תקציר: עיקרון ההצלבה, הסיווג, הניסוח, התהליך והציוד של חומר בידוד פוליאתילן מוצלב סילאן עבור חוט וכבל מתוארים בקצרה, וכמה מאפיינים של חומר בידוד פוליאתילן מוצלב בסילאן ביישום ובשימוש וכן מוצגים גורמים המשפיעים על מצב ההצלבה של החומר.
מילות מפתח: סילאן צולב קישור; קישור צולב טבעי; פוליאתילן; בִּדוּד; חוט וכבל
חומר כבל פוליאתילן צולב סילאן נמצא כיום בשימוש נרחב בתעשיית החוטים והכבלים כחומר מבודד לכבלי מתח נמוך. החומר בייצור תיל וכבלים מוצלבים, וצילבות פרוקסיד והצלבה קרינה בהשוואה לציוד הייצור הנדרש הוא פשוט, קל לתפעול, עלות מקיפה נמוכה ויתרונות נוספים, הפך לחומר המוביל עבור נמוך כבל צולב מתח עם בידוד.
1. Silane חומר כבל צולב עיקרון צלב קישור
ישנם שני תהליכים עיקריים המעורבים בהכנת פוליאתילן צולב סילאן: השתלה והצלבה. בתהליך ההשתלה, הפולימר מאבד את אטום ה-H שלו על אטום הפחמן השלישוני תחת פעולת יוזם חופשי ופירוליזה לרדיקלים חופשיים, המגיבים עם קבוצת - CH = CH2 של ויניל סילאן לייצור פולימר מושתל המכיל אסטר טריוקסיסיליל. קְבוּצָה. בתהליך ההצלבה, פולימר השתל עובר הידרוליזה לראשונה בנוכחות מים לייצור סילנול, וה- OH מתעבה עם קבוצת Si-OH הסמוכה ליצירת קשר Si-O-Si, ובכך מצלב את הפולימר מקרומולקולות.
2. Silane חומר כבל צולב ושיטת ייצור הכבלים שלו
כידוע, קיימות שיטות ייצור דו-שלביות וחד-שלביות עבור כבלים מצולבים סילאן והכבלים שלהם. ההבדל בין השיטה הדו-שלבית לשיטה החד-שלבית נעוץ במקום שבו מתבצע תהליך השתלת הסילאן, תהליך ההשתלה אצל יצרן חומרי הכבלים עבור השיטה הדו-שלבית, תהליך ההשתלה במפעל לייצור הכבלים עבור שיטה חד-שלבית. חומר הבידוד מפוליאתילן צלב סילאן דו-שלבי עם נתח השוק הגדול ביותר מורכב ממה שנקרא חומרים A ו-B, כאשר חומר A הוא הפוליאתילן המושתל עם סילאן וחומר B הוא אצווה המאסטר של הזרז. לאחר מכן הליבה המבודדת מקושרת במים חמים או בקיטור.
קיים סוג נוסף של מבודד פוליאתילן צולב סילאן דו-שלבי, כאשר החומר A מיוצר בצורה שונה, על ידי החדרת ויניל סילאן ישירות לפוליאתילן במהלך הסינתזה לקבלת פוליאתילן עם שרשראות מסועפות של סילאן.
לשיטה חד-שלבית יש גם שני סוגים, התהליך החד-שלבי המסורתי הוא מגוון חומרי גלם לפי הנוסחה ביחס של מערכת מדידה דיוק מיוחדת, לתוך מכבש מיוחד שתוכנן במיוחד בשלב אחד להשלמת ההשתלה והשחול של ליבת בידוד כבלים, בתהליך זה, אין גרגירה, אין צורך בהשתתפות במפעל חומר כבלים, על ידי מפעל הכבלים כדי להשלים לבד. ציוד לייצור כבלים מוצלב סילאן שלב אחד וטכנולוגיית ניסוח זה מיובא בעיקר מחו"ל והוא יקר.
סוג נוסף של חומר בידוד פוליאתילן צלב סילאן חד-שלבי מיוצר על ידי יצרני חומרי כבלים, הוא כל חומרי הגלם לפי הנוסחה ביחס של שיטה מיוחדת של ערבוב יחד, ארוז ונמכר, אין חומר A ו-B חומר, מפעל כבלים יכול להיות ישירות באקסטרודר כדי להשלים שלב באותו זמן השתלה ושחול של ליבת בידוד כבל. התכונה הייחודית של שיטה זו היא שאין צורך באקסטרודרים מיוחדים יקרים, שכן תהליך השתלת סילאן יכול להתבצע באקסטרודר רגיל של PVC, והשיטה הדו-שלבית מבטלת את הצורך לערבב חומרי A ו-B לפני האקסטרוזיה.
3. הרכב ניסוח
הניסוח של חומר כבל פוליאתילן צולב סילאן מורכב בדרך כלל משרף חומר בסיס, יוזם, סילאן, נוגד חמצון, מעכב פילמור, זרז וכו'.
(1) השרף הבסיסי הוא בדרך כלל שרף פוליאתילן בצפיפות נמוכה (LDPE) עם אינדקס ההיתוך (MI) של 2, אך לאחרונה, עם התפתחות טכנולוגיית השרף הסינטטי ולחצי העלות, בוצע גם פוליאתילן ליניארי בצפיפות נמוכה (LLDPE) בשימוש או חלקי כשרף הבסיס לחומר זה. לשרפים שונים יש לרוב השפעה משמעותית על השתלה והצלבה עקב הבדלים במבנה המקרו-מולקולרי הפנימי שלהם, ולכן הניסוח ישונה על ידי שימוש בשרף בסיס שונה או אותו סוג של שרף מיצרנים שונים.
(2) היזם הנפוץ הוא דיאיזופרופיל פרוקסיד (DCP), המפתח הוא לתפוס את כמות הבעיה, מעט מדי כדי לגרום להשתלת סילאן אינו מספיק; יותר מדי כדי לגרום לצלב פוליאתילן, אשר מפחית את הנזילות שלו, פני השטח של ליבת הבידוד המוחלט מחוספס, קשה לסחוט מערכת. כיוון שכמות היזם המווספת קטנה מאוד ורגישה, חשוב לפזר אותו באופן שווה, ולכן בדרך כלל מוסיפים אותו יחד עם הסילאן.
(3) סילאן משמש בדרך כלל סילאן ויניל בלתי רווי, כולל ויניל trimethoxysilane (A2171) ו-vinyl triethoxysilane (A2151), בשל קצב ההידרוליזה המהיר של A2171, אז בחר A2171 אנשים נוספים. באופן דומה, יש בעיה של הוספת סילאן, יצרני חומרי הכבלים הנוכחיים מנסים להשיג את הגבול התחתון שלו כדי להוזיל עלויות, מכיוון שהסילאן מיובאים, המחיר יקר יותר.
(4) נוגד חמצון נועד להבטיח את היציבות של עיבוד פוליאתילן ואנטי-אייג'ינג בכבלים ובנוסף, נוגד חמצון בתהליך השתלת סילאן תפקידו לעכב את תגובת ההשתלה, כך שתהליך ההשתלה, תוספת של נוגד חמצון כדי להיות זהיר, הכמות שנוספה כדי לשקול את כמות ה-DCP שתתאים לבחירה. בתהליך ההצלבה הדו-שלבי, ניתן להוסיף את רוב נוגד החמצון באצווה המאסטר של הזרז, מה שיכול להפחית את ההשפעה על תהליך ההשתלה. בתהליך הצלב-שלב אחד, נוגד החמצון קיים בכל תהליך ההשתלה, ולכן בחירת המינים והכמות חשובה יותר. נוגדי חמצון נפוצים הם 1010, 168, 330 וכו'.
(5) מעכב פולימריזציה מתווסף על מנת לעכב כמה תהליך השתלה והצלבה של תגובות לוואי מתרחשות, בתהליך ההשתלה להוסיף חומר אנטי-מצלב, יכול להפחית ביעילות את התרחשות ההצלבה של C2C, ובכך לשפר נזילות העיבוד, בנוסף, תוספת של שתל באותם תנאים תקדים על ידי הידרוליזה של סילאן על מעכב הפילמור יכולה להפחית את ההידרוליזה של פוליאתילן מושתל, כדי לשפר את היציבות לטווח ארוך של חומר השתל.
(6) זרזים הם לעתים קרובות נגזרות אורגנוטין (למעט הצלבה טבעית), הנפוץ ביותר הוא דיבוטילטין דילאורט (DBDTL), אשר מתווסף בדרך כלל בצורה של אבאצ'. בתהליך הדו-שלבי, השתל (חומר A) ואצווה המאסטר של הזרז (חומר B) נארזים בנפרד וחומרי A ו-B מעורבבים יחד לפני הוספה למכבש כדי למנוע הצלבה מוקדמת של חומר A. במקרה של בידוד פוליאתילן צלב סילאן חד-שלבי, הפוליאתילן באריזה טרם הושתל, כך שאין בעיית טרום הצלבה ולכן אין צורך לארוז את הזרז בנפרד.
בנוסף, קיימים בשוק סילאנים מורכבים, שהם שילוב של סילאן, יוזם, נוגד חמצון, כמה חומרי סיכה וחומרי סיכה אנטי-נחושת, ובדרך כלל משתמשים בהם בשיטות צולבות סילאן חד-שלביות במפעלי כבלים.
לפיכך, הניסוח של בידוד פוליאתילן צולב סילאן, שהרכבו אינו נחשב למורכב במיוחד והוא זמין במידע הרלוונטי, אך ניסוחי הייצור המתאימים, בכפוף למספר התאמות על מנת לסיים, המחייב הבנה של תפקיד המרכיבים בניסוח וחוק השפעתם על הביצועים והשפעתם ההדדית.
בזנים הרבים של חומרי כבלים, חומר כבלים מוצלב סילאן (דו-שלבי או חד-שלבי) נחשב למגוון היחיד של תהליכים כימיים המתרחשים בשיחול, זנים אחרים כגון חומר כבל פוליוויניל כלוריד (PVC) חומר כבל פוליאתילן (PE), תהליך גרגירת האקסטרוזיה הוא תהליך ערבוב פיזי, גם אם חומר הכבלים ההצלבה והקרינה, בין אם בתהליך גרגיר האקסטרוזיה, או במערכת האקסטרוזיה, אין תהליך כימי מתרחש , לכן, בהשוואה, ייצור של חומר כבלים מוצלב סילאן ושחול בידוד כבלים, בקרת תהליך חשובה יותר.
4. תהליך ייצור בידוד פוליאתילן מוצלב סילאן דו-שלבי
ניתן לייצג בקצרה את תהליך הייצור של בידוד פוליאתילן צולב סילאן דו-שלבי A על ידי איור 1.
איור 1 תהליך ייצור של חומר בידוד פוליאתילן מוצלב דו-שלבי סילאן A
כמה נקודות מפתח בתהליך הייצור של בידוד פוליאתילן צולב סילאן דו-שלבי:
(1) ייבוש. מכיוון ששרף הפוליאתילן מכיל כמות קטנה של מים, כשהם מופקעים בטמפרטורות גבוהות, המים מגיבים במהירות עם קבוצות הסיליליות כדי לייצר חיבור צולב, אשר מפחית את נזילות ההיתוך ויוצר חיבור מקדים. החומר המוגמר מכיל גם מים לאחר קירור מים, שיכולים גם לגרום להצלבה מוקדמת אם לא מסירים אותו, ויש לייבשו גם כן. על מנת להבטיח את איכות הייבוש נעשה שימוש ביחידת ייבוש עמוק.
(2) מדידה. מכיוון שהדיוק של ניסוח החומר חשוב, נעשה בדרך כלל שימוש בסולם שקילה מיובא של אובדן משקל. שרף הפוליאתילן ונוגדי החמצון נמדדים ומוזנים דרך פתח ההזנה של המכבש, בעוד שהסילאן והיזום מוזרקים על ידי משאבת חומר נוזלי בחבית השנייה או השלישית של המכבש.
(3) השתלת אקסטרוזיה. תהליך ההשתלה של סילאן הושלם באקסטרודר. הגדרות התהליך של האקסטרודר, כולל טמפרטורה, שילוב ברגים, מהירות בורג וקצב הזנה, חייבות לפעול לפי העיקרון לפיו ניתן להמיס את החומר בחלק הראשון של האקסטרודר במלואו ולערבב באופן אחיד, כאשר אין צורך בפירוק מוקדם של הפרוקסיד. ושהחומר האחיד לחלוטין בחלק השני של המכבש חייב להתפרק במלואו ולהשלים את תהליך ההשתלה, טמפרטורות מקטעי מכבש אופייניות (LDPE) מוצגות בטבלה 1.
טבלה 1 טמפרטורות של אזורי מכבש דו-שלבי
| אזור עבודה | אזור 1 | אזור 2 | אזור 3 ① | אזור 4 | אזור 5 |
| טמפרטורה P °C | 140 | 145 | 120 | 160 | 170 |
| אזור עבודה | אזור 6 | אזור 7 | אזור 8 | אזור 9 | הפה מת |
| טמפרטורה מעלות צלזיוס | 180 | 190 | 195 | 205 | 195 |
①שם מוסיפים את הסילאן.
מהירות בורג המכבש קובעת את זמן השהייה ואת אפקט הערבוב של החומר באקסטרודר, אם זמן השהייה קצר, פירוק החמצן אינו שלם; אם זמן השהייה ארוך מדי, הצמיגות של החומר שחולף עולה. באופן כללי, זמן השהייה הממוצע של הגרגיר באקסטרודר צריך להיות מבוקר בזמן מחצית חיים של פירוק יוזם של 5-10 פעמים. למהירות האכלה יש השפעה מסוימת לא רק על זמן השהייה של החומר, אלא גם על הערבוב והגזירה של החומר, גם בחירת מהירות האכלה מתאימה חשובה מאוד.
(4) אריזה. יש לארוז חומר בידוד צלב סילאן דו-שלבי בשקיות מרוכבות מאלומיניום-פלסטיק באוויר ישיר כדי למנוע לחות.
5. תהליך ייצור חומר בידוד מפוליאתילן צלב סילאן שלב אחד
חומר בידוד פוליאתילן צלב סילאן שלב אחד, בגלל תהליך ההשתלה שלו נמצא בשיחול מפעל הכבלים של ליבת בידוד כבלים, כך שטמפרטורת שחול בידוד הכבלים גבוהה משמעותית מהשיטה הדו-שלבית. אמנם נוסחת בידוד הפוליאתילן הצולבת סילאן שלב אחד נשקללה במלואה בפיזור מהיר של יוזם וסילאן וגזירה של חומר, אך תהליך ההשתלה חייב להיות מובטח על ידי הטמפרטורה, שהיא פוליאתילן צלב סילאן חד-שלבי מפעל לייצור בידוד הדגיש שוב ושוב את החשיבות של הבחירה הנכונה של טמפרטורת האקסטרוזיה, טמפרטורת האקסטרוזיה המומלצת הכללית מוצגת בטבלה 2.
טבלה 2 טמפרטורת מכבש חד-שלבי של כל אזור (יחידה: ℃)
| אֵזוֹר | אזור 1 | אזור 2 | אזור 3 | אזור 4 | אוֹגֶן | רֹאשׁ |
| טֶמפֶּרָטוּרָה | 160 | 190 | 200 ~ 210 | 220 ~ 230 | 230 | 230 |
זוהי אחת מנקודות התורפה של תהליך פוליאתילן צולב סילאן חד-שלבי, אשר בדרך כלל אינו נדרש בעת הוצאת כבלים בשני שלבים.
6. ציוד ייצור
ציוד הייצור הוא ערובה חשובה לבקרת תהליכים. ייצור כבלים מצולבים סילאן דורש רמה גבוהה מאוד של דיוק בקרת תהליך, ולכן בחירת ציוד הייצור חשובה במיוחד.
ייצור של חומר בידוד פוליאתילן צלב סילאן דו-שלבי ציוד לייצור חומר, כיום יותר ביתי איזוטרופי מקביל עם בורג כפול עם שקילה מיובאת ללא משקל, מכשירים כאלה יכולים לעמוד בדרישות של דיוק בקרת תהליך, בחירת אורך וקוטר של מכבש בורג כפול כדי להבטיח את זמן השהייה של החומר, הבחירה של שקילה מיובאת ללא משקל כדי להבטיח את הדיוק של המרכיבים. כמובן שיש הרבה פרטים של הציוד שצריך לתת להם את מלוא תשומת הלב.
כפי שהוזכר קודם לכן, ציוד ייצור כבלים צולב סילאן חד-שלבי במפעל הכבלים מיובאים, יקרים, ליצרני ציוד מקומיים אין ציוד ייצור דומה, הסיבה היא חוסר שיתוף פעולה בין יצרני הציוד לחוקרי נוסחאות ותהליכים.
7. Silane חומר בידוד פוליאתילן מוצלב טבעי
חומר בידוד פוליאתילן מוצלב טבעי סילאן שפותח בשנים האחרונות ניתן לצלב בתנאים טבעיים תוך מספר ימים, ללא קיטור או טבילה במים חמים. בהשוואה לשיטת הקישור המסורתי של סילאן, חומר זה יכול להפחית את תהליך הייצור עבור יצרני כבלים, להפחית עוד יותר את עלויות הייצור ולהגדיל את יעילות הייצור. בידוד פוליאתילן מוצלב טבעי של סילאן מוכר יותר ויותר על ידי יצרני כבלים.
בשנים האחרונות, בידוד פוליאתילן צלב טבעי סילאן ביתי התבגר ויוצר בכמויות גדולות, עם יתרונות מסוימים במחיר בהשוואה לחומרים מיובאים.
7. 1 רעיונות ניסוח עבור סילאן בידוד פוליאתילן צולב באופן טבעי
בידודי פוליאתילן מוצלבים טבעיים של סילאן מיוצרים בתהליך דו-שלבי, כאשר אותו נוסחה מורכב משרף בסיס, יוזם, סילאן, נוגד חמצון, מעכב פילמור וזרז. הניסוח של מבודדי פוליאתילן מוצלבים טבעיים סילאן מבוסס על הגדלת קצב השתלת הסילאן של חומר A ובחירת זרז יעיל יותר מאשר מבודדי פוליאתילן מצולבים במים חמים סילאן. השימוש בחומרי A עם קצב השתלת סילאן גבוה יותר בשילוב עם זרז יעיל יותר יאפשר למבודד הפוליאתילן המצולב סילאן להצליב במהירות גם בטמפרטורות נמוכות ועם לחות לא מספקת.
חומרי ה-A למבודדי פוליאתילן מיובא של סילאן מסונתזים על ידי קופולימריזציה, כאשר תכולת הסילאן ניתנת לשליטה ברמה גבוהה, בעוד שהייצור של חומרי A עם שיעורי השתלה גבוהים על ידי השתלת סילאן קשה. יש לגוון ולהתאים את שרף הבסיס, היוזם והסילאן המשמשים במתכון מבחינת הגיוון וההוספה.
גם בחירת הרזיסט והתאמת המינון שלו הם קריטיים, שכן עלייה בקצב ההשתלה של הסילאן מובילה בהכרח ליותר תגובות לוואי מצולבות CC. על מנת לשפר את נזילות העיבוד ומצב פני השטח של חומר A עבור שחול כבלים לאחר מכן, נדרשת כמות מתאימה של מעכב פילמור כדי לעכב ביעילות הצלבה CC והצלבה מוקדמת.
בנוסף, זרזים ממלאים תפקיד חשוב בהגדלת קצב ההצלבה ויש לבחור אותם כזרזים יעילים המכילים אלמנטים נטולי מתכת מעבר.
7. 2 זמן הצלבה של בידודי פוליאתילן מוצלבים באופן טבעי
הזמן הדרוש להשלמת ההצלבה של בידוד פוליאתילן מוצלב טבעי סילאן במצבו הטבעי תלוי בטמפרטורה, הלחות ועובי שכבת הבידוד. ככל שהטמפרטורה והלחות גבוהות יותר, עובי שכבת הבידוד דק יותר, זמן ההצלבה הנדרש קצר יותר וההפך ארוך יותר. מכיוון שהטמפרטורה והלחות משתנות מאזור לאזור ומעונה לעונה, אפילו באותו מקום ובאותו זמן, הטמפרטורה והלחות היום ומחר יהיו שונות. לכן, במהלך השימוש בחומר, על המשתמש לקבוע את זמן ההצלבה בהתאם לטמפרטורה ולחות המקומית והרווחת, וכן לפי מפרט הכבל ועובי שכבת הבידוד.
זמן פרסום: 13 באוגוסט 2022