La tecnologia di reticolazione del polietilene (PE) è uno dei mezzi importanti per migliorare le proprietà del materiale. Il PE modificato reticolato può migliorare notevolmente le sue proprietà, il che non solo migliora significativamente le proprietà complete del PE come proprietà meccaniche, resistenza alla fessurazione da stress ambientale, resistenza alla corrosione chimica, resistenza al creep e proprietà elettriche, ma migliora anche significativamente la resistenza alla temperatura livello, che può aumentare la temperatura di resistenza al calore del PE da 70 gradi a oltre 100 gradi, ampliando così notevolmente il campo di applicazione del PE.
L'isolamento in polietilene reticolato è polietilene sotto l'azione di raggi ad alta energia (come raggi, raggi, raggi di elettroni, ecc.) o agenti reticolanti in modo che la reticolazione tra macromolecole possa migliorare la sua resistenza al calore e altre proprietà. La temperatura di esercizio a lungo termine del cavo che utilizza polietilene reticolato come isolante può essere aumentata fino a 90 gradi e la temperatura di cortocircuito istantanea che può sopportare può raggiungere 170-250 gradi.
Breve introduzione
Il polietilene (PE) è una delle cinque materie plastiche generali e la sua produzione e consumo sono al primo posto tra le varie resine sintetiche, nell'industria e nell'agricoltura e ampiamente utilizzate nella vita quotidiana. Tuttavia, la resistenza alle alte temperature del polietilene è scarsa. Le proprietà meccaniche e la resistenza chimica talvolta non soddisfano i requisiti di utilizzo effettivo. Pertanto, la modifica del polietilene è sempre stata la chiave per lo sviluppo e l'applicazione di prodotti in polietilene e la tecnologia di reticolazione del polietilene è una tecnologia importante per migliorare le proprietà del materiale. Il polietilene modificato reticolato può migliorare notevolmente le sue proprietà, che non solo migliorano significativamente le proprietà complete del polietilene come proprietà meccaniche, resistenza alla fessurazione da stress ambientale, resistenza alla corrosione chimica, resistenza al creep e proprietà elettriche. Inoltre, il livello di resistenza alla temperatura è notevolmente migliorato e la temperatura di resistenza al calore del polietilene può essere aumentata da 70 gradi a oltre 100 gradi. Di conseguenza, il campo di applicazione del polietilene è stato notevolmente ampliato.
Attualmente, il polietilene reticolato (XLPE) è stato ampiamente utilizzato in tubi, pellicole, materiali per cavi e prodotti in schiuma.
Prestazioni e vantaggi
Le molecole del polietilene sono composte da catene molecolari lineari. Quando la temperatura aumenta, la forza legante tra le catene molecolari lineari (forza di van der Waals) si indebolisce, così che l'intero materiale molecolare viene deformato, quindi la resistenza alla temperatura del polietilene è scarsa. Polietilene reticolato (XLPE) Tra le molecole viene eretto un ponte di catena chimica in modo che le molecole non possano essere spostate, superando così la carenza di polietilene. Il confronto delle prestazioni del polietilene reticolato e del polietilene ordinario è mostrato nella Tabella 1.
Il polietilene reticolato presenta i seguenti vantaggi:
1. Resistenza al calore: XLPE con struttura tridimensionale a rete ha un'eccellente resistenza al calore. Non si decompone e non carbonizza sotto i 200 gradi, la temperatura di funzionamento a lungo termine può raggiungere i 90 gradi e la durata termica può raggiungere i 40 anni.
2. Prestazioni di isolamento: XLPE mantiene le buone caratteristiche di isolamento originali del PE e la resistenza di isolamento viene ulteriormente aumentata. La sua tangente di perdita dielettrica è molto piccola e non è molto influenzata dalla temperatura.
3. Proprietà meccaniche: grazie alla creazione di nuovi legami chimici tra le macromolecole, la durezza, la rigidità, la resistenza all'usura e la resistenza agli urti dell'XLPE vengono migliorate, compensando così le carenze del PE essendo suscettibile allo stress ambientale e alle fessurazioni.
4. Resistenza chimica: XLPE ha una forte resistenza agli acidi e agli alcali e all'olio, e i suoi prodotti di combustione sono principalmente acqua e anidride carbonica, che sono meno dannosi per l'ambiente e soddisfano i requisiti della moderna sicurezza antincendio.
Principio di reticolazione
Il polietilene ([CH2-CH2]n, numero di unità ripetitive) è un composto polimerico contenente due elementi di idrocarburi e idrogeni, con catene macromolecolari a struttura molecolare lineare o ramificata, forma solida a temperatura ambiente e fase cristallina e forma di coesistenza di fase amorfa in forma solida di polietilene. Il peso molecolare relativo del polietilene è compreso tra 6,30 e<>,<>.
Il polietilene ha eccellenti proprietà di isolamento elettrico, ma la sua scarsa resistenza al calore influisce sull'utilizzo di materie prime per l'isolamento dei cavi. A causa della debole interazione intermolecolare nella regione amorfa, la temperatura di fusione della maggior parte del polietilene è di circa 140 gradi e la sua resistenza meccanica diminuisce significativamente quando si avvicina al punto di fusione del polietilene e anche la resistenza alla fessurazione si deteriora.
Quando le catene macromolecolari lineari vengono processate chimicamente o fisicamente, il processo di unione sotto forma di legami reticolati è chiamato reticolazione o "vulcanizzazione". Il polietilene reticolato ha le proprietà del tipo di rete e della struttura del corpo e la sua resistenza al calore aumenterà con l'aumento della reticolazione e l'allungamento termico relativo diminuirà di conseguenza. Grazie al significativo miglioramento delle proprietà meccaniche e della resistenza al calore, è diventato un materiale isolante per cavi di alimentazione ampiamente utilizzato.
Il metodo di reticolazione del polietilene mediante reticolazione per formare polietilene reticolato è diviso in due categorie: metodo chimico e metodo fisico, e i metodi di processo realizzati nel settore includono principalmente i seguenti cinque: reticolazione con irradiazione ad alta energia, reticolazione con silano, reticolazione con perossido , reticolazione ultravioletta e reticolazione salina. Tra questi, il metodo di reticolazione con perossido (noto anche come reticolazione chimica) è un metodo di reticolazione adatto alla produzione di cavi di livello di media e alta tensione e il suo principio è una serie di reazioni di radicali liberi innescate dalla decomposizione ad alta temperatura del perossido , e quindi il PE viene reticolato. I perossidi vengono decomposti dal calore per formare radicali liberi e il processo di reazione di reticolazione è il seguente:
Metodo di reticolazione
Esistono due tipi di metodi di reticolazione per il polietilene: reticolazione fisica (reticolazione con radiazioni) e reticolazione chimica. La reticolazione chimica è divisa in reticolazione con silano e reticolazione con perossido.
Reticolazione fisica
Reticolazione mediante radiazione: i prodotti in polietilene, come guaine in polietilene, pellicole, tubi a parete sottile e altri prodotti rivestiti sul filo, sono reticolati con raggi - e raggi ad alta energia (facendo sì che le macromolecole di polietilene generino radicali liberi e formino catene reticolate CC) . Il grado di reticolazione è influenzato dalla dose di radiazioni e dalla temperatura, e il punto di reticolazione aumenta con l'aumento della dose di radiazioni, quindi controllando le condizioni di radiazione, è possibile ottenere prodotti in polietilene reticolato con un certo grado di reticolazione.
Il polietilene reticolato prodotto mediante il metodo di reticolazione per radiazioni presenta i seguenti vantaggi: la reticolazione e l'estrusione vengono eseguite separatamente, la qualità del prodotto è facile da controllare, l'efficienza produttiva è elevata e il tasso di scarto è basso; Durante il processo di reticolazione non sono necessari ulteriori iniziatori di radicali liberi (come perossidi, ecc.), il che mantiene la pulizia del materiale e migliora le proprietà elettriche del materiale; È particolarmente adatto per cavi isolati di piccola sezione e a parete sottile, difficili da produrre mediante reticolazione chimica. Tuttavia, la reticolazione per radiazione presenta anche alcuni svantaggi, come la necessità di aumentare la tensione di accelerazione del fascio di elettroni durante la reticolazione di materiali spessi; Per la reticolazione di oggetti rotondi come fili e cavi è necessario ruotarli o utilizzare più fasci di elettroni per rendere uniforme l'irraggiamento; I costi di investimento una tantum sono considerevoli; La tecnologia di funzionamento e manutenzione è complessa e anche i problemi di protezione della sicurezza durante il funzionamento sono relativamente difficili.
Reticolazione chimica
La reticolazione chimica è l'uso di agenti chimici di reticolazione per reticolare i polimeri, passando da una struttura lineare a una struttura a rete.
La scelta dell'agente reticolante dovrebbe dipendere dalla varietà del polimero, dalla tecnologia di lavorazione e dalle prestazioni del prodotto. L'agente reticolante ideale oltre a soddisfare alcuni requisiti specifici dovrebbe anche avere i seguenti requisiti di base: elevato tasso di reticolazione, struttura reticolante stabile; grande sicurezza di lavorazione, facile da usare, periodo di validità moderato dopo l'aggiunta della resina, nessun inconveniente di reticolazione prematura o troppo tardiva; non influisce sulle prestazioni di elaborazione e sulle prestazioni di utilizzo del prodotto; atossico, non inquinante, non irrita la pelle e gli occhi.
Nella reticolazione chimica, esistono la reticolazione con perossido, la reticolazione con silano e la reticolazione con azo:
(1) Reticolazione del perossido e agente di reticolazione La reticolazione del perossido, generalmente utilizzando perossido organico come agente di reticolazione, sotto l'azione del calore, si decompone per generare radicali liberi attivi, che fanno sì che la catena di carbonio del polimero generi punti attivi e produca reticolazione carbonio-carbonio per formare un struttura di rete. Questa tecnologia richiede apparecchiature di estrusione ad alta pressione in modo che la reazione di reticolazione venga effettuata nel cilindro e quindi il prodotto venga riscaldato utilizzando un metodo di riscaldamento rapido, ottenendo un prodotto reticolato. Pertanto, l'uso del metodo di reticolazione del perossido per produrre tubi in polietilene non è facile da controllare, la qualità del prodotto è instabile e il funzionamento continuo è più difficile.
(2) Reticolazione azoica
Il metodo consiste nel mescolare il composto azoico nel PE ed estrudere a una temperatura inferiore alla decomposizione del composto azoico, quindi l'estrusione viene decomposta mediante un bagno salino ad alta temperatura e il composto azoico viene decomposto per formare radicali liberi, avviando la reticolazione del polietilene. Viene generalmente utilizzato per materiali in gomma di cipresso con basse temperature di fusione e ha poche applicazioni pratiche per la plastica.
(3) Reticolazione silanica e agente reticolante
Negli anni sessanta del XX secolo fu sviluppata con successo la tecnologia della reticolazione del silano. La tecnologia utilizza vinilsilani contenenti doppi legami per reagire con i polimeri fusi sotto l'azione di iniziatori per formare polimeri innestati con silano, che vengono idrolizzati in acqua in presenza di un catalizzatore di condensazione silanolico per formare una struttura reticolata a catena di ossano. La tecnologia di reticolazione del silano ha notevolmente promosso la produzione e l'applicazione del polietilene reticolato grazie alla sua attrezzatura semplice, al processo facile da controllare, ai minori investimenti, all'alto grado di reticolazione dei prodotti finiti e alla buona qualità. Oltre al polietilene e al silano, nella reticolazione vengono utilizzati anche catalizzatori, iniziatori, antiossidanti, ecc.
Rispetto ad altri metodi, i prodotti di polietilene ottenuti mediante reticolazione con silano presentano i seguenti vantaggi:
(1) Meno investimenti in attrezzature, elevata efficienza produttiva e basso costo.
(2) Il processo è altamente versatile, adatto al polietilene a tutte le densità e adatto anche alla maggior parte del polietilene con riempitivo.
(3) Non limitato dallo spessore.
(4) La quantità di perossido è piccola (solo il 10% quando il perossido è reticolato da solo), quindi vengono generati meno micropori nello strato isolante in polietilene, il che favorisce il mantenimento dell'elevato isolamento del polietilene.
Principali applicazioni
Grazie alle sue eccellenti proprietà, il polietilene reticolato viene utilizzato come materiale isolante ad alta tensione, alta frequenza e resistente al calore e come rivestimento di fili e cavi richiesti da razzi, missili, motori, trasformatori, ecc. Produzione di tubi termorestringenti, pellicole termoretraibili, vari tubi resistenti al calore, plastica espansa, rivestimenti, componenti e contenitori di apparecchiature chimiche resistenti alla corrosione, produzione di materiali da costruzione ritardanti di fiamma, ecc. Attualmente, le aree di utilizzo più grandi sono principalmente fili e cavi, tubi, e schiuma.
1. Materiale del cavo in polietilene reticolato
La resistenza al calore del cavo con polietilene reticolato come isolante è superiore a quella del cloruro di polivinile, può essere utilizzato a lungo a 90 gradi e la temperatura di resistenza al calore in cortocircuito può raggiungere i 250 gradi; La resistenza di isolamento è elevata, la tangente di perdita dielettrica è piccola e sostanzialmente non cambia con il cambiamento della temperatura; Ha una buona resistenza all'usura e alle fessurazioni da stress ambientale. Una volta che il polietilene reticolato viene bruciato dai cavi, vengono prodotti anidride carbonica e acqua, mentre i cavi in PVC producono gas nocivi di acido cloridrico durante la combustione; Inoltre, la densità del polietilene reticolato è inferiore di circa il 40% rispetto a quella del PVC, il che può ridurre significativamente la qualità delle linee aeree.
2. Tubo in polietilene reticolato
Il tubo prodotto in polietilene reticolato presenta i vantaggi di elevata resistenza allo scorrimento viscoso, resistenza alla corrosione, leggerezza e buona resistenza al calore. Il tubo composito in alluminio-plastica che utilizza polietilene reticolato ha una forte tenuta all'aria e un'elevata resistenza allo stress da scoppio. Ha un effetto antistatico e schermante.
Rispetto ai tubi in PVC e ai normali tubi in polietilene, i tubi in polietilene reticolato non contengono plastificanti, non ammuffiscono e non generano batteri; Non contiene ingredienti nocivi, soddisfa gli standard FDA e può essere utilizzato nelle condutture dell'acqua potabile; Buona resistenza al calore, la resistenza al calore dei tubi in polietilene e cloruro di polivinile ordinario è di 60-75 gradi, mentre il tubo in polietilene reticolato è di 90 gradi, la temperatura istantanea massima può raggiungere 185 gradi, può resistere a temperature basse di -75 gradi; Ampio intervallo di temperature operative, può essere utilizzato a lungo in condizioni di -75-95 gradi e la durata di servizio arriva fino a 50 anni. Elevata reticolazione, alta densità, buona resistenza alla pressione; La resistenza alla corrosione chimica è molto buona e la resistenza alla fessurazione da stress ambientale è eccellente, anche a temperature più elevate, può essere utilizzata per trasportare una varietà di prodotti chimici e materiali di stress con tubo accelerato, il tubo in polietilene reticolato è leggero, solo circa 1 /8 di tubo metallico; Buona resistenza alla corrosione e resistenza all'usura. Il tasso di usura è inferiore a 1/4 di quello del tubo d'acciaio e la durata utile è 2-6 volte quella del tubo d'acciaio; La parete interna è liscia, la resistenza al flusso del fluido è ridotta e, a parità di diametro del tubo, il flusso di trasporto è maggiore di quello del tubo metallico e il rumore è molto più basso; Le prestazioni di trasmissione sono buone e la quantità di liquido trasmessa è aumentata del 30%-40% rispetto al tubo d'acciaio; La conduttività termica è molto inferiore a quella dei tubi metallici, quindi le sue prestazioni di isolamento termico sono eccellenti. Se utilizzato nell'impianto di riscaldamento, non è richiesta la conservazione del calore e la perdita di calore è ridotta; Può essere piegato arbitrariamente e non sarà fragile e non si spezzerà; Eccellenti prestazioni di isolamento elettrico, facilità di installazione e carico di lavoro di installazione inferiore alla metà del tubo metallico, bassi costi di installazione.
Grazie alle eccellenti prestazioni del materiale del tubo in polietilene reticolato. Con un'igiene completamente atossica, è stata considerata una nuova generazione di tubi verdi, utilizzata principalmente nei seguenti aspetti:
(1) Sistemi di fornitura di acqua calda e fredda e sistemi di condutture di acqua potabile per edifici;
(2) Sistema di acqua refrigerata per il condizionamento dell'aria dell'edificio;
(3) Impianto di riscaldamento residenziale;
(4) Sistema di riscaldamento a terra;
(5) Tubazioni del sistema di scaldacqua domestico;
(6) Condotte di trasporto per bevande, alcol, latte e altri fluidi nell'industria alimentare;
(7) Condotte per il trasporto di fluidi dell'industria chimica e petrolifera;
(8) Conduttura del sistema di refrigerazione e del sistema di trattamento dell'acqua.
(5) Buona resistenza all'invecchiamento e lunga durata.
