La tecnología de reticulación del polietileno (PE) es uno de los medios importantes para mejorar las propiedades del material. El PE modificado reticulado puede mejorar en gran medida sus propiedades, lo que no solo mejora significativamente las propiedades integrales del PE, como las propiedades mecánicas, la resistencia al agrietamiento por tensión ambiental, la resistencia a la corrosión química, la resistencia a la fluencia y las propiedades eléctricas, sino que también mejora significativamente la resistencia a la temperatura. Nivel, que puede aumentar la temperatura de resistencia al calor del PE de 70 grados a más de 100 grados, ampliando así en gran medida el campo de aplicación del PE.
El aislamiento de polietileno reticulado es polietileno bajo la acción de rayos de alta energía (como rayos, rayos, rayos de electrones, etc.) o agentes reticulantes, de modo que la reticulación entre macromoléculas puede mejorar su resistencia al calor y otras propiedades. La temperatura de funcionamiento a largo plazo del cable que utiliza polietileno reticulado como aislamiento se puede aumentar a 90 grados, y la temperatura de cortocircuito instantáneo que puede soportar puede alcanzar 170-250 grados.
Breve introducción
El polietileno (PE) es uno de los cinco plásticos generales, y su producción y consumo ocupa el primer lugar entre varias resinas sintéticas, en la industria y la agricultura y se utiliza ampliamente en la vida diaria. Sin embargo, la resistencia del polietileno a altas temperaturas es pobre. Las propiedades mecánicas y la resistencia química a veces no cumplen con los requisitos del uso real. Por lo tanto, la modificación del polietileno siempre ha sido la clave para el desarrollo y aplicación de productos de polietileno, y la tecnología de reticulación del polietileno es una tecnología importante para mejorar las propiedades del material. El polietileno modificado reticulado puede mejorar en gran medida sus propiedades, lo que no solo mejora significativamente las propiedades integrales del polietileno, como las propiedades mecánicas, la resistencia al agrietamiento por tensión ambiental, la resistencia a la corrosión química, la resistencia a la fluencia y las propiedades eléctricas. Además, el nivel de resistencia a la temperatura mejora considerablemente y la temperatura de resistencia al calor del polietileno se puede aumentar de 70 grados a más de 100 grados. Como resultado, el campo de aplicación del polietileno se ha ampliado enormemente.
En la actualidad, el polietileno reticulado (XLPE) se ha utilizado ampliamente en tuberías, películas, materiales para cables y productos de espuma.
Rendimiento y beneficios
Las moléculas de polietileno están compuestas de cadenas moleculares lineales. Cuando aumenta la temperatura, la fuerza de unión entre las cadenas moleculares lineales (fuerza de Van der Waals) se debilita, de modo que todo el material molecular se deforma, por lo que la resistencia a la temperatura del polietileno es pobre. Polietileno reticulado (XLPE) Se construye un puente de cadena químico entre las moléculas para que no puedan desplazarse, lo que supera la deficiencia de polietileno. La comparación del rendimiento del polietileno reticulado y el polietileno ordinario se muestra en la Tabla 1.
El polietileno reticulado tiene las siguientes ventajas:
1. Resistencia al calor: XLPE con una estructura tridimensional de malla tiene una excelente resistencia al calor. No se descompondrá ni se carbonizará por debajo de 200 grados, la temperatura de trabajo a largo plazo puede alcanzar los 90 grados y la vida térmica puede alcanzar los 40 años.
2. Rendimiento del aislamiento: XLPE mantiene las buenas características de aislamiento originales del PE y la resistencia del aislamiento aumenta aún más. Su tangente de pérdida dieléctrica es muy pequeña y no se ve muy afectada por la temperatura.
3. Propiedades mecánicas: debido al establecimiento de nuevos enlaces químicos entre macromoléculas, se mejora la dureza, rigidez, resistencia al desgaste y resistencia al impacto del XLPE, compensando así las deficiencias del PE que es susceptible al estrés ambiental y al agrietamiento.
4. Resistencia química: XLPE tiene una fuerte resistencia a ácidos y álcalis y resistencia al aceite, y sus productos de combustión son principalmente agua y dióxido de carbono, que es menos dañino para el medio ambiente y cumple con los requisitos de la seguridad contra incendios moderna.
Principio de reticulación
El polietileno ([CH2-CH2]n, número de unidad de n repetición) es un compuesto polimérico que contiene dos elementos de hidrocarburos e hidrógenos, con cadenas macromoleculares de estructura molecular lineal o ramificada, forma sólida a temperatura ambiente y fase cristalina y Forma de coexistencia de fase amorfa en forma sólida de polietileno. El peso molecular relativo del polietileno está entre 6,30 y<>,<>.
El polietileno tiene excelentes propiedades de aislamiento eléctrico, pero su escasa resistencia al calor afecta el uso de materias primas para el aislamiento de cables. Debido a la débil interacción intermolecular en la región amorfa, la temperatura de fusión de la mayoría del polietileno es de aproximadamente 140 grados, y su resistencia mecánica disminuye significativamente al acercarse al punto de fusión del polietileno, y la resistencia al agrietamiento también se deteriora.
Cuando las cadenas macromoleculares lineales se procesan química o físicamente, el proceso de unión en forma de enlaces entrecruzados se denomina reticulación o "vulcanización". El polietileno reticulado tiene las propiedades de tipo de malla y estructura de cuerpo, y su resistencia al calor mejorará con el aumento de la reticulación y el alargamiento térmico relativo disminuirá en consecuencia. Debido a su importante mejora en las propiedades mecánicas y la resistencia al calor, se ha convertido en un material de aislamiento de cables de alimentación ampliamente utilizado.
El método de reticulación de polietileno mediante reticulación para formar polietileno reticulado se divide en dos categorías: método químico y método físico, y los métodos de proceso realizados en la industria incluyen principalmente los cinco siguientes: reticulación por irradiación de alta energía, reticulación con silano, reticulación con peróxido. , reticulación ultravioleta y reticulación salina. Entre ellos, el método de reticulación con peróxido (también conocido como reticulación química) es un método de reticulación adecuado para la producción de cables de nivel de media y alta tensión, y su principio es una serie de reacciones de radicales libres desencadenadas por la descomposición del peróxido a alta temperatura. , y luego se reticula el PE. Los peróxidos se descomponen con el calor para formar radicales libres y el proceso de reacción de reticulación es el siguiente:
Método de reticulación
Hay dos tipos de métodos de reticulación para el polietileno: reticulación física (reticulación por radiación) y reticulación química. La reticulación química se divide en reticulación con silano y reticulación con peróxido.
Reticulación física
Reticulación por radiación: los productos de polietileno, como fundas de polietileno, películas, tubos de paredes delgadas y otros productos recubiertos sobre el alambre, se reticulan con rayos -y rayos de alta energía (lo que hace que las macromoléculas de polietileno generen radicales libres y formen cadenas reticuladas CC). . El grado de reticulación se ve afectado por la dosis de radiación y la temperatura, y el punto de reticulación aumenta con el aumento de la dosis de radiación, por lo que controlando las condiciones de radiación, se pueden obtener productos de polietileno reticulado con un cierto grado de reticulación.
El polietileno reticulado producido mediante el método de reticulación por radiación tiene las siguientes ventajas: la reticulación y la extrusión se realizan por separado, la calidad del producto es fácil de controlar, la eficiencia de producción es alta y la tasa de desechos es baja; No se requieren iniciadores de radicales libres adicionales (como peróxidos, etc.) durante el proceso de reticulación, lo que mantiene la limpieza del material y mejora las propiedades eléctricas del material; Es especialmente adecuado para cables aislados de paredes delgadas y secciones pequeñas que son difíciles de producir mediante reticulación química. Sin embargo, la reticulación por radiación también tiene algunas desventajas, como la necesidad de aumentar el voltaje de aceleración del haz de electrones al reticular materiales gruesos; Para la reticulación de objetos redondos como alambres y cables, es necesario rotarlos o utilizar varios haces de electrones para uniformar la irradiación; Los costos de inversión únicos son considerables; La tecnología de operación y mantenimiento es compleja y los problemas de protección de seguridad en la operación también son relativamente severos.
Reticulación química
La reticulación química es el uso de agentes reticulantes químicos para reticular polímeros, cambiando de una estructura lineal a una estructura de red.
La elección del agente reticulante debe depender de la variedad de polímero, la tecnología de procesamiento y el rendimiento del producto; el agente reticulante ideal, además de cumplir algunos requisitos específicos, también debe tener los siguientes requisitos básicos: alta tasa de reticulación, estructura de reticulación estable; gran seguridad de procesamiento, fácil de usar, período de validez moderado después de agregar resina, sin inconvenientes de reticulación prematura o demasiado tardía; no afecta el rendimiento del procesamiento ni el rendimiento de uso del producto; no tóxico, no contaminante, no irrita la piel ni los ojos.
En la reticulación química, existen reticulación de peróxido, reticulación de silano y reticulación azo:
(1) Agente reticulante y reticulante de peróxido. El reticulado de peróxido, que generalmente utiliza peróxido orgánico como agente reticulante, bajo la acción del calor, se descompone para generar radicales libres activos, que hacen que la cadena de carbono del polímero genere puntos activos y produce reticulación carbono-carbono para formar un estructura de red. Esta tecnología requiere equipos de extrusión de alta presión para que la reacción de reticulación se lleve a cabo en el barril y luego el producto se calienta mediante un método de calentamiento rápido, lo que da como resultado un producto reticulado. Por lo tanto, el uso del método de reticulación con peróxido para producir tuberías de polietileno no es fácil de controlar, la calidad del producto es inestable y la operación continua es más difícil.
(2) Reticulación azoica
El método consiste en mezclar el compuesto azo en PE y extruir a una temperatura inferior a la descomposición del compuesto azo, y la extrusión se descompone mediante un baño de sal a alta temperatura, y el compuesto azo se descompone para formar radicales libres, iniciando la reticulación del polietileno. Generalmente se utiliza para materiales de goma de ciprés con bajas temperaturas de fusión y tiene pocas aplicaciones prácticas para plásticos.
(3) Agente reticulante y reticulante de silano
En los años sesenta del siglo XX se desarrolló con éxito la tecnología de reticulación de silanos. La tecnología utiliza vinil silanos que contienen dobles enlaces para reaccionar con polímeros fundidos bajo la acción de iniciadores para formar polímeros injertados con silano, que se hidrolizan en agua en presencia de un catalizador de condensación de silanol para formar una estructura reticulada de cadena de oxano en red. La tecnología de reticulación de silano ha promovido en gran medida la producción y aplicación del polietileno reticulado debido a su equipo simple, proceso fácil de controlar, menor inversión, alto grado de reticulación de productos terminados y buena calidad. Además del polietileno y el silano, en la reticulación también se utilizan catalizadores, iniciadores, antioxidantes, etc.
En comparación con otros métodos, los productos de polietileno obtenidos mediante reticulación con silano tienen las siguientes ventajas:
(1) Menos inversión en equipos, alta eficiencia de producción y bajo costo.
(2) El proceso es muy versátil, adecuado para polietileno de todas las densidades y también para la mayoría de los polietilenos con relleno.
(3) No limitado por el espesor.
(4) La cantidad de peróxido es pequeña (sólo el 10% cuando el peróxido está reticulado solo), por lo que se generan menos microporos en la capa aislante de polietileno, lo que favorece el mantenimiento del alto aislamiento del polietileno.
Aplicaciones principales
Debido a sus excelentes propiedades, el polietileno reticulado se utiliza como material aislante de alta tensión, alta frecuencia y resistente al calor y como revestimiento de alambres y cables necesarios para cohetes, misiles, motores, transformadores, etc. Fabricación de tubos termorretráctiles, películas termorretráctiles, diversas tuberías resistentes al calor, espumas plásticas, revestimientos, componentes y contenedores de equipos químicos resistentes a la corrosión, fabricación de materiales de construcción retardantes de llama, etc. En la actualidad, las áreas de uso más importantes son principalmente alambres y cables, tuberías, y espuma.
1. Material del cable de polietileno reticulado
La resistencia al calor del cable con polietileno reticulado como aislamiento es mayor que la del cloruro de polivinilo, se puede utilizar durante mucho tiempo a 90 grados y la temperatura de resistencia al calor en cortocircuito puede alcanzar hasta 250 grados; La resistencia de aislamiento es alta, la tangente de pérdida dieléctrica es pequeña y básicamente no cambia con el cambio de temperatura; Tiene buena resistencia al desgaste y al agrietamiento por tensión ambiental. Una vez que los cables queman el polietileno reticulado, se produce dióxido de carbono y agua, mientras que los cables de PVC producen gases nocivos de cloruro de hidrógeno al quemarse; Además, la densidad del polietileno reticulado es aproximadamente un 40% menor que la del PVC, lo que puede reducir significativamente la calidad de las líneas aéreas.
2. Tubería de polietileno reticulado
La tubería producida con polietileno reticulado tiene las ventajas de una alta resistencia a la fluencia, resistencia a la corrosión, peso ligero y buena resistencia al calor. La tubería compuesta de aluminio y plástico que utiliza polietileno reticulado tiene una fuerte estanqueidad al aire y una alta resistencia a la tensión de estallido. Tiene un efecto antiestático y blindaje.
En comparación con las tuberías de PVC y las tuberías de polietileno ordinarias, las tuberías de polietileno reticulado no contienen plastificantes, no enmohecen ni generan bacterias; No contiene ingredientes nocivos, cumple con los estándares de la FDA y puede usarse en tuberías de agua potable; Buena resistencia al calor, la resistencia al calor de las tuberías ordinarias de cloruro de polivinilo y polietileno es de 60-75 grados, mientras que las tuberías de polietileno reticulado son de 90 grados, la temperatura instantánea máxima puede alcanzar los 185 grados, y puede soportar bajas temperaturas de -75 grados; Amplio rango de temperatura de funcionamiento, se puede utilizar durante mucho tiempo en condiciones de -75-95 grados y la vida útil es de hasta 50 años. Alta reticulación, alta densidad, buena resistencia a la presión; La resistencia a la corrosión química es muy buena y la resistencia al agrietamiento por tensión ambiental es excelente, incluso a temperaturas más altas, se puede usar para transportar una variedad de productos químicos y materiales bajo tensión con tubería acelerada, la tubería de polietileno reticulado es liviana, solo alrededor de 1 /8 de tubería metálica; Buena resistencia a la corrosión y resistencia al desgaste. La tasa de desgaste es inferior a 1/4 de la tubería de acero y la vida útil es 2-6 veces la de la tubería de acero; La pared interior es lisa, la resistencia al flujo de fluido es pequeña y, con el mismo diámetro de tubería, el flujo de transporte es mayor que el de una tubería de metal y el ruido es mucho menor; El rendimiento de la transmisión es bueno y la cantidad de líquido de transmisión aumenta en un 30%-40% en comparación con la tubería de acero; La conductividad térmica es mucho menor que la de las tuberías metálicas, por lo que su rendimiento de aislamiento térmico es excelente. Cuando se utiliza en el sistema de calefacción, no se requiere conservación del calor y la pérdida de calor es pequeña; Puede doblarse arbitrariamente y no será quebradizo ni agrietado; Excelente rendimiento de aislamiento eléctrico, fácil instalación y carga de trabajo de instalación de menos de la mitad de la tubería metálica, bajo costo de instalación.
Debido al excelente rendimiento del material de la tubería de polietileno reticulado. Con una higiene completamente atóxica, se ha considerado como una nueva generación de pipas ecológicas, utilizadas principalmente en los siguientes aspectos:
(1) Sistemas de suministro de agua fría y caliente y sistemas de agua potable por tuberías para edificios;
(2) Sistema de agua helada para aire acondicionado de edificios;
(3) Sistema de calefacción residencial;
(4) Sistema de calefacción terrestre;
(5) Tuberías del sistema de calentador de agua doméstico;
(6) Tuberías de transporte de bebidas, alcohol, leche y otros fluidos de la industria alimentaria;
(7) Tuberías de transporte de fluidos de la industria química y petrolera;
(8) Tubería del sistema de refrigeración y del sistema de tratamiento de agua.
(5) Buena resistencia al envejecimiento y larga vida útil.
