Апстракт: Укратко су описани принцип умрежавања, класификација, формулација, процес и опрема за изолациони материјал од силанског умреженог полиетилена за жице и каблове, а представљене су и неке карактеристике изолационог материјала од природно умреженог полиетилена силана у примени и употреби, као и фактори који утичу на стање умрежавања материјала.
Кључне речи: Умрежавање силана; Природно умрежавање; Полиетилен; Изолација; Жица и кабл
Силан умрежени полиетиленски кабловски материјал се сада широко користи у индустрији жица и каблова као изолациони материјал за нисконапонске каблове. Материјал у производњи умрежене жице и каблова, као и умрежавање пероксидом и умрежавање зрачењем у поређењу са потребном производном опремом је једноставан, лак за руковање, има ниске свеобухватне трошкове и друге предности, постао је водећи материјал за нисконапонске умрежене каблове са изолацијом.
1. Принцип умрежавања кабловског материјала умреженог силаном
Постоје два главна процеса у производњи силаном умреженог полиетилена: калемљење и умрежавање. У процесу калемљења, полимер губи свој H-атом на терцијарном атому угљеника под дејством слободног иницијатора и пиролизе у слободне радикале, који реагују са –CH = CH2 групом винил силана да би се произвео калемљени полимер који садржи триоксисилил естарску групу. У процесу умрежавања, калемљени полимер се прво хидролизује у присуству воде да би се произвео силанол, а –OH се кондензује са суседном Si-OH групом да би се формирала Si-O-Si веза, чиме се умрежавају макромолекули полимера.
2. Материјал за каблове умрежене силаном и његов метод производње кабла
Као што знате, постоје двостепене и једностепене методе производње каблова умрежених силаном и њихових каблова. Разлика између двостепене и једностепене методе лежи у томе где се спроводи процес калемљења силана, процес калемљења код произвођача кабловског материјала за двостепену методу, а процес калемљења у фабрици за производњу каблова за једностепену методу. Двостепени изолациони материјал од полиетилена умреженог силаном са највећим тржишним уделом састоји се од такозваних А и Б материјала, при чему је А материјал полиетилен калемљен силаном, а Б материјал је катализаторска главна смеса. Изолационо језгро се затим умрежава у топлој води или пари.
Постоји још један тип двостепеног силанског умреженог полиетиленског изолатора, где се материјал А производи на другачији начин, увођењем винил силана директно у полиетилен током синтезе да би се добио полиетилен са силанским разгранатим ланцима.
Једностепени метод такође има две врсте. Традиционални једностепени процес подразумева употребу различитих сировина у односу на формулу, посебног прецизног система за мерење, у посебно дизајнирани екструдер у једном кораку, како би се завршило калемљење и екструзија језгра изолације кабла. У овом процесу нема гранулације, нема потребе за учешћем фабрике кабловског материјала, већ фабрика каблова сама завршава процес. Ова једностепена опрема за производњу и технологија формулације силански умрежених каблова се углавном увози из иностранства и скупа је.
Друга врста једностепеног изолационог материјала од умреженог полиетилена од силана производе произвођачи кабловског материјала, који се састоји од свих сировина према формули у односу посебним поступком мешања, паковања и продаје. Нема материјала А и материјала Б, па се постројење за каблове може директно увести у екструдер како би се истовремено завршио корак калемљења и екструзије језгра изолације кабла. Јединствена карактеристика ове методе је у томе што нема потребе за скупим специјалним екструдерима, јер се процес калемљења силана може завршити у обичном ПВЦ екструдеру, а двостепена метода елиминише потребу за мешањем материјала А и Б пре екструзије.
3. Састав формулације
Формулација кабловског материјала од умреженог полиетилена силаном се генерално састоји од основне смоле, иницијатора, силана, антиоксиданса, инхибитора полимеризације, катализатора итд.
(1) Основна смола је генерално полиетилен ниске густине (LDPE) са индексом топљења (MI) од 2, али недавно, са развојем технологије синтетичких смола и притиском на трошкове, линеарни полиетилен ниске густине (LLDPE) се такође користи или делимично користи као основна смола за овај материјал. Различите смоле често имају значајан утицај на калемљење и умрежавање због разлика у њиховој унутрашњој макромолекуларној структури, тако да ће формулација бити модификована коришћењем различитих основних смола или исте врсте смоле од различитих произвођача.
(2) Иницијатор који се најчешће користи је диизопропил пероксид (DCP), кључ је у разумевању количине проблема, премало да изазове калемљење силана није довољно; превише да изазове умрежавање полиетилена, што смањује његову флуидност, површину екструдираног изолационог језгра чини храпавом, тешко је стискати систем. Пошто је количина додатог иницијатора веома мала и осетљива, важно је да се равномерно распореди, па се генерално додаје заједно са силаном.
(3) Силан се генерално користи као винил незасићени силан, укључујући винил триметоксисилан (А2171) и винил триетоксисилан (А2151). Због брзе хидролизе А2171, људи више бирају А2171. Слично томе, постоји проблем додавања силана, а тренутни произвођачи кабловског материјала покушавају да смање трошкове доње границе, јер се силан увози, па је цена скупља.
(4) Антиоксиданс служи за обезбеђивање стабилности полиетилена током обраде и спречавање старења кабла. Додавање антиоксиданса у процесу калемљења силана има улогу инхибиције реакције калемљења, па је приликом додавања антиоксиданса потребно водити рачуна о количини додатог антиоксиданса и узети у обзир количину DCP-а која одговара избору. У двостепеном процесу умрежавања, већина антиоксиданса може се додати у главну смесу катализатора, што може смањити утицај на процес калемљења. У једностепеном процесу умрежавања, антиоксиданс је присутан у целом процесу калемљења, па је избор врсте и количине важнији. Најчешће коришћени антиоксиданси су 1010, 168, 330 итд.
(5) Инхибитор полимеризације се додаје како би се спречиле неке споредне реакције у процесу калемљења и умрежавања. Додавањем средства против умрежавања у процесу калемљења, ефикасно се смањује појава C2C умрежавања, чиме се побољшава флуидност обраде. Поред тога, додавању калемљења под истим условима претходи хидролиза силана. Инхибитор полимеризације може смањити хидролизу калемљеног полиетилена, чиме се побољша дугорочна стабилност материјала за калемљење.
(6) Катализатори су често органотин деривати (осим за природно умрежавање), а најчешћи је дибутилтин дилаурат (DBDTL), који се генерално додаје у облику мастербача. У двостепеном процесу, калем (материјал А) и мастербач катализатора (материјал Б) се пакују одвојено, а материјали А и Б се мешају пре додавања у екструдер како би се спречило претходно умрежавање материјала А. У случају једностепених изолација од силаном умреженог полиетилена, полиетилен у паковању још није калемљен, тако да нема проблема са претходним умрежавањем и стога катализатор не мора бити одвојено пакован.
Поред тога, на тржишту су доступни сложени силани, који су комбинација силана, иницијатора, антиоксиданса, неких мазива и средстава против бакра, и генерално се користе у једностепеним методама умрежавања силана у кабловским постројењима.
Стога, формулација изолације од силанског умреженог полиетилена, чији се састав не сматра веома сложеним и доступан је у релевантним информацијама, али одговарајуће производне формулације, подложне су одређеним прилагођавањима како би се финализовале, што захтева потпуно разумевање улоге компоненти у формулацији и закона њиховог утицаја на перформансе и њихов међусобни утицај.
Код многих врста кабловских материјала, силански умрежени кабловски материјал (било двостепени или једностепени) сматра се јединим хемијским процесом који се одвија у екструзији, док код других врста, као што су поливинилхлоридни (ПВЦ) кабловски материјал и полиетиленски (ПЕ) кабловски материјал, процес екструзионе гранулације је физички процес мешања. Чак и ако се хемијски умрежава и зрачи, било у процесу екструзионе гранулације или екструзионог система кабла, нема хемијског процеса. Дакле, у поређењу са тим, код производње силанског умреженог кабловског материјала и екструзије кабловске изолације, контрола процеса је важнија.
4. Двостепени процес производње изолације од умреженог полиетилена силаном
Процес производње двостепеног изолационог материјала од силанског умреженог полиетилена може се укратко представити сликом 1.
Слика 1 Процес производње двостепеног изолационог материјала од умреженог полиетилена силаном А
Неке кључне тачке у процесу производње двостепене силанске умрежене полиетиленске изолације:
(1) Сушење. Пошто полиетиленска смола садржи малу количину воде, када се екструдира на високим температурама, вода брзо реагује са силил групама и ствара умрежавање, што смањује флуидност растопа и ствара претходно умрежавање. Готов материјал такође садржи воду након хлађења водом, која такође може изазвати претходно умрежавање ако се не уклони, и такође се мора осушити. Да би се осигурао квалитет сушења, користи се јединица за дубинско сушење.
(2) Дозирање. Пошто је тачност формулације материјала важна, генерално се користи увезена вага за мерење губитка тежине. Полиетиленска смола и антиоксиданс се мере и доводе кроз отвор за довод екструдера, док се силан и иницијатор убризгавају пумпом за течни материјал у други или трећи цилиндар екструдера.
(3) Екструзионо калемљење. Процес калемљења силана се завршава у екструдеру. Подешавања процеса екструдера, укључујући температуру, комбинацију шрафова, брзину шрафова и брзину додавања, морају се придржавати принципа да материјал у првом делу екструдера може бити потпуно растопљен и равномерно помешан, када прерано разлагање пероксида није пожељно, и да потпуно уједначен материјал у другом делу екструдера мора бити потпуно разложен и процес калемљења завршен. Типичне температуре дела екструдера (LDPE) су приказане у Табели 1.
Табела 1 Температуре зона двостепеног екструдера
| Радна зона | Зона 1 | Зона 2 | Зона 3 ① | Зона 4 | Зона 5 |
| Температура P °C | 140 | 145 | 120 | 160 | 170 |
| Радна зона | Зона 6 | Зона 7 | Зона 8 | Зона 9 | Уста матрица |
| Температура °C | 180 | 190 | 195 | 205 | 195 |
① је место где се додаје силан.
Брзина екструдера одређује време задржавања и ефекат мешања материјала у екструдеру. Ако је време задржавања кратко, разградња пероксида је непотпуна; ако је време задржавања предуго, вискозност екструдираног материјала се повећава. Генерално, просечно време задржавања гранула у екструдеру треба контролисати у периоду полуразградње иницијатора од 5-10 пута. Брзина додавања не само да има одређени утицај на време задржавања материјала, већ и на мешање и смицање материјала, па је избор одговарајуће брзине додавања такође веома важан.
(4) Паковање. Двостепено силански умрежени изолациони материјал треба да буде упакован у алуминијумско-пластичне композитне кесе на директном ваздуху како би се елиминисала влага.
5. Једностепени процес производње изолационог материјала од умреженог полиетилена силаном
Једностепени силански умрежени полиетиленски изолациони материјал због свог процеса калемљења у фабрици каблова у екструзији језгра кабловске изолације, тако да је температура екструзије кабловске изолације знатно виша него код двостепене методе. Иако је једностепена формула за изолацију од умреженог полиетилена силаном у потпуности разматрана у брзој дисперзији иницијатора и силана и смицања материјала, али процес калемљења мора бити загарантован температуром, што је фабрика за производњу једностепене изолације од умреженог полиетилена силаном више пута нагласила важност правилног избора температуре екструзије, општа препоручена температура екструзије приказана је у Табели 2.
Табела 2 Температура једностепеног екструдера сваке зоне (јединица: ℃)
| Зона | Зона 1 | Зона 2 | Зона 3 | Зона 4 | Прирубница | Глава |
| Температура | 160 | 190 | 200～210 | 220～230 | 230 | 230 |
Ово је једна од слабости једностепеног процеса умреженог полиетилена силаном, који генерално није потребан приликом екструдирања каблова у два корака.
6. Производна опрема
Производна опрема је важна гаранција контроле процеса. Производња силански умрежених каблова захтева веома висок степен тачности контроле процеса, тако да је избор производне опреме посебно важан.
Производња двостепеног изолационог материјала од умреженог полиетилена са силаном. Опрема за производњу материјала, тренутно више домаћи изотропни паралелни екструдер са два вијка са увезеним бестежинским мерењем, такви уређаји могу да испуне захтеве тачности контроле процеса, избор дужине и пречника екструдера са два вијка како би се осигурало време задржавања материјала, избор увезеног бестежинског мерења како би се осигурала тачност састојака. Наравно, постоје многи детаљи опреме којима треба посветити пуну пажњу.
Као што је раније поменуто, опрема за производњу једностепених силанских умрежених каблова у фабрици каблова је увезена, скупа, домаћи произвођачи опреме немају сличну производну опрему, разлог је недостатак сарадње између произвођача опреме и истраживача формула и процеса.
7. Силан природни умрежени полиетиленски изолациони материјал
Изолациони материјал од природно умреженог полиетилена силана, развијен последњих година, може се умрежити у природним условима у року од неколико дана, без паре или потапања у топлу воду. У поређењу са традиционалном методом умрежавања силаном, овај материјал може скратити производни процес за произвођаче каблова, додатно смањујући трошкове производње и повећавајући ефикасност производње. Изолација од природно умреженог полиетилена силана је све више препозната и коришћена од стране произвођача каблова.
Последњих година, домаћа силанска природна умрежена полиетиленска изолација је сазрела и производи се у великим количинама, са одређеним предностима у цени у поређењу са увезеним материјалима.
7. 1 Идеје за формулацију изолација од природно умреженог полиетилена са силаном
Изолације од природног умреженог полиетилена са силаном производе се у двостепеном процесу, са истом формулацијом која се састоји од основне смоле, иницијатора, силана, антиоксиданса, инхибитора полимеризације и катализатора. Формулација изолатора од природног умреженог полиетилена са силаном заснива се на повећању брзине калемљења силана на А материјал и одабиру ефикаснијег катализатора од изолатора од полиетилена умреженог топлом водом са силаном. Употреба А материјала са већом брзином калемљења силана у комбинацији са ефикаснијим катализатором омогућиће изолатору од умреженог полиетилена са силаном да се брзо умрежи чак и на ниским температурама и са недовољном влагом.
А-материјали за увезене силанске природно умрежене полиетиленске изолаторе синтетишу се кополимеризацијом, где се садржај силана може контролисати на високом нивоу, док је производња А-материјала са високим стопама калемљења калемљењем силана тешка. Основна смола, иницијатор и силан који се користе у рецептури треба да варирају и прилагођавају се у погледу разноликости и додатка.
Избор резиста и подешавање његове дозе су такође кључни, јер повећање брзине калемљења силана неизбежно доводи до већег броја споредних реакција умрежавања ЦЦ-ом. Да би се побољшала флуидност обраде и стање површине А материјала за накнадну екструзију кабла, потребна је одговарајућа количина инхибитора полимеризације како би се ефикасно инхибирало умрежавање ЦЦ-ом и претходно умрежавање.
Поред тога, катализатори играју важну улогу у повећању брзине умрежавања и требало би да буду одабрани као ефикасни катализатори који садрже елементе без прелазних метала.
7. 2 Време умрежавања изолација од природно умреженог полиетилена силаном
Време потребно за завршетак умрежавања изолације од природно умреженог полиетилена силаном у природном стању зависи од температуре, влажности и дебљине слоја изолације. Што су температура и влажност виши, што је дебљина слоја изолације тања, то је време умрежавања потребно краће, а дуже супротно. Како се температура и влажност разликују од региона до региона и од сезоне до сезоне, чак и на истом месту и у исто време, температура и влажност данас и сутра ће бити различите. Стога, током употребе материјала, корисник треба да одреди време умрежавања према локалној и преовлађујућој температури и влажности, као и спецификацији кабла и дебљини слоја изолације.
Време објаве: 13. август 2022.