Résumé : Le principe de réticulation, la classification, la formulation, le procédé et l'équipement du matériau isolant en polyéthylène réticulé au silane pour fils et câbles sont brièvement décrits, ainsi que certaines caractéristiques du matériau isolant en polyéthylène naturellement réticulé au silane dans son application et son utilisation, ainsi que des facteurs affectant l'état de réticulation du matériau sont introduits.
Mots clés : Réticulation du silane ; Réticulation naturelle ; Polyéthylène ; Isolation; Fils et câbles
Le matériau pour câbles en polyéthylène réticulé au silane est désormais largement utilisé dans l'industrie des fils et câbles comme matériau isolant pour les câbles électriques basse tension. Le matériau utilisé dans la fabrication de fils et de câbles réticulés, ainsi que la réticulation au peroxyde et la réticulation par irradiation, par rapport à l'équipement de fabrication requis, est simple, facile à utiliser, à faible coût global et autres avantages, est devenu le principal matériau à faible coût. -Câble réticulé de tension avec isolation.
1. Principe de réticulation du matériau du câble réticulé au silane
Il existe deux processus principaux impliqués dans la fabrication du polyéthylène réticulé au silane : le greffage et la réticulation. Lors du processus de greffage, le polymère perd son atome H sur l'atome de carbone tertiaire sous l'action d'un initiateur libre et d'une pyrolyse en radicaux libres, qui réagissent avec le groupe – CH = CH2 du vinyl silane pour produire un polymère greffé contenant un ester trioxysilylique. groupe. Dans le processus de réticulation, le polymère greffé est d'abord hydrolysé en présence d'eau pour produire du silanol, et le – OH se condense avec le groupe Si-OH adjacent pour former la liaison Si-O-Si, réticulant ainsi le polymère. macromolécules.
2. Matériau du câble réticulé au silane et sa méthode de production de câble
Comme vous le savez, il existe des méthodes de production en deux étapes et en une étape pour les câbles réticulés au silane et leurs câbles. La différence entre la méthode en deux étapes et la méthode en une étape réside dans l'endroit où le processus de greffage du silane est effectué, le processus de greffage chez le fabricant de matériaux de câble pour la méthode en deux étapes, le processus de greffage dans l'usine de fabrication de câbles pour le méthode en une seule étape. Le matériau isolant en polyéthylène réticulé au silane en deux étapes avec la plus grande part de marché est composé des matériaux dits A et B, le matériau A étant le polyéthylène greffé avec du silane et le matériau B étant le mélange maître du catalyseur. L'âme isolante est ensuite réticulée dans de l'eau tiède ou de la vapeur.
Il existe un autre type d'isolant en polyéthylène réticulé au silane en deux étapes, dans lequel le matériau A est produit d'une manière différente, en introduisant du vinyl silane directement dans le polyéthylène lors de la synthèse pour obtenir du polyéthylène avec des chaînes ramifiées en silane.
La méthode en une étape comporte également deux types, le processus traditionnel en une étape consiste en une variété de matières premières selon la formule dans le rapport d'un système de dosage de précision spécial, dans une extrudeuse spéciale spécialement conçue en une seule étape pour terminer le greffage et l'extrusion de Noyau d'isolation de câble, dans ce processus, pas de granulation, pas besoin de participation à l'usine de matériaux de câble, par l'usine de câbles à réaliser seule. Cet équipement de production de câbles réticulés au silane en une étape et cette technologie de formulation sont principalement importés de l'étranger et sont coûteux.
Un autre type de matériau isolant en polyéthylène réticulé au silane en une étape est produit par les fabricants de matériaux de câbles. Toutes les matières premières sont selon la formule dans le rapport d'une méthode spéciale de mélange, emballées et vendues, il n'y a pas de matériau A et B. matériau, l'usine de câbles peut être directement dans l'extrudeuse pour compléter une étape en même temps de greffage et d'extrusion de l'âme isolante du câble. La caractéristique unique de cette méthode est qu'il n'est pas nécessaire d'avoir recours à des extrudeuses spéciales coûteuses, car le processus de greffage de silane peut être réalisé dans une extrudeuse de PVC ordinaire, et la méthode en deux étapes élimine le besoin de mélanger les matériaux A et B avant l'extrusion.
3. Composition des formulations
La formulation du matériau de câble en polyéthylène réticulé au silane est généralement composée d'un matériau de base : résine, initiateur, silane, antioxydant, inhibiteur de polymérisation, catalyseur, etc.
(1) La résine de base est généralement une résine de polyéthylène basse densité (LDPE) avec un indice de fusion (MI) de 2, mais récemment, avec le développement de la technologie des résines synthétiques et la pression des coûts, le polyéthylène linéaire basse densité (LLDPE) a également été utilisée ou partiellement utilisée comme résine de base pour ce matériau. Différentes résines ont souvent un impact significatif sur le greffage et la réticulation en raison des différences dans leur structure macromoléculaire interne. La formulation sera donc modifiée en utilisant différentes résines de base ou le même type de résine provenant de différents fabricants.
(2) L'initiateur couramment utilisé est le peroxyde de diisopropyle (DCP), la clé est de saisir l'ampleur du problème, trop peu pour provoquer un greffage de silane n'est pas suffisant ; trop pour provoquer une réticulation du polyéthylène, ce qui réduit sa fluidité, la surface du système de noyau isolant extrudé est rugueuse et difficile à presser. Comme la quantité d’initiateur ajoutée est très faible et sensible, il est important de la disperser uniformément, c’est pourquoi elle est généralement ajoutée avec le silane.
(3) Le silane est généralement du silane insaturé en vinyle, y compris le vinyle triméthoxysilane (A2171) et le vinyle triéthoxysilane (A2151), en raison du taux d'hydrolyse rapide de l'A2171, choisissez donc A2171 par plus de personnes. De même, il y a un problème d'ajout de silane, les fabricants actuels de matériaux de câbles tentent d'atteindre sa limite inférieure pour réduire les coûts, car les silanes sont importés, le prix est plus cher.
(4) L'antioxydant est d'assurer la stabilité du traitement du polyéthylène et du câble anti-vieillissement et ajouté, l'antioxydant dans le processus de greffage du silane a pour rôle d'inhiber la réaction de greffage, donc le processus de greffage, l'ajout d'antioxydant attention, le montant ajouté doit prendre en compte le montant de DCP correspondant à la sélection. Dans le processus de réticulation en deux étapes, la majeure partie de l'antioxydant peut être ajoutée au mélange principal du catalyseur, ce qui peut réduire l'impact sur le processus de greffage. Dans le processus de réticulation en une étape, l’antioxydant est présent dans l’ensemble du processus de greffage, le choix de l’espèce et de la quantité est donc plus important. Les antioxydants couramment utilisés sont 1010, 168, 330, etc.
(5) Un inhibiteur de polymérisation est ajouté afin d'inhiber certains processus de greffage et de réticulation des réactions secondaires qui se produisent, dans le processus de greffage pour ajouter un agent anti-réticulation, peut réduire efficacement l'apparition de réticulation C2C, améliorant ainsi la fluidité du traitement, de plus, l'ajout d'un greffon dans les mêmes conditions sera précédé de l'hydrolyse du silane sur l'inhibiteur de polymérisation pouvant réduire l'hydrolyse du polyéthylène greffé, pour améliorer la stabilité à long terme du matériau de greffage.
(6) Les catalyseurs sont souvent des dérivés organostanniques (sauf réticulation naturelle), le plus courant étant le dilaurate de dibutylétain (DBDTL), généralement ajouté sous forme de mélange maître. Dans le processus en deux étapes, le greffon (matériau A) et le mélange maître de catalyseur (matériau B) sont conditionnés séparément et les matériaux A et B sont mélangés avant d'être ajoutés à l'extrudeuse pour empêcher la pré-réticulation du matériau A. Dans le cas d'isolants en polyéthylène réticulé au silane en une étape, le polyéthylène contenu dans l'emballage n'a pas encore été greffé, il n'y a donc pas de problème de pré-réticulation et le catalyseur n'a donc pas besoin d'être emballé séparément.
De plus, il existe sur le marché des silanes composés qui sont une combinaison de silane, d'initiateur, d'antioxydant, de certains lubrifiants et d'agents anti-cuivre, et sont généralement utilisés dans les méthodes de réticulation du silane en une étape dans les usines de câbles.
Par conséquent, la formulation de l'isolant en polyéthylène réticulé au silane, dont la composition n'est pas considérée comme très complexe et est disponible dans les informations pertinentes, mais les formulations de production appropriées, sous réserve de quelques ajustements afin de finaliser, ce qui nécessite une étude complète compréhension du rôle des composants dans la formulation et de la loi de leur impact sur la performance et de leur influence mutuelle.
Dans les nombreuses variétés de matériaux de câbles, le matériau de câble réticulé au silane (en deux étapes ou en une étape) est considéré comme la seule variété de processus chimiques se produisant lors de l'extrusion, d'autres variétés telles que le matériau de câble en polychlorure de vinyle (PVC) et Matériau du câble en polyéthylène (PE), le processus de granulation par extrusion est un processus de mélange physique, même si le matériau du câble de réticulation chimique et de réticulation par irradiation, que ce soit dans le processus de granulation par extrusion ou dans le système d'extrusion du câble, aucun processus chimique ne se produit , donc, en comparaison, la production de matériaux de câbles réticulés au silane et l'extrusion d'isolation de câbles, le contrôle des processus est plus important.
4. Processus de production d'isolants en polyéthylène réticulé au silane en deux étapes
Le processus de production du matériau isolant A en polyéthylène réticulé au silane en deux étapes peut être brièvement représenté par la figure 1.
Figure 1 Processus de production d'un matériau isolant en polyéthylène réticulé au silane en deux étapes A
Quelques points clés du processus de production d’isolant en polyéthylène réticulé au silane en deux étapes :
(1) Séchage. Comme la résine polyéthylène contient une petite quantité d'eau, lorsqu'elle est extrudée à haute température, l'eau réagit rapidement avec les groupes silyle pour produire une réticulation, ce qui réduit la fluidité de la masse fondue et produit une pré-réticulation. Le matériau fini contient également de l'eau après refroidissement par eau, qui peut également provoquer une pré-réticulation si elle n'est pas éliminée, et doit également être séchée. Afin de garantir la qualité du séchage, une unité de séchage en profondeur est utilisée.
(2) Mesure. Comme la précision de la formulation du matériau est importante, une balance de pesée à perte de poids importée est généralement utilisée. La résine de polyéthylène et l'antioxydant sont mesurés et introduits via l'orifice d'alimentation de l'extrudeuse, tandis que le silane et l'initiateur sont injectés par une pompe à matériau liquide dans le deuxième ou le troisième cylindre de l'extrudeuse.
(3) Greffage par extrusion. Le processus de greffage du silane est complété dans l'extrudeuse. Les paramètres de processus de l'extrudeuse, y compris la température, la combinaison de vis, la vitesse de vis et la vitesse d'alimentation, doivent suivre le principe selon lequel le matériau dans la première section de l'extrudeuse peut être entièrement fondu et mélangé uniformément, lorsqu'une décomposition prématurée du peroxyde n'est pas souhaitée. , et que le matériau entièrement uniforme dans la deuxième section de l'extrudeuse doit être entièrement décomposé et le processus de greffage terminé. Les températures typiques de la section d'extrudeuse (LDPE) sont indiquées dans le tableau 1.
Tableau 1 Températures des zones d'extrudeuse en deux étapes
| Zone de travail | Zone 1 | Zone 2 | Zone 3 ① | Zone 4 | Zone 5 |
| Température P°C | 140 | 145 | 120 | 160 | 170 |
| Zone de travail | Zone 6 | Zone 7 | Zone 8 | Zone 9 | La bouche meurt |
| Température °C | 180 | 190 | 195 | 205 | 195 |
①est l'endroit où le silane est ajouté.
La vitesse de la vis de l'extrudeuse détermine le temps de séjour et l'effet de mélange du matériau dans l'extrudeuse. Si le temps de séjour est court, la décomposition du peroxyde est incomplète ; si le temps de séjour est trop long, la viscosité du matériau extrudé augmente. En général, le temps de séjour moyen du granulé dans l'extrudeuse doit être contrôlé dans la demi-vie de décomposition de l'initiateur de 5 à 10 fois. La vitesse d'alimentation a non seulement un certain impact sur le temps de séjour du matériau, mais également sur le mélange et le cisaillement du matériau. Choisir une vitesse d'alimentation appropriée est également très important.
(4) Emballage. Le matériau isolant réticulé au silane en deux étapes doit être emballé dans des sacs composites aluminium-plastique à l'air direct pour éliminer l'humidité.
5. Processus de production de matériau isolant en polyéthylène réticulé au silane en une étape
Le matériau isolant en polyéthylène réticulé au silane en une étape, en raison de son processus de greffage, se trouve dans l'extrusion de l'âme isolante du câble en usine de câbles, de sorte que la température d'extrusion de l'isolation du câble est nettement supérieure à celle de la méthode en deux étapes. Bien que la formule d'isolation en polyéthylène réticulé au silane en une étape ait été pleinement prise en compte dans la dispersion rapide de l'initiateur et du cisaillement du silane et du matériau, le processus de greffage doit être garanti par la température, qui est le polyéthylène réticulé au silane en une étape L'usine de production d'isolants a souligné à plusieurs reprises l'importance du choix correct de la température d'extrusion, la température d'extrusion générale recommandée est indiquée dans le tableau 2.
Tableau 2 Température de l'extrudeuse en une étape de chaque zone (unité : ℃)
| Zone | Zone 1 | Zone 2 | Zone 3 | Zone 4 | Bride | Tête |
| Température | 160 | 190 | 200～210 | 220～230 | 230 | 230 |
C’est l’une des faiblesses du procédé de polyéthylène réticulé au silane en une étape, qui n’est généralement pas nécessaire lors de l’extrusion de câbles en deux étapes.
6.Équipement de production
L'équipement de production est une garantie importante de la maîtrise du processus. La production de câbles réticulés au silane nécessite un très haut degré de précision de contrôle du processus, c'est pourquoi le choix de l'équipement de production est particulièrement important.
La production de matériau isolant en polyéthylène réticulé au silane en deux étapes Un équipement de production de matériaux, actuellement une extrudeuse à double vis parallèle isotrope domestique avec pesée en apesanteur importée, de tels dispositifs peuvent répondre aux exigences de précision du contrôle de processus, au choix de la longueur et du diamètre de l'extrudeuse à double vis pour garantir le temps de séjour du matériau, le choix de la pesée en apesanteur importée pour garantir l'exactitude des ingrédients. Bien entendu, de nombreux détails de l’équipement nécessitent une attention particulière.
Comme mentionné précédemment, les équipements de production de câbles réticulés au silane en une étape dans l'usine de câbles sont importés, coûteux, les fabricants d'équipements nationaux ne disposent pas d'équipements de production similaires, la raison en est le manque de coopération entre les fabricants d'équipements et les chercheurs en formules et processus.
7. Matériau isolant en polyéthylène réticulé naturel silane
Le matériau isolant en polyéthylène réticulé naturel au silane développé ces dernières années peut être réticulé dans des conditions naturelles en quelques jours, sans immersion dans la vapeur ou dans l'eau chaude. Comparé à la méthode traditionnelle de réticulation au silane, ce matériau peut réduire le processus de production pour les fabricants de câbles, réduisant ainsi davantage les coûts de production et augmentant l'efficacité de la production. L'isolation en polyéthylène naturellement réticulé au silane est de plus en plus reconnue et utilisée par les fabricants de câbles.
Ces dernières années, l'isolation nationale en polyéthylène réticulé naturel au silane a mûri et a été produite en grande quantité, avec certains avantages en termes de prix par rapport aux matériaux importés.
7. 1 Idées de formulation pour les isolants en polyéthylène naturellement réticulé au silane
Les isolants en polyéthylène réticulé naturel au silane sont produits selon un processus en deux étapes, avec la même formulation composée d'une résine de base, d'un initiateur, d'un silane, d'un antioxydant, d'un inhibiteur de polymérisation et d'un catalyseur. La formulation des isolateurs en polyéthylène réticulé naturel au silane est basée sur l'augmentation du taux de greffage du silane du matériau A et la sélection d'un catalyseur plus efficace que les isolateurs en polyéthylène réticulé à l'eau chaude au silane. L'utilisation de matériaux A avec un taux de greffage silane plus élevé combiné à un catalyseur plus efficace permettra à l'isolant en polyéthylène réticulé silane de se réticuler rapidement même à basse température et avec une humidité insuffisante.
Les matériaux A pour les isolants en polyéthylène naturellement réticulés au silane importés sont synthétisés par copolymérisation, où la teneur en silane peut être contrôlée à un niveau élevé, alors que la production de matériaux A avec des taux de greffage élevés par greffage de silane est difficile. La résine de base, l'initiateur et le silane utilisés dans la recette doivent être variés et ajustés en termes de variété et d'ajout.
Le choix de la réserve et l'ajustement de son dosage sont également cruciaux, car une augmentation du taux de greffage du silane entraîne inévitablement davantage de réactions secondaires de réticulation CC. Afin d'améliorer la fluidité du traitement et l'état de surface du matériau A pour l'extrusion ultérieure du câble, une quantité appropriée d'inhibiteur de polymérisation est nécessaire pour inhiber efficacement la réticulation CC et la pré-réticulation préalable.
De plus, les catalyseurs jouent un rôle important dans l’augmentation du taux de réticulation et doivent être sélectionnés comme catalyseurs efficaces contenant des éléments exempts de métaux de transition.
7.2 Temps de réticulation des isolants en polyéthylène naturellement réticulé au silane
Le temps nécessaire pour terminer la réticulation de l’isolant en polyéthylène réticulé naturel au silane à l’état naturel dépend de la température, de l’humidité et de l’épaisseur de la couche isolante. Plus la température et l’humidité sont élevées, plus l’épaisseur de la couche isolante est fine, plus le temps de réticulation nécessaire est court et, au contraire, plus long. Comme la température et l’humidité varient d’une région à l’autre et d’une saison à l’autre, même au même endroit et au même moment, la température et l’humidité d’aujourd’hui et de demain seront différentes. Par conséquent, lors de l'utilisation du matériau, l'utilisateur doit déterminer le temps de réticulation en fonction de la température et de l'humidité locales et dominantes, ainsi que des spécifications du câble et de l'épaisseur de la couche isolante.
Heure de publication : 13 août 2022