Tóm tắt: Nguyên lý liên kết ngang, phân loại, công thức, quy trình và thiết bị của vật liệu cách điện polyetylen liên kết ngang silane cho dây và cáp được mô tả tóm tắt, đồng thời giới thiệu một số đặc điểm của vật liệu cách điện polyetylen liên kết ngang tự nhiên silane trong ứng dụng và sử dụng cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến tình trạng liên kết ngang của vật liệu.
Từ khóa: Liên kết ngang silane; Liên kết ngang tự nhiên; Polyetylen; Cách điện; Dây và cáp
Vật liệu cáp polyethylene liên kết ngang silane hiện đang được sử dụng rộng rãi trong ngành dây và cáp như một vật liệu cách điện cho cáp điện hạ thế. Vật liệu trong sản xuất dây và cáp liên kết ngang, và liên kết ngang peroxide và liên kết ngang chiếu xạ so với thiết bị sản xuất cần thiết là đơn giản, dễ vận hành, chi phí toàn diện thấp và các ưu điểm khác, đã trở thành vật liệu hàng đầu cho cáp liên kết ngang hạ thế có cách điện.
1.Nguyên lý liên kết chéo vật liệu cáp silane
Có hai quá trình chính liên quan đến việc tạo ra polyetylen liên kết ngang silane: ghép và liên kết ngang. Trong quá trình ghép, polyme mất nguyên tử H của nó trên nguyên tử cacbon bậc ba dưới tác động của chất khởi tạo tự do và nhiệt phân thành các gốc tự do, phản ứng với nhóm – CH = CH2 của vinyl silane để tạo ra polyme ghép có chứa nhóm este trioxysilyl. Trong quá trình liên kết ngang, polyme ghép đầu tiên được thủy phân khi có nước để tạo ra silanol và – OH ngưng tụ với nhóm Si-OH liền kề để tạo thành liên kết Si-O-Si, do đó liên kết ngang các đại phân tử polyme.
2. Vật liệu cáp liên kết ngang silane và phương pháp sản xuất cáp của nó
Như bạn đã biết, có các phương pháp sản xuất hai bước và một bước cho cáp liên kết ngang silane và cáp của chúng. Sự khác biệt giữa phương pháp hai bước và phương pháp một bước nằm ở nơi thực hiện quy trình ghép silane, quy trình ghép tại nhà sản xuất vật liệu cáp đối với phương pháp hai bước, quy trình ghép tại nhà máy sản xuất cáp đối với phương pháp một bước. Vật liệu cách điện polyethylene liên kết ngang silane hai bước có thị phần lớn nhất bao gồm cái gọi là vật liệu A và B, với vật liệu A là polyethylene ghép với silane và vật liệu B là mẻ chính chất xúc tác. Lõi cách điện sau đó được liên kết ngang trong nước ấm hoặc hơi nước.
Có một loại chất cách điện polyethylene liên kết ngang silane hai bước khác, trong đó vật liệu A được sản xuất theo một cách khác, bằng cách đưa vinyl silane trực tiếp vào polyethylene trong quá trình tổng hợp để thu được polyethylene có chuỗi nhánh silane.
Phương pháp một bước cũng có hai loại, quy trình một bước truyền thống là nhiều loại nguyên liệu thô theo công thức trong tỷ lệ hệ thống đo lường chính xác đặc biệt, thành máy đùn đặc biệt được thiết kế đặc biệt trong một bước để hoàn thành việc ghép và đùn lõi cách điện cáp, trong quy trình này, không tạo hạt, không cần sự tham gia của nhà máy vật liệu cáp, do nhà máy cáp tự hoàn thành. Thiết bị sản xuất cáp liên kết ngang silane một bước này và công nghệ lập công thức chủ yếu được nhập khẩu từ nước ngoài và đắt tiền.
Một loại vật liệu cách điện polyetylen liên kết ngang silane một bước khác được sản xuất bởi các nhà sản xuất vật liệu cáp, là tất cả các nguyên liệu thô theo công thức theo tỷ lệ của một phương pháp đặc biệt để trộn lại với nhau, đóng gói và bán, không có vật liệu A và vật liệu B, nhà máy cáp có thể trực tiếp trong máy đùn để hoàn thành một bước cùng lúc ghép và đùn lõi cách điện cáp. Đặc điểm độc đáo của phương pháp này là không cần máy đùn đặc biệt đắt tiền, vì quá trình ghép silane có thể được hoàn thành trong máy đùn PVC thông thường và phương pháp hai bước loại bỏ nhu cầu trộn vật liệu A và B trước khi đùn.
3. Thành phần công thức
Công thức của vật liệu cáp polyethylene liên kết ngang silane thường bao gồm nhựa vật liệu cơ bản, chất khởi đầu, silane, chất chống oxy hóa, chất ức chế trùng hợp, chất xúc tác, v.v.
(1) Nhựa nền thường là nhựa polyethylene mật độ thấp (LDPE) có chỉ số nóng chảy (MI) là 2, nhưng gần đây, với sự phát triển của công nghệ nhựa tổng hợp và áp lực về chi phí, polyethylene mật độ thấp tuyến tính (LLDPE) cũng đã được sử dụng hoặc sử dụng một phần làm nhựa nền cho vật liệu này. Các loại nhựa khác nhau thường có tác động đáng kể đến quá trình ghép và liên kết chéo do sự khác biệt về cấu trúc đại phân tử bên trong của chúng, vì vậy công thức sẽ được sửa đổi bằng cách sử dụng các loại nhựa nền khác nhau hoặc cùng một loại nhựa từ các nhà sản xuất khác nhau.
(2) Chất khởi tạo thường dùng là diisopropyl peroxide (DCP), chìa khóa là nắm bắt được lượng vấn đề, quá ít sẽ gây ra ghép silane là không đủ; quá nhiều sẽ gây ra liên kết ngang polyethylene, làm giảm tính lưu động của nó, bề mặt lõi cách nhiệt đùn thô ráp, hệ thống khó ép. Vì lượng chất khởi tạo được thêm vào rất nhỏ và nhạy cảm, nên điều quan trọng là phải phân tán đều, vì vậy nó thường được thêm vào cùng với silane.
(3) Silane thường được sử dụng là silane vinyl không bão hòa, bao gồm vinyl trimethoxysilane (A2171) và vinyl triethoxysilane (A2151), do tốc độ thủy phân nhanh của A2171, vì vậy nhiều người chọn A2171. Tương tự như vậy, có một vấn đề về việc thêm silane, các nhà sản xuất vật liệu cáp hiện tại đang cố gắng đạt được giới hạn thấp hơn để giảm chi phí, vì silane được nhập khẩu, giá đắt hơn.
(4) Chất chống oxy hóa là để đảm bảo tính ổn định của quá trình chế biến polyethylene và chống lão hóa cáp và được thêm vào, chất chống oxy hóa trong quá trình ghép silane có tác dụng ức chế phản ứng ghép, vì vậy trong quá trình ghép, việc bổ sung chất chống oxy hóa phải cẩn thận, lượng bổ sung phải cân nhắc lượng DCP để phù hợp với lựa chọn. Trong quá trình liên kết ngang hai bước, hầu hết chất chống oxy hóa có thể được thêm vào trong mẻ chính của chất xúc tác, có thể làm giảm tác động đến quá trình ghép. Trong quá trình liên kết ngang một bước, chất chống oxy hóa có mặt trong toàn bộ quá trình ghép, vì vậy việc lựa chọn loài và lượng quan trọng hơn. Các chất chống oxy hóa thường được sử dụng là 1010, 168, 330, v.v.
(5) Chất ức chế trùng hợp được thêm vào để ức chế một số phản ứng phụ xảy ra trong quá trình ghép và liên kết chéo, trong quá trình ghép để thêm chất chống liên kết chéo, có thể làm giảm hiệu quả sự xuất hiện của liên kết chéo C2C, do đó cải thiện tính lưu động của quá trình xử lý, ngoài ra, việc thêm ghép trong cùng điều kiện sẽ được thủy phân silan trước trên chất ức chế trùng hợp có thể làm giảm quá trình thủy phân của polyetylen ghép, để cải thiện tính ổn định lâu dài của vật liệu ghép.
(6) Chất xúc tác thường là các dẫn xuất organotin (trừ liên kết chéo tự nhiên), phổ biến nhất là dibutyltin dilaurate (DBDTL), thường được thêm vào dưới dạng hỗn hợp chính. Trong quy trình hai bước, vật liệu ghép (vật liệu A) và hỗn hợp chính chất xúc tác (vật liệu B) được đóng gói riêng biệt và vật liệu A và B được trộn với nhau trước khi được thêm vào máy đùn để ngăn vật liệu A liên kết chéo trước. Trong trường hợp vật liệu cách nhiệt polyethylene liên kết chéo silane một bước, polyethylene trong gói vẫn chưa được ghép, do đó không có vấn đề liên kết chéo trước và do đó chất xúc tác không cần phải được đóng gói riêng.
Ngoài ra, còn có các loại silan hỗn hợp trên thị trường, là sự kết hợp của silan, chất khởi đầu, chất chống oxy hóa, một số chất bôi trơn và chất chống đồng, và thường được sử dụng trong các phương pháp liên kết ngang silan một bước trong các nhà máy cáp.
Do đó, công thức cách nhiệt polyethylene liên kết ngang silane, thành phần của nó không được coi là quá phức tạp và có sẵn trong thông tin liên quan, nhưng các công thức sản xuất phù hợp, có thể được điều chỉnh một số để hoàn thiện, đòi hỏi phải hiểu đầy đủ về vai trò của các thành phần trong công thức và quy luật tác động của chúng đến hiệu suất và ảnh hưởng lẫn nhau của chúng.
Trong nhiều loại vật liệu cáp, vật liệu cáp liên kết ngang silane (hai bước hoặc một bước) được coi là loại duy nhất có quá trình hóa học diễn ra trong quá trình đùn, các loại khác như vật liệu cáp polyvinyl clorua (PVC) và vật liệu cáp polyethylene (PE), quá trình tạo hạt đùn là một quá trình trộn vật lý, ngay cả khi vật liệu cáp liên kết ngang hóa học và vật liệu cáp liên kết ngang chiếu xạ, cho dù trong quá trình tạo hạt đùn hay hệ thống đùn cáp, không có quá trình hóa học nào xảy ra, vì vậy, khi so sánh, quá trình sản xuất vật liệu cáp liên kết ngang silane và đùn cách điện cáp, việc kiểm soát quy trình quan trọng hơn.
4. Quy trình sản xuất vật liệu cách nhiệt polyethylene liên kết ngang silane hai bước
Quy trình sản xuất vật liệu cách nhiệt polyethylene liên kết ngang silane hai bước A có thể được mô tả tóm tắt trong Hình 1.
Hình 1 Quy trình sản xuất vật liệu cách điện polyetylen liên kết ngang silane hai bước A
Một số điểm chính trong quy trình sản xuất vật liệu cách nhiệt polyethylene liên kết ngang silane hai bước:
(1) Sấy khô. Vì nhựa polyethylene chứa một lượng nước nhỏ, khi đùn ở nhiệt độ cao, nước phản ứng nhanh với các nhóm silyl để tạo ra liên kết ngang, làm giảm độ lưu động của hỗn hợp nóng chảy và tạo ra liên kết ngang trước. Vật liệu thành phẩm cũng chứa nước sau khi làm mát bằng nước, nếu không loại bỏ cũng có thể gây ra liên kết ngang trước và cũng phải được sấy khô. Để đảm bảo chất lượng sấy khô, sử dụng một đơn vị sấy sâu.
(2) Đo lường. Vì độ chính xác của công thức vật liệu rất quan trọng nên thường sử dụng cân đo trọng lượng mất mát nhập khẩu. Nhựa polyethylene và chất chống oxy hóa được đo và đưa vào qua cổng nạp của máy đùn, trong khi silan và chất khởi đầu được bơm bằng bơm vật liệu lỏng vào thùng thứ hai hoặc thứ ba của máy đùn.
(3) Ghép đùn. Quá trình ghép silan được hoàn thành trong máy đùn. Các thiết lập quy trình của máy đùn, bao gồm nhiệt độ, tổ hợp trục vít, tốc độ trục vít và tốc độ nạp liệu, phải tuân theo nguyên tắc là vật liệu trong phần đầu tiên của máy đùn có thể được nấu chảy hoàn toàn và trộn đều, khi không mong muốn phân hủy sớm peroxide, và vật liệu hoàn toàn đồng nhất trong phần thứ hai của máy đùn phải được phân hủy hoàn toàn và quá trình ghép hoàn tất, Nhiệt độ phần máy đùn điển hình (LDPE) được thể hiện trong Bảng 1.
Bảng 1 Nhiệt độ của vùng đùn hai bước
| Khu vực làm việc | Khu vực 1 | Khu vực 2 | Khu 3 ① | Khu vực 4 | Khu vực 5 |
| Nhiệt độ P °C | 140 | 145 | 120 | 160 | 170 |
| Khu vực làm việc | Khu 6 | Khu 7 | Khu vực 8 | Khu 9 | Miệng chết |
| Nhiệt độ °C | 180 | 190 | 195 | 205 | 195 |
①là nơi silan được thêm vào.
Tốc độ của trục vít đùn quyết định thời gian lưu trú và hiệu ứng trộn của vật liệu trong máy đùn, nếu thời gian lưu trú ngắn, quá trình phân hủy peroxide không hoàn chỉnh; nếu thời gian lưu trú quá dài, độ nhớt của vật liệu đùn tăng lên. Nhìn chung, thời gian lưu trú trung bình của hạt trong máy đùn nên được kiểm soát trong chu kỳ bán rã phân hủy của chất khởi tạo là 5-10 lần. Tốc độ nạp không chỉ có tác động nhất định đến thời gian lưu trú của vật liệu mà còn đến quá trình trộn và cắt của vật liệu, việc lựa chọn tốc độ nạp phù hợp cũng rất quan trọng.
(4) Đóng gói. Vật liệu cách điện liên kết ngang silan hai bước phải được đóng gói trong túi composite nhôm-nhựa trong không khí trực tiếp để loại bỏ độ ẩm.
5. Quy trình sản xuất vật liệu cách điện polyethylene liên kết ngang silane một bước
Vật liệu cách điện polyethylene liên kết ngang silane một bước do quá trình ghép của nó là trong quá trình đùn lõi cách điện cáp của nhà máy cáp, do đó nhiệt độ đùn cách điện cáp cao hơn đáng kể so với phương pháp hai bước. Mặc dù công thức cách điện polyethylene liên kết ngang silane một bước đã được xem xét đầy đủ trong quá trình phân tán nhanh chóng của chất khởi tạo và silane và cắt vật liệu, nhưng quá trình ghép phải được đảm bảo bằng nhiệt độ, đó là nhà máy sản xuất vật liệu cách điện polyethylene liên kết ngang silane một bước nhiều lần nhấn mạnh tầm quan trọng của việc lựa chọn đúng nhiệt độ đùn, nhiệt độ đùn chung được khuyến nghị được thể hiện trong Bảng 2.
Bảng 2 Nhiệt độ máy đùn một bước của từng vùng ( đơn vị: ℃ )
| Vùng | Khu vực 1 | Khu vực 2 | Khu vực 3 | Khu vực 4 | Mặt bích | Cái đầu |
| Nhiệt độ | 160 | 190 | 200～210 | 220～230 | 230 | 230 |
Đây là một trong những điểm yếu của quy trình polyetylen liên kết ngang silane một bước, thường không cần thiết khi đùn cáp theo hai bước.
6. Thiết bị sản xuất
Thiết bị sản xuất là sự đảm bảo quan trọng cho việc kiểm soát quy trình. Việc sản xuất cáp liên kết ngang silane đòi hỏi độ chính xác kiểm soát quy trình rất cao, vì vậy việc lựa chọn thiết bị sản xuất đặc biệt quan trọng.
Sản xuất vật liệu cách nhiệt polyethylene liên kết ngang silane hai bước Thiết bị sản xuất vật liệu, hiện nay máy đùn trục vít đôi song song đẳng hướng trong nước có cân không trọng lượng nhập khẩu, các thiết bị như vậy có thể đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác kiểm soát quy trình, lựa chọn chiều dài và đường kính của máy đùn trục vít đôi để đảm bảo thời gian lưu trú của vật liệu, lựa chọn cân không trọng lượng nhập khẩu để đảm bảo độ chính xác của các thành phần. Tất nhiên có nhiều chi tiết của thiết bị cần được chú ý đầy đủ.
Như đã đề cập trước đó, thiết bị sản xuất cáp liên kết ngang silane một bước trong nhà máy cáp đều là thiết bị nhập khẩu, đắt tiền, các nhà sản xuất thiết bị trong nước không có thiết bị sản xuất tương tự, nguyên nhân là do thiếu sự hợp tác giữa các nhà sản xuất thiết bị và các nhà nghiên cứu công thức và quy trình.
7.Vật liệu cách nhiệt polyetylen liên kết ngang tự nhiên Silane
Vật liệu cách điện polyetylen liên kết ngang tự nhiên silane được phát triển trong những năm gần đây có thể liên kết ngang trong điều kiện tự nhiên trong vòng vài ngày, không cần ngâm hơi nước hoặc nước ấm. So với phương pháp liên kết ngang silane truyền thống, vật liệu này có thể rút ngắn quy trình sản xuất cho các nhà sản xuất cáp, giúp giảm thêm chi phí sản xuất và tăng hiệu quả sản xuất. Vật liệu cách điện polyetylen liên kết ngang tự nhiên silane ngày càng được các nhà sản xuất cáp công nhận và sử dụng.
Trong những năm gần đây, vật liệu cách nhiệt polyethylene liên kết ngang tự nhiên silane trong nước đã trưởng thành và được sản xuất với số lượng lớn, có một số ưu điểm nhất định về giá thành so với vật liệu nhập khẩu.
7. 1 Ý tưởng công thức cho vật liệu cách nhiệt polyethylene liên kết ngang tự nhiên bằng silane
Vật liệu cách điện polyethylene liên kết ngang tự nhiên silane được sản xuất theo quy trình hai bước, với cùng một công thức bao gồm nhựa nền, chất khởi tạo, silane, chất chống oxy hóa, chất ức chế trùng hợp và chất xúc tác. Công thức của vật liệu cách điện polyethylene liên kết ngang tự nhiên silane dựa trên việc tăng tỷ lệ ghép silane của vật liệu A và lựa chọn chất xúc tác hiệu quả hơn vật liệu cách điện polyethylene liên kết ngang nước ấm silane. Việc sử dụng vật liệu A có tỷ lệ ghép silane cao hơn kết hợp với chất xúc tác hiệu quả hơn sẽ cho phép vật liệu cách điện polyethylene liên kết ngang silane liên kết ngang nhanh chóng ngay cả ở nhiệt độ thấp và độ ẩm không đủ.
Vật liệu A cho chất cách điện polyethylene liên kết ngang tự nhiên silane nhập khẩu được tổng hợp bằng phương pháp đồng trùng hợp, trong đó hàm lượng silane có thể được kiểm soát ở mức cao, trong khi việc sản xuất vật liệu A với tỷ lệ ghép cao bằng cách ghép silane là khó khăn. Nhựa nền, chất khởi tạo và silane được sử dụng trong công thức phải được thay đổi và điều chỉnh về mặt chủng loại và bổ sung.
Việc lựa chọn chất chống dính và điều chỉnh liều lượng của nó cũng rất quan trọng, vì việc tăng tốc độ ghép silane chắc chắn sẽ dẫn đến nhiều phản ứng phụ liên kết ngang CC hơn. Để cải thiện tính lưu động trong quá trình xử lý và tình trạng bề mặt của vật liệu A để đùn cáp tiếp theo, cần có một lượng chất ức chế trùng hợp thích hợp để ức chế hiệu quả liên kết ngang CC và liên kết ngang trước đó.
Ngoài ra, chất xúc tác đóng vai trò quan trọng trong việc tăng tốc độ liên kết ngang và nên được lựa chọn là chất xúc tác hiệu quả có chứa các nguyên tố không chứa kim loại chuyển tiếp.
7.2 Thời gian liên kết ngang của vật liệu cách nhiệt polyethylene liên kết ngang tự nhiên bằng silane
Thời gian cần thiết để hoàn thành quá trình liên kết ngang của vật liệu cách điện polyethylene liên kết ngang tự nhiên silane ở trạng thái tự nhiên phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm và độ dày của lớp cách điện. Nhiệt độ và độ ẩm càng cao, độ dày của lớp cách điện càng mỏng, thời gian liên kết ngang cần thiết càng ngắn và ngược lại càng dài. Vì nhiệt độ và độ ẩm thay đổi tùy theo từng vùng và từng mùa, ngay cả ở cùng một nơi và cùng một thời điểm, nhiệt độ và độ ẩm hôm nay và ngày mai sẽ khác nhau. Do đó, trong quá trình sử dụng vật liệu, người dùng nên xác định thời gian liên kết ngang theo nhiệt độ và độ ẩm cục bộ và hiện hành, cũng như thông số kỹ thuật của cáp và độ dày của lớp cách điện.
Thời gian đăng: 13-08-2022