فناوری اتصال عرضی پلی اتیلن (PE) یکی از ابزارهای مهم برای بهبود خواص مواد آن است. پلی اتیلن اصلاح شده با پیوند متقابل می تواند خواص خود را تا حد زیادی بهبود بخشد، که نه تنها به طور قابل توجهی خواص جامع پلی اتیلن مانند خواص مکانیکی، مقاومت در برابر ترک خوردگی استرس محیطی، مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی، مقاومت در برابر خزش و خواص الکتریکی را بهبود می بخشد، بلکه به طور قابل توجهی مقاومت دما را بهبود می بخشد. سطح، که می تواند دمای مقاومت حرارتی PE را از 70 درجه به بیش از 100 درجه افزایش دهد، در نتیجه زمینه کاربرد پلی اتیلن را تا حد زیادی گسترش می دهد.
عایق پلی اتیلن متقاطع پلی اتیلن تحت تأثیر پرتوهای پرانرژی (مانند پرتوها، پرتوها، پرتوهای الکترونی و غیره) یا عوامل اتصال عرضی است به طوری که اتصال عرضی بین ماکرومولکول ها می تواند مقاومت حرارتی و سایر خواص آن را بهبود بخشد. دمای کار طولانی مدت کابل با استفاده از پلی اتیلن متقاطع به عنوان عایق را می توان تا 90 درجه افزایش داد و دمای اتصال کوتاه آنی قابل تحمل می تواند به 170-250 درجه برسد.
معرفی مختصر
پلی اتیلن (PE) یکی از پنج پلاستیک عمومی است و تولید و مصرف آن در بین انواع رزین های مصنوعی رتبه اول را در صنعت و کشاورزی دارد و به طور گسترده در زندگی روزمره مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال، مقاومت پلی اتیلن در برابر دمای بالا ضعیف است. خواص مکانیکی و مقاومت شیمیایی گاهی اوقات الزامات استفاده واقعی را برآورده نمی کند. بنابراین، اصلاح پلی اتیلن همیشه کلید توسعه و کاربرد محصولات پلی اتیلن بوده است و فناوری اتصال عرضی پلی اتیلن یک فناوری مهم برای بهبود خواص مواد آن است. پلی اتیلن اصلاح شده با پیوند متقابل می تواند خواص آن را تا حد زیادی بهبود بخشد، که نه تنها به طور قابل توجهی خواص جامع پلی اتیلن مانند خواص مکانیکی، مقاومت در برابر ترک خوردگی استرس محیطی، مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی، مقاومت در برابر خزش و خواص الکتریکی را بهبود می بخشد. علاوه بر این، سطح مقاومت در برابر دما بسیار بهبود یافته است و دمای مقاومت حرارتی پلی اتیلن را می توان از 70 درجه به بیش از 100 درجه افزایش داد. در نتیجه، دامنه کاربرد پلی اتیلن تا حد زیادی گسترش یافته است.
در حال حاضر، پلی اتیلن متقاطع (XLPE) به طور گسترده ای در لوله ها، فیلم ها، مواد کابلی و محصولات فوم استفاده می شود.
عملکرد و مزایا
مولکول های پلی اتیلن از زنجیره های مولکولی خطی تشکیل شده اند. هنگامی که دما افزایش می یابد، نیروی اتصال بین زنجیره های مولکولی خطی (نیروی واندروالس) ضعیف می شود، به طوری که کل ماده مولکولی تغییر شکل می دهد، بنابراین مقاومت دمایی پلی اتیلن ضعیف است. پلی اتیلن متقاطع (XLPE) یک پل زنجیره ای شیمیایی بین مولکول ها ایجاد می شود تا مولکول ها نتوانند جابجا شوند، که بر کمبود پلی اتیلن غلبه می کند. مقایسه عملکرد پلی اتیلن متقاطع و پلی اتیلن معمولی در جدول 1 نشان داده شده است.
پلی اتیلن متقاطع دارای مزایای زیر است:
1. مقاومت در برابر حرارت: XLPE با ساختار سه بعدی مش دارای مقاومت حرارتی عالی است. زیر 200 درجه تجزیه و کربن نمی شود، دمای کار طولانی مدت می تواند به 90 درجه برسد و عمر حرارتی می تواند به 40 سال برسد.
2. عملکرد عایق: XLPE ویژگی های عایق خوب اولیه PE را حفظ می کند و مقاومت عایق بیشتر افزایش می یابد. مماس تلفات دی الکتریک آن بسیار کم است و زیاد تحت تأثیر دما نیست.
3. خواص مکانیکی: به دلیل ایجاد پیوندهای شیمیایی جدید بین ماکرومولکول ها، سختی، سفتی، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر ضربه XLPE بهبود می یابد، بنابراین کاستی های پلی اتیلن حساس به تنش های محیطی و ترک خوردگی جبران می شود.
4. مقاومت شیمیایی: XLPE دارای مقاومت اسیدی و قلیایی و مقاومت روغن قوی است و محصولات احتراق آن عمدتاً آب و دی اکسید کربن است که آسیب کمتری برای محیط زیست دارد و الزامات ایمنی آتش سوزی مدرن را برآورده می کند.
اصل اتصال عرضی
پلی اتیلن ([CH2-CH2]n، شماره واحد n-تکرار) یک ترکیب پلیمری حاوی دو عنصر هیدروکربن و هیدروژن، با ساختار مولکولی خطی یا منشعب زنجیرههای ماکرومولکولی، فرم جامد در دمای اتاق، و فاز بلوری و همزیستی فاز آمورف به شکل جامد پلی اتیلن. وزن مولکولی نسبی پلی اتیلن بین 6،30 و<>,<>.
پلی اتیلن دارای خواص عایق الکتریکی عالی است، اما مقاومت حرارتی ضعیف آن بر استفاده از مواد خام برای عایق کابل تأثیر می گذارد. به دلیل برهمکنش بین مولکولی ضعیف در ناحیه آمورف، دمای ذوب اکثر پلی اتیلن ها حدود 140 درجه است و استحکام مکانیکی آن با نزدیک شدن به نقطه ذوب پلی اتیلن به طور قابل توجهی کاهش می یابد و مقاومت ترک خوردگی نیز بدتر می شود.
هنگامی که زنجیره های ماکرومولکولی خطی به صورت شیمیایی یا فیزیکی پردازش می شوند، فرآیند اتصال به شکل پیوندهای متقاطع را اتصال عرضی یا "ولکانیزاسیون" می نامند. پلی اتیلن شبکه ای دارای ویژگی های نوع مش و ساختار بدنه است و مقاومت حرارتی آن با افزایش اتصال عرضی افزایش می یابد و ازدیاد طول نسبی حرارتی بر این اساس کاهش می یابد. با توجه به بهبود قابل توجه آن در خواص مکانیکی و مقاومت در برابر حرارت، به یک ماده عایق کابل برق پرمصرف تبدیل شده است.
روش اتصال عرضی پلی اتیلن با اتصال عرضی برای تشکیل پلی اتیلن شبکه متقاطع به دو دسته روش شیمیایی و روش فیزیکی تقسیم می شود و روش های فرآیندی که در صنعت محقق می شود عمدتاً شامل پنج مورد زیر است: اتصال عرضی پرتودهی با انرژی بالا، اتصال عرضی سیلان، اتصال عرضی پراکسید. ، اتصال عرضی ماوراء بنفش و اتصال عرضی نمک. در میان آنها، روش اتصال عرضی پراکسید (همچنین به عنوان اتصال عرضی شیمیایی شناخته می شود) یک روش اتصال عرضی مناسب برای تولید کابل های سطح متوسط و ولتاژ بالا است و اصل آن مجموعه ای از واکنش های رادیکال آزاد است که توسط تجزیه پراکسید در دمای بالا ایجاد می شود. ، و سپس PE به صورت متقابل پیوند داده می شود. پراکسیدها با حرارت تجزیه می شوند و رادیکال های آزاد تشکیل می دهند و فرآیند واکنش اتصال عرضی به شرح زیر است:
روش اتصال عرضی
دو نوع روش اتصال عرضی برای پلی اتیلن وجود دارد: اتصال عرضی فیزیکی (شعبه شبکه ای) و اتصال عرضی شیمیایی. اتصال عرضی شیمیایی به شبکه عرضی سیلانی و اتصال عرضی پراکسید تقسیم می شود.
اتصال عرضی فیزیکی
اتصال عرضی تابشی: محصولات پلی اتیلن مانند غلاف های پلی اتیلن، فیلم ها، لوله های جدار نازک و سایر محصولاتی که روی سیم پوشانده شده اند، با پرتوهای پر انرژی و پرتوهای پرانرژی به هم متصل می شوند (که باعث می شود ماکرومولکول های پلی اتیلن رادیکال های آزاد تولید کنند و زنجیره های CC را تشکیل دهند). . درجه اتصال عرضی تحت تأثیر دز و دما تابش است و نقطه اتصال عرضی با افزایش دز تابش افزایش می یابد، بنابراین با کنترل شرایط تابش می توان محصولات پلی اتیلن شبکه ای با درجه خاصی از اتصال عرضی را بدست آورد.
پلی اتیلن متقاطع تولید شده با روش اتصال عرضی تابشی دارای مزایای زیر است: اتصال عرضی و اکستروژن به طور جداگانه انجام می شود، کیفیت محصول قابل کنترل است، راندمان تولید بالا است و نرخ ضایعات پایین است. هیچ آغازگر اضافی رادیکال آزاد (مانند پراکسیدها و غیره) در طول فرآیند اتصال عرضی مورد نیاز نیست، که تمیزی مواد را حفظ می کند و خواص الکتریکی مواد را بهبود می بخشد. این به ویژه برای کابل های عایق با مقطع کوچک و جدار نازک که تولید آنها توسط اتصالات متقابل شیمیایی دشوار است مناسب است. با این حال، اتصال عرضی تشعشعی نیز دارای معایبی است، مانند نیاز به افزایش ولتاژ شتاب دهنده پرتو الکترونی هنگام اتصال عرضی مواد ضخیم. برای اتصال عرضی اجسام گرد مانند سیم و کابل، لازم است آنها را بچرخانید یا از چندین پرتو الکترونی استفاده کنید تا تابش یکنواخت شود. هزینه های یکبار سرمایه گذاری قابل توجه است. فن آوری بهره برداری و تعمیر و نگهداری پیچیده است و مشکلات حفاظت ایمنی در عملیات نیز نسبتاً سخت است.
پیوند متقابل شیمیایی
اتصال عرضی شیمیایی استفاده از عوامل اتصال عرضی شیمیایی برای پلیمرهای اتصال عرضی است که از ساختار خطی به ساختار شبکه تبدیل می شود.
انتخاب عامل اتصال عرضی باید به تنوع پلیمر، فناوری پردازش و عملکرد محصول بستگی داشته باشد، عامل اتصال عرضی ایده آل علاوه بر برخی الزامات خاص باید دارای الزامات اساسی زیر نیز باشد: نرخ اتصال عرضی بالا، ساختار پیوند عرضی پایدار. ایمنی پردازش زیاد، استفاده آسان، مدت اعتبار متوسط پس از افزودن رزین، بدون اشکالات اتصال عرضی زودرس یا خیلی دیر. بر عملکرد پردازش و عملکرد استفاده از محصول تأثیر نمی گذارد. غیر سمی، بدون آلودگی، پوست و چشم را تحریک نمی کند.
در اتصال عرضی شیمیایی، اتصال عرضی پراکسید، اتصال عرضی سیلانی و شبکه متقاطع آزو وجود دارد:
(1) اتصال عرضی پراکسید و عامل اتصال عرضی اتصال عرضی پراکسید، به طور کلی با استفاده از پراکسید آلی به عنوان عامل اتصال عرضی، تحت اثر حرارت، تجزیه می شود تا رادیکال های آزاد فعال تولید کند، که باعث می شود زنجیره کربن پلیمر نقاط فعال ایجاد کند و ایجاد اتصال عرضی کربن-کربن برای تشکیل یک ساختار شبکه این فناوری به تجهیزات اکستروژن با فشار بالا نیاز دارد تا واکنش اتصال عرضی در بشکه انجام شود و سپس محصول با استفاده از روش گرمایش سریع گرم می شود و در نتیجه محصول شبکه ای ایجاد می شود. بنابراین، استفاده از روش اتصال عرضی پراکسید برای تولید لوله پلی اتیلن به راحتی قابل کنترل نیست، کیفیت محصول ناپایدار است و عملیات مداوم دشوارتر است.
(2) Azo crosslinking
روش این است که ترکیب آزو را به پلی اتیلن مخلوط می کنیم و در دمایی کمتر از تجزیه ترکیب آزو اکسترود می کنیم و اکستروژن توسط یک حمام نمک با دمای بالا تجزیه می شود و ترکیب آزو برای تشکیل رادیکال های آزاد تجزیه می شود و باعث ایجاد اتصال عرضی پلی اتیلن می شود. به طور کلی برای مواد صمغ سرو با دمای ذوب پایین استفاده می شود و کاربردهای عملی کمی برای پلاستیک ها دارد.
(3) عامل اتصال عرضی و اتصال عرضی سیلان
در دهه شصت قرن بیستم، فناوری اتصال عرضی سیلان با موفقیت توسعه یافت. این فناوری از سیلانهای وینیل حاوی پیوندهای مضاعف برای واکنش با پلیمرهای مذاب تحت تأثیر آغازگرها برای تشکیل پلیمرهای پیوند شده با سیلان استفاده میکند که در حضور یک کاتالیزور متراکم سیلانول در آب هیدرولیز میشوند تا ساختار شبکهای زنجیرهای اکسان را تشکیل دهند. تکنولوژی اتصال عرضی سیلان به دلیل تجهیزات ساده، فرآیند کنترل آسان، سرمایه گذاری کمتر، سطح بالای اتصال عرضی محصولات نهایی و کیفیت خوب، تولید و کاربرد پلی اتیلن متقاطع را به شدت ارتقا داده است. علاوه بر پلی اتیلن و سیلان، از کاتالیزورها، آغازگرها، آنتی اکسیدان ها و ... نیز در پیوند متقابل استفاده می شود.
در مقایسه با سایر روش ها، محصولات پلی اتیلن به دست آمده با اتصال عرضی سیلان دارای مزایای زیر است:
(1) سرمایه گذاری تجهیزات کمتر، راندمان تولید بالا و هزینه کم.
(2) این فرآیند بسیار متنوع است، مناسب برای پلی اتیلن تمام چگالی، و همچنین برای اکثر پلی اتیلن های پرکننده مناسب است.
(3) با ضخامت محدود نمی شود.
(4) مقدار پراکسید کم است (تنها 10٪ هنگامی که پراکسید به تنهایی متصل می شود)، بنابراین ریز منافذ کمتری در لایه عایق پلی اتیلن ایجاد می شود که منجر به حفظ عایق بالای پلی اتیلن می شود.
برنامه های کاربردی اصلی
پلی اتیلن متقاطع به دلیل خواص عالی خود به عنوان مواد عایق ولتاژ بالا، فرکانس بالا و مقاوم در برابر حرارت و روکش سیم و کابل مورد نیاز موشک، موشک، موتور، ترانسفورماتور و غیره استفاده می شود. فیلم های انقباض پذیر، لوله های مختلف مقاوم در برابر حرارت، پلاستیک های فوم، پوشش های تجهیزات شیمیایی مقاوم در برابر خوردگی، اجزا و ظروف، ساخت مصالح ساختمانی مقاوم در برابر شعله و غیره. و فوم
1. مواد کابل پلی اتیلن متقاطع
مقاومت حرارتی کابل با پلی اتیلن متقاطع به عنوان عایق بالاتر از پلی وینیل کلراید است، می توان آن را برای مدت طولانی در 90 درجه استفاده کرد و دمای مقاومت حرارتی در اتصال کوتاه می تواند تا 250 درجه برسد. مقاومت عایق بالا است، مماس تلفات دی الکتریک کوچک است و اساساً با تغییر دما تغییر نمی کند. مقاومت در برابر سایش و ترک خوردگی استرس محیطی خوبی دارد. هنگامی که پلی اتیلن متقاطع توسط کابل سوزانده می شود، دی اکسید کربن و آب تولید می شود، در حالی که کابل های PVC گازهای مضر هیدروژن کلرید را هنگام سوختن تولید می کنند. علاوه بر این، چگالی پلی اتیلن کراس لینک حدود 40 درصد کمتر از PVC است که می تواند کیفیت خطوط هوایی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.
2. لوله پلی اتیلن متقاطع
لوله تولید شده توسط پلی اتیلن متقابل دارای مزایای استحکام خزش بالا، مقاومت در برابر خوردگی، سبک وزن و مقاومت حرارتی خوب است. لوله کامپوزیت آلومینیوم-پلاستیک با استفاده از پلی اتیلن متقاطع دارای سفتی هوای قوی و مقاومت در برابر تنش ترکیدگی بالا است. دارای اثر ضد الکتریسیته ساکن و محافظ است.
در مقایسه با لوله پی وی سی و لوله پلی اتیلن معمولی، لوله پلی اتیلن متقاطع حاوی نرم کننده نیست، کپک نمی کند و باکتری ها را پرورش می دهد. حاوی مواد مضر نیست، مطابق با استانداردهای FDA است و می تواند در لوله های آب آشامیدنی استفاده شود. مقاومت حرارتی خوب، پلی وینیل کلرید معمولی و مقاومت حرارتی لوله پلی اتیلن 60-75 درجه است، در حالی که لوله پلی اتیلن متقابل 90 درجه است، حداکثر دمای لحظه ای می تواند به 185 درجه برسد، می تواند -75 درجه حرارت پایین را تحمل کند. محدوده دمای عملیاتی گسترده، می تواند برای مدت طولانی در شرایط -75-95 درجه استفاده شود و عمر مفید آن تا 50 سال است. اتصال متقابل بالا، چگالی بالا، مقاومت در برابر فشار خوب؛ مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی بسیار خوب است و مقاومت در برابر ترک خوردگی استرس محیطی عالی است، حتی در دماهای بالاتر، می توان از آن برای حمل و نقل انواع مواد شیمیایی و مواد استرس با لوله شتاب دار استفاده کرد، لوله پلی اتیلن متقاطع دارای وزن سبک است، فقط حدود 1 /8 لوله فلزی; مقاومت خوب در برابر خوردگی و مقاومت در برابر سایش. میزان سایش کمتر از 1/4 لوله فولادی است و عمر مفید آن 2-6 برابر لوله فولادی است. دیواره داخلی صاف است، مقاومت جریان سیال کوچک است، و در همان قطر لوله، جریان انتقال بزرگتر از لوله فلزی است و نویز بسیار کمتر است. عملکرد انتقال خوب است و مقدار انتقال مایع در مقایسه با لوله فولادی 30%-40% افزایش یافته است. هدایت حرارتی بسیار کمتر از لوله های فلزی است، بنابراین عملکرد عایق حرارتی آن عالی است. هنگام استفاده در سیستم گرمایش، حفظ حرارت مورد نیاز نیست و اتلاف گرما کم است. می تواند خودسرانه خم شود و شکننده و ترک نخورد. عملکرد عالی عایق الکتریکی، نصب آسان و حجم کاری نصب کمتر از نیمی از لوله فلزی، هزینه نصب کم.
با توجه به عملکرد مواد عالی لوله پلی اتیلن متقاطع. با رعایت بهداشت کاملا غیر سمی، به عنوان نسل جدیدی از لوله های سبز در نظر گرفته شده است که عمدتاً در جنبه های زیر استفاده می شود:
(1) سیستم های تامین آب سرد و گرم و سیستم های آب آشامیدنی خط لوله برای ساختمان ها؛
(2) سیستم آب سرد برای تهویه مطبوع ساختمان؛
(3) سیستم گرمایش مسکونی؛
(4) سیستم گرمایش زمین؛
(5) لوله کشی سیستم آبگرمکن خانگی؛
(6) خطوط لوله حمل و نقل برای نوشیدنی، الکل، شیر، و سایر مایعات در صنایع غذایی.
(7) خطوط لوله انتقال سیال صنایع شیمیایی و نفت؛
(8) خط لوله سیستم تبرید و سیستم تصفیه آب.
(5) مقاومت خوب در برابر پیری و عمر طولانی.
