Polyetylen (PE) tverrbindingsteknologi er et av de viktigste virkemidlene for å forbedre materialegenskapene. Den tverrbundne modifiserte PE kan i stor grad forbedre egenskapene, noe som ikke bare forbedrer de omfattende egenskapene til PE betydelig, for eksempel mekaniske egenskaper, motstand mot miljøstress, kjemisk korrosjonsmotstand, krypemotstand og elektriske egenskaper, men forbedrer også temperaturmotstanden betydelig. nivå, som kan øke varmemotstandstemperaturen til PE fra 70 grader til mer enn 100 grader, og dermed utvide bruksområdet for PE betydelig.
Tverrbundet polyetylenisolasjon er polyetylen under påvirkning av høyenergistråler (som stråler, stråler, elektronstråler, etc.) eller tverrbindingsmidler slik at tverrbinding mellom makromolekyler kan forbedre dens varmebestandighet og andre egenskaper. Den langsiktige arbeidstemperaturen til kabelen som bruker tverrbundet polyetylen som isolasjon kan økes til 90 grader, og den øyeblikkelige kortslutningstemperaturen som tåler kan nå 170-250 grader.
Kort introduksjon
Polyetylen (PE) er en av de fem generelle plastene, og dens produksjon og forbruk rangerer først blant ulike syntetiske harpikser, i industri og landbruk og mye brukt i dagliglivet. Imidlertid er høytemperaturbestandigheten til polyetylen dårlig. Mekaniske egenskaper og kjemisk motstand oppfyller noen ganger ikke kravene til faktisk bruk. Derfor har modifisering av polyetylen alltid vært nøkkelen til utvikling og anvendelse av polyetylenprodukter, og polyetylen-tverrbindingsteknologi er en viktig teknologi for å forbedre materialegenskapene. Tverrbundet modifisert polyetylen kan i stor grad forbedre egenskapene, noe som ikke bare forbedrer de omfattende egenskapene til polyetylen betydelig, som mekaniske egenskaper, motstand mot motstand mot miljøstress, kjemisk korrosjonsmotstand, krypemotstand og elektriske egenskaper. Dessuten er temperaturmotstandsnivået sterkt forbedret, og varmebestandighetstemperaturen til polyetylen kan økes fra 70 grader til mer enn 100 grader. Som et resultat har bruksområdet for polyetylen blitt kraftig utvidet.
For tiden har tverrbundet polyetylen (XLPE) blitt mye brukt i rør, filmer, kabelmaterialer og skumprodukter.
Ytelse og fordeler
Molekylene av polyetylen er sammensatt av lineære molekylkjeder. Når temperaturen øker, svekkes bindingskraften mellom de lineære molekylkjedene (van der Waals-kraften), slik at hele det molekylære materialet deformeres, slik at temperaturmotstanden til polyetylen er dårlig. Tverrbundet polyetylen (XLPE) En kjemisk kjedebro bygges mellom molekylene slik at molekylene ikke kan fortrenges, noe som overvinner mangelen på polyetylen. Ytelsessammenligningen av tverrbundet polyetylen og vanlig polyetylen er vist i tabell 1.
Tverrbundet polyetylen har følgende fordeler:
1. Varmebestandighet: XLPE med en tredimensjonal meshstruktur har utmerket varmebestandighet. Det vil ikke dekomponere og karbonisere under 200 grader, den langsiktige arbeidstemperaturen kan nå 90 grader, og den termiske levetiden kan nå 40 år.
2. Isolasjonsytelse: XLPE opprettholder de opprinnelige gode isolasjonsegenskapene til PE, og isolasjonsmotstanden økes ytterligere. Dens dielektriske taptangens er veldig liten og påvirkes ikke i stor grad av temperaturen.
3. Mekaniske egenskaper: På grunn av etableringen av nye kjemiske bindinger mellom makromolekyler, forbedres hardheten, stivheten, slitestyrken og slagfastheten til XLPE, og veier dermed opp for manglene ved at PE er utsatt for miljøpåkjenninger og sprekker.
4. Kjemisk motstand: XLPE har sterk syre- og alkaliresistens og oljebestandighet, og forbrenningsproduktene er hovedsakelig vann og karbondioksid, som er mindre skadelig for miljøet og oppfyller kravene til moderne brannsikkerhet.
Tverrbindingsprinsipp
Polyetylen ([CH2-CH2]n, n-gjentatt enhetsnummer) er en polymerforbindelse som inneholder to elementer av hydrokarboner og hydrogener, med lineær eller forgrenet molekylstruktur makromolekylære kjeder, fast form ved romtemperatur, og krystallfase og amorf fase sameksistens form i fast form av polyetylen. Den relative molekylvekten til polyetylen er mellom 6,30 og<>,<>.
Polyetylen har utmerkede elektriske isolasjonsegenskaper, men dens dårlige varmebestandighet påvirker bruken av råmaterialer for kabelisolering. På grunn av den svake intermolekylære interaksjonen i det amorfe området, er smeltetemperaturen til det meste av polyetylen ca. 140 grader, og dens mekaniske styrke avtar betydelig når man nærmer seg smeltepunktet til polyetylenet, og sprekkfastheten forringes også.
Når lineære makromolekylære kjeder bearbeides kjemisk eller fysisk, kalles prosessen med sammenføyning i form av tverrbundne bindinger tverrbinding eller "vulkanisering". Tverrbundet polyetylen har egenskapene til mesh-type og kroppsstruktur, og dens varmebestandighet vil bli forbedret med økningen av tverrbinding, og den relative termiske forlengelsen vil reduseres tilsvarende. På grunn av dens betydelige forbedring i mekaniske egenskaper og varmebestandighet, har den blitt et mye brukt isolasjonsmateriale for strømkabel.
Metoden for tverrbinding av polyetylen ved tverrbinding for å danne tverrbundet polyetylen er delt inn i to kategorier: kjemisk metode og fysisk metode, og prosessmetodene realisert i industrien inkluderer hovedsakelig følgende fem: høyenergibestråling tverrbinding, silan tverrbinding, peroksid tverrbinding , ultrafiolett tverrbinding og salt tverrbinding. Blant dem er peroksidtverrbindingsmetoden (også kjent som kjemisk tverrbinding) en tverrbindingsmetode som er egnet for produksjon av kabler på middels og høyspentnivå, og dens prinsipp er en serie frie radikalreaksjoner utløst av høytemperaturdekomponering av peroksid , og så blir PE kryssbundet. Peroksider spaltes av varme for å danne frie radikaler, og prosessen med tverrbindingsreaksjon er som følger:
Tverrbindingsmetode
Det finnes to typer tverrbindingsmetoder for polyetylen: fysisk tverrbinding (strålings tverrbinding) og kjemisk tverrbinding. Kjemisk tverrbinding er delt inn i silan-tverrbinding og peroksid-tverrbinding.
Fysisk tverrbinding
Strålingstverrbinding: polyetylenprodukter, som polyetylenkapper, filmer, tynnveggede rør og andre produkter belagt på ledningen, er tverrbundet med -stråler og høyenergistråler (får til at polyetylenmakromolekyler genererer frie radikaler og danner CC-tverrbundne kjeder) . Graden av tverrbinding påvirkes av strålingsdosen og temperaturen, og tverrbindingspunktet øker med økningen av strålingsdosen, så ved å kontrollere strålingsforholdene kan man oppnå tverrbundne polyetylenprodukter med en viss grad av tverrbinding.
Tverrbundet polyetylen produsert ved strålingstverrbindingsmetode har følgende fordeler: tverrbinding og ekstrudering utføres separat, produktkvaliteten er lett å kontrollere, produksjonseffektiviteten er høy og skraphastigheten er lav; Ingen ekstra frie radikal-initiatorer (som peroksider, etc.) er nødvendig under tverrbindingsprosessen, som opprettholder renheten til materialet og forbedrer materialets elektriske egenskaper; Den er spesielt egnet for tynnveggede isolerte kabler med liten seksjon som er vanskelig å produsere ved kjemisk tverrbinding. Strålingstverrbinding har imidlertid også noen ulemper, slik som behovet for å øke akselerasjonsspenningen til elektronstrålen ved tverrbinding av tykke materialer; For tverrbinding av runde gjenstander som ledninger og kabler, er det nødvendig å rotere dem eller bruke flere elektronstråler for å gjøre bestrålingen jevn; Engangsinvesteringskostnadene er betydelige; Drifts- og vedlikeholdsteknologien er kompleks, og sikkerhetsproblemene i drift er også relativt harde.
Kjemisk tverrbinding
Kjemisk tverrbinding er bruken av kjemiske tverrbindingsmidler for å tverrbinde polymerer, og endres fra en lineær struktur til en nettverksstruktur.
Valget av tverrbindingsmiddel bør avhenge av polymervariasjonen, prosessteknologien og produktytelsen, det ideelle tverrbindingsmiddelet bør i tillegg til å oppfylle noen spesifikke krav også ha følgende grunnleggende krav: høy tverrbindingshastighet, stabil tverrbindingsstruktur; stor behandlingssikkerhet, enkel å bruke, moderat gyldighetsperiode etter tilsetning av harpiks, ingen for tidlig eller for sent tverrbindingsulemper; påvirker ikke behandlingsytelsen og bruksytelsen til produktet; ikke-giftig, ikke-forurensende, irriterer ikke hud og øyne.
I kjemisk tverrbinding er det peroksid-tverrbinding, silan-tverrbinding og azo-tverrbinding:
(1) Peroksidtverrbinding og tverrbindingsmiddel Peroksidtverrbinding, vanligvis ved bruk av organisk peroksid som tverrbindingsmiddel, under påvirkning av varme, spaltes for å generere aktive frie radikaler, som får polymerkarbonkjeden til å generere aktive punkter og produserer karbon-karbon tverrbinding for å danne en nettverksstruktur. Denne teknologien krever høytrykksekstruderingsutstyr slik at tverrbindingsreaksjonen utføres i fatet, og deretter varmes produktet opp ved hjelp av en hurtig oppvarmingsmetode, noe som resulterer i et tverrbundet produkt. Derfor er bruken av peroksid-tverrbindingsmetoden for å produsere polyetylenrør ikke lett å kontrollere, produktkvaliteten er ustabil, og kontinuerlig drift er vanskeligere.
(2) Azo-tverrbinding
Metoden er å blande azoforbindelsen inn i PE og ekstrudere ved en temperatur lavere enn azoforbindelsens dekomponering, og ekstruderingen dekomponeres av et høytemperatursaltbad, og azoforbindelsen dekomponeres for å danne frie radikaler, og initierer polyetylen-tverrbinding. Den brukes vanligvis til sypressgummimaterialer med lave smeltetemperaturer og har få praktiske bruksområder for plast.
(3) Silan-tverrbindings- og tverrbindingsmiddel
På sekstitallet av det tjuende århundre ble silan-tverrbindingsteknologi utviklet med suksess. Teknologien bruker vinylsilaner som inneholder dobbeltbindinger for å reagere med smeltede polymerer under påvirkning av initiatorer for å danne silanpodede polymerer, som hydrolyseres i vann i nærvær av en silanolkondensasjonskatalysator for å danne en nettverksbundet oksankjede-tverrbundet struktur. Silan-tverrbindingsteknologi har i stor grad fremmet produksjonen og påføringen av tverrbundet polyetylen på grunn av dets enkle utstyr, enkel å kontrollere prosess, mindre investering, høy grad av tverrbinding av ferdige produkter og god kvalitet. I tillegg til polyetylen og silan, brukes også katalysatorer, initiatorer, antioksidanter, etc. i tverrbinding.
Sammenlignet med andre metoder har polyetylenproduktene oppnådd ved silantverrbinding følgende fordeler:
(1) Mindre utstyrsinvestering, høy produksjonseffektivitet og lave kostnader.
(2) Prosessen er svært allsidig, egnet for all-density polyetylen, og også egnet for de fleste polyetylen med fyllstoff.
(3) Ikke begrenset av tykkelse.
(4) Mengden peroksid er liten (bare 10 % når peroksid er tverrbundet alene), så det genereres færre mikroporer i polyetylenisolasjonslaget, noe som bidrar til å opprettholde den høye isolasjonen til polyetylen.
Hovedapplikasjoner
På grunn av sine utmerkede egenskaper brukes tverrbundet polyetylen som høyspent, høyfrekvent, varmebestandig isolasjonsmateriale og lednings- og kabelkledninger som kreves av raketter, missiler, motorer, transformatorer osv. Produksjon av varmekrympbare rør, varmekrympbare filmer, ulike varmebestandige rør, skumplast, korrosjonsbestandige kjemiske utstyrsforinger, komponenter og beholdere, produksjon av flammehemmende byggematerialer etc. For tiden er de største bruksområdene hovedsakelig ledning og kabel, rør, og skum.
1. Kryssbundet kabelmateriale av polyetylen
Varmemotstanden til kabelen med tverrbundet polyetylen som isolasjon er høyere enn for polyvinylklorid, den kan brukes i lang tid ved 90 grader, og varmemotstandstemperaturen ved kortslutning kan nå opptil 250 grader; Isolasjonsmotstanden er høy, den dielektriske taptangenten er liten, og den endres i utgangspunktet ikke med endringen av temperaturen; Den har god slitestyrke og miljøpåkjenning. Når tverrbundet polyetylen er brent av kabler, produseres karbondioksid og vann, mens PVC-kabler produserer hydrogenklorid-skadelige gasser ved brenning; I tillegg er tettheten til tverrbundet polyetylen omtrent 40 % mindre enn for PVC, noe som kan redusere kvaliteten på luftledninger betydelig.
2. Tverrbundet polyetylenrør
Røret produsert av tverrbundet polyetylen har fordelene med høy krypestyrke, korrosjonsbestandighet, lett og god varmebestandighet. Komposittrøret av aluminium-plast som bruker tverrbundet polyetylen har sterk lufttetthet og høy motstand mot sprengningsspenning. Den har en antistatisk og skjermende effekt.
Sammenlignet med PVC-rør og vanlige polyetylenrør, inneholder tverrbundet polyetylenrør ikke myknere, vil ikke mugg og avle bakterier; Inneholder ikke skadelige ingredienser, oppfyller FDA-standarder og kan brukes i drikkevannsrør; God varmebestandighet, vanlig polyvinylklorid og polyetylenrørs varmebestandighet er 60-75 grader, mens tverrbundet polyetylenrør er 90 grader, den maksimale øyeblikkelige temperaturen kan nå 185 grader, tåler -75 grader lav temperatur; Bredt driftstemperaturområde, kan brukes i lang tid under -75-95 graders forhold, og levetiden er opptil 50 år. Høy tverrbinding, høy tetthet, god trykkmotstand; Kjemisk korrosjonsbestandighet er veldig god, og motstandsdyktighet mot spenningssprekker i miljøet er utmerket, selv ved høyere temperaturer, kan den brukes til å transportere en rekke kjemikalier og stressmateriale med akselerert rør, tverrbundet polyetylenrør er lett i vekt, bare ca. /8 av metallrør; God korrosjonsbestandighet og slitestyrke. Slitasjehastigheten er mindre enn 1/4 av stålrøret, og levetiden er 2-6 ganger stålrørets; Den indre veggen er glatt, væskestrømmotstanden er liten, og med samme rørdiameter er transportstrømmen større enn metallrøret, og støyen er mye lavere; Overføringsytelsen er god, og overføringsmengden av væske økes med 30 %-40 % sammenlignet med stålrøret; Den termiske ledningsevnen er mye lavere enn for metallrør, så dens termiske isolasjonsevne er utmerket. Ved bruk i varmesystemet er det ikke nødvendig med varmekonservering, og varmetapet er lite; Den kan bøyes vilkårlig og vil ikke være sprø og sprukket; Utmerket elektrisk isolasjonsytelse, enkel installasjon og installasjonsarbeid på mindre enn halvparten av metallrøret, lave installasjonskostnader.
På grunn av den utmerkede materialytelsen til tverrbundet polyetylenrør. Med fullstendig giftfri hygiene har den blitt sett på som en ny generasjon grønne rør, hovedsakelig brukt i følgende aspekter:
(1) Kaldt- og varmtvannsforsyningssystemer og drikkevannssystemer i rørledninger for bygninger;
(2) Kjøltvannssystem for bygningsklimaanlegg;
(3) Boligvarmesystem;
(4) Grunnvarmesystem;
(5) Rørføring av varmtvannsberedersystem til husholdningsbruk;
(6) Transportrørledninger for drikkevarer, alkohol, melk og andre væsker i næringsmiddelindustrien;
(7) Rørledninger for væsketransport i kjemisk og petroleumsindustrien;
(8) Rørledning for kjølesystem og vannbehandlingssystem.
(5) God aldringsmotstand og lang levetid.
