Аңдатпа: Сым мен кабельге арналған силан көлденең байланыстырылған полиэтилен оқшаулағыш материалының көлденең байланыстыру принципі, жіктелуі, формуласы, процесі мен жабдықтары қысқаша сипатталған, сондай-ақ силан табиғи көлденең байланыстырылған полиэтилен оқшаулағыш материалының қолданылуы мен пайдаланылуындағы кейбір сипаттамалары, сондай-ақ материалдың көлденең байланыстыру жағдайына әсер ететін факторлар енгізілген.
Кілт сөздер: Силан көлденең байланысы; Табиғи көлденең байланыс; Полиэтилен; Оқшаулау; Сым және кабель
Силан көлденең байланыстырылған полиэтилен кабель материалы қазіргі уақытта сым және кабель өнеркәсібінде төмен вольтты қуат кабельдеріне арналған оқшаулағыш материал ретінде кеңінен қолданылады. Көлденең байланыстырылған сымдар мен кабельдерді өндіруде қолданылатын материал, сондай-ақ пероксидті көлденең байланыстыру және сәулелендіру көлденең байланыстыру өндірісінде қажетті өндірістік жабдықтармен салыстырғанда қарапайым, пайдалану оңай, төмен кешенді құны және басқа да артықшылықтары бар, оқшаулағышы бар төмен вольтты көлденең байланыстырылған кабельдер үшін жетекші материалға айналды.
1. Силан көлденең байланыстырылған кабель материалының көлденең байланыстыру принципі
Силанмен көлденең байланысқан полиэтиленді жасауда екі негізгі процесс бар: егу және көлденең байланыстыру. Егу процесінде полимер бос инициатордың және пиролиздің әсерінен үшіншілік көміртек атомындағы H-атомын бос радикалдарға айналдырады, олар винил силанның –CH = CH2 тобымен әрекеттесіп, триоксисилил эфир тобын қамтитын егу полимерін түзеді. Айқас байланыстыру процесінде егу полимері алдымен судың қатысуымен гидролизденіп, силанол түзеді, ал –OH көршілес Si-OH тобымен конденсацияланып, Si-O-Si байланысын түзеді, осылайша полимер макромолекулаларын айқас байланыстырады.
2. Силан көлденең байланыстырылған кабель материалы және оны өндіру әдісі
Сіз білетіндей, силанмен байланысқан кабельдер мен олардың кабельдерін өндірудің екі сатылы және бір сатылы әдістері бар. Екі сатылы әдіс пен бір сатылы әдістің айырмашылығы силанмен егу процесі қай жерде жүзеге асырылатындығында, екі сатылы әдіс үшін кабель материалын өндірушіде егу процесінде, бір сатылы әдіс үшін кабель өндірісі зауытында егу процесінде жатыр. Ең үлкен нарық үлесіне ие екі сатылы силанмен байланысқан полиэтилен оқшаулағыш материалы А және В деп аталатын материалдардан тұрады, А материалы силанмен егу полиэтилені, ал В материалы катализатордың негізгі партиясы болып табылады. Содан кейін оқшаулағыш өзек жылы суда немесе буда егу арқылы байланысады.
Екі сатылы силан көлденең байланысқан полиэтилен оқшаулағышының тағы бір түрі бар, мұнда А материалы басқаша жолмен өндіріледі, силан тармақталған тізбектері бар полиэтилен алу үшін синтез кезінде винил силанын полиэтиленге тікелей енгізу арқылы.
Бір сатылы әдістің екі түрі бар, дәстүрлі бір сатылы процесс - бұл формулаға сәйкес әртүрлі шикізаттарды арнайы дәлдікпен өлшеу жүйесінің қатынасында, кабель оқшаулағыш өзегін егу және экструзиялауды аяқтау үшін бір сатылы арнайы экструдерге салу. Бұл процесте түйіршіктеу қажет емес, кабель материалдары зауытының қатысуы қажет емес, кабель зауыты оны жалғыз өзі аяқтайды. Бұл бір сатылы силан көлденең байланыстырылған кабель өндірісі жабдықтары мен рецептура технологиясы негізінен шетелден импортталады және қымбат.
Бір сатылы силан көлденең байланысқан полиэтилен оқшаулағыш материалының тағы бір түрі кабель материалдарын өндірушілер шығарады, барлық шикізат формулаға сәйкес арнайы араластыру әдісімен оралады және сатылады, А және В материалдары жоқ, кабель зауыты кабель оқшаулағыш өзегін егу және экструзиялау кезінде бір кезеңді аяқтау үшін тікелей экструдерде болуы мүмкін. Бұл әдістің ерекшелігі - қымбат арнайы экструдерлердің қажеті жоқ, себебі силан егу процесін кәдімгі ПВХ экструдерінде аяқтауға болады, ал екі сатылы әдіс экструзия алдында А және В материалдарын араластыру қажеттілігін жояды.
3. Дәрілік заттың құрамы
Силан көлденең байланысқан полиэтилен кабель материалының құрамы әдетте негізгі материал шайырынан, инициатордан, силаннан, антиоксиданттан, полимерлену ингибиторынан, катализатордан және т.б. тұрады.
(1) Негіздік шайыр, әдетте, балқу индексі (MI) 2 болатын төмен тығыздықты полиэтилен (LDPE) шайыры болып табылады, бірақ жақында синтетикалық шайыр технологиясының және шығын қысымының дамуымен сызықтық төмен тығыздықты полиэтилен (LLDPE) де осы материал үшін негізгі шайыр ретінде пайдаланылды немесе ішінара пайдаланылды. Әртүрлі шайырлар көбінесе ішкі макромолекулалық құрылымындағы айырмашылықтарға байланысты егу мен көлденең байланыстыруға айтарлықтай әсер етеді, сондықтан формула әртүрлі өндірушілердің әртүрлі негізгі шайырларын немесе бірдей типті шайырларын пайдалану арқылы өзгертіледі.
(2) Әдетте қолданылатын инициатор - диизопропил пероксиді (DCP), ең бастысы - мәселенің мөлшерін түсіну, силан егуіне тым аз әсер ету жеткіліксіз; полиэтиленнің көлденең байланысына тым көп әсер ету оның сұйықтығын төмендетеді, экструзияланған оқшаулағыш өзектің беті кедір-бұдыр болады, жүйені қысу қиын. Қосылған инициатор мөлшері өте аз және сезімтал болғандықтан, оны біркелкі тарату маңызды, сондықтан ол әдетте силанмен бірге қосылады.
(3) Силан әдетте винилді қанықпаған силан ретінде қолданылады, оның ішінде винил триметоксисилан (A2171) және винил триэтоксисилан (A2151), A2171 гидролиз жылдамдығының жоғары болуына байланысты, сондықтан A2171-ді көбірек адамдар таңдайды. Сол сияқты, силан қосу мәселесі де бар, қазіргі кабель материалын өндірушілер шығындарды азайту үшін оның төменгі шегіне жетуге тырысуда, себебі силан импортталады, бағасы қымбатырақ.
(4) Антиоксидант полиэтилен өңдеудің тұрақтылығын және кабельдің қартаюға қарсылығын қамтамасыз ету үшін қолданылады, силан егу процесінде антиоксидант егу реакциясын тежеу рөлін атқарады, сондықтан егу процесінде антиоксидант қосқанда абай болу керек, қосылған мөлшерді таңдауға сәйкес келетін DCP мөлшерін ескеру қажет. Екі сатылы көлденең байланыстыру процесінде антиоксиданттың көп бөлігін катализатордың негізгі партиясына қосуға болады, бұл егу процесіне әсерін азайта алады. Бір сатылы көлденең байланыстыру процесінде антиоксидант бүкіл егу процесінде болады, сондықтан түр мен мөлшерді таңдау маңыздырақ. Жиі қолданылатын антиоксиданттар 1010, 168, 330 және т.б.
(5) Полимерлену ингибиторы кейбір егу және көлденең байланыстыру процестерінің жанама реакцияларын тежеу үшін қосылады, егу процесінде көлденең байланыстыруға қарсы агент қосу C2C көлденең байланыстың пайда болуын тиімді түрде азайта алады, осылайша өңдеу сұйықтығын жақсартады, сонымен қатар, дәл осындай жағдайларда егу қосылғаннан кейін полимерлену ингибиторына силан гидролизі егу материалының ұзақ мерзімді тұрақтылығын жақсарту үшін егу полиэтиленінің гидролизін азайта алады.
(6) Катализаторлар көбінесе органотин туындылары болып табылады (табиғи айқас байланыстыруды қоспағанда), ең көп таралғаны - дибутилтин дилаураты (DBDTL), ол әдетте мастер-батч түрінде қосылады. Екі сатылы процесте трансплантат (А материалы) және катализатордың негізгі партиясы (В материалы) бөлек оралады және А және В материалдары А материалының алдын ала айқас байланыстыруын болдырмау үшін экструдерге қосылмас бұрын араластырылады. Бір сатылы силан айқас байланыстырылған полиэтилен оқшаулағыштары жағдайында қаптамадағы полиэтилен әлі трансплантацияланбаған, сондықтан алдын ала айқас байланыстыру мәселесі жоқ, сондықтан катализаторды бөлек ораудың қажеті жоқ.
Сонымен қатар, нарықта силан, инициатор, антиоксидант, кейбір майлағыштар және мысқа қарсы агенттердің қоспасы болып табылатын және әдетте кабель зауыттарында бір сатылы силан көлденең байланыстыру әдістерінде қолданылатын құрама силандар бар.
Сондықтан, құрамы өте күрделі деп саналмайтын және тиісті ақпаратта қолжетімді силан көлденең байланысқан полиэтилен оқшаулағышының формуласы, бірақ тиісті өндірістік формулалар, қорытындылау үшін кейбір түзетулерге ұшырайды, бұл формуладағы компоненттердің рөлін және олардың өнімділікке және олардың өзара әсер ету заңын толық түсінуді талап етеді.
Кабель материалдарының көптеген түрлерінде силан көлденең байланыстырылған кабель материалы (екі сатылы немесе бір сатылы) экструзияда жүретін жалғыз химиялық процестер болып саналады, поливинилхлоридті (ПВХ) кабель материалы және полиэтилен (ПЭ) кабель материалы сияқты басқа түрлерінде экструзиялық түйіршіктеу процесі физикалық араластыру процесі болып табылады, тіпті химиялық көлденең байланыстыру және сәулелендіру кезінде де, экструзиялық түйіршіктеу процесінде немесе экструзиялық кабель жүйесінде болсын, ешқандай химиялық процесс жүрмейді, сондықтан силан көлденең байланыстырылған кабель материалын және кабель оқшаулағышын өндіруде процесті басқару маңыздырақ.
4. Силан көлденең байланысқан полиэтилен оқшаулағышын өндірудің екі сатылы процесі
Екі сатылы силан көлденең байланысқан полиэтилен оқшаулағыш материалын өндіру процесін 1-суретпен қысқаша көрсетуге болады.
1-сурет. Екі сатылы силан көлденең байланысқан полиэтилен оқшаулағыш материалын өндіру процесі A
Екі сатылы силан көлденең байланысқан полиэтилен оқшаулағышын өндіру процесіндегі кейбір негізгі мәселелер:
(1) Кептіру. Полиэтилен шайырының құрамында аз мөлшерде су болғандықтан, жоғары температурада экструзияланған кезде, су силил топтарымен тез әрекеттесіп, көлденең байланыс түзеді, бұл балқыманың сұйықтығын азайтады және алдын ала көлденең байланыс түзеді. Дайын материал сумен салқындағаннан кейін де суды қамтиды, егер ол жойылмаса, алдын ала көлденең байланыс тудыруы мүмкін және оны да кептіру керек. Кептіру сапасын қамтамасыз ету үшін терең кептіру қондырғысы қолданылады.
(2) Өлшеу. Материалдың құрамының дәлдігі маңызды болғандықтан, әдетте импортталған салмақ жоғалтуға арналған өлшеуіш таразы қолданылады. Полиэтилен шайыры мен антиоксидант өлшенеді және экструдердің беру порты арқылы беріледі, ал силан мен инициатор сұйық материал сорғысымен экструдердің екінші немесе үшінші цилиндріне енгізіледі.
(3) Экструзиялық егу. Силанды егу процесі экструдерде аяқталады. Экструдердің технологиялық параметрлері, соның ішінде температура, бұранда комбинациясы, бұранда жылдамдығы және беру жылдамдығы, экструдердің бірінші бөліміндегі материалды пероксидтің мерзімінен бұрын ыдырауы қажет болмаған кезде толығымен балқытып, біркелкі араластыруға болатындығы және экструдердің екінші бөліміндегі толығымен біркелкі материал толығымен ыдырап, егу процесі аяқталуы керек деген қағидаға сәйкес келуі керек. Экструдердің типтік бөлім температуралары (ТБП) 1-кестеде көрсетілген.
1-кесте. Екі сатылы экструдер аймақтарының температурасы
| Жұмыс аймағы | 1-аймақ | 2-аймақ | 3-аймақ ① | 4-аймақ | 5-аймақ |
| Температура P °C | 140 | 145 | 120 | 160 | 170 |
| Жұмыс аймағы | 6-аймақ | 7-аймақ | 8-аймақ | 9-аймақ | Ауыз қуысы |
| Температура °C | 180 | 190 | 195 | 205 | 195 |
①силан қосылатын жер.
Экструдер бұрандасының жылдамдығы экструдерде материалдың тұру уақытын және араластыру әсерін анықтайды, егер тұру уақыты қысқа болса, пероксидтің ыдырауы толық болмайды; егер тұру уақыты тым ұзақ болса, экструдерленген материалдың тұтқырлығы артады. Жалпы, экструдердегі түйіршіктің орташа тұру уақытын инициатордың ыдырау жартылай ыдырау кезеңінде 5-10 есе бақылау керек. Беру жылдамдығы материалдың тұру уақытына ғана емес, сонымен қатар материалды араластыру мен қырқуға да белгілі бір әсер етеді, сондықтан тиісті беру жылдамдығын таңдау да өте маңызды.
(4) Қаптама. Екі сатылы силан көлденең байланыстырылған оқшаулағыш материал ылғалды кетіру үшін алюминий-пластикалық композиттік пакеттерге тікелей ауада оралуы керек.
5. Силан көлденең байланыстырылған полиэтилен оқшаулағыш материалын өндірудің бір сатылы процесі
Бір сатылы силан көлденең байланыстырылған полиэтилен оқшаулағыш материалы егу процесіне байланысты кабель зауытында кабель оқшаулағыш өзегін экструзиялауда болады, сондықтан кабель оқшаулағышының экструзия температурасы екі сатылы әдіске қарағанда айтарлықтай жоғары. Бір сатылы силан көлденең байланыстырылған полиэтилен оқшаулағыш формуласы инициатор мен силанның тез дисперсиясында және материалды ығыстыруда толық қарастырылғанымен, егу процесі температурамен қамтамасыз етілуі керек, бұл бір сатылы силан көлденең байланыстырылған полиэтилен оқшаулағышын өндіру зауыты экструзия температурасын дұрыс таңдаудың маңыздылығын бірнеше рет атап өтті, жалпы ұсынылған экструзия температурасы 2-кестеде көрсетілген.
2-кесте. Әрбір аймақтың бір сатылы экструдер температурасы (бірлік: ℃)
| Аймақ | 1-аймақ | 2-аймақ | 3-аймақ | 4-аймақ | Фланец | Бас |
| Температура | 160 | 190 | 200～210 | 220～230 | 230 | 230 |
Бұл бір сатылы силан көлденең байланысқан полиэтилен процесінің кемшіліктерінің бірі, ол кабельдерді екі сатылы экструзиялау кезінде әдетте қажет емес.
6. Өндірістік жабдықтар
Өндіріс жабдықтары процесті басқарудың маңызды кепілі болып табылады. Силан көлденең байланысқан кабельдерді өндіру процесті басқарудың өте жоғары дәлдігін талап етеді, сондықтан өндіріс жабдықтарын таңдау ерекше маңызды.
Екі сатылы силан көлденең байланысқан полиэтилен оқшаулағыш материалын өндіру материал өндірісі жабдықтары, қазіргі уақытта импортталған салмақсыз өлшеуі бар отандық изотропты параллель қос бұрандалы экструдер, мұндай құрылғылар процесті басқару дәлдігі талаптарына сай келеді, материалдың тұру уақытын қамтамасыз ету үшін қос бұрандалы экструдердің ұзындығы мен диаметрін таңдау, ингредиенттердің дәлдігін қамтамасыз ету үшін импортталған салмақсыз өлшеуді таңдау. Әрине, жабдықтың көптеген бөлшектеріне толық назар аудару қажет.
Бұрын айтылғандай, кабель зауытындағы бір сатылы силан көлденең байланыстырылған кабель өндірісі жабдықтары импортталады, қымбат, отандық жабдық өндірушілерінде ұқсас өндірістік жабдықтар жоқ, себебі жабдық өндірушілері мен формула мен процесті зерттеушілер арасындағы ынтымақтастықтың болмауы.
7. Силан табиғи көлденең байланыстырылған полиэтилен оқшаулағыш материалы
Соңғы жылдары жасалған силан табиғи көлденең байланыстырылған полиэтилен оқшаулағыш материалын буға немесе жылы суға батырмай, бірнеше күн ішінде табиғи жағдайда көлденең байланыстыруға болады. Дәстүрлі силан көлденең байланыстыру әдісімен салыстырғанда, бұл материал кабель өндірушілері үшін өндіріс процесін азайтып, өндіріс шығындарын одан әрі азайтып, өндіріс тиімділігін арттыра алады. Силан табиғи көлденең байланыстырылған полиэтилен оқшаулағышы кабель өндірушілерімен барған сайын танымал және қолданылуда.
Соңғы жылдары отандық силан табиғи көлденең байланысқан полиэтилен оқшаулағышы жетіліп, көп мөлшерде өндірілді, импортталған материалдармен салыстырғанда баға жағынан белгілі бір артықшылықтарға ие болды.
7. 1 Силаннан жасалған табиғи көлденең байланысқан полиэтилен оқшаулағыштарын дайындау идеялары
Силан табиғи көлденең байланысқан полиэтилен оқшаулағыштары екі сатылы процесте өндіріледі, сол құрам негізгі шайырдан, инициатордан, силаннан, антиоксиданттан, полимерлену ингибиторынан және катализатордан тұрады. Силан табиғи көлденең байланысқан полиэтилен оқшаулағыштарының құрамы А материалының силан егу жылдамдығын арттыруға және силан жылы су көлденең байланысқан полиэтилен оқшаулағыштарына қарағанда тиімдірек катализаторды таңдауға негізделген. Силан егу жылдамдығы жоғары А материалдарын тиімдірек катализатормен біріктіріп пайдалану силан көлденең байланысқан полиэтилен оқшаулағышына төмен температурада және ылғал жеткіліксіз болған кезде де тез көлденең байланыс орнатуға мүмкіндік береді.
Импорттық силан табиғи көлденең байланысқан полиэтилен оқшаулағыштарына арналған А-материалдар сополимерлеу арқылы синтезделеді, мұнда силан мөлшерін жоғары деңгейде бақылауға болады, ал силанды егу арқылы жоғары егу жылдамдығы бар А-материалдарын алу қиын. Рецептте қолданылатын негізгі шайыр, инициатор және силан әртүрлілігі мен қосылуы тұрғысынан әртүрлі және реттелуі керек.
Резисті таңдау және оның мөлшерін реттеу де өте маңызды, себебі силанның егу жылдамдығының артуы сөзсіз CC көлденең байланыстыру реакцияларының көбеюіне әкеледі. Кейінгі кабель экструзиясы үшін А материалының өңдеу сұйықтығын және бетінің күйін жақсарту мақсатында CC көлденең байланыстыруын және алдын ала көлденең байланыстыруды тиімді түрде тежеу үшін полимерлену ингибиторының тиісті мөлшері қажет.
Сонымен қатар, катализаторлар көлденең байланыс жылдамдығын арттыруда маңызды рөл атқарады және өтпелі металсыз элементтерді қамтитын тиімді катализаторлар ретінде таңдалуы керек.
7.2 Силан табиғи түрде айқас байланысқан полиэтилен оқшаулағыштарының айқас байланыс уақыты
Силан табиғи көлденең байланыстырылған полиэтилен оқшаулағышын табиғи күйінде көлденең байланыстыруды аяқтау үшін қажетті уақыт оқшаулау қабатының температурасына, ылғалдылығына және қалыңдығына байланысты. Температура мен ылғалдылық неғұрлым жоғары болса, оқшаулау қабатының қалыңдығы соғұрлым жұқа болады, көлденең байланыстыру уақыты соғұрлым қысқа болады және керісінше ұзағырақ болады. Температура мен ылғалдылық аймақтан аймаққа және маусымнан маусымға өзгеретіндіктен, тіпті бір жерде және бір уақытта да, бүгін және ертең температура мен ылғалдылық әртүрлі болады. Сондықтан, материалды пайдалану кезінде пайдаланушы көлденең байланыстыру уақытын жергілікті және басым температура мен ылғалдылыққа, сондай-ақ кабельдің сипаттамасына және оқшаулау қабатының қалыңдығына сәйкес анықтауы керек.
Жарияланған уақыты: 2022 жылғы 13 тамыз