La tecnologia de reticulació de polietilè (PE) és un dels mitjans importants per millorar les seves propietats del material. El PE modificat reticulat pot millorar considerablement les seves propietats, cosa que no només millora significativament les propietats completes del PE, com ara propietats mecàniques, resistència a l'estrès ambiental, resistència a la corrosió química, resistència a la fluència i propietats elèctriques, sinó que també millora significativament la resistència a la temperatura. nivell, que pot augmentar la temperatura de resistència a la calor del PE de 70 graus a més de 100 graus, ampliant així molt el camp d'aplicació del PE.
L'aïllament de polietilè reticulat és polietilè sota l'acció de raigs d'alta energia (com ara raigs, raigs, raigs electrònics, etc.) o agents de reticulació, de manera que la reticulació entre macromolècules pot millorar la seva resistència a la calor i altres propietats. La temperatura de treball a llarg termini del cable que utilitza polietilè reticulat com a aïllament es pot augmentar fins a 90 graus, i la temperatura de curtcircuit instantània que pot suportar pot arribar a 170-250 graus.
Breu introducció
El polietilè (PE) és un dels cinc plàstics generals, i la seva producció i consum ocupa el primer lloc entre diverses resines sintètiques, a la indústria i l'agricultura i àmpliament utilitzat en la vida diària. Tanmateix, la resistència a alta temperatura del polietilè és pobre. Les propietats mecàniques i la resistència química de vegades no compleixen els requisits d'ús real. Per tant, la modificació del polietilè sempre ha estat la clau per al desenvolupament i l'aplicació de productes de polietilè, i la tecnologia de reticulació del polietilè és una tecnologia important per millorar les seves propietats del material. El polietilè modificat reticulat pot millorar molt les seves propietats, cosa que no només millora significativament les propietats integrals del polietilè, com ara les propietats mecàniques, la resistència a l'esquerda per estrès ambiental, la resistència a la corrosió química, la resistència a la fluència i les propietats elèctriques. A més, el nivell de resistència a la temperatura millora molt i la temperatura de resistència a la calor del polietilè es pot augmentar de 70 graus a més de 100 graus. Com a resultat, el rang d'aplicació del polietilè s'ha ampliat molt.
Actualment, el polietilè reticulat (XLPE) s'ha utilitzat àmpliament en canonades, pel·lícules, materials de cable i productes d'escuma.
Rendiment i beneficis
Les molècules de polietilè estan formades per cadenes moleculars lineals. Quan la temperatura augmenta, la força d'unió entre les cadenes moleculars lineals (força de van der Waals) es debilita, de manera que tot el material molecular es deforma, de manera que la resistència a la temperatura del polietilè és baixa. Polietilè reticulat (XLPE) Entre les molècules s'erigeix un pont de cadena químic perquè les molècules no es puguin desplaçar, la qual cosa supera la deficiència de polietilè. La comparació del rendiment del polietilè reticulat i el polietilè normal es mostra a la taula 1.
El polietilè reticulat té els següents avantatges:
1. Resistència a la calor: XLPE amb una estructura tridimensional de malla té una excel·lent resistència a la calor. No es descompondrà ni carbonitzarà per sota dels 200 graus, la temperatura de treball a llarg termini pot arribar als 90 graus i la vida tèrmica pot arribar als 40 anys.
2. Rendiment d'aïllament: XLPE manté les bones característiques d'aïllament originals de PE i la resistència d'aïllament augmenta encara més. La seva tangent de pèrdua dielèctrica és molt petita i no es veu molt afectada per la temperatura.
3. Propietats mecàniques: A causa de l'establiment de nous enllaços químics entre macromolècules, es milloren la duresa, la rigidesa, la resistència al desgast i la resistència a l'impacte del XLPE, compensant així les deficiències del PE que és susceptible a l'estrès ambiental i l'esquerdament.
4. Resistència química: XLPE té una forta resistència a àcids i àlcalis i resistència al petroli, i els seus productes de combustió són principalment aigua i diòxid de carboni, que són menys nocius per al medi ambient i compleixen els requisits de seguretat contra incendis moderna.
Principi de crosslinking
El polietilè ([CH2-CH2]n, número d'unitat de repetició n) és un compost polimèric que conté dos elements d'hidrocarburs i hidrògens, amb cadenes macromoleculars d'estructura molecular lineal o ramificada, forma sòlida a temperatura ambient i fase cristal·lina i forma de coexistència en fase amorfa en forma sòlida de polietilè. El pes molecular relatiu del polietilè està entre 6,30 i<>,<>.
El polietilè té excel·lents propietats d'aïllament elèctric, però la seva poca resistència a la calor afecta l'ús de matèries primeres per a l'aïllament del cable. A causa de la feble interacció intermolecular a la regió amorfa, la temperatura de fusió de la majoria del polietilè és d'uns 140 graus, i la seva resistència mecànica disminueix significativament quan s'acosta al punt de fusió del polietilè, i la resistència al trencament també es deteriora.
Quan les cadenes macromoleculars lineals es processen químicament o físicament, el procés d'unió en forma d'enllaços reticulats s'anomena reticulació o "vulcanització". El polietilè reticulat té les propietats del tipus de malla i l'estructura del cos, i la seva resistència a la calor es millorarà amb l'augment de la reticulació, i l'allargament tèrmic relatiu disminuirà en conseqüència. A causa de la seva millora significativa en les propietats mecàniques i la resistència a la calor, s'ha convertit en un material d'aïllament de cable d'alimentació àmpliament utilitzat.
El mètode de reticulació del polietilè mitjançant la reticulació per formar polietilè reticulat es divideix en dues categories: mètode químic i mètode físic, i els mètodes de procés realitzats a la indústria inclouen principalment els cinc següents: reticulació d'irradiació d'alta energia, reticulació de silà, reticulació de peròxid. , reticulació ultraviolada i reticulació de sal. Entre ells, el mètode de reticulació de peròxid (també conegut com a reticulació química) és un mètode de reticulació adequat per a la producció de cables de nivell mitjà i alt de tensió, i el seu principi és una sèrie de reaccions de radicals lliures provocades per la descomposició del peròxid a alta temperatura. , i llavors PE està reticulat. Els peròxids es descomponen per calor per formar radicals lliures, i el procés de reacció de reticulació és el següent:
Mètode de crosslinking
Hi ha dos tipus de mètodes de reticulació per al polietilè: la reticulació física (reticulació per radiació) i la reticulació química. La reticulació química es divideix en reticulació de silà i reticulació de peròxid.
Reticulació física
Reticulació per radiació: els productes de polietilè, com ara beines de polietilè, pel·lícules, tubs de parets primes i altres productes recoberts al filferro, estan reticulats amb raigs i raigs d'alta energia (provocant que les macromolècules de polietilè generin radicals lliures i formin cadenes reticuladas CC) . El grau de reticulació es veu afectat per la dosi de radiació i la temperatura, i el punt de reticulació augmenta amb l'augment de la dosi de radiació, de manera que controlant les condicions de radiació, es poden obtenir productes de polietilè reticulat amb un cert grau de reticulació.
El polietilè reticulat produït pel mètode de reticulació per radiació té els avantatges següents: la reticulació i l'extrusió es realitzen per separat, la qualitat del producte és fàcil de controlar, l'eficiència de producció és alta i la taxa de ferralla és baixa; No es requereix cap iniciador addicional de radicals lliures (com ara peròxids, etc.) durant el procés de reticulació, que manté la neteja del material i millora les propietats elèctriques del material; És especialment adequat per a cables aïllats de parets primes i de secció petita que són difícils de produir per reticulació química. Tanmateix, la reticulació per radiació també té alguns inconvenients, com ara la necessitat d'augmentar la tensió acceleradora del feix d'electrons quan es reticulen materials gruixuts; Per a la reticulació d'objectes rodons com ara filferros i cables, cal girar-los o utilitzar diversos feixos d'electrons per uniformitzar la irradiació; Els costos d'inversió puntuals són considerables; La tecnologia d'operació i manteniment és complexa i els problemes de protecció de seguretat en funcionament també són relativament durs.
Reticulació química
La reticulació química és l'ús d'agents de reticulació químic per reticular polímers, canviant d'una estructura lineal a una estructura de xarxa.
L'elecció de l'agent de reticulació hauria de dependre de la varietat de polímers, la tecnologia de processament i el rendiment del producte, l'agent de reticulació ideal, a més de complir alguns requisits específics, també hauria de tenir els requisits bàsics següents: alta taxa de reticulació, estructura de reticulació estable; gran seguretat de processament, fàcil d'utilitzar, període de validesa moderat després d'afegir resina, sense inconvenients de reticulació prematura o massa tardana; no afecta el rendiment del processament i el rendiment d'ús del producte; no tòxic, no contaminant, no irrita la pell i els ulls.
En la reticulació química, hi ha la reticulació de peròxid, la reticulació de silà i la reticulació azoïdal:
(1) Agent de reticulació i reticulació de peròxid La reticulació de peròxid, generalment utilitzant peròxid orgànic com a agent de reticulació, sota l'acció de la calor, es descompon per generar radicals lliures actius, que fan que la cadena de carboni del polímer generi punts actius i produeixi reticulació carboni-carboni per formar un estructura de xarxa. Aquesta tecnologia requereix un equip d'extrusió a alta pressió perquè la reacció de reticulació es dugui a terme al barril i, a continuació, el producte s'escalfa mitjançant un mètode d'escalfament ràpid, donant lloc a un producte reticulat. Per tant, l'ús del mètode de reticulació de peròxid per produir tubs de polietilè no és fàcil de controlar, la qualitat del producte és inestable i el funcionament continu és més difícil.
(2) Reticulació azoïdal
El mètode consisteix a barrejar el compost azo en PE i extruir a una temperatura inferior a la descomposició del compost azo, i l'extrusió es descomposa amb un bany de sal a alta temperatura i el compost azo es descomposa per formar radicals lliures, iniciant la reticulació del polietilè. Generalment s'utilitza per a materials de goma de xiprer amb temperatures de fusió baixes i té poques aplicacions pràctiques per als plàstics.
(3) Agent de reticulació i reticulació de silà
A la dècada dels seixanta del segle XX, es va desenvolupar amb èxit la tecnologia de reticulació de silà. La tecnologia utilitza vinil silans que contenen dobles enllaços per reaccionar amb polímers fosos sota l'acció d'iniciadors per formar polímers empeltats amb silà, que s'hidrolitzen en aigua en presència d'un catalitzador de condensació de silanol per formar una estructura reticulada de cadena d'oxà en xarxa. La tecnologia de reticulació de silà ha promogut molt la producció i aplicació de polietilè reticulat a causa del seu equip senzill, procés fàcil de controlar, menys inversió, alt grau de reticulació dels productes acabats i bona qualitat. A més del polietilè i el silà, també s'utilitzen catalitzadors, iniciadors, antioxidants, etc. en la reticulació.
En comparació amb altres mètodes, els productes de polietilè obtinguts per reticulació de silà tenen els següents avantatges:
(1) Menys inversió en equips, alta eficiència de producció i baix cost.
(2) El procés és molt versàtil, adequat per a polietilè de tota densitat i també adequat per a la majoria de polietilè amb farciment.
(3) No limitat pel gruix.
(4) La quantitat de peròxid és petita (només el 10% quan el peròxid està reticulat sol), de manera que es generen menys microporos a la capa d'aïllament de polietilè, cosa que afavoreix el manteniment de l'alt aïllament del polietilè.
Principals aplicacions
A causa de les seves excel·lents propietats, el polietilè reticulat s'utilitza com a materials d'aïllament d'alta tensió, alta freqüència i resistents a la calor i revestiments de filferro i cable requerits per coets, míssils, motors, transformadors, etc. Fabricació de tubs termocontraíbles, pel·lícules termoretràctils, diverses canonades resistents a la calor, plàstics d'escuma, revestiments d'equips químics resistents a la corrosió, components i contenidors, fabricació de materials de construcció ignífugs, etc. Actualment, les àrees d'ús més grans són principalment filferro i cable, canonada, i escuma.
1. Material de cable de polietilè reticulat
La resistència a la calor del cable amb polietilè reticulat com a aïllament és superior a la del clorur de polivinil, es pot utilitzar durant molt de temps a 90 graus i la temperatura de resistència a la calor en curtcircuit pot arribar fins a 250 graus; La resistència d'aïllament és alta, la tangent de pèrdua dielèctrica és petita i, bàsicament, no canvia amb el canvi de temperatura; Té una bona resistència al desgast i esquerdes per estrès ambiental. Un cop cremat el polietilè reticulat per cables, es produeix diòxid de carboni i aigua, mentre que els cables de PVC produeixen gasos nocius de clorur d'hidrogen quan es cremen; A més, la densitat del polietilè reticulat és aproximadament un 40% més petita que la del PVC, cosa que pot reduir significativament la qualitat de les línies aèries.
2. Tub de polietilè reticulat
La canonada produïda per polietilè reticulat té els avantatges d'una alta resistència a la fluència, resistència a la corrosió, lleugeresa i bona resistència a la calor. La canonada composta d'alumini-plàstic que utilitza polietilè reticulat té una forta estanqueitat a l'aire i una alta resistència a l'estrès d'explosió. Té un efecte antiestàtic i protector.
En comparació amb la canonada de PVC i la canonada de polietilè ordinària, la canonada de polietilè reticulat no conté plastificants, no florirà ni criarà bacteris; No conté ingredients nocius, compleix els estàndards de la FDA i es pot utilitzar en canonades d'aigua potable; La bona resistència a la calor, el clorur de polivinil normal i la resistència a la calor de la canonada de polietilè és de 60-75 graus, mentre que la canonada de polietilè reticulat és de 90 graus, la temperatura màxima instantània pot arribar als 185 graus, pot suportar una temperatura baixa de -75 graus; Ampli rang de temperatures de funcionament, es pot utilitzar durant molt de temps en condicions de -75-95 graus i la vida útil és de fins a 50 anys. Alta reticulació, alta densitat, bona resistència a la pressió; La resistència química a la corrosió és molt bona i la resistència a l'esquerdament per estrès ambiental és excel·lent, fins i tot a temperatures més altes, es pot utilitzar per transportar una varietat de productes químics i material d'estrès amb tub accelerat, la canonada de polietilè reticulat té un pes lleuger, només aproximadament 1 /8 de tub metàl·lic; Bona resistència a la corrosió i al desgast. La taxa de desgast és inferior a 1/4 de la canonada d'acer i la vida útil és 2-6 vegades la de la canonada d'acer; La paret interior és llisa, la resistència al flux del fluid és petita i, amb el mateix diàmetre de la canonada, el flux de transport és més gran que el de la canonada metàl·lica i el soroll és molt més baix; El rendiment de la transmissió és bo i la quantitat de líquid de transmissió augmenta un 30 %-40% en comparació amb la canonada d'acer; La conductivitat tèrmica és molt inferior a la de les canonades metàl·liques, de manera que el seu rendiment d'aïllament tèrmic és excel·lent. Quan s'utilitza en el sistema de calefacció, no cal conservar la calor i la pèrdua de calor és petita; Es pot doblegar arbitràriament i no serà trencadís i esquerdat; Excel·lent rendiment d'aïllament elèctric, fàcil instal·lació i càrrega de treball d'instal·lació de menys de la meitat de la canonada metàl·lica, baix cost d'instal·lació.
A causa de l'excel·lent rendiment del material de la canonada de polietilè reticulat. Amb una higiene completament no tòxica, s'ha considerat com una nova generació de canonades verdes, utilitzada principalment en els aspectes següents:
(1) Sistemes de subministrament d'aigua freda i calenta i sistemes d'aigua potable per canonades per a edificis;
(2) Sistema d'aigua refrigerada per a l'aire condicionat d'edificis;
(3) Sistema de calefacció residencial;
(4) Sistema de calefacció per terra;
(5) canonades del sistema d'escalfador d'aigua domèstic;
(6) Conduccions de transport de begudes, alcohol, llet i altres fluids a la indústria alimentària;
(7) Conduccions de transport de fluids de la indústria química i del petroli;
(8) Sistema de refrigeració i canonada del sistema de tractament d'aigua.
(5) Bona resistència a l'envelliment i llarga vida útil.
