Resumen: Se describen brevemente el principio de reticulación, clasificación, formulación, proceso y equipo del material aislante de polietileno reticulado con silano para alambres y cables, y algunas características del material aislante de polietileno reticulado de forma natural con silano en su aplicación y uso, así como Se introducen factores que afectan la condición de reticulación del material.
Palabras clave: Reticulación de silano; Reticulación natural; Polietileno; Aislamiento; Alambre y cable
El material de cable de polietileno reticulado con silano se usa ampliamente en la industria de alambres y cables como material aislante para cables eléctricos de bajo voltaje. El material en la fabricación de alambres y cables reticulados, y el reticulado de peróxido y el reticulado por irradiación en comparación con el equipo de fabricación requerido es simple, fácil de operar, de bajo costo integral y otras ventajas, se ha convertido en el material líder para bajo costo. -Cable de tensión reticulado con aislamiento.
1. Principio de reticulación del material del cable reticulado de silano
Hay dos procesos principales involucrados en la fabricación de polietileno reticulado con silano: injerto y reticulación. En el proceso de injerto, el polímero pierde su átomo de H en el átomo de carbono terciario bajo la acción del iniciador libre y la pirólisis en radicales libres, que reaccionan con el grupo – CH = CH2 del vinil silano para producir un polímero injertado que contiene un éster de trioxisililo. grupo. En el proceso de reticulación, el polímero de injerto se hidroliza primero en presencia de agua para producir silanol, y el –OH se condensa con el grupo Si-OH adyacente para formar el enlace Si-O-Si, reticulando así el polímero. macromoléculas.
2.Material de cable reticulado de silano y su método de producción de cable
Como usted sabe, existen métodos de producción de dos y un paso para los cables reticulados de silano y sus cables. La diferencia entre el método de dos pasos y el método de un solo paso radica en dónde se lleva a cabo el proceso de injerto de silano, el proceso de injerto en el fabricante de material para cables para el método de dos pasos, el proceso de injerto en la planta de fabricación de cables para el método de un solo paso. El material aislante de polietileno reticulado con silano de dos etapas con mayor participación de mercado se compone de los llamados materiales A y B, siendo el material A el polietileno injertado con silano y el material B la mezcla maestra del catalizador. A continuación, el núcleo aislante se reticula en agua caliente o vapor.
Existe otro tipo de aislante de polietileno reticulado con silano de dos pasos, donde el material A se produce de una manera diferente, introduciendo vinilsilano directamente en el polietileno durante la síntesis para obtener polietileno con cadenas ramificadas de silano.
El método de un solo paso también tiene dos tipos, el proceso tradicional de un solo paso es una variedad de materias primas según la fórmula en la proporción de un sistema de medición de precisión especial, en una extrusora especial especialmente diseñada en un solo paso para completar el injerto y la extrusión de Núcleo de aislamiento del cable, en este proceso, sin granulación, sin necesidad de participación de la planta de material del cable, por parte de la fábrica de cables para completarlo solo. Este equipo de producción y tecnología de formulación de cables reticulados con silano de un solo paso se importa principalmente del extranjero y es costoso.
Otro tipo de material aislante de polietileno reticulado con silano de un solo paso es producido por los fabricantes de material para cables, todas las materias primas de acuerdo con la fórmula en la proporción de un método especial de mezcla, empaquetado y venta, no hay material A y B. material, la planta de cable puede estar directamente en la extrusora para completar un paso al mismo tiempo de injerto y extrusión del núcleo de aislamiento del cable. La característica única de este método es que no hay necesidad de costosas extrusoras especiales, ya que el proceso de injerto de silano se puede completar en una extrusora de PVC común y el método de dos pasos elimina la necesidad de mezclar los materiales A y B antes de la extrusión.
3. Composición de la formulación
La formulación del material para cables de polietileno reticulado con silano generalmente se compone de resina de material base, iniciador, silano, antioxidante, inhibidor de polimerización, catalizador, etc.
(1) La resina base es generalmente una resina de polietileno de baja densidad (LDPE) con un índice de fusión (MI) de 2, pero recientemente, con el desarrollo de la tecnología de resina sintética y las presiones de costos, también se ha utilizado polietileno lineal de baja densidad (LLDPE). utilizado total o parcialmente como resina base para este material. Las diferentes resinas a menudo tienen un impacto significativo en el injerto y la reticulación debido a diferencias en su estructura macromolecular interna, por lo que la formulación se modificará utilizando diferentes resinas base o el mismo tipo de resina de diferentes fabricantes.
(2) El iniciador comúnmente utilizado es el peróxido de diisopropilo (DCP). La clave es comprender la magnitud del problema; muy poco para provocar un injerto de silano no es suficiente; demasiado para causar reticulación del polietileno, lo que reduce su fluidez, la superficie del núcleo de aislamiento extruido es rugosa y difícil de exprimir. Como la cantidad de iniciador añadido es muy pequeña y sensible, es importante dispersarlo uniformemente, por lo que generalmente se añade junto con el silano.
(3) El silano se usa generalmente como vinil silano insaturado, incluido el vinil trimetoxisilano (A2171) y el vinil trietoxisilano (A2151), debido a la rápida tasa de hidrólisis del A2171, por lo que más personas eligen el A2171. De manera similar, existe el problema de agregar silano; los fabricantes actuales de materiales para cables están tratando de alcanzar su límite inferior para reducir costos, porque el silano se importa y el precio es más caro.
(4) El antioxidante es para garantizar la estabilidad del procesamiento de polietileno y el antienvejecimiento del cable y el antioxidante agregado en el proceso de injerto de silano tiene la función de inhibir la reacción de injerto, por lo que durante el proceso de injerto, la adición de antioxidante Tenga cuidado, la cantidad agregada debe considerar la cantidad de DCP para igualar la selección. En el proceso de reticulación de dos pasos, la mayor parte del antioxidante se puede agregar en la mezcla maestra del catalizador, lo que puede reducir el impacto en el proceso de injerto. En el proceso de reticulación de un solo paso, el antioxidante está presente en todo el proceso de injerto, por lo que la elección de la especie y la cantidad es más importante. Los antioxidantes más utilizados son 1010, 168, 330, etc.
(5) Se agrega inhibidor de polimerización para inhibir algunos procesos de injerto y reticulación de reacciones secundarias que ocurren; en el proceso de injerto, agregar un agente anti-reticulación puede reducir efectivamente la aparición de reticulación C2C, mejorando así Además, la fluidez del procesamiento, la adición de un injerto en las mismas condiciones estará precedida por la hidrólisis del silano en el inhibidor de la polimerización puede reducir la hidrólisis del polietileno injertado, para mejorar la estabilidad a largo plazo del material del injerto.
(6) Los catalizadores suelen ser derivados de organoestaño (excepto la reticulación natural), siendo el más común el dilaurato de dibutilestaño (DBDTL), que generalmente se añade en forma de masterbatch. En el proceso de dos pasos, el injerto (material A) y la mezcla maestra de catalizador (material B) se empaquetan por separado y los materiales A y B se mezclan antes de agregarlos a la extrusora para evitar la reticulación previa del material A. En el caso de los aislamientos de polietileno reticulado con silano de un solo paso, el polietileno del paquete aún no ha sido injertado, por lo que no hay problema de pre-reticulación y por lo tanto no es necesario empaquetar el catalizador por separado.
Además, existen silanos compuestos disponibles en el mercado, que son una combinación de silano, iniciador, antioxidante, algunos lubricantes y agentes anticobre, y generalmente se utilizan en métodos de reticulación de silano de un solo paso en plantas de cables.
Por lo tanto, la formulación de aislamientos de polietileno reticulado con silano, cuya composición no se considera muy compleja y está disponible en la información relevante, pero las formulaciones de producción adecuadas, están sujetas a algunos ajustes para su finalización, lo que requiere un estudio completo. comprensión del papel de los componentes en la formulación y la ley de su impacto en el desempeño y su influencia mutua.
Entre las muchas variedades de materiales para cables, el material para cables reticulado con silano (ya sea de dos o de un paso) se considera la única variedad de procesos químicos que ocurren en la extrusión, otras variedades como el material para cables de cloruro de polivinilo (PVC) y material de cable de polietileno (PE), el proceso de granulación por extrusión es un proceso de mezcla física, incluso si el material del cable se reticula por irradiación y reticulación química, ya sea en el proceso de granulación por extrusión o en el sistema de extrusión del cable, no se produce ningún proceso químico. Por lo tanto, en comparación, la producción de material de cable reticulado de silano y la extrusión de aislamiento de cable, el control del proceso es más importante.
4. Proceso de producción de aislamiento de polietileno reticulado con silano en dos pasos
El proceso de producción del material aislante A de polietileno reticulado con silano de dos pasos se puede representar brevemente en la Figura 1.
Figura 1 Proceso de producción de material aislante de polietileno reticulado con silano de dos pasos A
Algunos puntos clave en el proceso de producción del aislamiento de polietileno reticulado con silano de dos pasos:
(1) Secado. Como la resina de polietileno contiene una pequeña cantidad de agua, cuando se extruye a altas temperaturas, el agua reacciona rápidamente con los grupos sililo para producir reticulación, lo que reduce la fluidez de la masa fundida y produce pre-reticulación. El material acabado también contiene agua después del enfriamiento con agua, que también puede provocar una reticulación previa si no se elimina, y también debe secarse. Para garantizar la calidad del secado, se utiliza una unidad de secado profundo.
(2) Medición. Como la precisión de la formulación del material es importante, generalmente se utiliza una báscula de pérdida de peso importada. La resina de polietileno y el antioxidante se miden y se alimentan a través del puerto de alimentación de la extrusora, mientras que el silano y el iniciador se inyectan mediante una bomba de material líquido en el segundo o tercer cilindro de la extrusora.
(3) Injerto por extrusión. El proceso de injerto de silano se completa en la extrusora. Los ajustes del proceso de la extrusora, incluida la temperatura, la combinación de tornillos, la velocidad del tornillo y la velocidad de alimentación, deben seguir el principio de que el material en la primera sección de la extrusora se puede fundir completamente y mezclar uniformemente, cuando no se desea la descomposición prematura del peróxido. , y que el material completamente uniforme en la segunda sección de la extrusora debe descomponerse completamente y completarse el proceso de injerto. Las temperaturas típicas de la sección de la extrusora (LDPE) se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1 Temperaturas de las zonas del extrusor de dos pasos
| Zona de trabajo | Zona 1 | Zona 2 | Zona 3 ① | Zona 4 | Zona 5 |
| Temperatura P°C | 140 | 145 | 120 | 160 | 170 |
| Zona de trabajo | Zona 6 | Zona 7 | Zona 8 | Zona 9 | boca morir |
| Temperatura°C | 180 | 190 | 195 | 205 | 195 |
①es donde se añade el silano.
La velocidad del tornillo del extrusor determina el tiempo de residencia y el efecto de mezcla del material en el extrusor; si el tiempo de residencia es corto, la descomposición del peróxido es incompleta; si el tiempo de residencia es demasiado largo, aumenta la viscosidad del material extruido. En general, el tiempo de residencia promedio del gránulo en la extrusora debe controlarse con una vida media de descomposición del iniciador de 5 a 10 veces. La velocidad de alimentación no solo tiene un cierto impacto en el tiempo de residencia del material, sino también en la mezcla y el corte del material; también es muy importante elegir una velocidad de alimentación adecuada.
(4) Embalaje. El material aislante reticulado de silano de dos pasos debe envasarse en bolsas compuestas de aluminio y plástico al aire libre para eliminar la humedad.
5. Proceso de producción de material aislante de polietileno reticulado con silano en un solo paso
El material aislante de polietileno reticulado con silano de un solo paso debido a su proceso de injerto se encuentra en la extrusión del núcleo de aislamiento del cable en la fábrica de cables, por lo que la temperatura de extrusión del aislamiento del cable es significativamente más alta que el método de dos pasos. Aunque la fórmula de aislamiento de polietileno reticulado con silano de un solo paso se ha considerado completamente en la rápida dispersión del iniciador y el silano y el corte del material, el proceso de injerto debe estar garantizado por la temperatura, que es el polietileno reticulado con silano de un solo paso. La planta de producción de aislamiento destacó repetidamente la importancia de la elección correcta de la temperatura de extrusión; la temperatura de extrusión general recomendada se muestra en la Tabla 2.
Tabla 2 Temperatura del extrusor de un paso de cada zona (unidad: ℃)
| Zona | Zona 1 | Zona 2 | Zona 3 | Zona 4 | Brida | Cabeza |
| Temperatura | 160 | 190 | 200～210 | 220～230 | 230 | 230 |
Esta es una de las debilidades del proceso de polietileno reticulado con silano de un solo paso, que generalmente no es necesario cuando se extruyen cables en dos pasos.
6.Equipo de producción
El equipo de producción es una importante garantía de control del proceso. La producción de cables reticulados de silano requiere un grado muy alto de precisión en el control del proceso, por lo que la elección del equipo de producción es particularmente importante.
La producción de material aislante de polietileno reticulado de silano de dos pasos. Un equipo de producción de materiales, actualmente más extrusora de doble tornillo paralela isotrópica nacional con pesaje ingrávido importado, dichos dispositivos pueden cumplir con los requisitos de precisión del control del proceso, la elección de la longitud y el diámetro de la extrusora de doble tornillo para garantizar el tiempo de residencia del material, la elección del pesaje ingrávido importado para garantizar la precisión de los ingredientes. Por supuesto, hay muchos detalles del equipo a los que es necesario prestar total atención.
Como se mencionó anteriormente, los equipos de producción de cables reticulados de silano de un solo paso en la planta de cables son importados, costosos y los fabricantes de equipos nacionales no tienen equipos de producción similares, la razón es la falta de cooperación entre los fabricantes de equipos y los investigadores de fórmulas y procesos.
7.Material aislante de polietileno reticulado natural de silano
El material aislante de polietileno reticulado natural de silano desarrollado en los últimos años puede reticularse en condiciones naturales en unos pocos días, sin inmersión en vapor o agua tibia. En comparación con el método tradicional de reticulación de silano, este material puede reducir el proceso de producción para los fabricantes de cables, reduciendo aún más los costos de producción y aumentando la eficiencia de la producción. El aislamiento de polietileno reticulado naturalmente con silano es cada vez más reconocido y utilizado por los fabricantes de cables.
En los últimos años, el aislamiento nacional de polietileno reticulado natural con silano ha madurado y se ha producido en grandes cantidades, con ciertas ventajas de precio en comparación con los materiales importados.
7. 1 Ideas de formulación para aislamientos de polietileno reticulado naturalmente con silano
Los aislamientos de polietileno reticulado natural con silano se producen en un proceso de dos pasos, con la misma formulación compuesta por resina base, iniciador, silano, antioxidante, inhibidor de polimerización y catalizador. La formulación de aisladores de polietileno reticulado natural con silano se basa en aumentar la tasa de injerto de silano del material A y seleccionar un catalizador más eficiente que los aisladores de polietileno reticulado con silano en agua tibia. El uso de materiales A con una mayor tasa de injerto de silano combinado con un catalizador más eficiente permitirá que el aislante de polietileno reticulado con silano se reticule rápidamente incluso a bajas temperaturas y con humedad insuficiente.
Los materiales A para los aisladores de polietileno reticulado natural de silano importados se sintetizan mediante copolimerización, donde el contenido de silano se puede controlar a un alto nivel, mientras que la producción de materiales A con altas tasas de injerto mediante el injerto de silano es difícil. La resina base, el iniciador y el silano utilizados en la receta deben variarse y ajustarse en términos de variedad y adición.
La selección de la resistencia y el ajuste de su dosis también son cruciales, ya que un aumento en la velocidad de injerto del silano conduce inevitablemente a más reacciones secundarias de reticulación de CC. Para mejorar la fluidez de procesamiento y la condición de la superficie del material A para la posterior extrusión del cable, se requiere una cantidad adecuada de inhibidor de polimerización para inhibir eficazmente la reticulación CC y la reticulación previa.
Además, los catalizadores desempeñan un papel importante en el aumento de la tasa de reticulación y deben seleccionarse como catalizadores eficientes que contengan elementos libres de metales de transición.
7. 2 Tiempo de reticulación de aislamientos de polietileno reticulado naturalmente con silano
El tiempo necesario para completar la reticulación del aislamiento de polietileno reticulado natural con silano en su estado natural depende de la temperatura, la humedad y el espesor de la capa aislante. Cuanto mayor sea la temperatura y la humedad, más delgado será el espesor de la capa aislante, más corto será el tiempo de reticulación requerido y más largo será lo contrario. Como la temperatura y la humedad varían de una región a otra y de una estación a otra, incluso en el mismo lugar y al mismo tiempo, la temperatura y la humedad hoy y mañana serán diferentes. Por lo tanto, durante el uso del material, el usuario debe determinar el tiempo de reticulación de acuerdo con la temperatura y humedad local y predominante, así como las especificaciones del cable y el espesor de la capa aislante.
Hora de publicación: 13-ago-2022