Polyeten (PE) tvärbindningsteknik är ett av de viktiga sätten att förbättra dess materialegenskaper. Den tvärbundna modifierade PE kan avsevärt förbättra dess egenskaper, vilket inte bara avsevärt förbättrar de omfattande egenskaperna hos PE såsom mekaniska egenskaper, motstånd mot sprickbildning i miljön, kemisk korrosionsbeständighet, krypbeständighet och elektriska egenskaper, utan också avsevärt förbättrar temperaturbeständigheten. nivå, vilket kan öka värmebeständighetstemperaturen för PE från 70 grader till mer än 100 grader, och därigenom kraftigt bredda användningsområdet för PE.
Tvärbunden polyetenisolering är polyeten under inverkan av högenergistrålar (såsom strålar, strålar, elektronstrålar, etc.) eller tvärbindningsmedel så att tvärbindning mellan makromolekyler kan förbättra dess värmebeständighet och andra egenskaper. Den långsiktiga arbetstemperaturen för kabeln som använder tvärbunden polyeten som isolering kan ökas till 90 grader och den momentana kortslutningstemperaturen som tål kan nå 170-250 grader .
Kort introduktion
Polyeten (PE) är en av de fem allmänna plasterna, och dess produktion och konsumtion rankas först bland olika syntetiska hartser, inom industri och jordbruk och används ofta i det dagliga livet. Emellertid är högtemperaturbeständigheten hos polyeten dålig. Mekaniska egenskaper och kemisk beständighet uppfyller ibland inte kraven för faktisk användning. Därför har modifieringen av polyeten alltid varit nyckeln till utvecklingen och tillämpningen av polyetenprodukter, och polyeten tvärbindningsteknik är en viktig teknik för att förbättra dess materialegenskaper. Tvärbunden modifierad polyeten kan avsevärt förbättra dess egenskaper, vilket inte bara avsevärt förbättrar de omfattande egenskaperna hos polyeten såsom mekaniska egenskaper, motstånd mot sprickbildning i miljön, kemisk korrosionsbeständighet, krypbeständighet och elektriska egenskaper. Dessutom är temperaturmotståndsnivån avsevärt förbättrad, och värmebeständighetstemperaturen för polyeten kan ökas från 70 grader till mer än 100 grader. Som ett resultat har användningsområdet för polyeten breddats avsevärt.
För närvarande har tvärbunden polyeten (XLPE) använts i stor utsträckning i rör, filmer, kabelmaterial och skumprodukter.
Prestanda och fördelar
Molekylerna av polyeten är sammansatta av linjära molekylkedjor. När temperaturen ökar försvagas bindningskraften mellan de linjära molekylkedjorna (van der Waals-kraften) så att hela det molekylära materialet deformeras, varför temperaturbeständigheten hos polyeten är dålig. Tvärbunden polyeten (XLPE) En kemisk kedjebrygga byggs upp mellan molekylerna så att molekylerna inte kan förskjutas, vilket övervinner bristen på polyeten. Prestandajämförelsen mellan tvärbunden polyeten och vanlig polyeten visas i tabell 1.
Tvärbunden polyeten har följande fördelar:
1. Värmebeständighet: XLPE med en tredimensionell nätstruktur har utmärkt värmebeständighet. Det kommer inte att sönderdelas och förkolnas under 200 grader, den långsiktiga arbetstemperaturen kan nå 90 grader och den termiska livslängden kan nå 40 år.
2. Isoleringsprestanda: XLPE bibehåller de ursprungliga goda isoleringsegenskaperna hos PE, och isolationsmotståndet ökas ytterligare. Dess dielektriska förlusttangens är mycket liten och påverkas inte särskilt mycket av temperaturen.
3. Mekaniska egenskaper: På grund av etableringen av nya kemiska bindningar mellan makromolekyler förbättras hårdheten, styvheten, slitstyrkan och slagtåligheten hos XLPE, vilket kompenserar för bristerna hos PE som är känsligt för miljöpåfrestningar och sprickbildning.
4. Kemisk beständighet: XLPE har stark syra- och alkalibeständighet och oljebeständighet, och dess förbränningsprodukter är huvudsakligen vatten och koldioxid, vilket är mindre skadligt för miljön och uppfyller kraven för modern brandsäkerhet.
Tvärbindningsprincip
Polyeten ([CH2-CH2]n, n-repeterad enhetsnummer) är en polymerförening som innehåller två element av kolväten och väte, med linjär eller grenad molekylstruktur makromolekylära kedjor, fast form vid rumstemperatur och kristallfas och amorf fas samexistens form i fast form av polyeten. Den relativa molekylvikten för polyeten är mellan 6,30 och<>,<>.
Polyeten har utmärkta elektriska isoleringsegenskaper, men dess dåliga värmebeständighet påverkar dess användning av råmaterial för kabelisolering. På grund av den svaga intermolekylära interaktionen i det amorfa området är smälttemperaturen för det mesta polyeten cirka 140 grader, och dess mekaniska hållfasthet minskar avsevärt när man närmar sig smältpunkten för polyeten, och sprickningsmotståndet försämras också.
När linjära makromolekylära kedjor bearbetas kemiskt eller fysikaliskt kallas processen att sammanfoga i form av tvärbundna bindningar tvärbindning eller "vulkanisering". Tvärbunden polyeten har egenskaperna för nättyp och kroppsstruktur, och dess värmebeständighet kommer att förbättras med ökningen av tvärbindning, och den relativa termiska töjningen kommer att minska i enlighet därmed. På grund av dess betydande förbättring av mekaniska egenskaper och värmebeständighet har det blivit ett allmänt använt isoleringsmaterial för kraftkabel.
Metoden att tvärbinda polyeten genom tvärbindning för att bilda tvärbunden polyeten är indelad i två kategorier: kemisk metod och fysikalisk metod, och processmetoderna som realiseras i industrin inkluderar huvudsakligen följande fem: högenergibestrålning tvärbindning, silantvärbindning, peroxidtvärbindning ultraviolett tvärbindning och salttvärbindning. Bland dem är peroxidtvärbindningsmetoden (även känd som kemisk tvärbindning) en tvärbindningsmetod som är lämplig för produktion av kablar med mellan- och högspänningsnivå, och dess princip är en serie fria radikalreaktioner som utlöses av högtemperatursönderdelning av peroxid och sedan tvärbinds PE. Peroxider sönderdelas av värme för att bilda fria radikaler, och processen för tvärbindningsreaktionen är som följer:
Tvärbindningsmetod
Det finns två typer av tvärbindningsmetoder för polyeten: fysisk tvärbindning (strålningstvärbindning) och kemisk tvärbindning. Kemisk tvärbindning delas in i silantvärbindning och peroxidtvärbindning.
Fysisk tvärbindning
Strålningstvärbindning: polyetenprodukter, såsom polyetenhöljen, filmer, tunnväggiga rör och andra produkter belagda på tråden, tvärbinds med strålar och högenergistrålar (som gör att polyetenmakromolekyler genererar fria radikaler och bildar CC-tvärbundna kedjor) . Graden av tvärbindning påverkas av strålningsdosen och temperaturen, och tvärbindningspunkten ökar med ökningen av stråldosen, så genom att kontrollera strålningsförhållandena kan tvärbundna polyetenprodukter med en viss grad av tvärbindning erhållas.
Tvärbunden polyeten framställd med strålningstvärbindningsmetod har följande fördelar: tvärbindning och extrudering utförs separat, produktkvaliteten är lätt att kontrollera, produktionseffektiviteten är hög och skrothastigheten är låg; Inga ytterligare initiatorer för fria radikaler (såsom peroxider, etc.) krävs under tvärbindningsprocessen, vilket upprätthåller materialets renhet och förbättrar materialets elektriska egenskaper; Den är särskilt lämplig för små tunnväggiga isolerade kablar som är svåra att tillverka genom kemisk tvärbindning. Strålningstvärbindning har emellertid också vissa nackdelar, såsom behovet av att öka accelerationsspänningen hos elektronstrålen vid tvärbindning av tjocka material; För tvärbindning av runda föremål som ledningar och kablar är det nödvändigt att rotera dem eller använda flera elektronstrålar för att göra bestrålningen enhetlig; Engångsinvesteringskostnaderna är betydande; Drift- och underhållstekniken är komplex, och säkerhetsskyddsproblemen i drift är också relativt hårda.
Kemisk tvärbindning
Kemisk tvärbindning är användningen av kemiska tvärbindningsmedel för att tvärbinda polymerer, som ändras från en linjär struktur till en nätverksstruktur.
Valet av tvärbindningsmedel bör bero på polymervarianten, bearbetningstekniken och produktens prestanda, det ideala tvärbindningsmedlet bör förutom att uppfylla vissa specifika krav också ha följande grundläggande krav: hög tvärbindningshastighet, stabil tvärbindningsstruktur; stor bearbetningssäkerhet, lätt att använda, måttlig giltighetstid efter tillsats av harts, inga förtida eller för sena tvärbindande nackdelar; påverkar inte produktens bearbetningsprestanda och användningsprestanda; giftfri, icke-förorenande, irriterar inte hud och ögon.
Vid kemisk tvärbindning finns peroxidtvärbindning, silantvärbindning och azo-tvärbindning:
(1) Peroxidtvärbindning och tvärbindningsmedel Peroxidtvärbindning, vanligen med organisk peroxid som tvärbindningsmedel, under inverkan av värme, sönderdelas för att generera aktiva fria radikaler, som gör att polymerens kolkedja genererar aktiva punkter och producerar kol-kol tvärbindning för att bilda en nätverksstruktur. Denna teknik kräver högtryckssträngsprutningsutrustning så att tvärbindningsreaktionen utförs i cylindern, och sedan värms produkten upp med en snabb uppvärmningsmetod, vilket resulterar i en tvärbunden produkt. Därför är användningen av peroxidtvärbindningsmetoden för att producera polyetenrör inte lätt att kontrollera, produktkvaliteten är instabil och kontinuerlig drift är svårare.
(2) Azo-tvärbindning
Metoden är att blanda azoföreningen i PE och extrudera vid en temperatur som är lägre än azoföreningens sönderdelning, och extruderingen sönderdelas av ett högtemperatursaltbad, och azoföreningen sönderdelas för att bilda fria radikaler, vilket initierar polyetentvärbindning. Det används vanligtvis för cypressgummimaterial med låga smälttemperaturer och har få praktiska tillämpningar för plast.
(3) Silantvärbindning och tvärbindningsmedel
På sextiotalet av 1900-talet utvecklades silantvärbindningsteknologi framgångsrikt. Tekniken använder vinylsilaner som innehåller dubbelbindningar för att reagera med smälta polymerer under inverkan av initiatorer för att bilda silanympade polymerer, som hydrolyseras i vatten i närvaro av en silanolkondensationskatalysator för att bilda en nätverksbunden oxankedjetvärbunden struktur. Silan-tvärbindningsteknologi har i hög grad främjat produktion och applicering av tvärbunden polyeten på grund av dess enkla utrustning, lättkontrollerade process, mindre investeringar, hög grad av tvärbindning av färdiga produkter och god kvalitet. Förutom polyeten och silan används även katalysatorer, initiatorer, antioxidanter etc. vid tvärbindning.
Jämfört med andra metoder har polyetenprodukterna som erhålls genom silantvärbindning följande fördelar:
(1) Mindre utrustningsinvesteringar, hög produktionseffektivitet och låg kostnad.
(2) Processen är mycket mångsidig, lämplig för polyeten med all densitet och även lämplig för de flesta polyeten med fyllmedel.
(3) Inte begränsat av tjocklek.
(4) Mängden peroxid är liten (endast 10 % när peroxid tvärbinds ensam), så färre mikroporer genereras i polyetenisoleringsskiktet, vilket bidrar till att bibehålla den höga isoleringen av polyeten.
Huvudapplikationer
På grund av sina utmärkta egenskaper används tvärbunden polyeten som högspännings-, högfrekventa, värmebeständiga isoleringsmaterial och tråd- och kabelbeklädnader som krävs av raketer, missiler, motorer, transformatorer etc. Tillverkning av värmekrympbara rör, värmekrympbara filmer, olika värmebeständiga rör, skumplaster, korrosionsbeständiga kemiska utrustningsfoder, komponenter och behållare, tillverkning av flamskyddade byggmaterial etc. För närvarande är de största användningsområdena främst tråd och kabel, rör, och skum.
1. Tvärbunden polyetenkabelmaterial
Kabelns värmebeständighet med tvärbunden polyeten som isolering är högre än för polyvinylklorid, den kan användas under lång tid vid 90 grader, och värmebeständighetstemperaturen vid kortslutning kan nå upp till 250 grader; Isolationsresistansen är hög, den dielektriska förlusttangenten är liten och den förändras i princip inte med temperaturförändringen; Den har god slitstyrka och sprickbildning i miljön. När tvärbunden polyeten förbränns av kablar, produceras koldioxid och vatten, medan PVC-kablar producerar väteklorid skadliga gaser vid förbränning; Dessutom är densiteten för tvärbunden polyeten cirka 40% mindre än den för PVC, vilket avsevärt kan minska kvaliteten på luftledningar.
2. Tvärbundet polyetenrör
Röret som produceras av tvärbunden polyeten har fördelarna med hög kryphållfasthet, korrosionsbeständighet, lättvikt och bra värmebeständighet. Aluminium-plastkompositröret som använder tvärbunden polyeten har stark lufttäthet och hög motståndskraft mot sprängspänning. Den har en antistatisk och avskärmande effekt.
Jämfört med PVC-rör och vanligt polyetenrör, innehåller tvärbundet polyetenrör inte mjukgörare, kommer inte att mögel och föder bakterier; Innehåller inte skadliga ingredienser, uppfyller FDA-standarder och kan användas i dricksvattenledningar; Bra värmebeständighet, värmebeständighet av vanlig polyvinylklorid och polyetenrör är 60-75 grader, medan tvärbundet polyetenrör är 90 grader, den maximala momentana temperaturen kan nå 185 grader, tål -75 grader låg temperatur; Brett driftstemperaturområde, kan användas under lång tid under -75-95 graders förhållanden, och livslängden är upp till 50 år. Hög tvärbindning, hög densitet, bra tryckbeständighet; Kemisk korrosionsbeständighet är mycket bra, och miljöspänningssprickningsbeständigheten är utmärkt, även vid högre temperaturer kan den användas för att transportera en mängd olika kemikalier och stressmaterial med accelererat rör, tvärbundet polyetenrör är lätt i vikt, endast cirka 1 /8 av metallrör; Bra korrosionsbeständighet och slitstyrka. Slitagehastigheten är mindre än 1/4 av stålröret, och livslängden är 2-6 gånger stålrörets; Den inre väggen är slät, vätskeflödesmotståndet är litet, och vid samma rördiameter är transportflödet större än metallröret, och ljudet är mycket lägre; Transmissionsprestandan är bra och transmissionsmängden vätska ökas med 30 %-40 % jämfört med stålröret; Värmeledningsförmågan är mycket lägre än för metallrör, så dess värmeisoleringsförmåga är utmärkt. Vid användning i värmesystemet krävs inte värmekonservering, och värmeförlusten är liten; Den kan böjas godtyckligt och kommer inte att vara spröd och sprucken; Utmärkt elektrisk isoleringsprestanda, enkel installation och installationsbelastning på mindre än hälften av metallröret, låg installationskostnad.
På grund av den utmärkta materialprestandan hos tvärbundet polyetenrör. Med helt giftfri hygien har det betraktats som en ny generation av gröna rör, huvudsakligen använt i följande aspekter:
(1) Kall- och varmvattenförsörjningssystem och dricksvattensystem i rörledningar för byggnader;
(2) Kylvattensystem för byggnadsluftkonditionering;
(3) Uppvärmningssystem för bostäder;
(4) Markvärmesystem;
(5) Rörledningar för varmvattenberedare för hushåll;
(6) Transportledningar för drycker, alkohol, mjölk och andra vätskor inom livsmedelsindustrin;
(7) Rörledningar för transport av vätskor för kemi- och petroleumindustrin;
(8) Rörledning för kylsystem och vattenbehandlingssystem.
(5) Bra åldringsbeständighet och lång livslängd.
