مركبات عزل كابلات البولي إيثيلين المتشابكة من سيلان

الصحافة التكنولوجيا

مركبات عزل كابلات البولي إيثيلين المتشابكة من سيلان

الملخص: تم وصف مبدأ الربط المتقاطع وتصنيف وصياغة وعملية ومعدات مادة البولي إيثيلين العازلة السيلانية للأسلاك والكابلات بشكل موجز، كما تم وصف بعض خصائص مادة السيلاني العازلة للبولي إيثيلين المتشابكة بشكل طبيعي في التطبيق والاستخدام وكذلك يتم إدخال العوامل التي تؤثر على حالة الارتباط المتبادل للمادة.

الكلمات الرئيسية: سيلاني عبر الربط. الربط الطبيعي. البولي ايثيلين. العزل؛ الأسلاك والكابلات
تُستخدم الآن مادة كابلات البولي إيثيلين المتقاطعة Silane على نطاق واسع في صناعة الأسلاك والكابلات كمواد عازلة لكابلات الطاقة ذات الجهد المنخفض. المواد المستخدمة في تصنيع الأسلاك والكابلات المتقاطعة، والربط المتقاطع للبيروكسيد والربط المتقاطع للإشعاع مقارنة بمعدات التصنيع المطلوبة بسيطة، وسهلة التشغيل، وتكلفة شاملة منخفضة ومزايا أخرى، أصبحت المادة الرائدة منخفضة التكلفة - كابل متصل بالجهد مع العزل.

1. مبدأ الربط المتقاطع لمواد الكابلات السيلانية

هناك عمليتان رئيسيتان تشاركان في صنع البولي إيثيلين المتقاطع السيلاني: التطعيم والربط المتقاطع. في عملية التطعيم، يفقد البوليمر ذرة H على ذرة الكربون الثلاثية تحت تأثير البادئ الحر والانحلال الحراري إلى جذور حرة، والتي تتفاعل مع مجموعة – CH = CH2 من سيلاني الفينيل لإنتاج بوليمر مطعم يحتوي على إستر ثلاثي أوكسي سيليل. مجموعة. في عملية الربط المتقاطع، يتم أولاً تحلل البوليمر المطعوم مائيًا في وجود الماء لإنتاج السيلانول، ويتكثف – OH مع مجموعة Si-OH المجاورة لتشكيل رابطة Si-O-Si، وبالتالي ربط البوليمر بشكل متقاطع جزيئات كبيرة.

2. مادة الكابلات المتقاطعة Silane وطريقة إنتاج الكابلات الخاصة بها

كما تعلمون، هناك طرق إنتاج ذات خطوتين وخطوة واحدة لكابلات سيلاني المترابطة والكابلات الخاصة بها. يكمن الفرق بين طريقة الخطوتين وطريقة الخطوة الواحدة في المكان الذي تتم فيه عملية تطعيم السيلان، وعملية التطعيم في الشركة المصنعة لمواد الكابلات لطريقة الخطوتين، وعملية التطعيم في مصنع تصنيع الكابلات لـ طريقة خطوة واحدة. تتكون المادة العازلة من البولي إيثيلين المتشابك ذات الخطوتين والتي تتمتع بأكبر حصة في السوق مما يسمى بالمواد A وB، حيث تكون المادة A هي البولي إيثيلين المطعمة بالسيلان والمادة B هي الدفعة الرئيسية للمحفز. يتم بعد ذلك ربط القلب العازل بالماء الدافئ أو البخار.

هناك نوع آخر من عوازل البولي إيثيلين المتصالبة ذات الخطوتين السيلاني، حيث يتم إنتاج المادة A بطريقة مختلفة، وذلك عن طريق إدخال فينيل السيلاني مباشرة إلى البولي إيثيلين أثناء التصنيع للحصول على البولي إيثيلين بسلاسل السيلاني المتفرعة.
تحتوي طريقة الخطوة الواحدة أيضًا على نوعين، العملية التقليدية المكونة من خطوة واحدة عبارة عن مجموعة متنوعة من المواد الخام وفقًا للصيغة في نسبة نظام القياس الدقيق الخاص، إلى جهاز بثق خاص مصمم خصيصًا في خطوة واحدة لإكمال التطعيم والبثق قلب عزل الكابلات، في هذه العملية، لا يوجد تحبيب، لا حاجة لمشاركة مصنع مواد الكابلات، من قبل مصنع الكابلات لإكماله بمفرده. إن معدات إنتاج الكابلات المتقاطعة ذات الخطوة الواحدة وتكنولوجيا الصياغة يتم استيرادها في الغالب من الخارج وهي باهظة الثمن.

يتم إنتاج نوع آخر من المواد العازلة المصنوعة من البولي إيثيلين المتقاطع السيلاني بخطوة واحدة من قبل الشركات المصنعة لمواد الكابلات، وهي جميع المواد الخام وفقًا للصيغة بنسبة طريقة خاصة للخلط معًا، وتعبئتها وبيعها، ولا توجد مادة A وB المواد، يمكن أن يكون مصنع الكابلات مباشرة في الطارد لإكمال خطوة في نفس الوقت تطعيم وقذف قلب عزل الكابل. الميزة الفريدة لهذه الطريقة هي أنه ليست هناك حاجة إلى بثق خاص باهظ الثمن، حيث يمكن إكمال عملية تطعيم السيلان في جهاز بثق PVC عادي، كما أن الطريقة المكونة من خطوتين تلغي الحاجة إلى خلط المواد A و B قبل البثق.

3. تكوين الصياغة

تتكون تركيبة مادة كابل البولي إيثيلين المتشابك بشكل عام من راتنج المادة الأساسية، البادئ، السيلان، مضادات الأكسدة، مثبط البلمرة، المحفز، إلخ.

(1) الراتينج الأساسي عبارة عن راتينج بولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE) بمؤشر انصهار (MI) يبلغ 2، ولكن مؤخرًا، مع تطور تكنولوجيا الراتينج الاصطناعي وضغوط التكلفة، تم أيضًا استخدام البولي إيثيلين الخطي منخفض الكثافة (LLDPE) تستخدم أو تستخدم جزئيا كالراتنج الأساسي لهذه المادة. غالبًا ما يكون للراتنجات المختلفة تأثير كبير على التطعيم والربط المتبادل نظرًا للاختلافات في بنيتها الجزيئية الداخلية، لذلك سيتم تعديل التركيبة باستخدام راتنجات أساسية مختلفة أو نفس النوع من الراتنجات من شركات مصنعة مختلفة.
(2) البادئ الشائع الاستخدام هو بيروكسيد ثنائي إيزوبروبيل (DCP)، والمفتاح هو فهم حجم المشكلة، والقليل جدًا من التسبب في تطعيم السيلاني ليس كافيًا؛ الكثير من التسبب في تشابك البولي إيثيلين، مما يقلل من سيولته، وسطح قلب العزل المبثوق خشن، ويصعب الضغط على النظام. نظرًا لأن كمية البادئ المضافة صغيرة جدًا وحساسة، فمن المهم توزيعها بالتساوي، لذلك يتم إضافتها بشكل عام مع السيلان.
(3) يستخدم السيلان عمومًا سيلاني الفينيل غير المشبع، بما في ذلك فينيل تريميثوكسيسيلان (A2171) وفينيل ثلاثي إيثوكسيسيلان (A2151)، وذلك بسبب معدل التحلل المائي السريع لـ A2171، لذا اختر A2171 المزيد من الأشخاص. وبالمثل، هناك مشكلة في إضافة السيلان، حيث يحاول مصنعو مواد الكابلات الحالية تحقيق الحد الأدنى لخفض التكاليف، لأن السيلان مستورد، والسعر أكثر تكلفة.
(4) مضاد الأكسدة هو ضمان استقرار معالجة البولي إيثيلين ومكافحة شيخوخة الكابلات وإضافة مضادات الأكسدة في عملية تطعيم السيلاني لها دور في تثبيط تفاعل التطعيم، وبالتالي فإن عملية التطعيم، إضافة مضادات الأكسدة لتوخي الحذر، المبلغ المضاف للنظر في مبلغ DCP لتتناسب مع التحديد. في عملية الربط المتبادل المكونة من خطوتين، يمكن إضافة معظم مضادات الأكسدة في دفعة المحفز الرئيسية، مما يمكن أن يقلل التأثير على عملية التطعيم. في عملية الربط المتبادل ذات الخطوة الواحدة، يكون مضادات الأكسدة موجودًا في عملية التطعيم بأكملها، لذا فإن اختيار الأنواع والكمية أكثر أهمية. مضادات الأكسدة شائعة الاستخدام هي 1010، 168، 330، إلخ.
(5) تتم إضافة مثبط البلمرة من أجل منع حدوث بعض عمليات التطعيم والربط المتقاطع للتفاعلات الجانبية، في عملية التطعيم لإضافة عامل مضاد للربط المتقاطع، يمكن أن يقلل بشكل فعال من حدوث الارتباط المتقاطع C2C، وبالتالي تحسين سيولة المعالجة، بالإضافة إلى ذلك، فإن إضافة الكسب غير المشروع في نفس الظروف سوف يسبقه التحلل المائي للسيلان على مثبط البلمرة يمكن أن يقلل من التحلل المائي للبولي إيثيلين المطعمة، لتحسين الاستقرار طويل المدى لمواد الكسب غير المشروع.
(6) تكون المحفزات غالبًا مشتقات من القصدير العضوي (باستثناء التشابك الطبيعي)، وأكثرها شيوعًا هو ثنائي بوتيل القصدير الموسع (DBDTL)، والذي يضاف بشكل عام في شكل خليط رئيسي. في العملية المكونة من خطوتين، يتم تعبئة الكسب غير المشروع (المادة A) ومجموعة المحفز الرئيسية (المادة B) بشكل منفصل ويتم خلط المواد A وB معًا قبل إضافتها إلى الطارد لمنع التشابك المسبق للمادة A. في حالة عوازل البولي إيثيلين المتشابكة ذات الخطوة الواحدة من السيلان، لم يتم تطعيم البولي إيثيلين الموجود في العبوة بعد، لذلك لا توجد مشكلة ما قبل الارتباط المتقاطع وبالتالي لا يلزم تعبئة المحفز بشكل منفصل.

بالإضافة إلى ذلك، هناك سيلانات مركبة متوفرة في السوق، وهي عبارة عن مزيج من السيلاني والبادئ ومضادات الأكسدة وبعض مواد التشحيم والعوامل المضادة للنحاس، وتستخدم بشكل عام في طرق ربط السيلاني ذات الخطوة الواحدة في مصانع الكابلات.
لذلك، فإن صياغة عزل البولي إيثيلين المتقاطع السيلاني، والتي لا يعتبر تركيبها معقدًا للغاية ومتوفر في المعلومات ذات الصلة، ولكن تركيبات الإنتاج المناسبة، تخضع لبعض التعديلات من أجل الانتهاء منها، الأمر الذي يتطلب إجراءً كاملاً فهم دور المكونات في الصياغة وقانون تأثيرها على الأداء وتأثيرها المتبادل.
في العديد من أنواع مواد الكابلات، تعتبر مادة الكابلات المتقاطعة السيلانية (إما ذات خطوتين أو خطوة واحدة) هي النوع الوحيد من العمليات الكيميائية التي تحدث في البثق، والأصناف الأخرى مثل مادة كابلات البولي فينيل كلورايد (PVC) و مادة كابل البولي إيثيلين (PE)، فإن عملية تحبيب البثق هي عملية خلط فيزيائية، حتى لو كانت مادة الكابل ذات الارتباط الكيميائي والإشعاعي، سواء في عملية تحبيب البثق، أو كابل نظام البثق، لا تحدث أي عملية كيميائية ، لذلك، بالمقارنة، فإن إنتاج مادة الكابلات المتقاطعة السيلانية وقذف عزل الكابلات، يعد التحكم في العملية أكثر أهمية.

4. عملية إنتاج عزل البولي إيثيلين المتشابك من خطوتين

يمكن تمثيل عملية إنتاج مادة البولي إيثيلين العازلة ذات الخطوتين السيلانية المتقاطعة بشكل موجز في الشكل 1.

الشكل 1: عملية إنتاج مادة عازلة من البولي إيثيلين المتقاطع من خطوتين سيلاني أ

عملية إنتاج-عزل-البولي إيثيلين-السيلان-المترابط بخطوتين-300x63-1

بعض النقاط الرئيسية في عملية إنتاج عزل البولي إيثيلين المتشابك ذو الخطوتين:
(1) التجفيف. بما أن راتينج البولي إيثيلين يحتوي على كمية صغيرة من الماء، فعند قذفه عند درجات حرارة عالية، يتفاعل الماء بسرعة مع مجموعات السيليل لإنتاج ربط متقاطع، مما يقلل من سيولة الذوبان وينتج ربطًا متقاطعًا مسبقًا. تحتوي المادة النهائية أيضًا على ماء بعد تبريد الماء، والذي يمكن أن يسبب أيضًا تشابكًا مسبقًا إذا لم تتم إزالته، ويجب أيضًا تجفيفه. ومن أجل ضمان جودة التجفيف، يتم استخدام وحدة التجفيف العميق.
(2) القياس. نظرًا لأهمية دقة تركيبة المادة، يتم استخدام ميزان الوزن المستورد بشكل عام. يتم قياس راتنج البولي إيثيلين ومضاد الأكسدة وتغذيتهما من خلال منفذ التغذية للطارد، بينما يتم حقن السيلان والبادئ بواسطة مضخة مادة سائلة في البرميل الثاني أو الثالث للطارد.
(3) تطعيم النتوء. تكتمل عملية تطعيم السيلان في الطارد. يجب أن تتبع إعدادات عملية الطارد، بما في ذلك درجة الحرارة ومجموعة اللولب وسرعة اللولب ومعدل التغذية، المبدأ القائل بأن المادة الموجودة في القسم الأول من الطارد يمكن صهرها بالكامل وخلطها بشكل موحد، عندما لا يكون من المرغوب فيه تحلل البيروكسيد قبل الأوان ، وأن المادة الموحدة تمامًا في القسم الثاني من الطارد يجب أن تتحلل بالكامل وتكتمل عملية التطعيم، وتظهر درجات حرارة قسم الطارد النموذجية (LDPE) في الجدول 1.

الجدول 1: درجات حرارة مناطق الطارد ذات الخطوتين

منطقة العمل المنطقة 1 المنطقة 2 المنطقة 3 ① المنطقة 4 المنطقة 5
درجة الحرارة P درجة مئوية 140 145 120 160 170
منطقة العمل المنطقة 6 المنطقة 7 المنطقة 8 المنطقة 9 يموت الفم
درجة الحرارة درجة مئوية 180 190 195 205 195

①هو المكان الذي تتم فيه إضافة السيلاني.
تحدد سرعة برغي الطارد وقت الإقامة وتأثير خلط المادة في الطارد، إذا كان وقت الإقامة قصيرًا، فإن تحلل البيروكسيد غير مكتمل؛ إذا كانت مدة الإقامة طويلة جدًا، تزداد لزوجة المادة المبثوقة. بشكل عام، يجب التحكم في متوسط ​​وقت بقاء الحبيبات في الطارد في نصف عمر تحلل البادئ بمقدار 5-10 مرات. سرعة التغذية ليس لها تأثير معين على وقت بقاء المادة فحسب، بل أيضًا على خلط المادة وقصها، كما أن اختيار سرعة التغذية المناسبة مهم جدًا أيضًا.
(4) التغليف. ينبغي تعبئة المواد العازلة المتقاطعة ذات الخطوتين المصنوعة من السيلان في أكياس مركبة من الألومنيوم والبلاستيك في الهواء المباشر للتخلص من الرطوبة.

5. عملية إنتاج مادة البولي إيثيلين العازلة ذات الترابط المتقاطع بخطوة واحدة

مادة عزل البولي إيثيلين المتقاطعة ذات الخطوة الواحدة من سيلان بسبب عملية تطعيمها موجودة في قذف مصنع الكابلات لقلب عزل الكابل، وبالتالي فإن درجة حرارة بثق عزل الكابل أعلى بكثير من الطريقة المكونة من خطوتين. على الرغم من أن صيغة العزل من البولي إيثيلين المتقاطع من السيلان بخطوة واحدة قد تم أخذها في الاعتبار بشكل كامل في التشتت السريع للبادئ والسيلان وقص المواد، إلا أنه يجب ضمان عملية التطعيم بواسطة درجة الحرارة، وهي البولي إيثيلين المتقاطع من السيلان ذو الخطوة الواحدة أكد مصنع إنتاج العزل مرارًا وتكرارًا على أهمية الاختيار الصحيح لدرجة حرارة البثق، وتظهر درجة حرارة البثق العامة الموصى بها في الجدول 2.

الجدول 2: درجة حرارة الطارد بخطوة واحدة لكل منطقة (الوحدة: ℃)

منطقة المنطقة 1 المنطقة 2 المنطقة 3 المنطقة 4 شفة رأس
درجة حرارة 160 190 200~210 220 ~ 230 230 230

هذه هي إحدى نقاط الضعف في عملية البولي إيثيلين المتشابك ذات الخطوة الواحدة، والتي لا تكون مطلوبة بشكل عام عند بثق الكابلات في خطوتين.

6. معدات الإنتاج

تعد معدات الإنتاج ضمانًا مهمًا للتحكم في العملية. يتطلب إنتاج كابلات سيلاني المترابطة درجة عالية جدًا من دقة التحكم في العملية، لذا فإن اختيار معدات الإنتاج له أهمية خاصة.
إنتاج مادة عازلة من البولي إيثيلين المتقاطع من خطوتين سيلاني معدات إنتاج المواد، حاليًا أكثر الطارد المزدوج اللولب المتوازي الخواص المحلية مع وزن مستورد عديم الوزن، يمكن لهذه الأجهزة تلبية متطلبات دقة التحكم في العملية، واختيار الطول والقطر الطارد المزدوج اللولب لضمان مدة بقاء المادة، واختيار وزن انعدام الوزن المستورد لضمان دقة المكونات. بالطبع هناك العديد من التفاصيل حول المعدات التي تحتاج إلى الاهتمام الكامل.
كما ذكرنا سابقًا، فإن معدات إنتاج الكابلات المتقاطعة ذات الخطوة الواحدة من سيلاني في مصنع الكابلات مستوردة ومكلفة، ولا يمتلك مصنعو المعدات المحلية معدات إنتاج مماثلة، والسبب هو عدم التعاون بين الشركات المصنعة للمعدات والباحثين في الصيغة والعملية.

7. مادة عازلة من البولي إيثيلين الطبيعي المتشابك

يمكن أن يتم ربط مادة البولي إيثيلين العازلة الطبيعية ذات التشابك المتشابك التي تم تطويرها في السنوات الأخيرة في الظروف الطبيعية في غضون أيام قليلة، دون غمر بالبخار أو الماء الدافئ. بالمقارنة مع طريقة الربط المتقاطع السيلاني التقليدية، يمكن لهذه المادة أن تقلل من عملية الإنتاج لمصنعي الكابلات، مما يقلل من تكاليف الإنتاج ويزيد من كفاءة الإنتاج. يتم التعرف بشكل متزايد على عزل البولي إيثيلين المتشابك بشكل طبيعي واستخدامه من قبل الشركات المصنعة للكابلات.
في السنوات الأخيرة، نضج عزل البولي إيثيلين الطبيعي المتشابك السيلاني المحلي وتم إنتاجه بكميات كبيرة، مع مزايا معينة في السعر مقارنة بالمواد المستوردة.

7. 1 أفكار لصياغة عوازل البولي إيثيلين المتشابكة بشكل طبيعي
يتم إنتاج عوازل البولي إيثيلين الطبيعية المتشابكة من السيلان في عملية من خطوتين، مع نفس التركيبة التي تتكون من الراتنج الأساسي، البادئ، السيلان، مضادات الأكسدة، مثبط البلمرة والمحفز. تعتمد تركيبة عوازل البولي إيثيلين المتقاطعة الطبيعية السيلانية على زيادة معدل تطعيم السيلاني للمادة A واختيار محفز أكثر كفاءة من عوازل البولي إيثيلين المتشابكة بالماء الدافئ السيلاني. إن استخدام المواد A ذات معدل تطعيم السيلاني الأعلى مع محفز أكثر كفاءة سيمكن عازل البولي إيثيلين المتشابك السيلاني من الارتباط المتقاطع بسرعة حتى في درجات الحرارة المنخفضة ومع عدم كفاية الرطوبة.
يتم تصنيع المواد A لعوازل البولي إيثيلين المستوردة ذات الارتباط الطبيعي عبر البلمرة المشتركة، حيث يمكن التحكم في محتوى السيلان على مستوى عالٍ، في حين أن إنتاج المواد A ذات معدلات تطعيم عالية عن طريق تطعيم السيلاني أمر صعب. يجب أن يتم تنويع وتعديل الراتينج الأساسي والبادئ والسيلان المستخدم في الوصفة من حيث التنوع والإضافة.

يعد اختيار المقاومة وتعديل جرعتها أمرًا بالغ الأهمية أيضًا، حيث أن الزيادة في معدل تطعيم السيلاني تؤدي حتمًا إلى المزيد من التفاعلات الجانبية المتشابكة CC. من أجل تحسين سيولة المعالجة وحالة السطح للمادة A من أجل بثق الكابل اللاحق، يلزم وجود كمية مناسبة من مثبط البلمرة لمنع تشابك CC والربط المسبق المسبق بشكل فعال.
بالإضافة إلى ذلك، تلعب المحفزات دورًا مهمًا في زيادة معدل التشابك ويجب اختيارها كمحفزات فعالة تحتوي على عناصر خالية من المعادن الانتقالية.

7. 2 زمن التشابك لعوازل البولي إيثيلين المتشابكة بشكل طبيعي
يعتمد الوقت اللازم لإكمال الربط المتقاطع لعزل البولي إيثيلين المتشابك الطبيعي السيلاني في حالته الطبيعية على درجة الحرارة والرطوبة وسمك الطبقة العازلة. كلما ارتفعت درجة الحرارة والرطوبة، كلما قلت سماكة الطبقة العازلة، وكلما قصر الوقت المطلوب للتشابك، والعكس أطول. وبما أن درجة الحرارة والرطوبة تختلف من منطقة إلى أخرى ومن موسم إلى آخر، وحتى في نفس المكان وفي نفس الوقت، فإن درجة الحرارة والرطوبة اليوم وغداً ستكون مختلفة. لذلك، أثناء استخدام المادة، يجب على المستخدم تحديد وقت الربط المتقاطع وفقًا لدرجة الحرارة والرطوبة المحلية والسائدة، وكذلك مواصفات الكابل وسمك الطبقة العازلة.


وقت النشر: 13 أغسطس 2022