Resumé: De Prinzip vun der Vernetzung, d'Klassifikatioun, d'Formuléierung, de Prozess an d'Ausrüstung vu Silan-vernetztem Polyethylen-Isolatiounsmaterial fir Drot a Kabel ginn kuerz beschriwwen, an e puer Charakteristike vu Silan-natierlech vernetztem Polyethylen-Isolatiounsmaterial an der Uwendung an am Gebrauch, souwéi Faktoren, déi den Zoustand vun der Vernetzung vum Material beaflossen, ginn agefouert.
Schlësselwierder: Silanvernetzung; Natierlech Vernetzung; Polyethylen; Isolatioun; Drot a Kabel
Silan-vernetzt Polyethylen-Kabelmaterial gëtt elo wäit verbreet an der Drot- a Kabelindustrie als Isolatiounsmaterial fir Nidderspannungs-Stroumkabele benotzt. D'Material fir d'Produktioun vu vernetzte Drot a Kabel, souwéi Peroxid-Vernetzung a Bestrahlungsvernetzung, ass am Verglach mat der erfuerderlecher Produktiounsausrüstung einfach ze bedreiwen, huet niddreg Gesamtkäschten a weider Virdeeler, an ass zum féierende Material fir Nidderspannungs-vernetzte Kabel mat Isolatioun ginn.
1. Prinzip vun der Vernetzung vu Silan-Vernetzungskabelmaterial
Et ginn zwou Haaptprozesser, déi bei der Produktioun vu Silan-vernetztem Polyethylen involvéiert sinn: Grafting a Vernetzung. Beim Graftingprozess verléiert de Polymer säin H-Atom um tertiäre Kuelestoffatom ënner der Aktioun vum fräien Initiator a Pyrolyse zu fräie Radikale, déi mat der –CH = CH2 Grupp vum Vinylsilan reagéieren, fir e gegraffte Polymer ze produzéieren, deen eng Trioxysilylestergrupp enthält. Beim Vernetzungsprozess gëtt de Graftpolymer als éischt a Präsenz vu Waasser hydrolyséiert, fir Silanol ze produzéieren, an den –OH kondenséiert mat der ugrenzender Si-OH Grupp, fir d'Si-O-Si Bindung ze bilden, wouduerch d'Polymermakromoleküle vernetzt ginn.
2. Silan-vernetzt Kabelmaterial a seng Kabelproduktiounsmethod
Wéi Dir wësst, gëtt et zwee-Schrëtt- a One-Schrëtt-Produktiounsmethoden fir Silan-Vernetzkabelen an hir Kabelen. Den Ënnerscheed tëscht der Zwee-Schrëtt-Method an der One-Schrëtt-Method läit doran, wou de Silan-Pflanzenprozess duerchgefouert gëtt, de Pflanzenprozess beim Kabelmaterialhersteller fir d'Zwei-Schrëtt-Method, an de Pflanzenprozess an der Kabelherstellungsanlag fir d'Ee-Schrëtt-Method. Dat zwee-Schrëtt-Silan-Vernetzkabel-Polyethylen-Isolatiounsmaterial mat dem gréissten Maartundeel setzt sech aus de sougenannten A- a B-Materialien zesummen, woubei A-Material de Polyethylen ass, deen mat Silan gepfropft ass, an B-Material de Katalysator-Masterbatch ass. Den Isolatiounskär gëtt dann a waarmem Waasser oder Damp vernetzt.
Et gëtt nach eng aner Zort vun zwee-Schrëtt-Silan-vernetztem Polyethylen-Isolator, wou d'Material A op eng aner Manéier produzéiert gëtt, andeems Vinylsilan direkt an de Polyethylen während der Synthese agefouert gëtt, fir Polyethylen mat Silan-verzweigten Ketten ze kréien.
D'Eenstufsmethod huet och zwou Zorten. Den traditionellen Eenstufsprozess besteet doran, datt eng Vielfalt vu Rohmaterialien no der Formel am Verhältnes vun engem spezielle Präzisiounsdoséierungssystem ëmgewandelt gëtt. An engem Schrëtt gëtt d'Kabelisolatiounskär an en speziell entwéckelten Extruder gegraff an extrudéiert. Bei dësem Prozess gëtt et keng Granuléierung a keng Participatioun vun der Kabelmaterialanlag. D'Kabelfabréck muss et eleng maachen. Dës Eenstufs-Silan-Vernetztekabelproduktiounsausrüstung an d'Formuléierungstechnologie gi meeschtens aus dem Ausland importéiert an si deier.
Eng aner Zort vun Een-Schrëtt-Silan-Vernetzte-Polyethylen-Isolatiounsmaterial gëtt vu Kabelmaterialhersteller produzéiert. All Rohmaterialien ginn no enger spezieller Formel am Verhältnes vun der Vermëschung, Verpackung a Verkaf duerchgefouert. Et gëtt kee Material A a Material B. D'Kabelanlag kann direkt am Extruder sinn, fir gläichzäiteg e Schrëtt vum Graft an der Extrusioun vum Kabelisolatiounskär ofzeschléissen. Dat Besonnescht un dëser Method ass, datt keng deier speziell Extruder gebraucht ginn, well de Silan-Gräifprozess an engem normale PVC-Extruder ofgeschloss ka ginn, an déi zwee-Schrëtt-Method eliminéiert d'Noutwennegkeet, A- a B-Materialien virun der Extrusioun ze vermëschen.
3. Zesummesetzung vun der Formuléierung
D'Formuléierung vu Silan-vernetztem Polyethylen-Kabelmaterial besteet allgemeng aus Basismaterialharz, Initiator, Silan, Antioxidant, Polymerisatiounsinhibitor, Katalysator, etc.
(1) De Basisharz ass am Allgemengen en LDPE-Harz (Low Density Polyethylen) mat engem Schmelzindex (MI) vun 2, awer viru kuerzem, mat der Entwécklung vun der Synthetikharztechnologie an dem Käschtedrock, gouf och linear Low Density Polyethylen (LLDPE) als Basisharz fir dëst Material benotzt oder deelweis benotzt. Verschidde Harzer hunn dacks e wesentlechen Afloss op d'Poftung an d'Vernetzung wéinst Ënnerscheeder an hirer interner makromolekularer Struktur, sou datt d'Formuléierung duerch d'Benotzung vu verschiddene Basisharzer oder dem selwechten Harztyp vu verschiddene Produzenten modifizéiert gëtt.
(2) Den Initiator, deen dacks benotzt gëtt, ass Diisopropylperoxid (DCP). De Schlëssel ass, d'Gréisst vum Problem ze verstoen. Ze wéineg ass net genuch fir Silan-Transfektioun ze verursaachen; ze vill ass genuch fir Polyethylen-Vernetzung ze verursaachen, wat seng Flëssegkeet reduzéiert, d'Uewerfläch vum extrudéierten Isolatiounskär ass rau, et ass schwéier ze kompriméieren. Well d'Quantitéit vum Initiator, déi dobäigesat gëtt, ganz kleng a sensibel ass, ass et wichteg, en gläichméisseg ze verdeelen, dofir gëtt en normalerweis zesumme mam Silan dobäigesat.
(3) Silan gëtt allgemeng als ongesiedegt Vinylsilan benotzt, dorënner Vinyltrimethoxysilan (A2171) a Vinyltriethoxysilan (A2151). Wéinst der schneller Hydrolysegeschwindegkeet vun A2171 wielen ëmmer méi Leit A2171. Ähnlech gëtt et e Problem mam Zousaz vu Silan, wou déi aktuell Kabelmaterialhersteller probéieren, dës ënnescht Grenz z'erreechen, fir d'Käschten ze reduzéieren, well de Präis vum Silan méi héich ass, well en importéiert gëtt.
(4) Antioxidantien sinn do fir d'Stabilitéit vun der Polyethylenveraarbechtung an d'Anti-Aging vun de Kabelen ze garantéieren. Si ginn derbäigesat. Antioxidantien hunn d'Roll vun der Hemmung vun der Graftreaktioun beim Graftprozess. Dofir muss beim Zousaz vun Antioxidantien beim Graftprozess virsiichteg opgepasst ginn. D'Quantitéit un DCP gëtt der Auswiel ugepasst. Am Zwei-Schrëtt-Vernetzungsprozess kann de gréissten Deel vum Antioxidant an de Katalysator-Masterbatch bäigefüügt ginn, wat den Impakt op de Graftprozess reduzéiere kann. Am Een-Schrëtt-Vernetzungsprozess ass den Antioxidant am ganze Graftprozess präsent. Dofir ass d'Wiel vun der Aart a Quantitéit méi wichteg. Déi heefegst benotzt Antioxidantien sinn 1010, 168, 330, etc.
(5) E Polymerisatiounsinhibitor gëtt bäigefüügt, fir e puer Niewereaktiounen am Graftungs- a Vernetzungsprozess ze hemmen. Am Graftungsprozess gëtt en Anti-Vernetzungsmëttel bäigefüügt, wat d'Optriede vu C2C-Vernetzung effektiv reduzéiere kann an doduerch d'Veraarbechtungsfluiditéit verbessert. Zousätzlech gëtt d'Zousätzlech vun engem Graft ënner de selwechte Konditiounen vun der Hydrolyse vu Silan op dem Polymerisatiounsinhibitor virausgesat, wat d'Hydrolyse vum gegraffte Polyethylen reduzéiere kann an d'laangfristeg Stabilitéit vum Graftmaterial verbessert.
(6) Katalysatoren sinn dacks Organotin-Derivater (ausser natierlech Vernetzung), am heefegsten ass Dibutyltin-Dilaurat (DBDTL), dat normalerweis a Form vun engem Masterbatch bäigefüügt gëtt. Am Zwei-Schrëtt-Prozess ginn de Graft (A-Material) an de Katalysator-Masterbatch (B-Material) separat verpackt an d'A- a B-Materialien ginn zesumme gemëscht, ier se an den Extruder bäigefüügt ginn, fir eng Virvernetzung vum A-Material ze verhënneren. Am Fall vun Een-Schrëtt-Silan-Vernetzte Polyethylen-Isolatiounen ass de Polyethylen an der Verpackung nach net gegraff ginn, sou datt et kee Problem mat der Virvernetzung gëtt an dofir muss de Katalysator net separat verpackt ginn.
Zousätzlech ginn et zesummegesate Silanen um Maart, déi eng Kombinatioun aus Silan, Initiator, Antioxidant, e puer Schmiermëttel an Anti-Kupfermëttel sinn, a ginn allgemeng an Een-Schrëtt-Silan-Vernetzungsmethoden a Kabelwierker benotzt.
Dofir ass d'Formuléierung vun der Silan-vernetzter Polyethylen-Isolatioun, där hir Zesummesetzung net als ganz komplex ugesi gëtt an an den zoustännegen Informatiounen verfügbar ass, awer déi entspriechend Produktiounsformuléierungen, ënnerleien e puer Upassungen fir d'Finalisatioun, wat e vollt Verständnis vun der Roll vun de Komponenten an der Formuléierung an dem Gesetz vun hirem Impakt op d'Leeschtung an hirem géigesäitegen Afloss erfuerdert.
Ënnert de ville Varietéite vu Kabelmaterialien gëllt Silan-vernetzt Kabelmaterial (entweder Zwei- oder Een-Schrëtt-Kabel) als déi eenzeg Varietéit vu chemesche Prozesser, déi bei der Extrusioun optrieden. Aner Varietéiten, wéi Polyvinylchlorid (PVC) Kabelmaterial a Polyethylen (PE) Kabelmaterial, sinn d'Extrusiounsgranulatiounsprozesser e physikalesche Mëschprozess. Och wann d'chemesch Vernetzung an d'Bestrahlung vum Kabelmaterial net duerch chemesch Vernetzung oder Bestrahlung entstinn, egal ob et am Extrusiounsgranulatiounsprozess oder am Extrusiounssystem vum Kabel geschitt, ass dofir am Verglach mat der Produktioun vu Silan-vernetzte Kabelmaterial an der Extrusioun vun der Kabelisolatioun méi wichteg d'Prozesskontroll.
4. Zwee-Schrëtt Produktiounsprozess fir Silan-Vernetzte Polyethylen-Isolatioun
De Produktiounsprozess vum zwee-Schrëtt Silan-vernetzte Polyethylen-Isolatiounsmaterial A kann kuerz an der Figur 1 duergestallt ginn.
Figur 1 Produktiounsprozess vun zwee-Schrëtt Silan-Vernetztes Polyethylen-Isolatiounsmaterial A
E puer Schlësselpunkte beim Produktiounsprozess vun der zweestufeger Silan-Vernetzten-Polyethylen-Isolatioun:
(1) Trocknung. Well de Polyethylenharz eng kleng Quantitéit Waasser enthält, reagéiert d'Waasser beim Extrudéiere bei héijen Temperaturen séier mat de Silylgruppen fir Vernetzung ze produzéieren, wat d'Flëssegkeet vun der Schmelz reduzéiert a Virvernetzung verursaacht. Dat fäerdegt Material enthält och Waasser no der Ofkillung mat Waasser, wat och Virvernetzung verursaache kann, wann et net ewechgeholl gëtt, an et muss och gedréchent ginn. Fir d'Qualitéit vun der Trocknung ze garantéieren, gëtt eng Déiftrocknungsanlag benotzt.
(2) Doséierung. Well d'Genauegkeet vun der Materialformuléierung wichteg ass, gëtt normalerweis eng importéiert Gewiichtsverloschtskala benotzt. De Polyethylenharz an den Antioxidant ginn gemooss an duerch den Zoulaf vum Extruder agefouert, während de Silan an den Initiator vun enger Flëssegkeetspompel an den zweeten oder drëtten Zylinder vum Extruder injizéiert ginn.
(3) Extrusiounstransplantatioun. De Transplantatiounsprozess vu Silan gëtt am Extruder ofgeschloss. D'Prozesastellungen vum Extruder, dorënner Temperatur, Schraufkombinatioun, Schraufgeschwindegkeet a Fuddergeschwindegkeet, mussen dem Prinzip verfollegen, datt d'Material an der éischter Sektioun vum Extruder komplett geschmolz a gläichméisseg gemëscht ka ginn, wann eng virzäiteg Zersetzung vum Peroxid net erwënscht ass, an datt dat komplett gläichméissegt Material an der zweeter Sektioun vum Extruder komplett zerluecht an de Transplantatiounsprozess ofgeschloss muss sinn. Typesch Extrudersektiounstemperaturen (LDPE) sinn an der Tabell 1 gewisen.
Tabelle 1 Temperaturen vun den Zwei-Schrëtt-Extruderzonen
| Aarbechtszon | Zon 1 | Zon 2 | Zon 3 ① | Zon 4 | Zon 5 |
| Temperatur P °C | 140 | 145 | 120 | 160 | 170 |
| Aarbechtszon | Zon 6 | Zon 7 | Zon 8 | Zon 9 | Mond stierwen |
| Temperatur °C | 180 | 190 | 195 | 205 | 195 |
①ass wou de Silan bäigefüügt gëtt.
D'Geschwindegkeet vun der Extruderschrauf bestëmmt d'Openthaltszäit an den Mëscheffekt vum Material am Extruder. Wann d'Openthaltszäit kuerz ass, ass d'Peroxidzersetzung onvollstänneg; wann d'Openthaltszäit ze laang ass, klëmmt d'Viskositéit vum extrudéierte Material. Am Allgemengen soll déi duerchschnëttlech Openthaltszäit vum Granulat am Extruder kontrolléiert ginn, sou datt d'Hallefzäitszäit vum Initiator-Zersetzung 5-10 Mol ass. D'Zufuhrgeschwindegkeet huet net nëmmen e gewëssen Afloss op d'Openthaltszäit vum Material, mä och op d'Mischen an d'Schéieren vum Material. D'Wiel vun enger passender Zufuhrgeschwindegkeet ass och ganz wichteg.
(4) Verpackung. Zwee-Schrëtt-Silan-Vernetzten-Isolatiounsmaterial soll a Aluminium-Plastik-Komposit-Tuten an direktem Loftdrock verpackt ginn, fir d'Fiichtegkeet ze eliminéieren.
5. Een-Schrëtt Produktiounsprozess fir Silan-Vernetztes Polyethylen-Isolatiounsmaterial
Eenstufeg Silan-vernetzt Polyethylen-Isolatiounsmaterial Wéinst sengem Graftprozess ass an der Kabelfabréck-Extrusioun vum Kabelisolatiounskär däitlech méi héich wéi bei der Zweistuf-Method. Och wann d'Eenstufeg Silan-vernetzt Polyethylen-Isolatiounsformel bei der schneller Dispersioun vum Initiator a Silan a beim Scher vum Material vollstänneg berécksiichtegt gouf, muss de Graftprozess duerch d'Temperatur garantéiert ginn. D'Eenstufeg Silan-vernetzt Polyethylen-Isolatiounsproduktiounsanlag huet ëmmer erëm d'Wichtegkeet vun der richteger Wiel vun der Extrusiounstemperatur betount. Déi allgemeng empfohlen Extrusiounstemperatur ass an der Tabell 2 gewisen.
Tabelle 2 Eenstuf-Extrudertemperatur vun all Zon (Eenheet: ℃)
| Zon | Zon 1 | Zon 2 | Zon 3 | Zon 4 | Flansch | Kapp |
| Temperatur | 160 | 190 | 200～210 | 220～230 | 230 | 230 |
Dëst ass eng vun de Schwächten vum Een-Schrëtt-Prozess vu Silan-Vernetzungspolyethylen, deen normalerweis net erfuerderlech ass wann Kabelen an zwee Schrëtt extrudéiert ginn.
6. Produktiounsausrüstung
D'Produktiounsausrüstung ass eng wichteg Garantie fir d'Prozesskontroll. D'Produktioun vu Silan-Vernetztekabele erfuerdert e ganz héije Grad u Prozesskontrollgenauegkeet, dofir ass d'Wiel vun der Produktiounsausrüstung besonnesch wichteg.
D'Produktioun vun zwee-Schrëtt Silan-Vernetztes Polyethylen-Isolatiounsmaterial ass eng Materialproduktiounsausrüstung, déi de Moment méi isotrop parallel Duebelschraubenextruder mat importéiertem Gewiichtslosen Gewiicht benotzt. Sou Apparater kënnen d'Ufuerderunge vun der Prozesskontrollgenauegkeet erfëllen. D'Wiel vun der Längt an dem Duerchmiesser vum Duebelschraubenextruder garantéiert d'Materialverweilzäit an d'Wiel vun importéiertem Gewiichtslosen Gewiicht garantéieren d'Genauegkeet vun den Zutaten. Natierlech ginn et vill Detailer vun der Ausrüstung, déi voll Opmierksamkeet musse kréien.
Wéi virdru scho gesot, sinn d'Produktiounsausrüstung fir d'Produktioun vu Silan-Vernetztekabel a Kabelanlagen importéiert an deier. Déi inlännesch Hiersteller hunn keng ähnlech Produktiounsausrüstung. De Grond dofir ass de Manktem u Kooperatioun tëscht den Hiersteller a Formel- a Prozessfuerscher.
7. Silan natierlecht vernetzt Polyethylen Isolatiounsmaterial
Silan-Naturvernetzte Polyethylen-Isolatiounsmaterial, dat an de leschte Jore entwéckelt gouf, kann ënner natierleche Bedéngungen bannent e puer Deeg vernetzt ginn, ouni Damp oder Tauchen a waarmem Waasser. Am Verglach mat der traditioneller Silan-Vernetzungsmethod kann dëst Material de Produktiounsprozess fir Kabelhersteller reduzéieren, d'Produktiounskäschte weider reduzéieren an d'Produktiounseffizienz erhéijen. Silan-Naturvernetzte Polyethylen-Isolatioun gëtt ëmmer méi vun Kabelhersteller unerkannt a benotzt.
An de leschte Joren ass déi inlännesch Silan-Naturvernetzte Polyethylen-Isolatioun méi reif ginn a gëtt a grousse Quantitéiten produzéiert, mat gewësse Präisvirdeeler am Verglach mat importéierte Materialien.
7. 1 Formuléierungsideen fir Silan-natierlech vernetzte Polyethylen-Isolatiounen
Naturvernetzte Polyethylen-Isolatioune aus Silan ginn an engem zwee-Schrëtt-Prozess produzéiert, mat der selwechter Formuléierung, déi aus Basisharz, Initiator, Silan, Antioxidant, Polymerisatiounsinhibitor a Katalysator besteet. D'Formuléierung vun natierleche vernetzte Polyethylen-Isolatoren aus Silan baséiert op der Erhéijung vun der Silan-Pflanzenquote vum A-Material an der Auswiel vun engem méi effiziente Katalysator wéi Silan-Warmwaasser-vernetzte Polyethylen-Isolatoren. D'Benotzung vun A-Materialien mat enger méi héijer Silan-Pflanzenquote a Kombinatioun mat engem méi effiziente Katalysator erméiglecht et dem Silan-vernetzte Polyethylen-Isolator, sech och bei niddregen Temperaturen a mat net genuch Fiichtegkeet séier ze vernetzten.
D'A-Materialien fir importéiert Silan-natierlech vernetzte Polyethylenisolatoren ginn duerch Copolymerisatioun synthetiséiert, woubei den Silan-Gehalt op engem héije Niveau kontrolléiert ka ginn, während d'Produktioun vun A-Materialien mat héijen Iwwerflächungsraten duerch Iwwerflächung vu Silan schwéier ass. De Basisharz, den Initiator an de Silan, déi an der Rezeptur benotzt ginn, sollten variéiert an ugepasst ginn, wat d'Varietéit an d'Zousätz ugeet.
D'Auswiel vum Resist an d'Upassung vu senger Dosis sinn och entscheedend, well eng Erhéijung vun der Graftungsquote vum Silan onvermeidbar zu méi CC-Vernetzungsnebenreaktiounen féiert. Fir d'Veraarbechtungsfluiditéit an den Uewerflächenzoustand vum A-Material fir déi spéider Kabelextrusioun ze verbesseren, ass eng passend Quantitéit u Polymerisatiounsinhibitor noutwendeg, fir d'CC-Vernetzung an d'virdrun Virvernetzung effektiv ze hemmen.
Zousätzlech spille Katalysatoren eng wichteg Roll bei der Erhéijung vun der Vernetzungsquote a sollten als effizient Katalysatoren ausgewielt ginn, déi Iwwergangsmetallfräi Elementer enthalen.
7. 2 Vernetzungszäit vun natierlech vernetzten Polyethylenisolatiounen aus Silan
D'Zäit, déi néideg ass fir d'Vernetzung vun der Silan-Naturvernetzter Polyethylen-Isolatioun an hirem natierlechen Zoustand ofzeschléissen, hänkt vun der Temperatur, der Fiichtegkeet an der Déckt vun der Isolatiounsschicht of. Wat méi héich d'Temperatur an d'Fiichtegkeet sinn, wat méi dënn d'Déckt vun der Isolatiounsschicht ass, wat méi kuerz d'Vernetzungszäit ass, an ëmgekéiert méi laang. Well d'Temperatur an d'Fiichtegkeet vu Regioun zu Regioun a vu Joreszäit zu Joreszäit variéieren, wäerten d'Temperatur an d'Fiichtegkeet haut a muer och um selwechte Plaz an zur selwechter Zäit ënnerschiddlech sinn. Dofir soll de Benotzer beim Gebrauch vum Material d'Vernetzungszäit no der lokaler an herrschender Temperatur an Fiichtegkeet, souwéi der Spezifikatioun vum Kabel an der Déckt vun der Isolatiounsschicht bestëmmen.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 13. August 2022