Polyethyleen (PE) vernettingstechnologie is een van de belangrijke middelen om de materiaaleigenschappen ervan te verbeteren. Het verknoopte gemodificeerde PE kan de eigenschappen ervan aanzienlijk verbeteren, wat niet alleen de uitgebreide eigenschappen van PE aanzienlijk verbetert, zoals mechanische eigenschappen, weerstand tegen omgevingsspanningsscheuren, chemische corrosieweerstand, kruipweerstand en elektrische eigenschappen, maar ook de temperatuurbestendigheid aanzienlijk verbetert. niveau, dat de hittebestendigheidstemperatuur van PE kan verhogen van 70 graden tot meer dan 100 graden, waardoor het toepassingsgebied van PE aanzienlijk wordt verbreed.
Verknoopte polyethyleenisolatie is polyethyleen onder invloed van hoogenergetische stralen (zoals stralen, stralen, elektronenstralen, enz.) of verknopingsmiddelen, zodat verknoping tussen macromoleculen de hittebestendigheid en andere eigenschappen ervan kan verbeteren. De werktemperatuur op lange termijn van de kabel die gebruik maakt van verknoopt polyethyleen als isolatie kan worden verhoogd tot 90 graden, en de onmiddellijke kortsluittemperatuur die bestand is tegen een temperatuur van 170-250 graden.
Korte introductie
Polyethyleen (PE) is een van de vijf algemene kunststoffen, en de productie en consumptie ervan staan op de eerste plaats onder de verschillende kunstharsen, in de industrie en de landbouw, en worden veel gebruikt in het dagelijks leven. De hoge temperatuurbestendigheid van polyethyleen is echter slecht. Mechanische eigenschappen en chemische bestendigheid voldoen soms niet aan de eisen van daadwerkelijk gebruik. Daarom is de modificatie van polyethyleen altijd de sleutel geweest tot de ontwikkeling en toepassing van polyethyleenproducten, en de polyethyleenverknopingstechnologie is een belangrijke technologie om de materiaaleigenschappen ervan te verbeteren. Verknoopt gemodificeerd polyethyleen kan de eigenschappen ervan aanzienlijk verbeteren, wat niet alleen de uitgebreide eigenschappen van polyethyleen aanzienlijk verbetert, zoals mechanische eigenschappen, weerstand tegen barsten door omgevingsspanning, chemische corrosieweerstand, kruipweerstand en elektrische eigenschappen. Bovendien is het temperatuurbestendigheidsniveau aanzienlijk verbeterd en kan de hittebestendigheidstemperatuur van polyethyleen worden verhoogd van 70 graden tot meer dan 100 graden. Hierdoor is het toepassingsbereik van polyethyleen sterk verbreed.
Momenteel wordt verknoopt polyethyleen (XLPE) op grote schaal gebruikt in buizen, films, kabelmaterialen en schuimproducten.
Prestaties en voordelen
De moleculen van polyethyleen zijn samengesteld uit lineaire moleculaire ketens. Wanneer de temperatuur stijgt, wordt de bindende kracht tussen de lineaire molecuulketens (van der Waals-kracht) verzwakt, waardoor het gehele moleculaire materiaal vervormt, waardoor de temperatuurbestendigheid van polyethyleen slecht is. Cross-linked polyethyleen (XLPE) Er wordt een chemische kettingbrug tussen de moleculen gebouwd, zodat de moleculen niet kunnen worden verplaatst, waardoor het tekort aan polyethyleen wordt opgevangen. De prestatievergelijking van verknoopt polyethyleen en gewoon polyethyleen wordt weergegeven in Tabel 1.
Vernet polyethyleen heeft de volgende voordelen:
1. Hittebestendigheid: XLPE met een driedimensionale mesh-structuur heeft een uitstekende hittebestendigheid. Het zal niet ontleden en verkolen onder de 200 graden, de werktemperatuur op lange termijn kan 90 graden bereiken en de thermische levensduur kan 40 jaar bereiken.
2. Isolatieprestaties: XLPE behoudt de oorspronkelijke goede isolatie-eigenschappen van PE en de isolatieweerstand wordt verder verhoogd. De diëlektrische verliesraaklijn is zeer klein en wordt niet sterk beïnvloed door de temperatuur.
3. Mechanische eigenschappen: Door de totstandkoming van nieuwe chemische bindingen tussen macromoleculen worden de hardheid, stijfheid, slijtvastheid en slagvastheid van XLPE verbeterd, waardoor de tekortkomingen van PE die gevoelig zijn voor omgevingsstress en scheuren worden gecompenseerd.
4. Chemische bestendigheid: XLPE heeft een sterke zuur- en alkalibestendigheid en oliebestendigheid, en de verbrandingsproducten zijn voornamelijk water en kooldioxide, wat minder schadelijk is voor het milieu en voldoet aan de eisen van de moderne brandveiligheid.
Verknopingsprincipe
Polyethyleen ([CH2-CH2]n, n-repeat unit number) is een polymeerverbinding die twee elementen koolwaterstoffen en waterstofatomen bevat, met lineaire of vertakte macromoleculaire ketens in de moleculaire structuur, vaste vorm bij kamertemperatuur, en kristalfase en amorfe fase-coëxistentievorm in vaste vorm van polyethyleen. Het relatieve molecuulgewicht van polyethyleen ligt tussen 6,30 en<>,<>.
Polyethyleen heeft uitstekende elektrische isolatie-eigenschappen, maar de slechte hittebestendigheid beïnvloedt het gebruik van grondstoffen voor kabelisolatie. Vanwege de zwakke intermoleculaire interactie in het amorfe gebied bedraagt de smelttemperatuur van het meeste polyethyleen ongeveer 140 graden, en neemt de mechanische sterkte ervan aanzienlijk af wanneer het smeltpunt van het polyethyleen nadert, en verslechtert ook de scheurweerstand.
Wanneer lineaire macromoleculaire ketens chemisch of fysisch worden verwerkt, wordt het proces van verbinden in de vorm van verknoopte bindingen verknoping of "vulkanisatie" genoemd. Verknoopt polyethyleen heeft de eigenschappen van gaastype en lichaamsstructuur, en de hittebestendigheid ervan zal worden verbeterd met de toename van verknoping, en de relatieve thermische rek zal dienovereenkomstig afnemen. Vanwege de aanzienlijke verbetering van de mechanische eigenschappen en hittebestendigheid is het een veelgebruikt isolatiemateriaal voor stroomkabels geworden.
De methode voor het verknopen van polyethyleen door verknoping om verknoopt polyethyleen te vormen is verdeeld in twee categorieën: chemische methode en fysische methode, en de procesmethoden die in de industrie worden gerealiseerd omvatten hoofdzakelijk de volgende vijf: verknoping door hoge energiestraling, verknoping met silaan, verknoping met peroxide. , ultraviolette verknoping en zoutverknoping. Onder hen is de peroxide-verknopingsmethode (ook bekend als chemische verknoping) een verknopingsmethode die geschikt is voor de productie van kabels op midden- en hoogspanningsniveau, en het principe ervan is een reeks reacties van vrije radicalen die worden veroorzaakt door de ontleding van peroxide bij hoge temperaturen. , en vervolgens wordt PE verknoopt. Peroxiden worden door hitte ontleed om vrije radicalen te vormen, en het proces van verknopingsreactie is als volgt:
Verknopingsmethode
Er zijn twee soorten verknopingsmethoden voor polyethyleen: fysieke verknoping (stralingsverknoping) en chemische verknoping. Chemische verknoping is onderverdeeld in silaanverknoping en peroxideverknoping.
Fysieke verknoping
Stralingsverknoping: polyethyleenproducten, zoals polyethyleen omhulsels, films, dunwandige buizen en andere producten die op de draad zijn gecoat, worden verknoopt met -stralen en hoogenergetische stralen (waardoor polyethyleenmacromoleculen vrije radicalen genereren en CC-verknoopte ketens vormen) . De mate van verknoping wordt beïnvloed door de stralingsdosis en temperatuur, en het verknopingspunt neemt toe met de toename van de stralingsdosis, dus door het controleren van de stralingsomstandigheden kunnen verknoopte polyethyleenproducten met een bepaalde mate van verknoping worden verkregen.
Verknoopt polyethyleen geproduceerd door middel van stralingsvernettingsmethode heeft de volgende voordelen: verknoping en extrusie worden afzonderlijk uitgevoerd, de productkwaliteit is eenvoudig te controleren, de productie-efficiëntie is hoog en het uitvalpercentage is laag; Er zijn geen extra vrije radicaalinitiatoren (zoals peroxiden, enz.) vereist tijdens het verknopingsproces, waardoor de zuiverheid van het materiaal behouden blijft en de elektrische eigenschappen van het materiaal verbeteren; Het is vooral geschikt voor dunwandige geïsoleerde kabels met een kleine doorsnede die moeilijk te produceren zijn door chemische verknoping. Stralingsverknoping heeft echter ook enkele nadelen, zoals de noodzaak om de versnellingsspanning van de elektronenbundel te verhogen bij het verknopen van dikke materialen; Voor het verknopen van ronde voorwerpen zoals draden en kabels is het noodzakelijk om deze te roteren of meerdere elektronenbundels te gebruiken om de bestraling uniform te maken; De eenmalige investeringskosten zijn aanzienlijk; De bedienings- en onderhoudstechnologie is complex en de veiligheidsbeschermingsproblemen tijdens het gebruik zijn ook relatief zwaar.
Chemische verknoping
Chemische verknoping is het gebruik van chemische verknopingsmiddelen om polymeren te verknopen, waarbij van een lineaire structuur naar een netwerkstructuur verandert.
De keuze van het verknopingsmiddel moet afhangen van de polymeervariëteit, de verwerkingstechnologie en de productprestaties. Het ideale verknopingsmiddel moet naast het voldoen aan enkele specifieke vereisten ook aan de volgende basisvereisten voldoen: hoge verknopingssnelheid, stabiele verknopingsstructuur; grote verwerkingsveiligheid, eenvoudig te gebruiken, matige geldigheidsduur na toevoeging van hars, geen voortijdige of te late verknopingsnadelen; heeft geen invloed op de verwerkingsprestaties en gebruiksprestaties van het product; niet giftig, niet vervuilend, irriteert de huid en ogen niet.
Bij chemische verknoping zijn er peroxideverknoping, silaanverknoping en azoverknoping:
(1) Peroxide-vernettings- en verknopingsmiddelPeroxide-vernetting, waarbij meestal organisch peroxide als verknopingsmiddel wordt gebruikt, ontleedt onder invloed van warmte en genereert actieve vrije radicalen, waardoor de polymeerkoolstofketen actieve punten genereert en koolstof-koolstofverknoping produceert om een netwerk structuur. Deze technologie vereist extrusieapparatuur onder hoge druk, zodat de verknopingsreactie in het vat wordt uitgevoerd en vervolgens wordt het product verwarmd met behulp van een snelle verwarmingsmethode, wat resulteert in een verknoopt product. Daarom is het gebruik van de peroxide-vernettingsmethode voor de productie van polyethyleenbuizen niet eenvoudig te controleren, is de productkwaliteit onstabiel en is continu gebruik moeilijker.
(2) Azo-verknoping
De methode is om de azoverbinding in PE te mengen en te extruderen bij een temperatuur lager dan de ontleding van de azoverbinding, en de extrusie wordt ontleed door een zoutbad op hoge temperatuur, en de azoverbinding wordt ontleed om vrije radicalen te vormen, waardoor de verknoping van polyethyleen wordt geïnitieerd. Het wordt over het algemeen gebruikt voor cipresgommaterialen met lage smelttemperaturen en heeft weinig praktische toepassingen voor kunststoffen.
(3) Silaanvernettingsmiddel en verknopingsmiddel
In de jaren zestig van de twintigste eeuw werd de silaanverknopingstechnologie met succes ontwikkeld. De technologie maakt gebruik van vinylsilanen die dubbele bindingen bevatten om onder invloed van initiatoren te reageren met gesmolten polymeren om silaan-geënte polymeren te vormen, die in water worden gehydrolyseerd in aanwezigheid van een silanolcondensatiekatalysator om een genetwerkte verknoopte oxaanketenstructuur te vormen. De silaanverknopingstechnologie heeft de productie en toepassing van verknoopt polyethyleen enorm bevorderd vanwege de eenvoudige uitrusting, het gemakkelijk te controleren proces, minder investeringen, de hoge mate van verknoping van eindproducten en de goede kwaliteit. Naast polyethyleen en silaan worden bij het vernetten ook katalysatoren, initiatoren, antioxidanten etc. gebruikt.
Vergeleken met andere methoden hebben de door silaanvernetting verkregen polyethyleenproducten de volgende voordelen:
(1) Minder investeringen in apparatuur, hoge productie-efficiëntie en lage kosten.
(2) Het proces is zeer veelzijdig, geschikt voor polyethyleen met alle dichtheid, en ook geschikt voor de meeste polyethyleen met vulstof.
(3) Niet beperkt door dikte.
(4) De hoeveelheid peroxide is klein (slechts 10% wanneer peroxide alleen wordt verknoopt), dus er worden minder microporiën gegenereerd in de polyethyleenisolatielaag, wat bevorderlijk is voor het behoud van de hoge isolatie van polyethyleen.
Belangrijkste toepassingen
Vanwege zijn uitstekende eigenschappen wordt vernet polyethyleen gebruikt als hoogspannings-, hoogfrequente, hittebestendige isolatiematerialen en draad- en kabelbekledingen die nodig zijn voor raketten, raketten, motoren, transformatoren, enz. Vervaardiging van warmtekrimpbare buizen, warmtekrimpbare films, diverse hittebestendige buizen, schuimplastic, corrosiebestendige voeringen, componenten en containers van chemische apparatuur, vervaardiging van vlamvertragende bouwmaterialen, enz. Momenteel zijn de grootste toepassingsgebieden voornamelijk draad en kabel, buizen, en schuim.
1. Kabelmateriaal van vernet polyethyleen
De hittebestendigheid van de kabel met verknoopt polyethyleen als isolatie is hoger dan die van polyvinylchloride, hij kan lange tijd bij 90 graden worden gebruikt en de hittebestendigheidstemperatuur bij kortsluiting kan oplopen tot 250 graden; De isolatieweerstand is hoog, de diëlektrische verliesraaklijn is klein en verandert in principe niet bij temperatuurverandering; Het heeft een goede slijtvastheid en barsten door omgevingsstress. Zodra verknoopt polyethyleen door kabels wordt verbrand, worden kooldioxide en water geproduceerd, terwijl PVC-kabels bij verbranding schadelijke waterstofchloridegassen produceren; Bovendien is de dichtheid van verknoopt polyethyleen ongeveer 40% kleiner dan die van PVC, wat de kwaliteit van bovengrondse lijnen aanzienlijk kan verminderen.
2. Vernet polyethyleen buis
De buis geproduceerd door verknoopt polyethyleen heeft de voordelen van hoge kruipsterkte, corrosieweerstand, lichtgewicht en goede hittebestendigheid. De aluminium-kunststof composietbuis met verknoopt polyethyleen heeft een sterke luchtdichtheid en een hoge barstspanningsweerstand. Het heeft een antistatische en afschermende werking.
Vergeleken met PVC-buizen en gewone polyethyleenbuizen, bevat verknoopte polyethyleenbuizen geen weekmakers, zullen ze niet schimmelen en bacteriën kweken; Bevat geen schadelijke ingrediënten, voldoet aan de FDA-normen en kan worden gebruikt in drinkwaterleidingen; Goede hittebestendigheid, gewone polyvinylchloride en polyethyleen pijp hittebestendigheid is 60-75 graad, terwijl verknoopte polyethyleen pijp 90 graden is, de maximale momentane temperatuur kan 185 graden bereiken, kan -75 graad lage temperatuur weerstaan; Groot bedrijfstemperatuurbereik, kan lange tijd worden gebruikt onder -75-95 graden omstandigheden en de levensduur bedraagt maximaal 50 jaar. Hoge verknoping, hoge dichtheid, goede drukweerstand; De chemische corrosieweerstand is zeer goed, en de weerstand tegen omgevingsstress is uitstekend, zelfs bij hogere temperaturen kan het worden gebruikt om een verscheidenheid aan chemicaliën en spanningsmateriaal te transporteren met versnelde pijp, verknoopte polyethyleen pijp is licht van gewicht, slechts ongeveer 1 /8 van metalen buis; Goede corrosieweerstand en slijtvastheid. De slijtagesnelheid is minder dan 1/4 van die van stalen buizen en de levensduur is 2-6 maal die van stalen buizen; De binnenwand is glad, de vloeistofstroomweerstand is klein en bij dezelfde buisdiameter is de transportstroom groter dan die van metalen buizen, en het geluid is veel lager; De transmissieprestaties zijn goed en de transmissiehoeveelheid vloeistof is met 30%-40% verhoogd in vergelijking met de stalen buis; De thermische geleidbaarheid is veel lager dan die van metalen buizen, dus de thermische isolatieprestaties zijn uitstekend. Bij gebruik in het verwarmingssysteem is warmtebehoud niet vereist en is het warmteverlies klein; Het kan willekeurig worden gebogen en zal niet broos of gebarsten zijn; Uitstekende elektrische isolatieprestaties, eenvoudige installatie en installatiewerklast van minder dan de helft van de metalen buizen, lage installatiekosten.
Vanwege de uitstekende materiaalprestaties van verknoopte polyethyleen buizen. Met volledig niet-giftige hygiëne wordt het beschouwd als een nieuwe generatie groene buizen, voornamelijk gebruikt in de volgende aspecten:
(1) Koud- en warmwatervoorzieningssystemen en drinkwaterleidingsystemen voor gebouwen;
(2) Gekoeldwatersysteem voor airconditioning in gebouwen;
(3) Verwarmingssysteem voor woningen;
(4) Bodemverwarmingssysteem;
(5) Leidingen van waterverwarmingssysteem voor huishoudelijk gebruik;
(6) Transportpijpleidingen voor dranken, alcohol, melk en andere vloeistoffen in de voedingsindustrie;
(7) Pijpleidingen voor vloeistoftransport in de chemische en aardolie-industrie;
(8) Pijpleiding voor koelsysteem en waterbehandelingssysteem.
(5) Goede verouderingsbestendigheid en lange levensduur.
