Công nghệ liên kết ngang polyetylen (PE) là một trong những phương tiện quan trọng để cải thiện tính chất vật liệu của nó. PE được sửa đổi liên kết ngang có thể cải thiện đáng kể các đặc tính của nó, không chỉ cải thiện đáng kể các tính chất toàn diện của PE như tính chất cơ học, khả năng chống nứt do ứng suất môi trường, khả năng chống ăn mòn hóa học, khả năng chống rão và tính chất điện mà còn cải thiện đáng kể khả năng chịu nhiệt độ mức độ, có thể làm tăng nhiệt độ chịu nhiệt của PE từ 70 độ lên hơn 100 độ, do đó mở rộng đáng kể lĩnh vực ứng dụng của PE.
Vật liệu cách nhiệt polyetylen liên kết ngang là polyetylen dưới tác dụng của các tia năng lượng cao (như tia, tia, tia điện tử, v.v.) hoặc các tác nhân liên kết ngang để liên kết ngang giữa các đại phân tử có thể cải thiện khả năng chịu nhiệt và các tính chất khác của nó. Nhiệt độ làm việc lâu dài của cáp sử dụng polyetylen liên kết ngang làm vật liệu cách nhiệt có thể tăng lên 90 độ và nhiệt độ ngắn mạch tức thời có thể chịu được có thể đạt tới 170-250 độ.
Tom lược
Polyethylene (PE) là một trong năm loại nhựa tổng hợp, được sản xuất và tiêu thụ đứng đầu trong số các loại nhựa tổng hợp khác nhau, trong công nghiệp, nông nghiệp và được sử dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày. Tuy nhiên, khả năng chịu nhiệt độ cao của polyetylen kém. Tính chất cơ học và khả năng kháng hóa chất đôi khi không đáp ứng được yêu cầu sử dụng thực tế. Do đó, việc sửa đổi polyetylen luôn là chìa khóa cho sự phát triển và ứng dụng của các sản phẩm polyetylen và công nghệ liên kết ngang polyetylen là một công nghệ quan trọng để cải thiện tính chất vật liệu của nó. Polyetylen biến tính liên kết ngang có thể cải thiện đáng kể các đặc tính của nó, không chỉ cải thiện đáng kể các tính chất toàn diện của polyetylen như tính chất cơ học, khả năng chống nứt ứng suất môi trường, chống ăn mòn hóa học, khả năng chống rão và tính chất điện. Hơn nữa, mức độ chịu nhiệt được cải thiện rất nhiều và nhiệt độ chịu nhiệt của polyetylen có thể tăng từ 70 độ lên hơn 100 độ. Kết quả là phạm vi ứng dụng của polyetylen đã được mở rộng rất nhiều.
Hiện nay, polyetylen liên kết ngang (XLPE) đã được sử dụng rộng rãi trong đường ống, màng, vật liệu cáp và các sản phẩm xốp.
Hiệu suất và lợi ích
Các phân tử polyetylen bao gồm các chuỗi phân tử tuyến tính. Khi nhiệt độ tăng, lực liên kết giữa các chuỗi phân tử tuyến tính (lực van der Waals) bị suy yếu, khiến toàn bộ vật liệu phân tử bị biến dạng, do đó khả năng chịu nhiệt độ của polyetylen kém. Polyethylene liên kết ngang (XLPE) Một cầu nối chuỗi hóa học được dựng lên giữa các phân tử để các phân tử không thể dịch chuyển, khắc phục tình trạng thiếu hụt polyethylene. So sánh hiệu suất của polyetylen liên kết ngang và polyetylen thông thường được thể hiện trong Bảng 1.
Polyetylen liên kết ngang có những ưu điểm sau:
1. Khả năng chịu nhiệt: XLPE với cấu trúc dạng lưới ba chiều có khả năng chịu nhiệt tuyệt vời. Nó sẽ không bị phân hủy và cacbon hóa dưới 200 độ, nhiệt độ làm việc lâu dài có thể đạt tới 90 độ và tuổi thọ nhiệt có thể đạt tới 40 năm.
2. Hiệu suất cách nhiệt: XLPE duy trì các đặc tính cách nhiệt tốt ban đầu của PE và khả năng cách điện được tăng thêm. Tiếp tuyến tổn thất điện môi của nó rất nhỏ và không bị ảnh hưởng nhiều bởi nhiệt độ.
3. Tính chất cơ học: Do hình thành các liên kết hóa học mới giữa các đại phân tử nên độ cứng, độ cứng, khả năng chống mài mòn, chống va đập của XLPE được cải thiện, bù đắp cho những khuyết điểm của PE là dễ bị ứng suất và nứt do môi trường.
4. Kháng hóa chất: XLPE có khả năng kháng axit, kiềm và dầu mạnh, sản phẩm đốt cháy của nó chủ yếu là nước và carbon dioxide, ít gây hại cho môi trường và đáp ứng các yêu cầu về an toàn cháy nổ hiện đại.
Nguyên tắc liên kết ngang
Polyethylene ([CH2-CH2]n, số đơn vị lặp lại) là một hợp chất polymer chứa hai nguyên tố hydrocarbon và hydrogens, với các chuỗi cao phân tử có cấu trúc phân tử tuyến tính hoặc phân nhánh, dạng rắn ở nhiệt độ phòng và pha tinh thể và pha vô định hình cùng tồn tại ở dạng rắn polyetylen. Trọng lượng phân tử tương đối của polyetylen là từ 6,30 đến<>,<>.
Polyethylene có đặc tính cách điện tuyệt vời, nhưng khả năng chịu nhiệt kém ảnh hưởng đến việc sử dụng nguyên liệu thô để cách điện cáp. Do sự tương tác giữa các phân tử yếu ở vùng vô định hình, nhiệt độ nóng chảy của hầu hết polyetylen là khoảng 140 độ và độ bền cơ học của nó giảm đáng kể khi đạt đến điểm nóng chảy của polyetylen và khả năng chống nứt cũng suy giảm.
Khi các chuỗi đại phân tử tuyến tính được xử lý về mặt hóa học hoặc vật lý, quá trình nối dưới dạng liên kết ngang được gọi là liên kết ngang hoặc "lưu hóa". Polyetylen liên kết ngang có các đặc tính của loại lưới và cấu trúc thân, khả năng chịu nhiệt của nó sẽ được tăng cường khi tăng liên kết ngang và độ giãn dài nhiệt tương đối sẽ giảm theo. Do sự cải thiện đáng kể về tính chất cơ học và khả năng chịu nhiệt, nó đã trở thành vật liệu cách điện cáp điện được sử dụng rộng rãi.
Phương pháp liên kết ngang polyetylen bằng liên kết ngang để tạo thành polyetylen liên kết ngang được chia thành hai loại: phương pháp hóa học và phương pháp vật lý, và các phương pháp xử lý được thực hiện trong ngành chủ yếu bao gồm năm phương pháp sau: liên kết ngang chiếu xạ năng lượng cao, liên kết ngang silane, liên kết ngang peroxide , liên kết ngang tia cực tím và liên kết ngang muối. Trong số đó, phương pháp liên kết ngang peroxide (còn được gọi là liên kết ngang hóa học) là phương pháp liên kết ngang phù hợp để sản xuất cáp cấp trung và cao áp, nguyên lý của nó là một loạt các phản ứng gốc tự do được kích hoạt bởi sự phân hủy peroxide ở nhiệt độ cao. và sau đó PE được liên kết ngang. Peroxide bị phân hủy bởi nhiệt để tạo thành các gốc tự do và quá trình phản ứng liên kết ngang như sau:
Phương pháp liên kết chéo
Có hai loại phương pháp liên kết ngang đối với polyetylen: liên kết ngang vật lý (liên kết ngang bức xạ) và liên kết ngang hóa học. Liên kết ngang hóa học được chia thành liên kết ngang silane và liên kết ngang peroxide.
Liên kết chéo vật lý
Liên kết ngang bức xạ: các sản phẩm polyetylen, chẳng hạn như vỏ bọc polyetylen, màng, ống có thành mỏng và các sản phẩm khác được phủ trên dây, được liên kết ngang với tia - và tia năng lượng cao (làm cho các đại phân tử polyetylen tạo ra các gốc tự do và hình thành chuỗi liên kết ngang CC) . Mức độ liên kết ngang bị ảnh hưởng bởi liều bức xạ và nhiệt độ, và điểm liên kết ngang tăng lên khi tăng liều bức xạ, do đó bằng cách kiểm soát các điều kiện bức xạ, có thể thu được các sản phẩm polyetylen liên kết ngang với mức độ liên kết ngang nhất định.
Polyetylen liên kết ngang được sản xuất bằng phương pháp liên kết ngang bức xạ có những ưu điểm sau: liên kết ngang và ép đùn được thực hiện riêng biệt, chất lượng sản phẩm dễ kiểm soát, hiệu quả sản xuất cao và tỷ lệ phế liệu thấp; Không cần thêm chất khởi tạo gốc tự do nào (chẳng hạn như peroxit, v.v.) trong quá trình liên kết ngang, giúp duy trì độ sạch của vật liệu và cải thiện tính chất điện của vật liệu; Nó đặc biệt thích hợp cho các loại cáp cách điện có tiết diện nhỏ, thành mỏng, khó sản xuất bằng liên kết ngang hóa học. Tuy nhiên, liên kết ngang bức xạ cũng có một số nhược điểm như cần tăng điện áp gia tốc của chùm tia điện tử khi liên kết ngang các vật liệu dày; Để liên kết ngang các vật thể tròn như dây dẫn, cáp điện, cần phải quay chúng hoặc sử dụng nhiều chùm tia điện tử để tạo ra sự đồng nhất về bức xạ; Chi phí đầu tư một lần là đáng kể; Công nghệ vận hành và bảo trì phức tạp, vấn đề bảo vệ an toàn trong vận hành cũng tương đối khắc nghiệt.
Liên kết ngang hóa học
Liên kết ngang hóa học là việc sử dụng các tác nhân liên kết ngang hóa học để liên kết ngang các polyme, thay đổi từ cấu trúc tuyến tính sang cấu trúc mạng.
Việc lựa chọn tác nhân liên kết ngang phải tùy thuộc vào loại polymer, công nghệ xử lý và tính năng của sản phẩm, tác nhân liên kết ngang lý tưởng ngoài việc đáp ứng một số yêu cầu cụ thể còn phải có các yêu cầu cơ bản sau: tốc độ liên kết ngang cao, cấu trúc liên kết ngang ổn định; an toàn xử lý lớn, dễ sử dụng, thời gian hiệu lực vừa phải sau khi thêm nhựa, không có nhược điểm liên kết ngang sớm hoặc quá muộn; không ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý và hiệu suất sử dụng của sản phẩm; không độc hại, không gây ô nhiễm, không gây kích ứng da và mắt.
Trong liên kết ngang hóa học, có liên kết ngang peroxide, liên kết ngang silane và liên kết ngang azo:
(1) Tác nhân liên kết ngang và liên kết ngang Peroxide Liên kết ngang Peroxide, thường sử dụng peroxide hữu cơ làm tác nhân liên kết ngang, dưới tác dụng của nhiệt, phân hủy để tạo ra các gốc tự do hoạt động, làm cho chuỗi carbon polymer tạo ra các điểm hoạt động và tạo ra liên kết ngang carbon-carbon để tạo thành một cấu trúc mạng. Công nghệ này yêu cầu thiết bị ép đùn áp suất cao để phản ứng liên kết ngang được thực hiện trong thùng, sau đó sản phẩm được gia nhiệt bằng phương pháp gia nhiệt nhanh, tạo ra sản phẩm liên kết ngang. Do đó, việc sử dụng phương pháp liên kết ngang peroxide để sản xuất ống polyetylen không dễ kiểm soát, chất lượng sản phẩm không ổn định và hoạt động liên tục khó khăn hơn.
(2) Liên kết ngang Azo
Phương pháp này là trộn hợp chất azo vào PE và đùn ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ phân hủy hợp chất azo, và quá trình đùn bị phân hủy bằng cách tắm muối ở nhiệt độ cao và hợp chất azo bị phân hủy để tạo thành các gốc tự do, bắt đầu liên kết ngang polyetylen. Nó thường được sử dụng cho vật liệu kẹo cao su cây bách có nhiệt độ nóng chảy thấp và có ít ứng dụng thực tế cho nhựa.
(3) Tác nhân liên kết ngang và liên kết ngang silane
Vào những năm sáu mươi của thế kỷ XX, công nghệ liên kết ngang silane đã được phát triển thành công. Công nghệ này sử dụng các vinyl silan chứa liên kết đôi để phản ứng với các polyme nóng chảy dưới tác dụng của chất xúc tác để tạo thành các polyme ghép silan, được thủy phân trong nước với sự có mặt của chất xúc tác ngưng tụ silanol để tạo thành cấu trúc liên kết ngang chuỗi oxan nối mạng. Công nghệ liên kết ngang Silane đã thúc đẩy đáng kể việc sản xuất và ứng dụng polyetylen liên kết ngang do thiết bị đơn giản, quy trình dễ kiểm soát, ít đầu tư, mức độ liên kết ngang của thành phẩm cao và chất lượng tốt. Ngoài polyetylen và silan, chất xúc tác, chất khởi đầu, chất chống oxy hóa, v.v. cũng được sử dụng trong liên kết ngang.
So với các phương pháp khác, các sản phẩm polyetylen thu được bằng liên kết ngang silane có những ưu điểm sau:
(1) Đầu tư thiết bị ít hơn, hiệu quả sản xuất cao và chi phí thấp.
(2) Quy trình này rất linh hoạt, phù hợp với polyetylen mật độ cao và cũng phù hợp với hầu hết polyetylen có chất độn.
(3) Không bị giới hạn bởi độ dày.
(4) Lượng peroxide nhỏ (chỉ 10% khi chỉ liên kết ngang với peroxide), do đó tạo ra ít lỗ micro hơn trong lớp cách nhiệt polyetylen, điều này có lợi cho việc duy trì khả năng cách nhiệt cao của polyetylen.
Ứng dụng chính
Do đặc tính tuyệt vời của nó, polyetylen liên kết ngang được sử dụng làm vật liệu cách điện cao áp, tần số cao, chịu nhiệt và vỏ bọc dây và cáp được yêu cầu bởi tên lửa, tên lửa, động cơ, máy biến áp, v.v. màng co nhiệt, các loại ống chịu nhiệt, nhựa xốp, lớp lót thiết bị hóa chất chống ăn mòn, linh kiện và thùng chứa, sản xuất vật liệu xây dựng chống cháy, v.v. Hiện nay, lĩnh vực sử dụng lớn nhất chủ yếu là dây và cáp, ống, và bọt.
1. Vật liệu cáp polyetylen liên kết ngang
Khả năng chịu nhiệt của cáp có polyetylen liên kết ngang làm vật liệu cách nhiệt cao hơn polyvinyl clorua, nó có thể được sử dụng trong thời gian dài ở 90 độ và nhiệt độ chịu nhiệt khi đoản mạch có thể lên tới 250 độ; Điện trở cách điện cao, tiếp tuyến tổn thất điện môi nhỏ và về cơ bản không thay đổi khi nhiệt độ thay đổi; Nó có khả năng chống mài mòn tốt và nứt do ứng suất môi trường. Khi dây cáp đốt cháy polyetylen liên kết ngang, carbon dioxide và nước được tạo ra, trong khi dây cáp PVC tạo ra khí độc hại hydro clorua khi đốt; Ngoài ra, mật độ của polyetylen liên kết ngang nhỏ hơn PVC khoảng 40%, điều này có thể làm giảm đáng kể chất lượng của đường dây trên không.
2. Ống polyetylen liên kết ngang
Ống được sản xuất bằng polyetylen liên kết ngang có ưu điểm là độ bền leo cao, chống ăn mòn, nhẹ và chịu nhiệt tốt. Ống composite nhôm-nhựa sử dụng polyetylen liên kết ngang có độ kín khí cao và khả năng chịu ứng suất nổ cao. Nó có tác dụng chống tĩnh điện và che chắn.
So với ống PVC và ống polyetylen thông thường, ống polyetylen liên kết ngang không chứa chất làm dẻo, không gây nấm mốc và sinh sản vi khuẩn; Không chứa các thành phần gây hại, đạt tiêu chuẩn FDA và có thể sử dụng trong đường ống dẫn nước uống; Khả năng chịu nhiệt tốt, khả năng chịu nhiệt của ống polyvinyl clorua và polyetylen thông thường là 60-75 độ, trong khi ống polyetylen liên kết ngang là 90 độ, nhiệt độ tức thời tối đa có thể đạt tới 185 độ, có thể chịu được nhiệt độ thấp -75 độ; Phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng, có thể sử dụng lâu dài trong điều kiện -75-95 độ và tuổi thọ lên tới 50 năm. Liên kết ngang cao, mật độ cao, chịu áp lực tốt; Khả năng chống ăn mòn hóa học rất tốt và khả năng chống nứt ứng suất môi trường là tuyệt vời, ngay cả ở nhiệt độ cao hơn, nó có thể được sử dụng để vận chuyển nhiều loại hóa chất và vật liệu chịu ứng suất bằng ống tăng tốc, ống polyetylen liên kết ngang có trọng lượng nhẹ, chỉ khoảng 1 /8 ống kim loại; Chống ăn mòn tốt và chống mài mòn. Tốc độ mài mòn nhỏ hơn 1/4 ống thép và tuổi thọ sử dụng gấp 2-6 lần so với ống thép; Thành trong nhẵn, khả năng cản dòng chất lỏng nhỏ, ở cùng một đường kính ống, lưu lượng truyền tải lớn hơn ống kim loại và độ ồn thấp hơn nhiều; Hiệu suất truyền tốt và lượng chất lỏng truyền tăng 30%{16}}% so với ống thép; Độ dẫn nhiệt thấp hơn nhiều so với ống kim loại nên hiệu suất cách nhiệt của nó rất tuyệt vời. Khi sử dụng trong hệ thống sưởi ấm, không cần bảo quản nhiệt và tổn thất nhiệt nhỏ; Nó có thể uốn cong tùy ý và sẽ không bị giòn và nứt; Hiệu suất cách điện tuyệt vời, lắp đặt dễ dàng và khối lượng công việc lắp đặt ít hơn một nửa ống kim loại, chi phí lắp đặt thấp.
Do hiệu suất vật liệu tuyệt vời của ống polyetylen liên kết ngang. Với khả năng vệ sinh hoàn toàn không độc hại, nó được coi là một thế hệ ống xanh mới, chủ yếu được sử dụng trong các khía cạnh sau:
(1) Hệ thống cấp nước nóng, lạnh và hệ thống đường ống dẫn nước uống cho các tòa nhà;
(2) Hệ thống nước lạnh điều hòa không khí tòa nhà;
(3) Hệ thống sưởi ấm dân dụng;
(4) Hệ thống sưởi ấm mặt đất;
(5) Đường ống của hệ thống máy nước nóng sinh hoạt;
(6) Đường ống vận chuyển đồ uống, rượu, sữa và các chất lỏng khác trong ngành thực phẩm;
(7) Đường ống vận chuyển chất lỏng công nghiệp hóa chất và dầu khí;
(8) Đường ống hệ thống lạnh và xử lý nước.
(5) Khả năng chống lão hóa tốt và tuổi thọ dài.
