Ágrip: Lýst er stuttlega meginreglunni um þvertengingu, flokkun, samsetningu, ferli og búnað einangrunarefnis úr sílani þverbundnu pólýetýleni fyrir víra og kapla, og kynnt eru nokkrir eiginleikar einangrunarefnis úr sílani sem er náttúrulega þverbundið pólýetýlen í notkun, sem og þættir sem hafa áhrif á þvertengingarástand efnisins.
Lykilorð: Sílanþvertenging; Náttúruleg þvertenging; Pólýetýlen; Einangrun; Vír og kapall
Sílan-þverbundið pólýetýlen kapalefni er nú mikið notað í vír- og kapaliðnaðinum sem einangrunarefni fyrir lágspennustrengi. Efnið sem notað er í framleiðslu á þverbundnum vírum og kaplum, og peroxíð-þvertenging og geislunar-þvertenging, er einfalt, auðvelt í notkun, lágur heildarkostnaður og aðrir kostir, og hefur orðið leiðandi efni fyrir lágspennustrengi með einangrun.
1. Meginregla um þvertengingu sílan-tengdra kapalefna
Tvær meginaðferðir eru notaðar við framleiðslu á sílan-tengdu pólýetýleni: ígræðslu og þvertenging. Í ígræðsluferlinu missir fjölliðan vetnisatóm sitt á tertiæra kolefnisatóminu undir áhrifum frírra frumefnis og brennslu í fríar stakeindir, sem hvarfast við – CH = CH2 hópinn á vínýlsílani til að framleiða ígrædda fjölliðu sem inniheldur tríoxýsílýl ester hóp. Í þvertengingarferlinu er ígrædda fjölliðan fyrst vatnsrofin í viðurvist vatns til að framleiða silanól, og – OH þéttist við aðliggjandi Si-OH hóp til að mynda Si-O-Si tengið, sem þverbindur þannig fjölliðu sameindirnar.
2. Sílanþverbundið kapalefni og aðferð til að framleiða kapal
Eins og þú veist eru til tveggja þrepa og eins þrepa framleiðsluaðferðir fyrir kílótengda kapla og kapla þeirra. Munurinn á tveggja þrepa aðferðinni og eins þrepa aðferðinni liggur í því hvar kílógræðslan fer fram, græðslan hjá framleiðanda kapalefnisins fyrir tveggja þrepa aðferðina, og græðslan í kapalframleiðslustöðinni fyrir eins þrepa aðferðina. Tvíþrepa kílótengda pólýetýlen einangrunarefnið með stærsta markaðshlutdeild er samsett úr svokölluðum A og B efnum, þar sem A efnið er pólýetýlen grætt með kílói og B efnið er hvataaðalblöndunin. Einangrunarkjarninn er síðan kílótengdur í volgu vatni eða gufu.
Það er til önnur gerð af tvíþrepa sílan-þverbundnum pólýetýlen einangrunarefni, þar sem A-efnið er framleitt á annan hátt, með því að setja vínýlsílan beint inn í pólýetýlenið meðan á myndun stendur til að fá pólýetýlen með greinóttum sílankeðjum.
Einþrepsaðferðin er einnig til í tveimur gerðum. Hefðbundna einþrepsferlið felst í því að nota fjölbreytt hráefni samkvæmt formúlunni í sérstöku nákvæmnismælingarkerfi. Í einu skrefi er einangrun og útdráttur kapalsins framkvæmdur í sérhönnuðum pressuvél. Í þessu ferli er engin kornun og engin þörf á þátttöku kapalverksmiðjunnar, sem kapalverksmiðjan þarf að framkvæma ein og sér. Þessi einþreps silan-þverbundni kapalframleiðslubúnaður og mótunartækni er að mestu leyti innflutt erlendis frá og er dýr.
Önnur gerð af einþrepa silan-þverbundnu pólýetýlen einangrunarefni er framleidd af framleiðendum kapalefna. Öll hráefni eru blönduð saman, pakkað og seld samkvæmt formúlunni í hlutföllunum með sérstakri aðferð. Það er ekkert A-efni og B-efni. Kapalverksmiðjan getur verið sett beint í útpressunarvélina til að ljúka skrefinu á sama tíma og einangrun og útpressun á kapalkjarnanum. Sérstaða þessarar aðferðar er að það er engin þörf á dýrum sérstökum útpressunarvélum, þar sem silan-ígræðsluferlið er hægt að ljúka í venjulegum PVC-útpressunarvél og tveggja þrepa aðferðin útilokar þörfina á að blanda A- og B-efnum saman fyrir útpressun.
3. Samsetning efnablöndunnar
Samsetning silan-tengdra pólýetýlen snúruefnis er almennt samsett úr grunnefnisplastefni, frumefni, silani, andoxunarefni, fjölliðunarhemli, hvata og svo framvegis.
(1) Grunnplastefnið er almennt lágþéttni pólýetýlen (LDPE) plastefni með bræðsluvísitölu (MI) upp á 2, en nýlega, með þróun tilbúins plastefnistækni og kostnaðarþrýstingi, hefur línulegt lágþéttni pólýetýlen (LLDPE) einnig verið notað eða að hluta til notað sem grunnplastefni fyrir þetta efni. Mismunandi plastefni hafa oft veruleg áhrif á ígræðslu og þvertengingu vegna mismunandi innri stórsameindabyggingar þeirra, þannig að samsetningin verður breytt með því að nota mismunandi grunnplastefni eða sömu tegund af plastefni frá mismunandi framleiðendum.
(2) Algengt er að nota díísóprópýlperoxíð (DCP) sem frumefni. Lykilatriðið er að átta sig á umfangi vandans. Of lítið magn veldur ekki sílanígræðslu; of mikið magn veldur þvertengingu pólýetýlensins, sem dregur úr flæði þess og gerir yfirborð einangrunarkjarna úr pressuðu efninu hrjúft og erfitt að kreista það. Þar sem magn frumefnisins sem bætt er við er mjög lítið og viðkvæmt, er mikilvægt að dreifa því jafnt, þannig að það er almennt bætt við ásamt sílaninu.
(3) Sílan er almennt notað sem ómettað vínýlsílan, þar á meðal vínýltrímetoxýsílan (A2171) og vínýltríetoxýsílan (A2151). Vegna hraðrar vatnsrofshraða A2171 er A2171 því fleiri velja A2171. Á sama hátt er vandamál með að bæta við sílani, og núverandi framleiðendur kapalefna reyna að ná lægri mörkum þess til að lækka kostnað, þar sem verðið á sílani er innflutt.
(4) Andoxunarefni eru notuð til að tryggja stöðugleika pólýetýlenvinnslu og öldrunarvörn kapalsins. Andoxunarefnin eru bætt við í sílanígræðsluferlinu og hamla ígræðsluviðbrögðum. Þess vegna þarf að gæta varúðar við að bæta við andoxunarefnum í ígræðsluferlinu og velja magn DCP sem passar við valið. Í tveggja þrepa þvertengingarferlinu er hægt að bæta mestu andoxunarefnunum við í hvataframleiðsluna, sem getur dregið úr áhrifum á ígræðsluferlið. Í eins þrepa þvertengingarferlinu er andoxunarefnið til staðar í öllu ígræðsluferlinu, þannig að val á tegund og magni skiptir meira máli. Algengustu andoxunarefnin eru 1010, 168, 330 o.s.frv.
(5) Fjölliðunarhemill er bætt við til að hindra aukaverkanir í ígræðslu og þvertengingu. Í ígræðsluferlinu er bætt við þvertengingarhemli sem getur dregið úr C2C þvertengingu á áhrifaríkan hátt og þar með bætt við flæði vinnslunnar. Auk þess mun viðbót ígræðslu við sömu aðstæður, áður en vatnsrof silans hefst, draga úr vatnsrof ígrædds pólýetýlens og bæta langtímastöðugleika ígræðsluefnisins.
(6) Hvatar eru oft afleiður af lífrænum tini (að undanskildum náttúrulegum þvertengingum), algengasta er díbútýltindílaurat (DBDTL), sem er almennt bætt við í formi aðalblöndu. Í tveggja þrepa ferlinu eru ígræðslan (A-efnið) og aðalblöndu hvata (B-efnið) pakkað sérstaklega og A- og B-efnin eru blönduð saman áður en þeim er bætt í extruderinn til að koma í veg fyrir forþvertengingu A-efnisins. Í tilviki eins þreps sílan-þverbundinna pólýetýlen einangrunar hefur pólýetýlenið í umbúðunum ekki enn verið grætt, þannig að það er ekkert vandamál með forþvertengingu og því þarf ekki að pakka hvatanum sérstaklega.
Að auki eru til samsett silan á markaðnum, sem eru blanda af silani, frumefni, andoxunarefni, sumum smurefnum og koparvarnarefnum, og eru almennt notuð í eins-þreps silan-þvertengingaraðferðum í kapalverksmiðjum.
Þess vegna er samsetning einangrunar úr sílanþverbundnu pólýetýleni, sem er ekki talin mjög flókin og er aðgengileg í viðeigandi upplýsingum, en viðeigandi framleiðsluformúlur, með fyrirvara um nokkrar breytingar til að ljúka, krefst fullrar skilnings á hlutverki íhlutanna í formúlunni og lögmáli um áhrif þeirra á afköst og gagnkvæm áhrif.
Í fjölmörgum afbrigðum kapalefna er talið að silan-tengdir kapalefni (annað hvort tveggja í einu eða tveimur skrefum) séu einu afbrigði efnaferlanna sem eiga sér stað við útpressun. Í öðrum afbrigðum eins og pólývínýlklóríð (PVC) kapalefna og pólýetýlen (PE) kapalefna er útpressunarkornunarferlið eðlisfræðilegt blöndunarferli. Jafnvel þótt efnafræðileg þvertenging og geislun í kapalefninu eigi sér stað, hvort sem það er í útpressunarkornunarferlinu eða útpressunarkerfinu, þá á sér ekki stað efnafræðileg ferli. Þess vegna er framleiðslustýring á silan-tengdum kapalefnum og útpressunarkerfi fyrir kapaleinangrun mikilvægari.
4. Tveggja þrepa framleiðsluferli fyrir einangrun úr krossbundnu pólýetýleni með sílani
Framleiðsluferli tveggja þrepa silan þverbundins pólýetýlen einangrunarefnis A má lýsa stuttlega á mynd 1.
Mynd 1 Framleiðsluferli tveggja þrepa silan-þverbundins pólýetýlen einangrunarefnis A
Nokkur lykilatriði í framleiðsluferli tveggja þrepa silan-þverbundinnar pólýetýlen einangrunar:
(1) Þurrkun. Þar sem pólýetýlen plastefnið inniheldur lítið magn af vatni, hvarfast vatnið hratt við silýlhópana þegar það er þrýst út við hátt hitastig og myndar þvertengingu, sem dregur úr flæði bráðins og veldur forþvertengingu. Fullunnið efni inniheldur einnig vatn eftir vatnskælingu, sem getur einnig valdið forþvertengingu ef það er ekki fjarlægt, og verður einnig að þurrka það. Til að tryggja gæði þurrkunarinnar er notað djúpþurrkunareining.
(2) Mæling. Þar sem nákvæmni efnisformúlunnar er mikilvæg er almennt notuð innflutt þyngdartapsvog. Pólýetýlenplastefnið og andoxunarefnið eru mæld og færð í gegnum aðrennslisop extrudersins, en sílanið og frumefnið eru sprautað inn með fljótandi efnisdælu í aðra eða þriðju tunnu extrudersins.
(3) Útpressunarígræðsla. Ígræðingarferli sílans er lokið í útpressunarvélinni. Stillingar útpressunarvélarinnar, þar á meðal hitastig, skrúfusamsetning, skrúfuhraði og fóðrunarhraði, verða að fylgja þeirri meginreglu að efnið í fyrsta hluta útpressunarvélarinnar geti verið fullkomlega bráðið og blandað jafnt þegar ótímabær niðurbrot peroxíðsins er ekki æskilegt, og að fullkomlega einsleitt efni í öðrum hluta útpressunarvélarinnar verði að vera fullkomlega niðurbrotið og ígræðingarferlinu lokið. Dæmigert hitastig útpressunarvélarinnar (LDPE) er sýnt í töflu 1.
Tafla 1 Hitastig tveggja þrepa extruder svæða
| Vinnusvæði | Svæði 1 | Svæði 2 | Svæði 3 ① | Svæði 4 | Svæði 5 |
| Hitastig P °C | 140 | 145 | 120 | 160 | 170 |
| Vinnusvæði | Svæði 6 | Svæði 7 | Svæði 8 | Svæði 9 | Munnur deyja |
| Hitastig °C | 180 | 190 | 195 | 205 | 195 |
①er þar sem sílanið er bætt við.
Hraði skrúfu extrudersins ákvarðar dvalartíma og blöndunaráhrif efnisins í extrudernum. Ef dvalartíminn er stuttur er niðurbrot peroxíðs ófullkomið; ef dvalartíminn er of langur eykst seigja extruderaðs efnis. Almennt ætti að stjórna meðaldvalartíma kornanna í extrudernum þannig að helmingunartími niðurbrots frumefnisins sé 5-10 sinnum. Fóðrunarhraði hefur ekki aðeins ákveðin áhrif á dvalartíma efnisins, heldur einnig á blöndun og klippingu efnisins, og það er einnig mjög mikilvægt að velja viðeigandi fóðrunarhraða.
(4) Umbúðir. Tvíþrepa silan-þverbundið einangrunarefni ætti að pakka í ál-plast samsetta poka í beinu lofti til að útrýma raka.
5. Framleiðsluferli fyrir einangrunarefni úr krossbundnu pólýetýleni í einu skrefi
Einangrunarefni úr einþrepi silan-þverbundnu pólýetýleni, sem er framleitt í kapalverksmiðju, er því marktækt hærra hitastig en tveggja þrepa aðferðin. Þó að eins þrepa silan-þverbundnu pólýetýlen einangrunarefni hafi verið tekið til greina við hraðdreifingu frumefnis og silans og klippingar efnisins, verður hitastigið að tryggja ígræðsluferlið. Framleiðsla á einþrepi silan-þverbundnu pólýetýlen einangrunarefni hefur ítrekað lagt áherslu á mikilvægi rétts vals á útdráttarhita. Almennt ráðlagt útdráttarhitastig er sýnt í töflu 2.
Tafla 2 Hitastig eins þreps extruder fyrir hvert svæði (eining: ℃)
| Svæði | Svæði 1 | Svæði 2 | Svæði 3 | Svæði 4 | Flans | Höfuð |
| Hitastig | 160 | 190 | 200～210 | 220～230 | 230 | 230 |
Þetta er einn af veikleikum eins þreps sílan-þverbundins pólýetýlenferlisins, sem er almennt ekki krafist þegar kaplar eru pressaðir í tveimur skrefum.
6. Framleiðslubúnaður
Framleiðslubúnaðurinn er mikilvæg trygging fyrir ferlisstjórnun. Framleiðsla á sílan-tengdum kaplum krefst mjög mikillar nákvæmni í ferlisstjórnun, þannig að val á framleiðslubúnaði er sérstaklega mikilvægt.
Framleiðsla á tvíþrepa silan-þverbundnu pólýetýlen einangrunarefni. Efnisframleiðslubúnaður, sem nú er meira notaður í innlendum ísótrópískum samsíða tvískrúfupressum með innfluttri þyngdarlausri vigtun, getur uppfyllt kröfur um nákvæmni ferlisstýringar, val á lengd og þvermál tvískrúfupressunnar til að tryggja að dvalartími efnisins sé stilltur, val á innfluttri þyngdarlausri vigtun til að tryggja nákvæmni innihaldsefnanna. Auðvitað eru margar upplýsingar um búnaðinn sem þarf að huga að til fulls.
Eins og áður hefur komið fram eru einþreps silan-krossbundnir kaplar í kapalverksmiðjunni innfluttir, dýrir og innlendir búnaðarframleiðendur hafa ekki svipaðan framleiðslubúnað. Ástæðan er skortur á samvinnu milli búnaðarframleiðenda og formúlu- og ferlasérfræðinga.
7. Silan náttúrulegt þverbundið pólýetýlen einangrunarefni
Náttúrulega þverbundin einangrunarefni úr sílani, sem þróað hefur verið á undanförnum árum, er hægt að þverbinda við náttúrulegar aðstæður á nokkrum dögum, án þess að þurfa að dýfa í gufu eða heitt vatn. Í samanburði við hefðbundna þverbindingaraðferð úr sílani getur þetta efni stytt framleiðsluferlið fyrir kapalframleiðendur, sem lækkar framleiðslukostnað enn frekar og eykur framleiðsluhagkvæmni. Náttúrulega þverbundin einangrunarefni úr sílani er sífellt meira viðurkennt og notað af kapalframleiðendum.
Á undanförnum árum hefur innlend silan náttúruleg þverbundin pólýetýlen einangrun þroskast og hefur verið framleidd í miklu magni, með ákveðnum verðkostum samanborið við innflutt efni.
7. 1 Hugmyndir að samsetningu fyrir einangrun úr náttúrulega þverbundnu pólýetýleni með sílani
Einangrunarefni úr náttúrulegum, þverbundnum pólýetýleni úr sílani eru framleidd í tveggja þrepa ferli, með sömu samsetningu sem samanstendur af grunnplastefni, frumefni, sílani, andoxunarefni, fjölliðunarhemli og hvata. Samsetning einangrunarefna úr náttúrulegum, þverbundnum pólýetýleni úr sílani byggist á því að auka sílanígræðsluhraða A-efnisins og velja skilvirkari hvata en einangrunarefni úr heitu vatni sem þverbundin pólýetýlen úr sílani. Notkun A-efna með hærri sílanígræðsluhraða ásamt skilvirkari hvata mun gera sílanígræðslunni kleift að þverbindast hratt, jafnvel við lágt hitastig og með ófullnægjandi raka.
A-efnin fyrir innflutt einangrara úr sílani, sem eru náttúrulega þverbundin pólýetýlen, eru mynduð með samfjölliðun, þar sem hægt er að stjórna silaninnihaldinu á háu stigi, en erfitt er að framleiða A-efni með mikilli ígræðsluhraða með ígræðslu silans. Grunnplastefnið, frumefnið og silanið sem notað er í uppskriftinni ætti að vera fjölbreytt og aðlagað hvað varðar fjölbreytni og viðbætur.
Val á viðnámsefni og aðlögun skammta þess eru einnig mikilvæg, þar sem aukning á ígræðsluhraða sílansins leiðir óhjákvæmilega til fleiri aukaverkana við CC-þvertengingu. Til að bæta vinnsluflæði og yfirborðsástand A-efnisins fyrir síðari kapalútdrátt þarf viðeigandi magn af fjölliðunarhemli til að hindra á áhrifaríkan hátt CC-þvertengingu og fyrri forþvertengingu.
Að auki gegna hvatar mikilvægu hlutverki í að auka þvertengingarhraða og ætti að velja þá sem skilvirka hvata sem innihalda frumefni án umbreytingarmálma.
7. 2 Þverbindingartími einangrunar úr pólýetýleni með náttúrulegri þverbindingu úr sílani
Tíminn sem það tekur að ljúka þvertengingu á náttúrulegri silan-þverbundinni pólýetýlen einangrun í náttúrulegu ástandi er háður hitastigi, raka og þykkt einangrunarlagsins. Því hærra sem hitastigið og rakastigið er, því þynnri er þykkt einangrunarlagsins, því styttri þarf þvertengingartíminn og því lengri er öfugt. Þar sem hitastig og rakastig eru mismunandi eftir svæðum og árstíðum, jafnvel á sama stað og á sama tíma, verður hitastig og rakastig í dag og á morgun mismunandi. Þess vegna ætti notandinn, við notkun efnisins, að ákvarða þvertengingartímann í samræmi við staðbundið og ríkjandi hitastig og rakastig, sem og forskrift snúrunnar og þykkt einangrunarlagsins.
Birtingartími: 13. ágúst 2022