Abstrak: Prinsip penyambungan silang, pengelasan, formulasi, proses dan peralatan bahan penebat polietilena penyambungan silang silana untuk wayar dan kabel dihuraikan secara ringkas, dan beberapa ciri bahan penebat polietilena penyambungan silang semula jadi silana dalam aplikasi dan penggunaan serta faktor yang mempengaruhi keadaan penyambungan silang bahan diperkenalkan.
Kata kunci: Penghubung silang silana; Penghubung silang semula jadi; Polietilena; Penebat; Wayar dan kabel
Bahan kabel polietilena berangkai silang silana kini digunakan secara meluas dalam industri wayar dan kabel sebagai bahan penebat untuk kabel kuasa voltan rendah. Bahan dalam pembuatan wayar dan kabel berangkai silang, dan peroksida berangkai silang dan penyinaran berangkai silang berbanding dengan peralatan pembuatan yang diperlukan adalah mudah, mudah dikendalikan, kos komprehensif yang rendah dan kelebihan lain, telah menjadi bahan utama untuk kabel berangkai silang voltan rendah dengan penebat.
1. Prinsip penyambungan silang bahan kabel silang silane
Terdapat dua proses utama yang terlibat dalam pembuatan polietilena berangkai silang silana: cantuman dan pengikatan silang. Dalam proses cantuman, polimer kehilangan atom-Hnya pada atom karbon tertier di bawah tindakan pemula bebas dan pirolisis menjadi radikal bebas, yang bertindak balas dengan kumpulan –CH = CH2 vinil silana untuk menghasilkan polimer cantuman yang mengandungi kumpulan ester trioksisilil. Dalam proses pengikatan silang, polimer cantuman pertama kali dihidrolisis dengan kehadiran air untuk menghasilkan silanol, dan –OH terkondensasi dengan kumpulan Si-OH bersebelahan untuk membentuk ikatan Si-O-Si, sekali gus mengikat silang makromolekul polimer.
2. Bahan kabel silang silang silana dan kaedah penghasilan kabelnya
Seperti yang anda ketahui, terdapat kaedah pengeluaran dua langkah dan satu langkah untuk kabel silan silang dan kabelnya. Perbezaan antara kaedah dua langkah dan kaedah satu langkah terletak pada tempat proses cantuman silan dijalankan, proses cantuman di pengeluar bahan kabel untuk kaedah dua langkah, proses cantuman di kilang pembuatan kabel untuk kaedah satu langkah. Bahan penebat polietilena silang silan dua langkah dengan bahagian pasaran terbesar terdiri daripada apa yang dipanggil bahan A dan B, dengan bahan A ialah polietilena yang dicantumkan dengan silan dan bahan B ialah kelompok induk pemangkin. Teras penebat kemudiannya dicantumkan silang dalam air suam atau wap.
Terdapat satu lagi jenis penebat polietilena berangkai silang silana dua langkah, di mana bahan A dihasilkan dengan cara yang berbeza, dengan memasukkan vinil silana terus ke dalam polietilena semasa sintesis untuk mendapatkan polietilena dengan rantai bercabang silana.
Kaedah satu langkah juga mempunyai dua jenis, proses satu langkah tradisional ialah pelbagai bahan mentah mengikut formula dalam nisbah sistem pemeteran ketepatan khas, ke dalam penyemperit khas yang direka khas dalam satu langkah untuk melengkapkan cantuman dan penyemperitan teras penebat kabel, dalam proses ini, tiada granulasi, tidak memerlukan penyertaan kilang bahan kabel, oleh kilang kabel untuk disiapkan sendiri. Peralatan pengeluaran kabel silang silan satu langkah dan teknologi formulasi ini kebanyakannya diimport dari luar negara dan mahal.
Satu lagi jenis bahan penebat polietilena berangkai silang silana satu langkah dihasilkan oleh pengeluar bahan kabel, semuanya bahan mentah mengikut formula dalam nisbah kaedah khas pencampuran bersama, pembungkusan dan penjualan, tiada bahan A dan bahan B, loji kabel boleh terus di dalam extruder untuk melengkapkan satu langkah pada masa yang sama cantuman dan penyemperitan teras penebat kabel. Ciri unik kaedah ini ialah tidak perlu extruder khas yang mahal, kerana proses cantuman silana boleh diselesaikan dalam extruder PVC biasa, dan kaedah dua langkah menghapuskan keperluan untuk mencampurkan bahan A dan B sebelum penyemperitan.
3. Komposisi formulasi
Formulasi bahan kabel polietilena berangkai silang silana secara amnya terdiri daripada bahan asas resin, pemula, silana, antioksidan, perencat pempolimeran, pemangkin, dan sebagainya.
(1) Resin asas secara amnya merupakan resin polietilena berketumpatan rendah (LDPE) dengan indeks leburan (MI) sebanyak 2, tetapi baru-baru ini, dengan perkembangan teknologi resin sintetik dan tekanan kos, polietilena berketumpatan rendah linear (LLDPE) juga telah digunakan atau sebahagiannya digunakan sebagai resin asas untuk bahan ini. Resin yang berbeza selalunya mempunyai kesan yang ketara terhadap cantuman dan penyambungan silang disebabkan oleh perbezaan dalam struktur makromolekul dalamannya, jadi formulasi akan diubah suai dengan menggunakan resin asas yang berbeza atau jenis resin yang sama daripada pengeluar yang berbeza.
(2) Pemula yang biasa digunakan ialah diisopropil peroksida (DCP), kuncinya adalah untuk memahami jumlah masalah, terlalu sedikit untuk menyebabkan cantuman silana tidak mencukupi; terlalu banyak untuk menyebabkan penyambungan silang polietilena, yang mengurangkan kecairannya, permukaan teras penebat yang diekstrusi kasar, sistem sukar untuk dipicit. Memandangkan jumlah pemula yang ditambah adalah sangat kecil dan sensitif, adalah penting untuk menyebarkannya secara sekata, jadi ia biasanya ditambah bersama-sama dengan silana.
(3) Silana biasanya digunakan sebagai silana tak tepu vinil, termasuk vinil trimetoksisilana (A2171) dan vinil trietoksisilana (A2151). Disebabkan kadar hidrolisis A2171 yang cepat, lebih ramai orang memilih A2171. Begitu juga, terdapat masalah menambah silana, pengeluar bahan kabel semasa cuba mencapai had bawahnya untuk mengurangkan kos, kerana silana diimport, harganya lebih mahal.
(4) Antioksidan adalah untuk memastikan kestabilan pemprosesan polietilena dan anti-penuaan kabel dan penambahannya, antioksidan dalam proses cantuman silana berperanan menghalang tindak balas cantuman, jadi proses cantuman, penambahan antioksidan perlu berhati-hati, jumlah yang ditambah perlu dipertimbangkan untuk memadankan jumlah DCP dengan pemilihan. Dalam proses penyambungan silang dua langkah, kebanyakan antioksidan boleh ditambah dalam kelompok induk pemangkin, yang boleh mengurangkan kesan pada proses cantuman. Dalam proses penyambungan silang satu langkah, antioksidan terdapat dalam keseluruhan proses cantuman, jadi pilihan spesies dan jumlah adalah lebih penting. Antioksidan yang biasa digunakan ialah 1010, 168, 330, dan sebagainya.
(5) Perencat pempolimeran ditambah untuk menghalang beberapa proses cantuman dan tindak balas sampingan yang berlaku, dalam proses cantuman untuk menambah agen anti-cantuman silang, boleh mengurangkan kejadian cantuman silang C2C dengan berkesan, sekali gus meningkatkan kecairan pemprosesan, di samping itu, penambahan cantuman dalam keadaan yang sama akan didahului oleh hidrolisis silana pada perencat pempolimeran yang boleh mengurangkan hidrolisis polietilena yang dicantumkan, untuk meningkatkan kestabilan jangka panjang bahan cantuman.
(6) Pemangkin selalunya merupakan derivatif organotin (kecuali untuk ikatan silang semula jadi), yang paling biasa ialah dibutiltin dilaurat (DBDTL), yang biasanya ditambah dalam bentuk kumpulan induk. Dalam proses dua langkah, cantuman (bahan A) dan kumpulan induk pemangkin (bahan B) dibungkus secara berasingan dan bahan A dan B dicampurkan bersama sebelum ditambah ke dalam penyemperit untuk mengelakkan pra-ikatan silang bahan A. Dalam kes penebat polietilena ikatan silang silana satu langkah, polietilena dalam bungkusan belum lagi dicantumkan, jadi tiada masalah pra-ikatan silang dan oleh itu pemangkin tidak perlu dibungkus secara berasingan.
Di samping itu, terdapat silana terkompaun yang terdapat di pasaran, yang merupakan gabungan silana, pemula, antioksidan, beberapa pelincir dan agen anti-kuprum, dan biasanya digunakan dalam kaedah penyambungan silang silana satu langkah di loji kabel.
Oleh itu, formulasi penebat polietilena berangkai silang silana, yang komposisinya tidak dianggap sangat kompleks dan tersedia dalam maklumat yang berkaitan, tetapi formulasi pengeluaran yang sesuai, tertakluk kepada beberapa pelarasan untuk dimuktamadkan, yang memerlukan pemahaman penuh tentang peranan komponen dalam formulasi dan hukum kesannya terhadap prestasi dan pengaruh bersama mereka.
Dalam pelbagai jenis bahan kabel, bahan kabel silang silang silana (sama ada dua langkah atau satu langkah) dianggap sebagai satu-satunya jenis proses kimia yang berlaku dalam penyemperitan, jenis lain seperti bahan kabel polivinil klorida (PVC) dan bahan kabel polietilena (PE), proses granulasi penyemperitan adalah proses pencampuran fizikal, walaupun bahan kabel silang silang dan penyinaran kimia, sama ada dalam proses granulasi penyemperitan, atau sistem penyemperitan Kabel, tiada proses kimia berlaku, jadi, sebagai perbandingan, pengeluaran bahan kabel silang silang silana dan penyemperitan penebat kabel, kawalan proses adalah lebih penting.
4. Proses pengeluaran penebat polietilena silang silang silana dua langkah
Proses pengeluaran bahan penebat polietilena silang silang silana dua langkah A boleh diwakili secara ringkas oleh Rajah 1.
Rajah 1 Proses pengeluaran bahan penebat polietilena silang silang silana dua langkah A
Beberapa perkara penting dalam proses pengeluaran penebat polietilena silang silang silana dua langkah:
(1) Pengeringan. Memandangkan resin polietilena mengandungi sedikit air, apabila diekstrusi pada suhu tinggi, air bertindak balas dengan cepat dengan kumpulan silil untuk menghasilkan ikatan silang, yang mengurangkan kebendairan cair dan menghasilkan pra-ikatan silang. Bahan siap juga mengandungi air selepas penyejukan air, yang juga boleh menyebabkan pra-ikatan silang jika tidak ditanggalkan, dan mesti juga dikeringkan. Untuk memastikan kualiti pengeringan, unit pengeringan dalam digunakan.
(2) Pengukuran. Memandangkan ketepatan formulasi bahan adalah penting, penimbang berat yang diimport biasanya digunakan. Resin polietilena dan antioksidan diukur dan disalurkan melalui port suapan extruder, manakala silana dan pemula disuntik oleh pam bahan cecair dalam tong kedua atau ketiga extruder.
(3) Cantuman penyemperitan. Proses cantuman silana diselesaikan dalam penyemperitan. Tetapan proses penyemperitan, termasuk suhu, kombinasi skru, kelajuan skru dan kadar suapan, mesti mengikut prinsip bahawa bahan dalam bahagian pertama penyemperitan boleh dicairkan sepenuhnya dan dicampur secara seragam, apabila penguraian pramatang peroksida tidak diingini, dan bahan yang seragam sepenuhnya dalam bahagian kedua penyemperitan mesti diuraikan sepenuhnya dan proses cantuman selesai. Suhu bahagian penyemperitan biasa (LDPE) ditunjukkan dalam Jadual 1.
Jadual 1 Suhu zon penyemperit dua langkah
| Zon kerja | Zon 1 | Zon 2 | Zon 3 ① | Zon 4 | Zon 5 |
| Suhu P °C | 140 | 145 | 120 | 160 | 170 |
| Zon kerja | Zon 6 | Zon 7 | Zon 8 | Zon 9 | Mulut mati |
| Suhu °C | 180 | 190 | 195 | 205 | 195 |
①ialah tempat silana ditambah.
Kelajuan skru extruder menentukan masa kediaman dan kesan pencampuran bahan dalam extruder, jika masa kediaman pendek, penguraian peroksida tidak lengkap; jika masa kediaman terlalu lama, kelikatan bahan yang diekstrusi meningkat. Secara amnya, purata masa kediaman granul dalam extruder harus dikawal dalam separuh hayat penguraian pemula sebanyak 5-10 kali. Kelajuan pemakanan bukan sahaja mempunyai kesan tertentu pada masa kediaman bahan, tetapi juga pada pencampuran dan ricih bahan, memilih kelajuan pemakanan yang sesuai juga sangat penting.
(4) Pembungkusan. Bahan penebat silang silana dua langkah hendaklah dibungkus dalam beg komposit aluminium-plastik di udara terbuka untuk menghilangkan kelembapan.
5. Proses pengeluaran bahan penebat polietilena berangkai silang silana satu langkah
Bahan penebat polietilena berangkai silang silana satu langkah kerana proses cantumannya berada di kilang kabel penyemperitan teras penebat kabel, jadi suhu penyemperitan penebat kabel jauh lebih tinggi daripada kaedah dua langkah. Walaupun formula penebat polietilena berangkai silang silana satu langkah telah dipertimbangkan sepenuhnya dalam penyebaran pesat pemula dan silana dan ricih bahan, tetapi proses cantuman mesti dijamin oleh suhu, yang merupakan kilang pengeluaran penebat polietilena berangkai silang silana satu langkah berulang kali menekankan kepentingan pilihan suhu penyemperitan yang betul, suhu penyemperitan umum yang disyorkan ditunjukkan dalam Jadual 2.
Jadual 2 Suhu penyemperit satu langkah bagi setiap zon (unit: ℃)
| Zon | Zon 1 | Zon 2 | Zon 3 | Zon 4 | Bebibir | Kepala |
| Suhu | 160 | 190 | 200～210 | 220～230 | 230 | 230 |
Ini adalah salah satu kelemahan proses polietilena berangkai silang silana satu langkah, yang biasanya tidak diperlukan apabila mengekstrusi kabel dalam dua langkah.
6. Peralatan pengeluaran
Peralatan pengeluaran merupakan jaminan penting bagi kawalan proses. Pengeluaran kabel silang silang silana memerlukan ketepatan kawalan proses yang sangat tinggi, jadi pilihan peralatan pengeluaran adalah amat penting.
Pengeluaran bahan penebat polietilena silang silang silana dua langkah adalah peralatan pengeluaran bahan, kini lebih banyak penyemperit skru berkembar selari isotropik domestik dengan penimbang tanpa berat yang diimport, peranti sedemikian boleh memenuhi keperluan ketepatan kawalan proses, pilihan panjang dan diameter penyemperit skru berkembar untuk memastikan masa kediaman bahan, pilihan penimbang tanpa berat yang diimport untuk memastikan ketepatan bahan. Sudah tentu terdapat banyak butiran peralatan yang perlu diberi perhatian sepenuhnya.
Seperti yang dinyatakan sebelum ini, peralatan pengeluaran kabel silang silang silana satu langkah di kilang kabel diimport, mahal, pengeluar peralatan domestik tidak mempunyai peralatan pengeluaran yang serupa, sebabnya adalah kekurangan kerjasama antara pengeluar peralatan dan penyelidik formula dan proses.
7. Bahan penebat polietilena bersilang silang semula jadi silane
Bahan penebat polietilena silang silang semula jadi silana yang dibangunkan dalam beberapa tahun kebelakangan ini boleh disambung silang di bawah keadaan semula jadi dalam masa beberapa hari, tanpa rendaman wap atau air suam. Berbanding dengan kaedah penyambungan silang silana tradisional, bahan ini dapat mengurangkan proses pengeluaran untuk pengeluar kabel, seterusnya mengurangkan kos pengeluaran dan meningkatkan kecekapan pengeluaran. Penebat polietilena silang silang semula jadi silana semakin dikenali dan digunakan oleh pengeluar kabel.
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, penebat polietilena silang silang semula jadi silana domestik telah matang dan telah dihasilkan dalam kuantiti yang banyak, dengan kelebihan harga tertentu berbanding bahan yang diimport.
7. 1 Idea formulasi untuk penebat polietilena berangkai silang secara semula jadi silana
Penebat polietilena berangkai silang semula jadi silana dihasilkan dalam proses dua langkah, dengan formulasi yang sama yang terdiri daripada resin asas, pemula, silana, antioksidan, perencat pempolimeran dan mangkin. Formulasi penebat polietilena berangkai silang semula jadi silana adalah berdasarkan peningkatan kadar cantuman silana bahan A dan memilih mangkin yang lebih cekap daripada penebat polietilena berangkai silang air suam silana. Penggunaan bahan A dengan kadar cantuman silana yang lebih tinggi digabungkan dengan mangkin yang lebih cekap akan membolehkan penebat polietilena berangkai silang silana berangkai silang dengan cepat walaupun pada suhu rendah dan dengan kelembapan yang tidak mencukupi.
Bahan-A untuk penebat polietilena berangkai silang semula jadi silana yang diimport disintesis melalui kopolimerisasi, di mana kandungan silana boleh dikawal pada tahap yang tinggi, manakala penghasilan bahan-A dengan kadar cantuman yang tinggi melalui cantuman silana adalah sukar. Resin asas, pemula dan silana yang digunakan dalam resipi harus dipelbagaikan dan diselaraskan dari segi kepelbagaian dan penambahan.
Pemilihan rintangan dan pelarasan dosnya juga penting, kerana peningkatan kadar cantuman silana pasti akan menyebabkan lebih banyak tindak balas sisi penyambungan silang CC. Untuk meningkatkan kebendairan pemprosesan dan keadaan permukaan bahan A untuk penyemperitan kabel berikutnya, jumlah perencat pempolimeran yang sesuai diperlukan untuk menghalang penyambungan silang CC dan pra-penyambungan silang sebelumnya dengan berkesan.
Di samping itu, pemangkin memainkan peranan penting dalam meningkatkan kadar ikatan silang dan harus dipilih sebagai pemangkin cekap yang mengandungi unsur bebas logam peralihan.
7. 2 Masa penyambungan silang penebat polietilena silang silang semula jadi silana
Masa yang diperlukan untuk melengkapkan penyambungan silang penebat polietilena penyambungan silang semula jadi silana dalam keadaan semula jadi bergantung pada suhu, kelembapan dan ketebalan lapisan penebat. Semakin tinggi suhu dan kelembapan, semakin nipis ketebalan lapisan penebat, semakin pendek masa penyambungan silang yang diperlukan, dan semakin lama sebaliknya. Memandangkan suhu dan kelembapan berbeza dari rantau ke rantau dan dari musim ke musim, walaupun di tempat yang sama dan pada masa yang sama, suhu dan kelembapan hari ini dan esok akan berbeza. Oleh itu, semasa penggunaan bahan, pengguna harus menentukan masa penyambungan silang mengikut suhu dan kelembapan tempatan dan semasa, serta spesifikasi kabel dan ketebalan lapisan penebat.
Masa siaran: 13 Ogos 2022