Polyethylen (PE) tværbindingsteknologi er et af de vigtige midler til at forbedre dets materialeegenskaber. Den tværbundne modificerede PE kan i høj grad forbedre dens egenskaber, hvilket ikke kun væsentligt forbedrer PEs omfattende egenskaber såsom mekaniske egenskaber, modstandsdygtighed over for spændingsrevner, kemisk korrosionsbestandighed, krybemodstand og elektriske egenskaber, men også væsentligt forbedrer temperaturbestandigheden niveau, som kan øge varmemodstandstemperaturen for PE fra 70 grader til mere end 100 grader, og derved i høj grad udvide anvendelsesområdet for PE.
Tværbundet polyethylenisolering er polyethylen under påvirkning af højenergistråler (såsom stråler, stråler, elektronstråler osv.) eller tværbindingsmidler, således at tværbinding mellem makromolekyler kan forbedre dens varmebestandighed og andre egenskaber. Den langsigtede arbejdstemperatur for kablet, der bruger tværbundet polyethylen som isolering, kan øges til 90 grader, og den øjeblikkelige kortslutningstemperatur, der kan modstå, kan nå 170-250 grader.
Kort introduktion
Polyethylen (PE) er en af de fem generelle plasttyper, og dens produktion og forbrug rangerer først blandt forskellige syntetiske harpikser, i industri og landbrug og er meget udbredt i dagligdagen. Imidlertid er højtemperaturbestandigheden af polyethylen dårlig. Mekaniske egenskaber og kemisk resistens opfylder nogle gange ikke kravene til faktisk brug. Derfor har modifikationen af polyethylen altid været nøglen til udvikling og anvendelse af polyethylenprodukter, og polyethylen-tværbindingsteknologi er en vigtig teknologi til at forbedre dets materialeegenskaber. Tværbundet modificeret polyethylen kan i høj grad forbedre dets egenskaber, hvilket ikke kun forbedrer polyethylens omfattende egenskaber væsentligt, såsom mekaniske egenskaber, modstandsdygtighed over for spændinger i miljøet, kemisk korrosionsbestandighed, krybemodstand og elektriske egenskaber. Desuden er temperaturmodstandsniveauet væsentligt forbedret, og polyethylens varmebestandighedstemperatur kan øges fra 70 grader til mere end 100 grader. Som et resultat er anvendelsesområdet for polyethylen blevet kraftigt udvidet.
På nuværende tidspunkt er tværbundet polyethylen (XLPE) blevet meget brugt i rør, film, kabelmaterialer og skumprodukter.
Ydeevne og fordele
Molekylerne af polyethylen er sammensat af lineære molekylære kæder. Når temperaturen stiger, svækkes bindingskraften mellem de lineære molekylekæder (van der Waals-kraften), så hele det molekylære materiale deformeres, så polyethylens temperaturmodstand er dårlig. Tværbundet polyethylen (XLPE) Der bygges en kemisk kædebro mellem molekylerne, så molekylerne ikke kan fortrænges, hvilket overvinder manglen på polyethylen. Ydeevnesammenligningen af tværbundet polyethylen og almindelig polyethylen er vist i tabel 1.
Tværbundet polyethylen har følgende fordele:
1. Varmebestandighed: XLPE med en mesh tredimensionel struktur har fremragende varmebestandighed. Det vil ikke nedbrydes og karbonisere under 200 grader, den langsigtede arbejdstemperatur kan nå 90 grader, og den termiske levetid kan nå 40 år.
2. Isoleringsydelse: XLPE bevarer PEs originale gode isoleringsegenskaber, og isolationsmodstanden øges yderligere. Dens dielektriske tabstangent er meget lille og påvirkes ikke meget af temperaturen.
3. Mekaniske egenskaber: På grund af etableringen af nye kemiske bindinger mellem makromolekyler, forbedres hårdheden, stivheden, slidstyrken og slagfastheden af XLPE, og derved opvejes manglerne ved PE, der er modtagelig for miljøbelastning og revner.
4. Kemisk resistens: XLPE har stærk syre- og alkaliresistens og olieresistens, og dets forbrændingsprodukter er hovedsageligt vand og kuldioxid, som er mindre skadeligt for miljøet og opfylder kravene til moderne brandsikkerhed.
Tværbindingsprincip
Polyethylen ([CH2-CH2]n, n-gentaget enhedstal) er en polymerforbindelse, der indeholder to elementer af carbonhydrider og hydrogener, med lineær eller forgrenet molekylær struktur makromolekylære kæder, fast form ved stuetemperatur og krystalfase og amorf fase sameksistens form i fast form af polyethylen. Den relative molekylvægt af polyethylen er mellem 6,30 og<>,<>.
Polyethylen har fremragende elektriske isoleringsegenskaber, men dets ringe varmebestandighed påvirker dets brug af råmaterialer til kabelisolering. På grund af den svage intermolekylære interaktion i det amorfe område er smeltetemperaturen for det meste polyethylen omkring 140 grader, og dens mekaniske styrke falder betydeligt, når man nærmer sig polyethylenets smeltepunkt, og revnemodstanden forringes også.
Når lineære makromolekylære kæder behandles kemisk eller fysisk, kaldes processen med at forbinde i form af tværbundne bindinger tværbinding eller "vulkanisering". Tværbundet polyethylen har egenskaberne af mesh-type og kropsstruktur, og dets varmebestandighed vil blive forbedret med stigningen i tværbinding, og den relative termiske forlængelse vil falde tilsvarende. På grund af dets betydelige forbedring af mekaniske egenskaber og varmebestandighed er det blevet et meget brugt strømkabelisoleringsmateriale.
Metoden til tværbinding af polyethylen ved tværbinding til dannelse af tværbundet polyethylen er opdelt i to kategorier: kemisk metode og fysisk metode, og procesmetoderne realiseret i industrien omfatter hovedsageligt følgende fem: højenergibestrålingstværbinding, silantværbinding, peroxidtværbinding ultraviolet tværbinding og salttværbinding. Blandt dem er peroxid-tværbindingsmetoden (også kendt som kemisk tværbinding) en tværbindingsmetode, der er egnet til fremstilling af kabler på mellem- og højspændingsniveau, og dens princip er en række frie radikal-reaktioner udløst af højtemperaturnedbrydning af peroxid PE er tværbundet. Peroxider nedbrydes af varme for at danne frie radikaler, og processen med tværbindingsreaktion er som følger:
Tværbindingsmetode
Der er to typer tværbindingsmetoder for polyethylen: fysisk tværbinding (strålingstværbinding) og kemisk tværbinding. Kemisk tværbinding er opdelt i silantværbinding og peroxidtværbinding.
Fysisk tværbinding
Strålingstværbinding: polyethylenprodukter, såsom polyethylenkapper, film, tyndvæggede rør og andre produkter belagt på tråden, er tværbundet med stråler og højenergistråler (hvorved polyethylenmakromolekyler genererer frie radikaler og danner CC-tværbundne kæder) . Graden af tværbinding påvirkes af strålingsdosis og temperatur, og tværbindingspunktet stiger med stigningen af strålingsdosis, så ved at kontrollere strålingsforholdene kan der opnås tværbundne polyethylenprodukter med en vis grad af tværbinding.
Tværbundet polyethylen fremstillet ved strålingstværbindingsmetode har følgende fordele: tværbinding og ekstrudering udføres separat, produktkvaliteten er let at kontrollere, produktionseffektiviteten er høj, og skrothastigheden er lav; Der kræves ingen yderligere frie radikal-initiatorer (såsom peroxider, etc.) under tværbindingsprocessen, hvilket bibeholder materialets renhed og forbedrer materialets elektriske egenskaber; Den er især velegnet til tyndvæggede, isolerede kabler med lille sektion, som er svære at fremstille ved kemisk tværbinding. Imidlertid har strålingstværbinding også nogle ulemper, såsom behovet for at øge elektronstrålens accelerationsspænding ved tværbinding af tykke materialer; Til tværbinding af runde genstande såsom ledninger og kabler er det nødvendigt at rotere dem eller bruge flere elektronstråler for at gøre bestrålingen ensartet; Engangsinvesteringsomkostningerne er betydelige; Drifts- og vedligeholdelsesteknologien er kompleks, og sikkerhedsbeskyttelsesproblemerne i drift er også relativt barske.
Kemisk tværbinding
Kemisk tværbinding er brugen af kemiske tværbindingsmidler til at tværbinde polymerer, der skifter fra en lineær struktur til en netværksstruktur.
Valget af tværbindingsmiddel bør afhænge af polymersorten, forarbejdningsteknologien og produktets ydeevne, det ideelle tværbindingsmiddel bør ud over at opfylde nogle specifikke krav også have følgende grundlæggende krav: høj tværbindingshastighed, stabil tværbindingsstruktur; stor behandlingssikkerhed, nem at bruge, moderat gyldighedsperiode efter tilsætning af harpiks, ingen for tidlig eller for sen tværbindingsulemper; påvirker ikke produktets forarbejdningsydelse og brugsydelse; ikke-giftig, ikke-forurenende, irriterer ikke hud og øjne.
Ved kemisk tværbinding er der peroxid-tværbinding, silantværbinding og azo-tværbinding:
(1) Peroxid-tværbinding og -tværbindingsmiddel Peroxid-tværbinding, almindeligvis under anvendelse af organisk peroxid som tværbindingsmiddel, under påvirkning af varme, nedbrydes for at generere aktive frie radikaler, som får polymerens carbonkæde til at generere aktive punkter og producerer carbon-carbon-tværbinding til dannelse af en netværksstruktur. Denne teknologi kræver højtryksekstruderingsudstyr, således at tværbindingsreaktionen udføres i tønden, og derefter opvarmes produktet ved hjælp af en hurtig opvarmningsmetode, hvilket resulterer i et tværbundet produkt. Derfor er brugen af peroxid-tværbindingsmetoden til fremstilling af polyethylenrør ikke let at kontrollere, produktkvaliteten er ustabil, og kontinuerlig drift er vanskeligere.
(2) Azo-tværbinding
Metoden er at blande azoforbindelsen i PE og ekstrudere ved en temperatur, der er lavere end azoforbindelsens nedbrydning, og ekstruderingen nedbrydes af et højtemperatursaltbad, og azoforbindelsen nedbrydes til frie radikaler, hvilket initierer polyethylen-tværbinding. Det bruges generelt til cypressgummimaterialer med lave smeltetemperaturer og har få praktiske anvendelser til plast.
(3) Silantværbindings- og tværbindingsmiddel
I tresserne af det tyvende århundrede blev silan-tværbindingsteknologi med succes udviklet. Teknologien bruger vinylsilaner indeholdende dobbeltbindinger til at reagere med smeltede polymerer under påvirkning af initiatorer for at danne silanpodede polymerer, som hydrolyseres i vand i nærværelse af en silanolkondensationskatalysator for at danne en tværbundet oxankædestruktur. Silan-tværbindingsteknologi har i høj grad fremmet produktionen og anvendelsen af tværbundet polyethylen på grund af dets enkle udstyr, let at kontrollere proces, færre investeringer, høj grad af tværbinding af færdige produkter og gode kvalitet. Udover polyethylen og silan anvendes også katalysatorer, initiatorer, antioxidanter osv. til tværbinding.
Sammenlignet med andre metoder har polyethylenprodukterne opnået ved silantværbinding følgende fordele:
(1) Mindre udstyrsinvestering, høj produktionseffektivitet og lave omkostninger.
(2) Processen er meget alsidig, velegnet til polyethylen med fuld densitet og også egnet til det meste polyethylen med fyldstof.
(3) Ikke begrænset af tykkelse.
(4) Mængden af peroxid er lille (kun 10 %, når peroxid er tværbundet alene), så der dannes færre mikroporer i polyethylenisoleringslaget, hvilket er befordrende for at opretholde den høje isolering af polyethylen.
Hovedapplikationer
På grund af dets fremragende egenskaber anvendes tværbundet polyethylen som højspændings-, højfrekvente, varmebestandige isoleringsmaterialer og lednings- og kabelbeklædninger, der kræves af raketter, missiler, motorer, transformere osv. Fremstilling af varmekrympelige rør, varmekrympende film, forskellige varmebestandige rør, skumplast, korrosionsbestandige kemiske udstyrsforinger, komponenter og beholdere, fremstilling af flammehæmmende byggematerialer osv. På nuværende tidspunkt er de største anvendelsesområder hovedsageligt ledninger og kabler, rør, og skum.
1. Tværbundet polyethylen kabelmateriale
Varmemodstanden af kablet med tværbundet polyethylen som isolering er højere end polyvinylchlorid, den kan bruges i lang tid ved 90 grader, og varmemodstandstemperaturen ved kortslutning kan nå op til 250 grader; Isolationsmodstanden er høj, den dielektriske tabstangent er lille, og den ændres dybest set ikke med temperaturændringen; Det har god slidstyrke og miljøpåvirkningsrevner. Når tværbundet polyethylen er brændt af kabler, produceres kuldioxid og vand, mens PVC-kabler producerer hydrogenchlorid-skadelige gasser ved afbrænding; Derudover er densiteten af tværbundet polyethylen omkring 40 % mindre end PVC, hvilket kan reducere kvaliteten af luftledninger betydeligt.
2. Tværbundet polyethylenrør
Røret fremstillet af tværbundet polyethylen har fordelene ved høj krybestyrke, korrosionsbestandighed, letvægt og god varmebestandighed. Aluminium-plastkompositrøret, der anvender tværbundet polyethylen, har stærk lufttæthed og høj modstandsdygtighed over for sprængspænding. Det har en antistatisk og afskærmende effekt.
Sammenlignet med PVC-rør og almindeligt polyethylenrør, indeholder tværbundet polyethylenrør ikke blødgørere, vil ikke meldug og avle bakterier; Indeholder ikke skadelige ingredienser, opfylder FDA-standarder og kan bruges i drikkevandsrør; God varmebestandighed, almindeligt polyvinylchlorid og polyethylenrørs varmebestandighed er 60-75 grader, mens tværbundet polyethylenrør er 90 grader, den maksimale øjeblikkelige temperatur kan nå 185 grader, kan modstå -75 grader lav temperatur; Bredt driftstemperaturområde, kan bruges i lang tid under -75-95 graders forhold, og levetiden er op til 50 år. Høj tværbinding, høj densitet, god trykmodstand; Kemisk korrosionsbestandighed er meget god, og miljømæssig modstandsdygtighed over for spændingsrevner er fremragende, selv ved højere temperaturer, kan den bruges til at transportere en række kemikalier og stressmaterialer med accelereret rør, tværbundet polyethylenrør er let i vægt, kun ca. /8 af metalrør; God korrosionsbestandighed og slidstyrke. Slidhastigheden er mindre end 1/4 af stålrøret, og levetiden er 2-6 gange stålrørets; Den indre væg er glat, væskestrømningsmodstanden er lille, og ved samme rørdiameter er transportstrømmen større end metalrørets, og støjen er meget lavere; Transmissionsydelsen er god, og transmissionsmængden af væske er øget med 30 %-40 % sammenlignet med stålrøret; Den termiske ledningsevne er meget lavere end for metalrør, så dens varmeisoleringsevne er fremragende. Når det bruges i varmesystemet, er varmekonservering ikke påkrævet, og varmetabet er lille; Det kan bøjes vilkårligt og vil ikke være skørt og revnet; Fremragende elektrisk isoleringsydelse, nem installation og installationsarbejdsbyrde på mindre end halvdelen af metalrør, lave installationsomkostninger.
På grund af den fremragende materialeydelse af tværbundet polyethylenrør. Med fuldstændig giftfri hygiejne er det blevet betragtet som en ny generation af grønne rør, hovedsagelig brugt i følgende aspekter:
(1) Koldt- og varmtvandsforsyningssystemer og rørledningsdrikkevandssystemer til bygninger;
(2) Afkølet vandsystem til bygningsklimaanlæg;
(3) Boligvarmesystem;
(4) Jordvarmeanlæg;
(5) Rørføring af vandvarmeranlæg til husholdningsbrug;
(6) Transportrørledninger til drikkevarer, alkohol, mælk og andre væsker i fødevareindustrien;
(7) Rørledninger til væsketransport i kemiske og olieindustrien;
(8) Rørledning til kølesystem og vandbehandlingssystem.
(5) God ældningsmodstand og lang levetid.
