártónál, az egylépéses módszer esetében pedig a kábelgyártó üzemben. A legnagyobb piaci részesedéssel rendelkező kétlépéses szilánnal térhálósított polietilén szigetelőanyag az úgynevezett A és B anyagokból áll, ahol az A anyag a szilánnal oltott polietilén, a B anyag pedig a katalizátor mesterkeverék. A szigetelőmagot ezután meleg vízben vagy gőzben térhálósítják.
Létezik egy másik típusú kétlépéses szilánnal térhálósított polietilén szigetelő is, ahol az A anyagot más módon állítják elő, vinil-szilánt közvetlenül a polietilénbe juttatva a szintézis során, így szilánnal elágazó láncú polietilént kapnak.
Az egylépéses módszernek is két típusa van. A hagyományos egylépéses eljárás során a képlet szerint különféle nyersanyagokat speciális precíziós adagolórendszerrel adagolnak egy speciálisan tervezett extruderbe, hogy egyetlen lépésben elvégezzék a kábelszigetelő mag oltását és extrudálását. Ebben a folyamatban nincs szükség granulációra, nincs szükség a kábelgyár részvételére, a kábelgyárnak egyedül kell elvégeznie a folyamatot. Ez az egylépéses szilánnal térhálósított kábelgyártó berendezés és formulációs technológia többnyire külföldről importált, és drága.
A kábelanyag-gyártók egy másik típusú, egylépéses szilánnal térhálósított polietilén szigetelőanyagot állítanak elő. Ebben az esetben az összes nyersanyagot egy speciális módszerrel keverik össze, csomagolják és értékesítik, nincsenek A és B anyagok, a kábelgyár közvetlenül az extruderben végezheti el a kábelszigetelő mag egy lépésben történő oltását és extrudálását. Ennek a módszernek az egyedülálló tulajdonsága, hogy nincs szükség drága speciális extruderekre, mivel a szilánnal oltási folyamat egy hagyományos PVC extruderben is elvégezhető, és a kétlépéses módszer kiküszöböli az A és B anyagok összekeverésének szükségességét az extrudálás előtt.
3. Összetétel
A szilánnal térhálósított polietilén kábelanyag összetétele általában alapanyagból, gyantából, iniciátorból, szilánból, antioxidánsból, polimerizációs inhibitorból, katalizátorból stb. áll.
(1) Az alapgyanta általában kis sűrűségű polietilén (LDPE) gyanta, amelynek olvadási indexe (MI) 2, de az utóbbi időben a szintetikus gyanta technológia fejlődésével és a költségnyomással a lineáris kis sűrűségű polietilént (LLDPE) is használták, vagy részben használták alapgyantaként ehhez az anyaghoz. A különböző gyanták gyakran jelentős hatással vannak az oltásra és a térhálósodásra a belső makromolekuláris szerkezetük eltérései miatt, ezért a készítményt különböző alapgyanták vagy azonos típusú, különböző gyártóktól származó gyanta használatával módosítják.
(2) Az iniciátorként általában diizopropil-peroxidot (DCP) használnak. A lényeg a probléma mennyiségének megértése. Ha túl kevés van belőle, az nem okoz szilán beépülést; ha túl sok van belőle, az polietilén térhálósodásához vezet, ami csökkenti a folyékonyságát, az extrudált szigetelőmag felülete érdessé válik, és nehezen préselhető a rendszer. Mivel az iniciátor mennyisége nagyon kicsi és érzékeny, fontos, hogy egyenletesen oszlassuk el, ezért általában a szilánnal együtt adagolják.
(3) A szilán általában vinil-telítetlen szilán, beleértve a vinil-trimetoxi-szilánt (A2171) és a vinil-trietoxi-szilánt (A2151), az A2171 gyors hidrolízissebessége miatt, ezért az A2171-et érdemes választani. Hasonlóképpen problémát jelent a szilán hozzáadása is, a jelenlegi kábelgyártók igyekeznek elérni az alsó határt a költségek csökkentése érdekében, mivel a szilán importból származik, és az ára magasabb.
(4) Az antioxidánsok biztosítják a polietilén feldolgozásának stabilitását és a kábel öregedésgátlását, valamint a szilán oltási folyamat során hozzáadott antioxidánsok szerepe az oltási reakció gátlása, ezért az oltási folyamat során óvatosan kell eljárni az antioxidánsok hozzáadásával, és figyelembe kell venni a hozzáadott mennyiséget, hogy a DCP mennyisége illeszkedjen a kiválasztáshoz. A kétlépéses térhálósítási folyamatban az antioxidánsok nagy része a katalizátor mesterkeverékben adható hozzá, ami csökkentheti az oltási folyamatra gyakorolt hatást. Az egylépéses térhálósítási folyamatban az antioxidáns a teljes oltási folyamatban jelen van, ezért a fajok és a mennyiség megválasztása fontosabb. A gyakran használt antioxidánsok az 1010, 168, 330 stb.
(5) A polimerizációs inhibitort azért adják hozzá, hogy gátolják az oltási és térhálósodási folyamat során fellépő mellékreakciókat. Az oltási folyamat során térhálósodásgátló szer hozzáadása hatékonyan csökkentheti a C2C térhálósodás előfordulását, ezáltal javítva a feldolgozás folyékonyságát. Ezenkívül az oltvány azonos körülmények között történő hozzáadását a szilán hidrolízise előzi meg a polimerizációs inhibitoron, ami csökkentheti az oltott polietilén hidrolízisét, javítva az oltóanyag hosszú távú stabilitását.
(6) A katalizátorok gyakran szerves ónszármazékok (a természetes térhálósodást kivéve), ezek közül a leggyakoribb a dibutil-ón-dilaurát (DBDTL), amelyet általában mesterkeverék formájában adnak hozzá. A kétlépéses eljárásban az oltványt (A anyag) és a katalizátor mesterkeveréket (B anyag) külön csomagolják, és az A és B anyagokat az extruderbe adás előtt összekeverik, hogy megakadályozzák az A anyag előzetes térhálósodását. Az egylépéses szilánnal térhálósított polietilén szigetelések esetében a csomagban lévő polietilén még nincs oltva, így nincs előzetes térhálósodási probléma, ezért a katalizátort nem kell külön csomagolni.
Ezenkívül kaphatók összetett szilánok is, amelyek szilán, iniciátor, antioxidáns, néhány kenőanyag és rézgátló szer kombinációi, és amelyeket általában egylépéses szilán térhálósítási eljárásokban használnak kábelgyárakban.
Ezért a szilánnal térhálósított polietilén szigetelés receptúrája, amelynek összetétele nem tekinthető túl bonyolultnak, és a vonatkozó információkban is rendelkezésre áll, de a megfelelő gyártási receptúrák, a véglegesítés érdekében bizonyos módosításoknak vannak kitéve, ami megköveteli az összetevők szerepének teljes megértését a receptúrában, valamint a teljesítményre gyakorolt hatásuk törvényszerűségét és kölcsönös befolyásukat.
A kábelanyagok sokféle változata közül a szilánnal térhálósított kábelanyag (akár kétlépéses, akár egylépéses) tekinthető az extrudálás során előforduló egyetlen kémiai folyamatnak. Más fajták, például a polivinil-klorid (PVC) kábelanyag és a polietilén (PE) kábelanyag esetében az extrudálásos granulációs folyamat fizikai keverési folyamat. Még akkor is, ha a kémiai térhálósítás és a besugárzásos térhálósítás során a kábelanyagot extrudálásos granulációs folyamatban vagy extrudálási rendszerben alkalmazzák, nincs kémiai folyamat. Ezért a szilánnal térhálósított kábelanyag és a kábelszigetelés extrudálásakor a folyamatvezérlés fontosabb.
4. Kétlépéses szilánnal térhálósított polietilén szigetelésgyártási folyamat
A kétlépéses szilánnal térhálósított polietilén szigetelőanyag A gyártási folyamatát röviden az 1. ábra szemlélteti.
1. ábra Kétlépéses szilánnal térhálósított polietilén szigetelőanyag gyártási folyamata A
A kétlépcsős szilánnal térhálósított polietilén szigetelés gyártási folyamatának néhány kulcsfontosságú pontja:
(1) Szárítás. Mivel a polietilén gyanta kis mennyiségű vizet tartalmaz, magas hőmérsékleten történő extrudáláskor a víz gyorsan reakcióba lép a szililcsoportokkal, térhálósodást okozva, ami csökkenti az olvadék folyékonyságát és előtérhálósodást eredményez. A kész anyag vízhűtés után is tartalmaz vizet, ami szintén előtérhálósodást okozhat, ha nem távolítják el, és ezt is szárítani kell. A szárítás minőségének biztosítása érdekében mélyszárító egységet használnak.
(2) Adagolás. Mivel az anyagösszetétel pontossága fontos, általában importált súlyveszteség-mérő mérleget használnak. A polietilén gyantát és az antioxidánst az extruder adagolónyílásán keresztül mérik és adagolják, míg a szilánt és az iniciátort egy folyékonyanyag-szivattyú fecskendezi be az extruder második vagy harmadik hengerébe.
(3) Extrudálásos oltás. A szilán oltási folyamata az extruderben történik. Az extruder folyamatbeállításainak, beleértve a hőmérsékletet, a csigakombinációt, a csigasebességet és az adagolási sebességet, azt az elvet kell követniük, hogy az extruder első szakaszában az anyag teljesen megolvadjon és egyenletesen keveredjen, amikor a peroxid idő előtti bomlása nem kívánatos, és hogy az extruder második szakaszában a teljesen egyenletes anyagnak teljesen le kell bomlania, és az oltási folyamatnak be kell fejeződnie. A tipikus extruder szakaszhőmérsékleteket (LDPE) az 1. táblázat mutatja.
1. táblázat A kétlépcsős extruder zónák hőmérsékletei
| Munkaterület | 1. zóna | 2. zóna | 3. zóna ① | 4. zóna | 5. zóna |
| Hőmérséklet P °C | 140 | 145 | 120 | 160 | 170 |
| Munkaterület | 6. zóna | 7. zóna | 8. zóna | 9. zóna | Szájvágó |
| Hőmérséklet °C | 180 | 190 | 195 | 205 | 195 |
①Itt adagoljuk a szilánt.
Az extruder csiga sebessége határozza meg az anyag tartózkodási idejét és keverési hatását az extruderben. Ha a tartózkodási idő rövid, a peroxid bomlása nem teljes; ha a tartózkodási idő túl hosszú, az extrudált anyag viszkozitása megnő. Általánosságban elmondható, hogy a granulátum átlagos tartózkodási idejét az extruderben az iniciátor bomlási felezési idejének 5-10-szeresére kell csökkenteni. Az adagolási sebesség nemcsak az anyag tartózkodási idejére van hatással, hanem az anyag keveredésére és nyírására is, ezért a megfelelő adagolási sebesség kiválasztása is nagyon fontos.
(4) Csomagolás. A kétlépcsős szilánnal térhálósított szigetelőanyagot alumínium-műanyag kompozit zacskókba kell csomagolni, közvetlen levegőn, a nedvesség eltávolítása érdekében.
5. Egylépéses szilánnal térhálósított polietilén szigetelőanyag gyártási folyamat
Az egylépéses szilánnal térhálósított polietilén szigetelőanyag oltási folyamata miatt a kábelgyárban extrudálják a kábelszigetelő magot, így a kábelszigetelés extrudálási hőmérséklete lényegesen magasabb, mint a kétlépéses módszernél. Bár az egylépéses szilánnal térhálósított polietilén szigetelés formuláját teljes mértékben figyelembe vették az iniciátor és a szilán gyors diszperziójában, valamint az anyag nyírásában, az oltási folyamatot a hőmérsékletnek kell garantálnia, ezért az egylépéses szilánnal térhálósított polietilén szigetelésgyártó üzem ismételten hangsúlyozta az extrudálási hőmérséklet helyes megválasztásának fontosságát, az általánosan ajánlott extrudálási hőmérsékletet a 2. táblázat mutatja.
2. táblázat Az egyes zónák egylépéses extruder hőmérséklete (egység: ℃)
| Zóna | 1. zóna | 2. zóna | 3. zóna | 4. zóna | Karima | Fej |
| Hőmérséklet | 160 | 190 | 200～210 | 220～230 | 230 | 230 |
Ez az egylépéses szilánnal térhálósított polietilén eljárás egyik gyengesége, amelyre általában nincs szükség a kábelek kétlépéses extrudálásakor.
6. Gyártóberendezések
A gyártóberendezés a folyamatirányítás fontos garanciája. A szilánnal térhálósított kábelek gyártása nagyon nagyfokú folyamatirányítási pontosságot igényel, ezért a gyártóberendezések kiválasztása különösen fontos.
A kétlépéses szilánnal térhálósított polietilén szigetelőanyag gyártása. Az anyaggyártó berendezések jelenleg inkább a hazai izotróp párhuzamos kétcsigás extrudert használják importált súlytalan méréssel. Az ilyen eszközök megfelelnek a folyamatirányítási pontosság követelményeinek, a kétcsigás extruder hosszának és átmérőjének megválasztásával biztosítják az anyag tartózkodási idejét, az importált súlytalan méréssel pedig biztosítják az összetevők pontosságát. Természetesen a berendezés számos részletére teljes figyelmet kell fordítani.
Amint azt korábban említettük, a kábelgyárban található egylépéses szilánnal térhálósított kábelgyártó berendezések importáltak, drágák, a hazai berendezésgyártóknak nincsenek hasonló gyártóberendezéseik, ennek oka a berendezésgyártók és a képlet- és folyamatkutatók közötti együttműködés hiánya.
7.Szilán természetes térhálós polietilén szigetelőanyag
Az utóbbi években kifejlesztett szilán természetes térhálósítású polietilén szigetelőanyag természetes körülmények között, néhány napon belül térhálósítható, gőz vagy meleg víz bemerítése nélkül. A hagyományos szilán térhálósítási módszerrel összehasonlítva ez az anyag lerövidítheti a kábelgyártók gyártási folyamatát, tovább csökkentve a termelési költségeket és növelve a termelési hatékonyságot. A szilán természetes térhálósítású polietilén szigetelés egyre inkább elismert és használt a kábelgyártók körében.
Az utóbbi években a hazai szilán természetes térhálós polietilén szigetelés kiforrott és nagy mennyiségben gyártották, bizonyos árelőnnyel az importált anyagokhoz képest.
7. 1 Formulázási ötletek szilánnal természetes úton térhálósított polietilén szigetelésekhez
A szilán természetes térhálós polietilén szigetelőket kétlépéses eljárással állítják elő, ugyanazzal a receptúrával, amely alapgyantából, iniciátorból, szilánból, antioxidánsból, polimerizációs inhibitorból és katalizátorból áll. A szilán természetes térhálós polietilén szigetelők formulája az A anyag szilán oltási sebességének növelésén és egy hatékonyabb katalizátor kiválasztásán alapul, mint a szilán melegvízben térhálósított polietilén szigetelők. A magasabb szilán oltási sebességű A anyagok és egy hatékonyabb katalizátor kombinációja lehetővé teszi a szilán térhálósított polietilén szigetelő gyors térhálósodását még alacsony hőmérsékleten és nem elegendő nedvességtartalom mellett is.
Az importált szilánnal természetes módon térhálósított polietilén szigetelők A-anyagait kopolimerizációval szintetizálják, ahol a szilántartalom magas szinten szabályozható, míg a nagy oltási arányú A-anyagok előállítása szilán oltásával nehézkes. A receptben használt alapgyantát, iniciátort és szilánt változatosnak és adalékanyagoknak kell lenniük.
A reziszt kiválasztása és adagolásának beállítása szintén kulcsfontosságú, mivel a szilán oltási sebességének növekedése elkerülhetetlenül több CC térhálósodási mellékreakcióhoz vezet. Az A anyag feldolgozási folyékonyságának és felületi állapotának javítása érdekében a későbbi kábelextrudáláshoz megfelelő mennyiségű polimerizációs inhibitorra van szükség a CC térhálósodás és az előzetes térhálósodás hatékony gátlásához.
Ezenkívül a katalizátorok fontos szerepet játszanak a térhálósodási sebesség növelésében, és hatékony katalizátorként kell kiválasztani őket, amelyek átmenetifém-mentes elemeket tartalmaznak.
7. 2 Szilánnal természetes úton térhálósított polietilén szigetelések térhálósodási ideje
A szilánnal térhálósított polietilén szigetelés természetes állapotában történő térhálósodásához szükséges idő a hőmérséklettől, a páratartalomtól és a szigetelőréteg vastagságától függ. Minél magasabb a hőmérséklet és a páratartalom, annál vékonyabb a szigetelőréteg vastagsága, annál rövidebb a szükséges térhálósodási idő, és fordítva, annál hosszabb. Mivel a hőmérséklet és a páratartalom régiónként és évszakonként változik, még ugyanazon a helyen és időben is eltérő lesz a mai és a holnapi hőmérséklet és páratartalom. Ezért az anyag használata során a felhasználónak a térhálósodási időt a helyi és uralkodó hőmérséklet és páratartalom, valamint a kábel specifikációja és a szigetelőréteg vastagsága alapján kell meghatároznia.
Közzététel ideje: 2022. augusztus 13.