Рэзюмэ: Коратка апісаны прынцып зшывання, класіфікацыя, рэцэптура, працэс і абсталяванне для вытворчасці ізаляцыйнага матэрыялу з сіланавых зшытых поліэтыленаў для правадоў і кабеляў, а таксама прадстаўлены некаторыя характарыстыкі ізаляцыйнага матэрыялу з натуральна зшытага поліэтылену сілан у прымяненні і выкарыстанні, а таксама фактары, якія ўплываюць на стан зшывання матэрыялу.
Ключавыя словы: сіланавыя зшыўкі; натуральныя зшыўкі; поліэтылен; ізаляцыя; провад і кабель
Кабельны матэрыял з сіланавага зшытага поліэтылену ў цяперашні час шырока выкарыстоўваецца ў кабельна-правадной прамысловасці ў якасці ізаляцыйнага матэрыялу для нізкавольтных сілавых кабеляў. Гэты матэрыял пры вытворчасці зшытых правадоў і кабеляў, а таксама пераксіднае зшыванне і апраменьванне ў параўнанні з неабходным вытворчым абсталяваннем з'яўляецца простым, лёгкім у эксплуатацыі, нізкім агульным коштам і іншымі перавагамі, што робіць яго вядучым матэрыялам для нізкавольтных зшытых кабеляў з ізаляцыяй.
1. Прынцып зшывання сіланавых кабельных матэрыялаў
У атрыманні сіланавага зшытага поліэтылену ўдзельнічаюць два асноўныя працэсы: прышчэпка і зшыванне. У працэсе прышчэпкі палімер губляе свой атам H на троесным атаме вугляроду пад дзеяннем свабоднага ініцыятара і піролізу на свабодныя радыкалы, якія рэагуюць з групай –CH = CH2 вінілсілану, утвараючы прышчэплены палімер, які змяшчае трыаксісілілавую эфірную групу. У працэсе зшывання прышчэплены палімер спачатку гідралізуецца ў прысутнасці вады з утварэннем сіланолу, а –OH кандэнсуецца з суседняй групай Si-OH, утвараючы сувязь Si-O-Si, такім чынам зшываючы макрамалекулы палімера.
2. Сіланавы кабельны матэрыял і спосаб яго вытворчасці
Як вядома, існуюць двухэтапныя і аднаэтапныя метады вытворчасці сіланавых кабеляў і іх кабеляў. Розніца паміж двухэтапным і аднаэтапным метадамі заключаецца ў тым, дзе праводзіцца працэс прышчэпкі сілана: у двухэтапным выпадку працэс прышчэпкі — на вытворцы кабельнага матэрыялу, а ў аднаэтапным — на заводзе па вытворчасці кабеляў. Двухэтапны поліэтыленавы ізаляцыйны матэрыял, зшыты сіланам і які мае найбольшую долю рынку, складаецца з так званых матэрыялаў А і В, дзе матэрыял А — гэта поліэтылен, прышчэплены сіланам, а матэрыял В — каталізатарная матка. Затым ізаляцыйная аснова зшываецца ў цёплай вадзе або пары.
Існуе яшчэ адзін тып двухэтапнага сілан-зшытага поліэтыленавага ізалятара, дзе матэрыял А вырабляецца іншым спосабам, шляхам увядзення вінілсілану непасрэдна ў поліэтылен падчас сінтэзу для атрымання поліэтылену з разгалінаванымі ланцугамі сілана.
Аднаэтапны метад таксама мае два тыпы. Традыцыйны аднаэтапны працэс прадугледжвае падачу розных сыравінных матэрыялаў у адпаведнасці з формулай у суадносінах, якія выконваюцца спецыяльнай дакладнай дазавальнай сістэмай. Ізаляцыйны стрыжань кабеля падаецца ў спецыяльна распрацаваны экструдар за адзін крок, каб завяршыць прышчэпку і экструзію. У гэтым працэсе няма грануляцыі, няма неабходнасці ў удзеле завода па вытворчасці кабельных матэрыялаў, кабельны завод можа самастойна завяршыць працэс. Гэта аднаэтапнае абсталяванне і тэхналогія вытворчасці сіланавых зшытых кабеляў у асноўным імпартуюцца з-за мяжы і з'яўляюцца дарагімі.
Іншы тып аднаэтапнага сілан-зшытага поліэтыленавага ізаляцыйнага матэрыялу вырабляецца вытворцамі кабельных матэрыялаў. Усе сыравінныя матэрыялы змешваюцца ў адпаведнасці з формулай у суадносінах спецыяльным метадам, упакоўваюцца і прадаюцца. Няма матэрыялаў А і В, кабельны завод можа быць непасрэдна ў экструдары для адначасовага выканання этапу прышчэпкі і экструзіі ізаляцыйнага стрыжня кабеля. Унікальнай асаблівасцю гэтага метаду з'яўляецца тое, што няма неабходнасці ў дарагіх спецыяльных экстрударах, бо працэс прышчэпкі сілана можа быць завершаны ў звычайным ПВХ-экструдары, а двухэтапны метад выключае неабходнасць змешвання матэрыялаў А і В перад экструзіяй.
3. Склад прэпарата
Склад кабельнага матэрыялу з зшытага сіланам поліэтылену звычайна складаецца з асноўнага матэрыялу, смалы, ініцыятара, сілану, антыаксіданта, інгібітара палімерызацыі, каталізатара і г.д.
(1) Асноўная смала звычайна ўяўляе сабой смалу з поліэтылену нізкай шчыльнасці (ПНШ) з індэксам плаўлення (ІП), роўным 2, але нядаўна, з развіццём тэхналогіі сінтэтычных смол і ціскам на выдаткі, у якасці асноўнай смалы для гэтага матэрыялу таксама выкарыстоўваецца або часткова выкарыстоўваецца лінейны поліэтылен нізкай шчыльнасці (ЛПНШ). Розныя смалы часта аказваюць значны ўплыў на прышчэпку і зшыванне з-за адрозненняў у іх унутранай макрамалекулярнай структуры, таму рэцэптура будзе мадыфікавана шляхам выкарыстання розных асноўных смол або аднаго і таго ж тыпу смалы ад розных вытворцаў.
(2) У якасці ініцыятара звычайна выкарыстоўваецца дыізапрапілпераксід (DCP). Галоўнае — разумець колькасць праблемы: недастатковай колькасці для прышчэпкі сілану недастаткова; занадта вялікай колькасці для зшывання поліэтылену, што зніжае яго цякучасць, паверхня экструдаванага ізаляцыйнага стрыжня становіцца шурпатай і цяжка сціскаецца. Паколькі колькасць дададзенага ініцыятара вельмі малая і адчувальная, важна раўнамерна размеркаваць яго, таму звычайна яго дадаюць разам з сіланам.
(3) Сілан звычайна выкарыстоўваецца як вінілавы ненасычаны сілан, у тым ліку вінілтрыметоксісілан (A2171) і вінілтрыетоксісілан (A2151). З-за хуткасці гідролізу A2171 часцей выбіраюць A2171. Акрамя таго, існуе праблема з даданнем сілану, і сучасныя вытворцы кабельных матэрыялаў імкнуцца знізіць яго кошт, бо сілан імпартуецца, і яго кошт даражэйшы.
(4) Антыаксідант павінен забяспечваць стабільнасць апрацоўкі поліэтылену і антыстарэнне кабеля, а таксама дадаваць яго ў працэс прышчэпкі сілана, які інгібіруе рэакцыю прышчэпкі, таму падчас прышчэпкі трэба быць асцярожным з даданнем антыаксіданта, улічваючы колькасць дададзенага антыаксіданта ў залежнасці ад колькасці DCP. У двухэтапным працэсе зшывання большая частка антыаксіданта можа быць дададзена ў галоўную сумесь каталізатара, што можа паменшыць уплыў на працэс прышчэпкі. У аднаэтапным працэсе зшывання антыаксідант прысутнічае на працягу ўсяго працэсу прышчэпкі, таму выбар віду і колькасці мае вялікае значэнне. Найбольш часта выкарыстоўваюцца антыаксіданты 1010, 168, 330 і г.д.
(5) Інгібітар палімерызацыі дадаецца для інгібіравання некаторых пабочных рэакцый у працэсе прышчэпкі і зшывання. Даданне антызшывальнага агента ў працэс прышчэпкі можа эфектыўна знізіць узнікненне зшывання C2C, тым самым паляпшаючы цякучасць апрацоўкі. Акрамя таго, даданне прышчэпкі ў тых жа ўмовах будзе папярэднічаць гідролізу сілану. Інгібітар палімерызацыі можа знізіць гідроліз прышчэпленага поліэтылену, каб палепшыць доўгатэрміновую стабільнасць прышчэпленага матэрыялу.
(6) Каталізатары часта з'яўляюцца арганаалавымі вытворнымі (акрамя натуральных зшывальнікаў), найбольш распаўсюджаным з якіх з'яўляецца дыбутылдылаўрат волава (DBDTL), які звычайна дадаецца ў выглядзе маткавай сумесі. У двухэтапным працэсе прышчэплены матэрыял (матэрыял А) і маткавая сумесь каталізатара (матэрыял В) пакуюцца асобна, і матэрыялы А і В змешваюцца перад даданнем у экструдар, каб прадухіліць папярэдняе зшыванне матэрыялу А. У выпадку аднаэтапнай сіланавай поліэтыленавай ізаляцыі поліэтылен ва ўпакоўцы яшчэ не прышчэплены, таму няма праблемы папярэдняга зшывання, і таму каталізатар не трэба ўпакоўваць асобна.
Акрамя таго, на рынку даступныя складаныя сіланы, якія ўяўляюць сабой камбінацыю сілану, ініцыятара, антыаксіданта, некаторых змазвальных рэчываў і антымедных агентаў, і звычайна выкарыстоўваюцца ў аднаэтапных метадах зшывання сілану на кабельных заводах.
Такім чынам, рэцэптура сіланавай поліэтыленавай ізаляцыі, склад якой не лічыцца вельмі складаным і даступны ў адпаведнай інфармацыі, але адпаведныя вытворчыя рэцэптуры, падлягаюць некаторым карэкціроўкам з мэтай канчатковага дапрацоўвання, што патрабуе поўнага разумення ролі кампанентаў у рэцэптуры і заканамернасці іх уплыву на характарыстыкі і іх узаемнага ўплыву.
Сярод шматлікіх разнавіднасцяў кабельных матэрыялаў, сіланавы кабельны матэрыял (двухэтапны або аднаэтапны) лічыцца адзіным відам хімічных працэсаў, якія адбываюцца пры экструзіі, іншыя разнавіднасці, такія як полівінілхларыдны (ПВХ) кабельны матэрыял і поліэтыленавы (ПЭ) кабельны матэрыял, працэс экструзійнага гранулявання з'яўляецца фізічным працэсам змешвання, нават калі хімічнае зшыванне і апрамяненне зшываюць кабельны матэрыял, няхай гэта будзе працэс экструзійнага гранулявання або экструзійная сістэма кабеля, не адбываецца хімічны працэс, таму, у параўнанні з вытворчасцю сіланавых кабельных матэрыялаў і экструзіяй кабельнай ізаляцыі, кантроль працэсу мае большае значэнне.
4. Двухэтапны працэс вытворчасці ізаляцыі з зшытага сіланавага поліэтылену
Працэс вытворчасці двухэтапнага сілан-зшытага поліэтыленавага ізаляцыйнага матэрыялу А можна коратка прадставіць на малюнку 1.
Малюнак 1. Працэс вытворчасці двухэтапнага сілан-зшытага поліэтыленавага ізаляцыйнага матэрыялу A
Некаторыя ключавыя моманты ў працэсе вытворчасці двухэтапнай сіланавай поліэтыленавай ізаляцыі:
(1) Сушка. Паколькі поліэтыленавая смала змяшчае невялікую колькасць вады, пры экструзіі пры высокіх тэмпературах вада хутка рэагуе з сілільнымі групамі, утвараючы зшыванне, што зніжае цякучасць расплаву і прыводзіць да папярэдняга зшывання. Гатовы матэрыял таксама змяшчае ваду пасля астуджэння вадой, якая таксама можа выклікаць папярэдняе зшыванне, калі яе не выдаліць, і таксама павінна быць высушана. Для забеспячэння якасці сушкі выкарыстоўваецца глыбокая сушыльная ўстаноўка.
(2) Дазаванне. Паколькі дакладнасць рэцэптуры матэрыялу мае важнае значэнне, звычайна выкарыстоўваюцца імпартныя вагі для ўзважвання страты вагі. Паліэтыленавая смала і антыаксідант вымяраюцца і падаюцца праз падаючую адтуліну экструдара, у той час як сілан і ініцыятар упырскваюцца помпай для вадкага матэрыялу ў другі або трэці цыліндр экструдара.
(3) Экструзійная прышчэпка. Працэс прышчэпкі сілану завяршаецца ў экструдары. Параметры працэсу экструдара, у тым ліку тэмпература, камбінацыя шнекаў, хуткасць шнекаў і хуткасць падачы, павінны адпавядаць прынцыпу, што матэрыял у першай секцыі экструдара можа быць цалкам расплаўлены і раўнамерна змяшаны, калі заўчаснае раскладанне перакісу непажаданае, і што цалкам аднастайны матэрыял у другой секцыі экструдара павінен быць цалкам раскладзены, і працэс прышчэпкі завершаны. Тыповыя тэмпературы секцыі экструдара (ПЭНП) паказаны ў табліцы 1.
Табліца 1 Тэмпературы зон двухэтапнага экструдара
| Рабочая зона | Зона 1 | Зона 2 | Зона 3 ① | Зона 4 | Зона 5 |
| Тэмпература P °C | 140 | 145 | 120 | 160 | 170 |
| Рабочая зона | Зона 6 | Зона 7 | Зона 8 | Зона 9 | Рот памірае |
| Тэмпература °C | 180 | 190 | 195 | 205 | 195 |
①гэта месца, куды дадаецца сілан.
Хуткасць кручэння шнека экструдара вызначае час знаходжання матэрыялу ў экструдары і яго эфект змешвання. Калі час знаходжання кароткі, раскладанне перакісу няпоўнае; калі час знаходжання занадта доўгі, глейкасць экструдаванага матэрыялу павялічваецца. Як правіла, сярэдні час знаходжання гранул у экструдары варта кантраляваць у перыяд паўраспаду ініцыятара ў 5-10 разоў. Хуткасць падачы ўплывае не толькі на час знаходжання матэрыялу, але і на змешванне і зрух матэрыялу, таму выбар адпаведнай хуткасці падачы таксама вельмі важны.
(4) Упакоўка. Двухступеньчаты сіланавы ізаляцыйны матэрыял павінен быць упакаваны ў алюмініева-пластыкавыя кампазітныя пакеты пад прамым доступам паветра для выдалення вільгаці.
5. Аднаэтапны працэс вытворчасці ізаляцыйнага матэрыялу з зшытага сіланам поліэтылену
Аднаэтапны сіланавы поліэтыленавы ізаляцыйны матэрыял з дапамогай зшытага сілана на заводзе па вытворчасці кабеляў. З-за працэсу прышчэпкі стрыжня ізаляцыі кабеля, які выкарыстоўваецца ў экструзіі, тэмпература экструзіі ізаляцыі кабеля значна вышэйшая, чым пры двухэтапным метадзе. Нягледзячы на тое, што аднаэтапная сіланавая поліэтыленавая ізаляцыйная формула цалкам улічвала хуткае размеркаванне ініцыятара і сілана пры зруху матэрыялу, працэс прышчэпкі павінен гарантаваць тэмпературу, якая неаднаразова падкрэслівалася на заводзе па вытворчасці аднаэтапнай сіланавай поліэтыленавай ізаляцыі. Агульная рэкамендаваная тэмпература экструзіі паказана ў табліцы 2.
Табліца 2 Тэмпература аднаступенчатага экструдара ў кожнай зоне (адзінка вымярэння: ℃)
| Зона | Зона 1 | Зона 2 | Зона 3 | Зона 4 | Фланец | Галава |
| Тэмпература | 160 | 190 | 200～210 | 220～230 | 230 | 230 |
Гэта адзін са слабых бакоў аднаэтапнага працэсу атрымання сіланавых зшытых поліэтыленаў, які звычайна не патрабуецца пры двухэтапнай экструзіі кабеляў.
6. Вытворчае абсталяванне
Вытворчае абсталяванне з'яўляецца важнай гарантыяй кантролю працэсу. Вытворчасць сіланавых кабеляў патрабуе вельмі высокай ступені дакладнасці кантролю працэсу, таму выбар вытворчага абсталявання мае асаблівае значэнне.
Вытворчасць двухэтапнага сілан-зшытага поліэтыленавага ізаляцыйнага матэрыялу Абсталяванне для вытворчасці матэрыялаў, у цяперашні час больш выкарыстоўваецца айчынны ізатропны паралельны двухшнекавы экструдар з імпартным бязважкім узважваннем, такія прылады могуць задаволіць патрабаванні дакладнасці кіравання працэсам, выбар даўжыні і дыяметра двухшнекавага экструдара для забеспячэння часу знаходжання матэрыялу, выбар імпартнага бязважкага ўзважвання для забеспячэння дакладнасці інгрэдыентаў. Вядома, ёсць шмат дэталяў абсталявання, якім трэба надаць пільную ўвагу.
Як ужо згадвалася раней, абсталяванне для вытворчасці аднаступенчатага сілан-зшытага кабеля на кабельным заводзе імпартнае і дарагое, а айчынныя вытворцы абсталявання не маюць падобнага вытворчага абсталявання. Прычынай гэтага з'яўляецца адсутнасць супрацоўніцтва паміж вытворцамі абсталявання і даследчыкамі формул і працэсаў.
7. Ізаляцыйны матэрыял з натуральнага зшытага поліэтылену сілан
Ізаляцыйны матэрыял з натуральнага зшытага поліэтылену на аснове сілану, распрацаваны ў апошнія гады, можа быць зшыты ў натуральных умовах на працягу некалькіх дзён, без апускання ў пару або цёплую ваду. У параўнанні з традыцыйным метадам зшывання сілану, гэты матэрыял можа скараціць вытворчы працэс для вытворцаў кабеляў, што яшчэ больш зніжае вытворчыя выдаткі і павышае эфектыўнасць вытворчасці. Ізаляцыя з натуральнага зшытага поліэтылену на аснове сілану атрымлівае ўсё большае прызнанне і выкарыстоўваецца вытворцамі кабеляў.
У апошнія гады айчынная сілавая натуральная зшытая поліэтыленавая ізаляцыя пасталела і вырабляецца ў вялікіх колькасцях, маючы пэўныя перавагі ў цане ў параўнанні з імпартнымі матэрыяламі.
7. 1 Ідэі па распрацоўцы ізаляцый з натуральна зшытага поліэтылену на аснове сілану
Ізаляцыйныя ізалятары з натуральнага зшытага поліэтылену на аснове сілану вырабляюцца ў два этапы з выкарыстаннем аднолькавай формулы, якая складаецца з базавай смалы, ініцыятара, сілану, антыаксіданта, інгібітара палімерызацыі і каталізатара. Формула ізалятараў з натуральнага зшытага поліэтылену на аснове сілану заснавана на павелічэнні хуткасці прышчэпкі сілану матэрыялу А і выбары больш эфектыўнага каталізатара, чым у ізалятараў з зшытага поліэтылену на аснове сілану, атрыманых у цёплай вадзе. Выкарыстанне матэрыялаў А з больш высокай хуткасцю прышчэпкі сілану ў спалучэнні з больш эфектыўным каталізатарам дазволіць ізалятару з зшытага поліэтылену на аснове сілану хутка зшывацца нават пры нізкіх тэмпературах і недастатковай вільготнасці.
А-матэрыялы для імпартных сіланавых натуральна зшытых поліэтыленавых ізалятараў сінтэзуюцца шляхам сапалімерызацыі, дзе ўтрыманне сілану можна кантраляваць на высокім узроўні, у той час як вытворчасць А-матэрыялаў з высокай хуткасцю прышчэпкі шляхам прышчэпкі сілану з'яўляецца складанай. Асноўная смала, ініцыятар і сілан, якія выкарыстоўваюцца ў рэцэпце, павінны быць разнастайнымі і карэктавацца з пункту гледжання разнастайнасці і дадаткаў.
Выбар рэзіста і карэкціроўка яго дазоўкі таксама маюць вырашальнае значэнне, бо павелічэнне хуткасці прышчэпкі сілану непазбежна прыводзіць да большай колькасці пабочных рэакцый зшывання CC. Для паляпшэння цякучасці апрацоўкі і стану паверхні матэрыялу А для наступнай экструзіі кабеля патрабуецца адпаведная колькасць інгібітара палімерызацыі для эфектыўнага інгібіравання зшывання CC і папярэдняга зшывання.
Акрамя таго, каталізатары адыгрываюць важную ролю ў павелічэнні хуткасці зшывання і павінны быць выбраны ў якасці эфектыўных каталізатараў, якія змяшчаюць элементы, свабодныя ад пераходных металаў.
7. 2 Час зшывання сіланавых поліэтыленавых ізаляцый, зшытых натуральным чынам
Час, неабходны для завяршэння зшывання ізаляцыі з натуральнага зшытага поліэтылену на аснове сілану ў натуральным стане, залежыць ад тэмпературы, вільготнасці і таўшчыні ізаляцыйнага пласта. Чым вышэй тэмпература і вільготнасць, тым танчэй таўшчыня ізаляцыйнага пласта, тым карацейшы час зшывання патрабуецца, і тым даўжэйшы — наадварот. Паколькі тэмпература і вільготнасць адрозніваюцца ў залежнасці ад рэгіёна і ад сезона да сезона, нават у адным і тым жа месцы і ў адзін і той жа час тэмпература і вільготнасць сёння і заўтра будуць адрознівацца. Такім чынам, падчас выкарыстання матэрыялу карыстальнік павінен вызначаць час зшывання ў залежнасці ад мясцовай і пераважнай тэмпературы і вільготнасці, а таксама ад спецыфікацыі кабеля і таўшчыні ізаляцыйнага пласта.
Час публікацыі: 13 жніўня 2022 г.