Tehnologija zamreženja polietilena (PE) je eno od pomembnih sredstev za izboljšanje lastnosti materiala. Premreženi modificirani PE lahko močno izboljša svoje lastnosti, kar ne samo bistveno izboljša celovite lastnosti PE, kot so mehanske lastnosti, odpornost proti razpokanju zaradi okoljskih obremenitev, odpornost proti kemični koroziji, odpornost proti lezenju in električne lastnosti, ampak tudi bistveno izboljša temperaturno odpornost raven, ki lahko poveča temperaturo toplotne odpornosti PE s 70 stopinj na več kot 100 stopinj, s čimer se močno razširi področje uporabe PE.
Izolacija iz zamreženega polietilena je polietilen pod vplivom visokoenergijskih žarkov (kot so žarki, žarki, elektronski žarki itd.) Ali zamreževalnih sredstev, tako da lahko navzkrižno povezovanje med makromolekulami izboljša njegovo toplotno odpornost in druge lastnosti. Dolgoročno delovno temperaturo kabla, ki uporablja zamreženi polietilen kot izolacijo, je mogoče povečati na 90 stopinj, trenutna temperatura kratkega stika, ki jo lahko prenese, pa lahko doseže 170-250 stopinj.
Kratek uvod
Polietilen (PE) je ena od petih splošnih plastičnih mas, njegova proizvodnja in poraba pa je na prvem mestu med različnimi umetnimi smolami, v industriji in kmetijstvu ter se pogosto uporablja v vsakdanjem življenju. Vendar pa je odpornost polietilena na visoke temperature slaba. Mehanske lastnosti in kemična odpornost včasih ne ustrezajo zahtevam dejanske uporabe. Zato je bila modifikacija polietilena vedno ključna za razvoj in uporabo izdelkov iz polietilena, tehnologija zamreženja polietilena pa je pomembna tehnologija za izboljšanje lastnosti materiala. Zamreženi modificirani polietilen lahko močno izboljša svoje lastnosti, kar ne le bistveno izboljša celovite lastnosti polietilena, kot so mehanske lastnosti, odpornost proti razpokanju zaradi okoljskih obremenitev, odpornost proti kemični koroziji, odpornost proti lezenju in električne lastnosti. Poleg tega se stopnja temperaturne odpornosti močno izboljša, temperatura toplotne odpornosti polietilena pa se lahko poveča s 70 stopinj na več kot 100 stopinj. Posledično se je področje uporabe polietilena močno razširilo.
Trenutno se zamreženi polietilen (XLPE) pogosto uporablja v ceveh, filmih, kabelskih materialih in izdelkih iz pene.
Učinkovitost in prednosti
Molekule polietilena so sestavljene iz linearnih molekulskih verig. Ko se temperatura poveča, vezna sila med linearnimi molekulskimi verigami (van der Waalsova sila) oslabi, tako da se celoten molekularni material deformira, zato je temperaturna odpornost polietilena slaba. Premreženi polietilen (XLPE) Med molekulami je vzpostavljen kemični verižni most, tako da se molekule ne morejo premakniti, kar odpravlja pomanjkanje polietilena. Primerjava zmogljivosti zamreženega polietilena in navadnega polietilena je prikazana v tabeli 1.
Zamreženi polietilen ima naslednje prednosti:
1. Toplotna odpornost: XLPE z mrežasto tridimenzionalno strukturo ima odlično toplotno odpornost. Ne bo se razgradil in karboniziral pod 200 stopinjami, dolgotrajna delovna temperatura lahko doseže 90 stopinj, toplotna življenjska doba pa lahko doseže 40 let.
2. Izolacijska zmogljivost: XLPE ohranja prvotne dobre izolacijske lastnosti PE, izolacijska upornost pa se še poveča. Njegov tangens dielektrične izgube je zelo majhen in nanj temperatura ne vpliva močno.
3. Mehanske lastnosti: zaradi vzpostavitve novih kemičnih vezi med makromolekulami se trdota, togost, odpornost proti obrabi in odpornost na udarce XLPE izboljšajo, s čimer se nadomestijo pomanjkljivosti PE, ki je dovzeten za okoljske obremenitve in razpoke.
4. Kemična odpornost: XLPE ima močno odpornost na kisline in alkalije ter odpornost na olje, njegovi produkti zgorevanja pa so predvsem voda in ogljikov dioksid, ki je manj škodljiv za okolje in izpolnjuje zahteve sodobne požarne varnosti.
Načelo zamreženja
Polietilen ([CH2-CH2]n, n-ponovljeno število enot) je polimerna spojina, ki vsebuje dva elementa ogljikovodike in vodike, z linearno ali razvejano molekularno strukturo makromolekularnih verig, trdno obliko pri sobni temperaturi in kristalno fazo ter oblika soobstoja amorfne faze v trdni obliki polietilena. Relativna molekulska masa polietilena je med 6,30 in<>,<>.
Polietilen ima odlične električne izolacijske lastnosti, vendar njegova slaba toplotna odpornost vpliva na njegovo uporabo kot surovine za izolacijo kablov. Zaradi šibke medmolekularne interakcije v amorfnem območju je tališče večine polietilena približno 140 stopinj, njegova mehanska trdnost pa se znatno zmanjša, ko se približa tališču polietilena, prav tako se poslabša odpornost proti razpokam.
Ko so linearne makromolekularne verige kemično ali fizikalno obdelane, se postopek spajanja v obliki zamreženih vezi imenuje zamreženje ali "vulkanizacija". Zamreženi polietilen ima lastnosti mrežnega tipa in strukturo telesa, njegova toplotna odpornost pa se bo povečala s povečanjem zamreženja, relativni toplotni raztezek pa se bo ustrezno zmanjšal. Zaradi znatnega izboljšanja mehanskih lastnosti in toplotne odpornosti je postal široko uporabljen izolacijski material za električne kable.
Metoda zamreženja polietilena z zamreževanjem, da se tvori zamrežen polietilen, je razdeljena v dve kategoriji: kemična metoda in fizikalna metoda, procesne metode, ki se izvajajo v industriji, pa vključujejo predvsem naslednjih pet: zamreženje z visokoenergijsko obsevanjem, zamreženje s silanom, zamreženje s peroksidom , ultravijolično zamreževanje in zamreževanje s soljo. Med njimi je metoda zamreževanja s peroksidom (znana tudi kot kemično zamreženje) metoda zamreženja, primerna za proizvodnjo kablov srednje in visoke napetosti, njeno načelo pa je niz reakcij prostih radikalov, ki jih sproži visokotemperaturna razgradnja peroksida. , nato pa je PE zamrežen. Peroksidi se s toploto razgradijo, da nastanejo prosti radikali, proces reakcije zamreženja pa je naslednji:
Metoda zamreženja
Obstajata dve vrsti metod zamreženja polietilena: fizično zamreženje (zamreževanje s sevanjem) in kemično zamreženje. Kemijsko zamreženje delimo na zamreženje s silanom in zamreženje s peroksidom.
Fizično zamreženje
Radiacijsko zamreženje: polietilenski izdelki, kot so polietilenski plašči, filmi, tankostenske cevi in drugi izdelki, prevlečeni z žico, so zamreženi z -žarki in visokoenergijskimi žarki (kar povzroči, da makromolekule polietilena ustvarjajo proste radikale in tvorijo CC zamrežene verige) . Na stopnjo zamreženja vplivata doza sevanja in temperatura, točka zamreženja pa se povečuje s povečanjem doze sevanja, zato je mogoče z nadzorom pogojev sevanja pridobiti izdelke iz zamreženega polietilena z določeno stopnjo zamreženja.
Zamreženi polietilen, proizveden z metodo zamreževanja s sevanjem, ima naslednje prednosti: zamreženje in ekstrudiranje se izvajata ločeno, kakovost izdelka je enostavno nadzorovati, proizvodna učinkovitost je visoka in stopnja odpadkov je nizka; Med postopkom zamreženja niso potrebni dodatni prosti radikalski iniciatorji (kot so peroksidi ipd.), kar ohranja čistost materiala in izboljšuje električne lastnosti materiala; Posebej primeren je za izolirane kable z majhnimi preseki, tankimi stenami, ki jih je težko izdelati s kemičnim zamreženjem. Vendar pa ima radiacijsko zamreženje tudi nekaj slabosti, kot je potreba po povečanju pospeševalne napetosti elektronskega žarka pri zamreževanju debelih materialov; Za zamreženje okroglih predmetov, kot so žice in kabli, jih je treba vrteti ali uporabiti več elektronskih žarkov, da bo obsevanje enakomerno; Enkratni investicijski stroški so precejšnji; Tehnologija obratovanja in vzdrževanja je zapletena, razmeroma hude pa so tudi težave z varnostno zaščito pri obratovanju.
Kemično navzkrižno povezovanje
Kemijsko zamreženje je uporaba kemičnih zamreževalnih sredstev za zamreženje polimerov, ki spremenijo linearno strukturo v mrežno strukturo.
Izbira sredstva za zamreženje mora biti odvisna od sorte polimera, tehnologije predelave in učinkovitosti izdelka. Idealno sredstvo za zamreženje mora imeti poleg izpolnjevanja nekaterih posebnih zahtev tudi naslednje osnovne zahteve: visoka stopnja zamreženja, stabilna struktura zamreženja; velika varnost obdelave, enostaven za uporabo, zmerno obdobje veljavnosti po dodajanju smole, brez prezgodnjega ali prepoznega zamreženja; ne vpliva na zmogljivost obdelave in učinkovitost uporabe izdelka; nestrupen, ne onesnažuje, ne draži kože in oči.
Pri kemičnem zamreževanju obstajajo peroksidno zamreževanje, silansko zamreževanje in azo zamreževanje:
(1) Peroksidno zamreževanje in zamreževalno sredstvo. Peroksidno zamreževanje, na splošno z uporabo organskega peroksida kot zamreževalnega sredstva, pod delovanjem toplote razpade, da nastanejo aktivni prosti radikali, zaradi katerih polimerna ogljikova veriga ustvari aktivne točke, in povzroči zamreženje ogljik-ogljik, da nastane strukturo omrežja. Ta tehnologija zahteva opremo za visokotlačno ekstruzijo, tako da se reakcija zamreževanja izvede v sodu, nato pa se izdelek segreje z metodo hitrega segrevanja, kar povzroči zamrežen izdelek. Zato uporabe metode zamreženja s peroksidom za proizvodnjo polietilenskih cevi ni enostavno nadzorovati, kakovost izdelka je nestabilna in neprekinjeno delovanje je težje.
(2) Azo zamreženje
Metoda je mešanje azo spojine v PE in ekstrudiranje pri temperaturi, ki je nižja od razgradnje azo spojine, ekstrudiranje pa se razgradi z visokotemperaturno solno kopeljo, azo spojina pa se razgradi v tvorbo prostih radikalov, kar sproži zamreženje polietilena. Na splošno se uporablja za materiale iz cipresove gume z nizkimi temperaturami taljenja in ima malo praktičnih aplikacij za plastiko.
(3) Silansko zamreževanje in zamreževalno sredstvo
V šestdesetih letih dvajsetega stoletja je bila tehnologija zamreževanja s silanom uspešno razvita. Tehnologija uporablja vinil silane, ki vsebujejo dvojne vezi, da reagirajo s staljenimi polimeri pod delovanjem iniciatorjev, da tvorijo polimere, cepljene s silanom, ki se hidrolizirajo v vodi v prisotnosti silanolnega kondenzacijskega katalizatorja, da tvorijo mrežno zamreženo strukturo oksanske verige. Tehnologija zamreževanja Silane je močno pospešila proizvodnjo in uporabo zamreženega polietilena zaradi svoje preproste opreme, postopka, ki ga je enostavno nadzorovati, manj naložb, visoke stopnje zamreženja končnih izdelkov in dobre kakovosti. Poleg polietilena in silana se pri zamreževanju uporabljajo tudi katalizatorji, iniciatorji, antioksidanti itd.
V primerjavi z drugimi metodami imajo izdelki iz polietilena, pridobljeni s silanskim zamreženjem, naslednje prednosti:
(1) Manjša naložba v opremo, visoka učinkovitost proizvodnje in nizki stroški.
(2) Postopek je zelo vsestranski, primeren za polietilen vseh gostot in tudi za večino polietilena s polnilom.
(3) Ni omejeno z debelino.
(4) Količina peroksida je majhna (samo 10 %, ko je peroksid sam zamrežen), zato se v izolacijski plasti polietilena ustvari manj mikropor, kar prispeva k ohranjanju visoke izolativnosti polietilena.
Glavne aplikacije
Zamreženi polietilen se zaradi svojih odličnih lastnosti uporablja kot visokonapetostni, visokofrekvenčni, toplotno obstojni izolacijski materiali ter obloge žic in kablov, ki jih potrebujejo rakete, rakete, motorji, transformatorji itd. Proizvodnja toplokrčnih cevi, toplokrčne folije, različne toplotno odporne cevi, penaste plastike, protikorozijsko odporne obloge za kemično opremo, komponente in posode, proizvodnja ognjevarnih gradbenih materialov itd. Trenutno so največja področja uporabe predvsem žice in kabli, cevi, in pena.
1. Zamreženi polietilenski kabelski material
Toplotna odpornost kabla z zamreženim polietilenom kot izolacijo je višja kot pri polivinilkloridu, lahko se uporablja dolgo časa pri 90 stopinjah, temperatura toplotne odpornosti v kratkem stiku pa lahko doseže do 250 stopinj; Izolacijska upornost je visoka, tangens dielektrične izgube je majhen in se v bistvu ne spreminja s spremembo temperature; Ima dobro odpornost proti obrabi in razpokam zaradi okoljskih obremenitev. Ko kabli sežgejo premreženi polietilen, nastaneta ogljikov dioksid in voda, PVC kabli pa pri gorenju proizvajajo škodljive pline vodikov klorid; Poleg tega je gostota zamreženega polietilena približno 40% manjša od gostote PVC-ja, kar lahko bistveno zmanjša kakovost nadzemnih vodov.
2. Cev iz zamreženega polietilena
Cev, izdelana iz premreženega polietilena, ima prednosti visoke trdnosti lezenja, odpornosti proti koroziji, lahke teže in dobre toplotne odpornosti. Aluminij-plastična kompozitna cev z zamreženim polietilenom ima močno zračno tesnost in visoko odpornost proti porušitvi. Ima antistatični in zaščitni učinek.
V primerjavi s PVC cevjo in navadno polietilensko cevjo zamrežena polietilenska cev ne vsebuje mehčalcev, ne bo plesni in razmnoževala bakterij; Ne vsebuje škodljivih sestavin, izpolnjuje standarde FDA in se lahko uporablja v ceveh za pitno vodo; Dobra toplotna odpornost, toplotna odpornost običajnih cevi iz polivinilklorida in polietilena je 60-75 stopinj, medtem ko je cev iz zamreženega polietilena 90 stopinj, najvišja trenutna temperatura lahko doseže 185 stopinj, lahko prenese -75 stopinj nizke temperature; Širok razpon delovne temperature, lahko se uporablja dolgo časa pod pogoji -75-95 stopinj, življenjska doba pa je do 50 let. Visoko navzkrižno povezovanje, visoka gostota, dobra odpornost na pritisk; Odpornost proti kemični koroziji je zelo dobra, odpornost proti pokanju zaradi napetosti v okolju pa je odlična, tudi pri višjih temperaturah se lahko uporablja za transport različnih kemikalij in stresnega materiala s pospešeno cevjo, cev iz zamreženega polietilena je lahka, le približno 1 /8 kovinske cevi; Dobra odpornost proti koroziji in odpornost proti obrabi. Stopnja obrabe je manjša od 1/4 jeklene cevi, življenjska doba pa je 2-6-krat večja od jeklene cevi; Notranja stena je gladka, upor pretoka tekočine je majhen in pri istem premeru cevi je transportni tok večji kot pri kovinski cevi, hrup pa je veliko nižji; Zmogljivost prenosa je dobra, količina prenosa tekočine pa se poveča za 30%-40% v primerjavi z jekleno cevjo; Toplotna prevodnost je veliko nižja kot pri kovinskih ceveh, zato je njegova toplotna izolacija odlična. Pri uporabi v ogrevalnem sistemu ohranjanje toplote ni potrebno, izguba toplote pa je majhna; Lahko se poljubno upogne in ne bo krhka in razpokana; Odlična električna izolacijska zmogljivost, enostavna namestitev in delovna obremenitev namestitve manj kot polovice kovinske cevi, nizki stroški namestitve.
Zaradi odličnih lastnosti materiala cevi iz zamreženega polietilena. S popolnoma nestrupeno higieno velja za novo generacijo zelenih cevi, ki se večinoma uporabljajo v naslednjih vidikih:
(1) Sistemi za oskrbo s hladno in toplo vodo ter cevovodni sistemi za pitno vodo za stavbe;
(2) Sistem ohlajene vode za klimatizacijo zgradbe;
(3) Sistem stanovanjskega ogrevanja;
(4) sistem talnega ogrevanja;
(5) Cevovodi sistema grelnika sanitarne vode;
(6) Transportni cevovodi za pijače, alkohol, mleko in druge tekočine v prehrambeni industriji;
(7) Cevovodi za transport tekočin kemične in naftne industrije;
(8) Cevovod hladilnega sistema in sistema za čiščenje vode.
(5) Dobra odpornost proti staranju in dolga življenjska doba.
