A tecnologia de reticulação do polietileno (PE) é um dos meios importantes para melhorar as propriedades do material. O PE modificado reticulado pode melhorar muito suas propriedades, o que não apenas melhora significativamente as propriedades abrangentes do PE, como propriedades mecânicas, resistência à fissuração por tensão ambiental, resistência à corrosão química, resistência à fluência e propriedades elétricas, mas também melhora significativamente a resistência à temperatura. nível, que pode aumentar a temperatura de resistência ao calor do PE de 70 graus para mais de 100 graus, ampliando muito o campo de aplicação do PE.
O isolamento de polietileno reticulado é o polietileno sob a ação de raios de alta energia (como raios, raios, raios de elétrons, etc.) ou agentes de reticulação para que a reticulação entre macromoléculas possa melhorar sua resistência ao calor e outras propriedades. A temperatura de trabalho a longo prazo do cabo usando polietileno reticulado como isolamento pode ser aumentada para 90 graus, e a temperatura de curto-circuito instantânea que pode suportar pode atingir 170-250 graus.
Breve introdução
O polietileno (PE) é um dos cinco plásticos gerais, e sua produção e consumo ocupam o primeiro lugar entre as diversas resinas sintéticas, na indústria e na agricultura e são amplamente utilizadas no dia a dia. No entanto, a resistência do polietileno a altas temperaturas é fraca. As propriedades mecânicas e a resistência química às vezes não atendem aos requisitos do uso real. Portanto, a modificação do polietileno sempre foi a chave para o desenvolvimento e aplicação de produtos de polietileno, e a tecnologia de reticulação do polietileno é uma tecnologia importante para melhorar as propriedades do material. O polietileno modificado reticulado pode melhorar muito suas propriedades, o que não apenas melhora significativamente as propriedades abrangentes do polietileno, como propriedades mecânicas, resistência à fissuração por tensão ambiental, resistência à corrosão química, resistência à fluência e propriedades elétricas. Além disso, o nível de resistência à temperatura é bastante melhorado e a temperatura de resistência ao calor do polietileno pode ser aumentada de 70 graus para mais de 100 graus. Como resultado, a gama de aplicações do polietileno foi bastante ampliada.
Atualmente, o polietileno reticulado (XLPE) tem sido amplamente utilizado em tubos, filmes, materiais para cabos e produtos de espuma.
Desempenho e benefícios
As moléculas de polietileno são compostas por cadeias moleculares lineares. Quando a temperatura aumenta, a força de ligação entre as cadeias moleculares lineares (força de van der Waals) é enfraquecida, de modo que todo o material molecular é deformado, de modo que a resistência à temperatura do polietileno é fraca. Polietileno reticulado (XLPE) Uma ponte de cadeia química é erguida entre as moléculas para que as moléculas não possam ser deslocadas, o que supera a deficiência de polietileno. A comparação de desempenho do polietileno reticulado e do polietileno comum é mostrada na Tabela 1.
O polietileno reticulado tem as seguintes vantagens:
1. Resistência ao calor: XLPE com uma estrutura tridimensional de malha tem excelente resistência ao calor. Não se decomporá e carbonizará abaixo de 200 graus, a temperatura de trabalho a longo prazo pode chegar a 90 graus e a vida térmica pode chegar a 40 anos.
2. Desempenho de isolamento: O XLPE mantém as boas características originais de isolamento do PE e a resistência de isolamento é aumentada ainda mais. Sua tangente de perda dielétrica é muito pequena e não é muito afetada pela temperatura.
3. Propriedades mecânicas: Devido ao estabelecimento de novas ligações químicas entre macromoléculas, a dureza, rigidez, resistência ao desgaste e resistência ao impacto do XLPE são melhoradas, compensando assim as deficiências do PE sendo suscetível ao estresse ambiental e à fissuração.
4. Resistência química: O XLPE possui forte resistência a ácidos e álcalis e resistência a óleo, e seus produtos de combustão são principalmente água e dióxido de carbono, que é menos prejudicial ao meio ambiente e atende aos requisitos da moderna segurança contra incêndio.
Princípio de reticulação
Polietileno ([CH2-CH2]n, número de unidade de repetição n) é um composto polimérico contendo dois elementos de hidrocarbonetos e hidrogênios, com cadeias macromoleculares de estrutura molecular linear ou ramificada, forma sólida à temperatura ambiente e fase cristalina e forma de coexistência de fase amorfa na forma sólida de polietileno. O peso molecular relativo do polietileno está entre 6,30 e<>,<>.
O polietileno possui excelentes propriedades de isolamento elétrico, mas sua baixa resistência ao calor afeta o uso de matérias-primas para isolamento de cabos. Devido à fraca interação intermolecular na região amorfa, a temperatura de fusão da maior parte do polietileno é de cerca de 140 graus, e sua resistência mecânica diminui significativamente quando se aproxima do ponto de fusão do polietileno, e a resistência à fissuração também se deteriora.
Quando cadeias macromoleculares lineares são processadas química ou fisicamente, o processo de união na forma de ligações reticuladas é denominado reticulação ou "vulcanização". O polietileno reticulado tem propriedades de tipo de malha e estrutura do corpo, e sua resistência ao calor será aumentada com o aumento da reticulação, e o alongamento térmico relativo diminuirá proporcionalmente. Devido à sua melhoria significativa nas propriedades mecânicas e na resistência ao calor, tornou-se um material de isolamento de cabos de energia amplamente utilizado.
O método de reticulação de polietileno por reticulação para formar polietileno reticulado é dividido em duas categorias: método químico e método físico, e os métodos de processo realizados na indústria incluem principalmente os cinco seguintes: reticulação por irradiação de alta energia, reticulação de silano, reticulação de peróxido , reticulação ultravioleta e reticulação de sal. Entre eles, o método de reticulação por peróxido (também conhecido como reticulação química) é um método de reticulação adequado para a produção de cabos de nível de média e alta tensão, e seu princípio é uma série de reações de radicais livres desencadeadas pela decomposição de peróxido em alta temperatura. , e então PE é reticulado. Os peróxidos são decompostos pelo calor para formar radicais livres, e o processo de reação de reticulação é o seguinte:
Método de reticulação
Existem dois tipos de métodos de reticulação para polietileno: reticulação física (reticulação por radiação) e reticulação química. A reticulação química é dividida em reticulação de silano e reticulação de peróxido.
Reticulação física
Reticulação por radiação: produtos de polietileno, como bainhas de polietileno, filmes, tubos de paredes finas e outros produtos revestidos no fio, são reticulados com raios - e raios de alta energia (fazendo com que macromoléculas de polietileno gerem radicais livres e formem cadeias reticuladas CC) . O grau de reticulação é afetado pela dose de radiação e temperatura, e o ponto de reticulação aumenta com o aumento da dose de radiação, portanto, controlando as condições de radiação, podem ser obtidos produtos de polietileno reticulado com um certo grau de reticulação.
O polietileno reticulado produzido pelo método de reticulação por radiação tem as seguintes vantagens: a reticulação e a extrusão são realizadas separadamente, a qualidade do produto é fácil de controlar, a eficiência da produção é alta e a taxa de sucata é baixa; Não são necessários iniciadores de radicais livres adicionais (como peróxidos, etc.) durante o processo de reticulação, o que mantém a limpeza do material e melhora as propriedades elétricas do material; É especialmente adequado para cabos isolados de seção pequena e paredes finas que são difíceis de produzir por reticulação química. No entanto, a reticulação por radiação também apresenta algumas desvantagens, como a necessidade de aumentar a tensão de aceleração do feixe de elétrons ao reticular materiais espessos; Para reticulação de objetos redondos como fios e cabos, é necessário girá-los ou utilizar vários feixes de elétrons para uniformizar a irradiação; Os custos de investimento únicos são consideráveis; A tecnologia de operação e manutenção é complexa e os problemas de proteção de segurança na operação também são relativamente severos.
Reticulação química
A reticulação química é o uso de agentes químicos de reticulação para reticular polímeros, mudando de uma estrutura linear para uma estrutura de rede.
A escolha do agente de reticulação deve depender da variedade do polímero, da tecnologia de processamento e do desempenho do produto. O agente de reticulação ideal, além de atender a alguns requisitos específicos, também deve ter os seguintes requisitos básicos: alta taxa de reticulação, estrutura de reticulação estável; grande segurança de processamento, fácil de usar, período de validade moderado após a adição de resina, sem inconvenientes de reticulação prematura ou tardia; não afeta o desempenho de processamento e uso do produto; não tóxico, não poluente, não irrita a pele e os olhos.
Na reticulação química, há reticulação de peróxido, reticulação de silano e reticulação azo:
(1) Agente de reticulação e reticulação de peróxidoA reticulação de peróxido, geralmente usando peróxido orgânico como agente de reticulação, sob a ação do calor, se decompõe para gerar radicais livres ativos, que fazem com que a cadeia de carbono do polímero gere pontos ativos e produza reticulação carbono-carbono para formar um estrutura de rede. Esta tecnologia requer equipamento de extrusão de alta pressão para que a reação de reticulação seja realizada no barril e, em seguida, o produto seja aquecido por um método de aquecimento rápido, resultando em um produto reticulado. Portanto, o uso do método de reticulação com peróxido para produzir tubos de polietileno não é fácil de controlar, a qualidade do produto é instável e a operação contínua é mais difícil.
(2) Reticulação azo
O método consiste em misturar o composto azo em PE e extrudar a uma temperatura inferior à decomposição do composto azo, e a extrusão é decomposta por um banho de sal de alta temperatura, e o composto azo é decomposto para formar radicais livres, iniciando a reticulação do polietileno. É geralmente usado para materiais de goma de cipreste com baixas temperaturas de fusão e tem poucas aplicações práticas para plásticos.
(3) Agente de reticulação e reticulação de silano
Na década de sessenta do século XX, a tecnologia de reticulação de silano foi desenvolvida com sucesso. A tecnologia utiliza vinilsilanos contendo ligações duplas para reagir com polímeros fundidos sob a ação de iniciadores para formar polímeros enxertados com silano, que são hidrolisados em água na presença de um catalisador de condensação de silanol para formar uma estrutura reticulada de cadeia de oxano em rede. A tecnologia de reticulação de silano promoveu muito a produção e aplicação de polietileno reticulado devido ao seu equipamento simples, processo fácil de controlar, menor investimento, alto grau de reticulação de produtos acabados e boa qualidade. Além do polietileno e do silano, catalisadores, iniciadores, antioxidantes, etc. também são utilizados na reticulação.
Em comparação com outros métodos, os produtos de polietileno obtidos por reticulação de silano apresentam as seguintes vantagens:
(1) Menos investimento em equipamentos, alta eficiência de produção e baixo custo.
(2) O processo é altamente versátil, adequado para polietileno de toda densidade e também adequado para a maioria dos polietilenos com enchimento.
(3) Não limitado pela espessura.
(4) A quantidade de peróxido é pequena (apenas 10% quando o peróxido é reticulado sozinho), portanto, menos microporos são gerados na camada de isolamento de polietileno, o que contribui para manter o alto isolamento do polietileno.
Principais aplicações
Devido às suas excelentes propriedades, o polietileno reticulado é utilizado como materiais de isolamento de alta tensão, alta frequência e resistentes ao calor e revestimentos de fios e cabos exigidos por foguetes, mísseis, motores, transformadores, etc. filmes termorretráteis, vários tubos resistentes ao calor, espumas plásticas, revestimentos, componentes e recipientes de equipamentos químicos resistentes à corrosão, fabricação de materiais de construção retardadores de chama, etc. Atualmente, as maiores áreas de uso são principalmente fios e cabos, tubos, e espuma.
1. Material do cabo de polietileno reticulado
A resistência ao calor do cabo com polietileno reticulado como isolamento é maior que a do cloreto de polivinila, pode ser usado por muito tempo a 90 graus, e a temperatura de resistência ao calor em curto-circuito pode chegar a 250 graus; A resistência de isolamento é alta, a tangente de perda dielétrica é pequena e basicamente não muda com a mudança de temperatura; Possui boa resistência ao desgaste e fissuras por estresse ambiental. Uma vez que o polietileno reticulado é queimado pelos cabos, são produzidos dióxido de carbono e água, enquanto os cabos de PVC produzem gases nocivos de cloreto de hidrogênio durante a queima; Além disso, a densidade do polietileno reticulado é cerca de 40% menor que a do PVC, o que pode reduzir significativamente a qualidade das linhas aéreas.
2. Tubo de polietileno reticulado
O tubo produzido em polietileno reticulado tem as vantagens de alta resistência à fluência, resistência à corrosão, peso leve e boa resistência ao calor. O tubo composto de alumínio-plástico usando polietileno reticulado tem forte estanqueidade ao ar e alta resistência ao estresse de ruptura. Tem efeito antiestático e protetor.
Comparado com o tubo de PVC e o tubo de polietileno comum, o tubo de polietileno reticulado não contém plastificantes, não mofa e não cria bactérias; Não contém ingredientes nocivos, atende aos padrões da FDA e pode ser usado em tubulações de água potável; Boa resistência ao calor, cloreto de polivinila comum e resistência ao calor do tubo de polietileno é de 60-75 graus, enquanto o tubo de polietileno reticulado é de 90 graus, a temperatura instantânea máxima pode chegar a 185 graus, pode suportar baixa temperatura de -75 graus; Ampla faixa de temperatura operacional, pode ser usada por um longo tempo em condições de -75-95 graus e a vida útil é de até 50 anos. Alta reticulação, alta densidade, boa resistência à pressão; A resistência à corrosão química é muito boa e a resistência à fissuração por tensão ambiental é excelente, mesmo em temperaturas mais altas, pode ser usada para transportar uma variedade de produtos químicos e materiais de tensão com tubo acelerado, o tubo de polietileno reticulado é leve, apenas cerca de 1 /8 de tubo metálico; Boa resistência à corrosão e resistência ao desgaste. A taxa de desgaste é inferior a 1/4 do tubo de aço e a vida útil é 2-6 vezes maior que a do tubo de aço; A parede interna é lisa, a resistência ao fluxo de fluido é pequena e, com o mesmo diâmetro do tubo, o fluxo de transporte é maior que o do tubo de metal e o ruído é muito menor; O desempenho da transmissão é bom e a quantidade de líquido de transmissão é aumentada em 30%-40% em comparação com o tubo de aço; A condutividade térmica é muito inferior à dos tubos metálicos, pelo que o seu desempenho de isolamento térmico é excelente. Quando usado no sistema de aquecimento, a preservação do calor não é necessária e a perda de calor é pequena; Pode ser dobrado arbitrariamente e não será quebradiço e rachado; Excelente desempenho de isolamento elétrico, fácil instalação e carga de trabalho de instalação de menos da metade do tubo metálico, baixo custo de instalação.
Devido ao excelente desempenho do material do tubo de polietileno reticulado. Com higiene totalmente atóxica, tem sido considerada uma nova geração de tubos verdes, utilizados principalmente nos seguintes aspectos:
(1) Sistemas de abastecimento de água fria e quente e sistemas de abastecimento de água potável para edifícios;
(2) Sistema de água gelada para ar condicionado predial;
(3) Sistema de aquecimento residencial;
(4) Sistema de aquecimento do solo;
(5) Tubulação do sistema de aquecimento de água doméstico;
(6) Dutos de transporte de bebidas, álcool, leite e outros fluidos da indústria alimentícia;
(7) Dutos de transporte de fluidos da indústria química e petrolífera;
(8) Sistema de refrigeração e tubulação do sistema de tratamento de água.
(5) Boa resistência ao envelhecimento e longa vida útil.
