Teknologi ikatan silang polietilen (PE) merupakan salah satu cara penting untuk meningkatkan sifat materialnya. PE yang dimodifikasi dengan ikatan silang dapat sangat meningkatkan sifat-sifatnya, yang tidak hanya secara signifikan meningkatkan sifat komprehensif PE seperti sifat mekanik, ketahanan retak terhadap tekanan lingkungan, ketahanan terhadap korosi kimia, ketahanan mulur, dan sifat listrik, tetapi juga secara signifikan meningkatkan ketahanan suhu. tingkat, yang dapat meningkatkan suhu ketahanan panas PE dari 70 derajat menjadi lebih dari 100 derajat, sehingga sangat memperluas bidang penerapan PE.
Insulasi polietilen ikatan silang adalah polietilen yang terkena sinar berenergi tinggi (seperti sinar, sinar, sinar elektron, dll.) atau zat pengikat silang sehingga ikatan silang antar makromolekul dapat meningkatkan ketahanan panas dan sifat lainnya. Suhu kerja jangka panjang kabel yang menggunakan polietilen ikatan silang sebagai insulasi dapat ditingkatkan hingga 90 derajat, dan suhu hubung singkat sesaat yang dapat ditahan dapat mencapai 170-250 derajat.
Pengantar singkat
Polietilen (PE) adalah salah satu dari lima plastik umum, dan produksi serta konsumsinya menempati urutan pertama di antara berbagai resin sintetis, dalam industri dan pertanian dan banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Namun, ketahanan polietilen terhadap suhu tinggi buruk. Sifat mekanik dan ketahanan kimia terkadang tidak memenuhi persyaratan penggunaan sebenarnya. Oleh karena itu, modifikasi polietilen selalu menjadi kunci dalam pengembangan dan penerapan produk polietilen, dan teknologi ikatan silang polietilen merupakan teknologi penting untuk meningkatkan sifat materialnya. Polietilen termodifikasi ikatan silang dapat sangat meningkatkan sifat-sifatnya, yang tidak hanya secara signifikan meningkatkan sifat komprehensif polietilen seperti sifat mekanik, ketahanan retak terhadap tekanan lingkungan, ketahanan terhadap korosi kimia, ketahanan mulur, dan sifat listrik. Selain itu, tingkat ketahanan suhu meningkat pesat, dan suhu ketahanan panas polietilen dapat ditingkatkan dari 70 derajat menjadi lebih dari 100 derajat. Hasilnya, jangkauan penerapan polietilen telah diperluas secara signifikan.
Saat ini, polietilen ikatan silang (XLPE) telah banyak digunakan pada pipa, film, material kabel, dan produk busa.
Kinerja dan manfaat
Molekul polietilen terdiri dari rantai molekul linier. Ketika suhu meningkat, gaya pengikatan antara rantai molekul linier (gaya van der Waals) melemah, sehingga seluruh bahan molekul berubah bentuk, sehingga ketahanan suhu polietilen menjadi buruk. Polietilen ikatan silang (XLPE) Jembatan rantai kimia dibangun di antara molekul-molekul sehingga molekul tidak dapat berpindah tempat, sehingga mengatasi kekurangan polietilen. Perbandingan kinerja polietilen ikatan silang dan polietilen biasa ditunjukkan pada Tabel 1.
Polietilen ikatan silang memiliki keunggulan sebagai berikut:
1. Tahan panas: XLPE dengan struktur tiga dimensi mesh memiliki ketahanan panas yang sangat baik. Itu tidak akan terurai dan berkarbonisasi di bawah 200 derajat, suhu kerja jangka panjang bisa mencapai 90 derajat, dan umur termal bisa mencapai 40 tahun.
2. Kinerja insulasi: XLPE mempertahankan karakteristik insulasi asli PE yang baik, dan resistansi insulasi semakin meningkat. Tangen kerugian dielektriknya sangat kecil dan tidak terlalu dipengaruhi oleh suhu.
3. Sifat mekanik: Karena pembentukan ikatan kimia baru antara makromolekul, kekerasan, kekakuan, ketahanan aus, dan ketahanan benturan XLPE ditingkatkan, sehingga menutupi kekurangan PE yang rentan terhadap tekanan lingkungan dan retak.
4. Ketahanan kimia: XLPE memiliki ketahanan asam dan alkali yang kuat serta ketahanan minyak, dan produk pembakarannya sebagian besar berupa air dan karbon dioksida, yang tidak terlalu berbahaya bagi lingkungan dan memenuhi persyaratan keselamatan kebakaran modern.
Prinsip ikatan silang
Polietilen ([CH2-CH2]n, nomor satuan n-ulang) adalah senyawa polimer yang mengandung dua unsur hidrokarbon dan hidrogen, dengan struktur molekul linier atau bercabang rantai makromolekul, berbentuk padat pada suhu kamar, dan fase kristal dan bentuk koeksistensi fase amorf dalam bentuk padat polietilen. Berat molekul relatif polietilen adalah antara 6,30 dan<>,<>.
Polietilen memiliki sifat insulasi listrik yang sangat baik, namun ketahanan panasnya yang buruk mempengaruhi penggunaan bahan baku insulasi kabel. Karena lemahnya interaksi antarmolekul di daerah amorf, suhu leleh sebagian besar polietilen adalah sekitar 140 derajat, dan kekuatan mekaniknya menurun secara signifikan ketika mendekati titik leleh polietilen, dan ketahanan retaknya juga menurun.
Ketika rantai makromolekul linier diproses secara kimia atau fisik, proses penggabungan dalam bentuk ikatan silang disebut ikatan silang atau “vulkanisasi”. Polietilen berikatan silang memiliki sifat tipe jaring dan struktur badan, dan ketahanan panasnya akan meningkat seiring dengan meningkatnya ikatan silang, dan pemanjangan termal relatif akan menurun. Karena peningkatan yang signifikan dalam sifat mekanik dan ketahanan panas, bahan ini telah menjadi bahan insulasi kabel listrik yang banyak digunakan.
Metode pengikatan silang polietilen dengan pengikatan silang untuk membentuk polietilen ikatan silang dibagi menjadi dua kategori: metode kimia dan metode fisik, dan metode proses yang diterapkan di industri terutama mencakup lima hal berikut: pengikatan silang iradiasi energi tinggi, pengikatan silang silan, pengikatan silang peroksida , ikatan silang ultraviolet, dan ikatan silang garam. Diantaranya, metode pengikatan silang peroksida (juga dikenal sebagai pengikatan silang kimia) adalah metode pengikatan silang yang cocok untuk produksi kabel tingkat tegangan menengah dan tinggi, dan prinsipnya adalah serangkaian reaksi radikal bebas yang dipicu oleh dekomposisi peroksida pada suhu tinggi. , dan kemudian PE dihubungkan silang. Peroksida terurai oleh panas membentuk radikal bebas, dan proses reaksi ikatan silang adalah sebagai berikut:
Metode ikatan silang
Ada dua jenis metode pengikatan silang untuk polietilen: pengikatan silang fisik (pengikatan silang radiasi) dan pengikatan silang kimia. Ikatan silang kimia dibagi menjadi ikatan silang silan dan ikatan silang peroksida.
Tautan silang fisik
Ikatan silang radiasi: produk polietilen, seperti selubung polietilen, film, tabung berdinding tipis, dan produk lain yang dilapisi kawat, berikatan silang dengan sinar - dan sinar berenergi tinggi (menyebabkan makromolekul polietilen menghasilkan radikal bebas dan membentuk rantai ikatan silang CC) . Derajat ikatan silang dipengaruhi oleh dosis radiasi dan suhu, dan titik ikatan silang meningkat seiring dengan bertambahnya dosis radiasi, sehingga dengan mengontrol kondisi radiasi, produk polietilen ikatan silang dengan derajat ikatan silang tertentu dapat diperoleh.
Polietilen ikatan silang yang diproduksi dengan metode ikatan silang radiasi memiliki keunggulan sebagai berikut: ikatan silang dan ekstrusi dilakukan secara terpisah, kualitas produk mudah dikontrol, efisiensi produksi tinggi, dan tingkat kerusakan rendah; Tidak diperlukan pemrakarsa radikal bebas tambahan (seperti peroksida, dll.) selama proses pengikatan silang, sehingga menjaga kebersihan bahan dan meningkatkan sifat kelistrikan bahan; Ini sangat cocok untuk kabel berinsulasi berpenampang kecil dan berdinding tipis yang sulit diproduksi dengan ikatan silang kimia. Namun, ikatan silang radiasi juga memiliki beberapa kelemahan, seperti kebutuhan untuk meningkatkan tegangan percepatan berkas elektron ketika mengikat silang bahan tebal; Untuk pengikatan silang benda bulat seperti kawat dan kabel, perlu diputar atau menggunakan beberapa berkas elektron agar penyinarannya seragam; Biaya investasi satu kali cukup besar; Teknologi pengoperasian dan pemeliharaannya rumit, dan masalah perlindungan keselamatan dalam pengoperasiannya juga relatif berat.
Ikatan silang kimia
Ikatan silang kimia adalah penggunaan bahan pengikat silang kimia untuk mengikat silang polimer, berubah dari struktur linier menjadi struktur jaringan.
Pilihan bahan pengikat silang harus bergantung pada variasi polimer, teknologi pemrosesan, dan kinerja produk, bahan pengikat silang yang ideal selain memenuhi beberapa persyaratan khusus juga harus memiliki persyaratan dasar berikut: tingkat pengikatan silang yang tinggi, struktur pengikat silang yang stabil; keamanan pemrosesan yang besar, mudah digunakan, masa berlaku sedang setelah penambahan resin, tidak ada kelemahan ikatan silang yang prematur atau terlambat; tidak mempengaruhi kinerja pemrosesan dan kinerja penggunaan produk; tidak beracun, tidak menimbulkan polusi, tidak mengiritasi kulit dan mata.
Pada ikatan silang kimia terdapat ikatan silang peroksida, ikatan silang silan, dan ikatan silang azo:
(1) Bahan pengikat silang dan pengikat silang peroksidaTautan silang peroksida, umumnya menggunakan peroksida organik sebagai bahan pengikat silang, di bawah pengaruh panas, terurai menghasilkan radikal bebas aktif, yang membuat rantai karbon polimer menghasilkan titik aktif dan menghasilkan pengikatan silang karbon-karbon untuk membentuk a struktur jaringan. Teknologi ini memerlukan peralatan ekstrusi bertekanan tinggi agar reaksi ikatan silang terjadi di dalam tong, kemudian produk dipanaskan dengan metode pemanasan cepat sehingga menghasilkan produk yang berikatan silang. Oleh karena itu, penggunaan metode ikatan silang peroksida untuk memproduksi pipa polietilen tidak mudah dikendalikan, kualitas produk tidak stabil, dan pengoperasian berkelanjutan lebih sulit.
(2) Ikatan silang azo
Caranya adalah dengan mencampurkan senyawa azo ke dalam PE dan mengekstrusinya pada suhu yang lebih rendah dari penguraian senyawa azo, dan ekstrusi tersebut diurai dengan penangas garam suhu tinggi, dan senyawa azo diurai menjadi radikal bebas, sehingga mengawali ikatan silang polietilen. Umumnya digunakan untuk bahan karet cemara dengan suhu leleh rendah dan memiliki sedikit aplikasi praktis untuk plastik.
(3) Bahan pengikat silang dan pengikat silang silan
Pada tahun enam puluhan abad kedua puluh, teknologi pengikatan silang silan berhasil dikembangkan. Teknologi ini menggunakan vinil silan yang mengandung ikatan rangkap untuk bereaksi dengan polimer cair di bawah aksi inisiator untuk membentuk polimer cangkok silan, yang dihidrolisis dalam air dengan adanya katalis kondensasi silanol untuk membentuk jaringan struktur ikatan silang rantai oksan. Teknologi ikatan silang silan telah sangat mendorong produksi dan penerapan polietilen ikatan silang karena peralatannya yang sederhana, proses yang mudah dikendalikan, investasi yang lebih sedikit, tingkat ikatan silang yang tinggi pada produk jadi, dan kualitas yang baik. Selain polietilen dan silan, katalis, inisiator, antioksidan, dll juga digunakan dalam ikatan silang.
Dibandingkan dengan metode lain, produk polietilen yang diperoleh melalui ikatan silang silan memiliki keunggulan sebagai berikut:
(1) Investasi peralatan lebih sedikit, efisiensi produksi tinggi, dan biaya rendah.
(2) Proses ini sangat serbaguna, cocok untuk polietilen dengan kepadatan semua, dan juga cocok untuk sebagian besar polietilen dengan bahan pengisi.
(3) Tidak dibatasi oleh ketebalan.
(4) Jumlah peroksidanya kecil (hanya 10% jika peroksida berikatan silang saja), sehingga lebih sedikit mikropori yang dihasilkan pada lapisan insulasi polietilen, sehingga kondusif untuk mempertahankan insulasi polietilen yang tinggi.
Aplikasi utama
Karena sifatnya yang sangat baik, polietilen ikatan silang digunakan sebagai bahan insulasi tegangan tinggi, frekuensi tinggi, tahan panas serta pelapis kawat dan kabel yang dibutuhkan oleh roket, rudal, motor, transformator, dll. Pembuatan tabung yang dapat menyusutkan panas, film yang dapat menyusut panas, berbagai pipa tahan panas, plastik busa, pelapis peralatan kimia tahan korosi, komponen dan wadah, pembuatan bahan bangunan tahan api, dll. Saat ini, area penggunaan terbesar terutama adalah kawat dan kabel, pipa, dan busa.
1. Bahan kabel polietilen ikatan silang
Ketahanan panas kabel dengan polietilen ikatan silang sebagai insulasi lebih tinggi dibandingkan polivinil klorida, dapat digunakan dalam waktu lama pada suhu 90 derajat, dan suhu tahan panas pada korsleting dapat mencapai hingga 250 derajat; Resistansi insulasi tinggi, tangen rugi-rugi dielektrik kecil, dan pada dasarnya tidak berubah seiring perubahan suhu; Ini memiliki ketahanan aus yang baik dan retak akibat tekanan lingkungan. Setelah polietilen ikatan silang dibakar oleh kabel, karbon dioksida dan air dihasilkan, sedangkan kabel PVC menghasilkan gas hidrogen klorida yang berbahaya saat terbakar; Selain itu, kepadatan polietilen ikatan silang sekitar 40% lebih kecil dibandingkan dengan PVC, sehingga dapat mengurangi kualitas saluran udara secara signifikan.
2. Pipa polietilen ikatan silang
Pipa yang diproduksi dari polietilen ikatan silang memiliki keunggulan kekuatan mulur yang tinggi, ketahanan terhadap korosi, ringan, dan ketahanan panas yang baik. Pipa komposit aluminium-plastik yang menggunakan polietilen ikatan silang memiliki kedap udara yang kuat dan ketahanan terhadap tegangan pecah yang tinggi. Ini memiliki efek antistatik dan pelindung.
Dibandingkan dengan pipa PVC dan pipa polietilen biasa, pipa polietilen ikatan silang tidak mengandung bahan pemlastis, tidak akan berjamur dan membiakkan bakteri; Tidak mengandung bahan berbahaya, memenuhi standar FDA, dan dapat digunakan pada pipa air minum; Ketahanan panas yang baik, ketahanan panas pipa polivinil klorida dan polietilen biasa adalah 60-75 derajat, sedangkan pipa polietilen ikatan silang adalah 90 derajat, suhu sesaat maksimum dapat mencapai 185 derajat, dapat menahan suhu rendah -75 derajat; Kisaran suhu pengoperasian yang luas, dapat digunakan dalam waktu lama dalam kondisi -75-95 derajat, dan masa pakai hingga 50 tahun. Tautan silang tinggi, kepadatan tinggi, ketahanan tekanan yang baik; Ketahanan terhadap korosi kimia sangat baik, dan ketahanan retak terhadap tegangan lingkungan sangat baik, bahkan pada suhu yang lebih tinggi, dapat digunakan untuk mengangkut berbagai bahan kimia dan material tegangan dengan pipa yang dipercepat, pipa polietilen ikatan silang ringan, hanya sekitar 1 /8 dari pipa logam; Ketahanan korosi yang baik dan ketahanan aus. Tingkat keausannya kurang dari 1/4 pipa baja, dan masa pakainya 2-6 kali lipat dari pipa baja; Dinding bagian dalam halus, hambatan aliran fluida kecil, dan pada diameter pipa yang sama, aliran pengangkutan lebih besar daripada pipa logam, dan kebisingannya jauh lebih rendah; Performa transmisinya bagus, dan jumlah cairan transmisi meningkat sebesar 30%-40% dibandingkan dengan pipa baja; Konduktivitas termalnya jauh lebih rendah dibandingkan pipa logam, sehingga kinerja insulasi termalnya sangat baik. Ketika digunakan dalam sistem pemanas, pelestarian panas tidak diperlukan, dan kehilangan panas kecil; Dapat ditekuk secara sewenang-wenang dan tidak akan rapuh atau retak; Kinerja insulasi listrik yang sangat baik, pemasangan mudah, dan beban kerja pemasangan kurang dari setengah pipa logam, biaya pemasangan rendah.
Karena kinerja material yang sangat baik dari pipa polietilen ikatan silang. Dengan kebersihan yang benar-benar tidak beracun, pipa ini dianggap sebagai pipa hijau generasi baru, terutama digunakan dalam aspek berikut:
(1) Sistem penyediaan air dingin dan panas serta sistem pipa air minum untuk bangunan;
(2) Sistem air dingin untuk pendingin ruangan gedung;
(3) Sistem pemanas perumahan;
(4) Sistem pemanas tanah;
(5) Perpipaan sistem pemanas air domestik;
(6) Jalur pipa pengangkutan minuman, alkohol, susu, dan cairan lainnya dalam industri makanan;
(7) Jaringan pipa pengangkut fluida industri kimia dan minyak bumi;
(8) Sistem pendingin dan pipa sistem pengolahan air.
(5) Ketahanan penuaan yang baik dan umur pemakaian yang panjang.
