폴리에틸렌(PE) 가교 기술은 재료 특성을 향상시키는 중요한 수단 중 하나입니다. 가교된 변형 PE는 기계적 특성, 환경 응력 균열 저항성, 화학적 내식성, 크리프 저항성 및 전기적 특성과 같은 PE의 포괄적인 특성을 크게 향상시킬 뿐만 아니라 내온도성을 크게 향상시켜 특성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 이는 PE의 내열온도를 70도에서 100도 이상으로 높일 수 있어 PE의 응용분야를 크게 넓힐 수 있다.
가교 폴리에틸렌 절연체는 고에너지 광선(예: 광선, 광선, 전자선 등) 또는 가교제의 작용으로 고분자 간의 가교가 내열성 및 기타 특성을 향상시킬 수 있는 폴리에틸렌입니다. 가교폴리에틸렌을 절연체로 사용한 케이블의 장기간 사용온도는 90도까지 올릴 수 있고, 견딜 수 있는 순간단락온도는 170-250도까지 올릴 수 있다.
간략한 소개
폴리에틸렌(PE)은 5대 일반 플라스틱 중 하나로 각종 합성수지 중 공업용, 농업용으로 생산 및 소비량이 1위를 차지하고 있으며, 일상생활 전반에 널리 사용되고 있습니다. 그러나 폴리에틸렌의 고온 저항성은 좋지 않습니다. 기계적 특성과 내화학성은 실제 사용 요구 사항을 충족하지 못하는 경우도 있습니다. 따라서 폴리에틸렌의 개질은 항상 폴리에틸렌 제품의 개발 및 응용의 핵심이었으며, 폴리에틸렌 가교 기술은 재료 특성을 향상시키는 중요한 기술입니다. 가교 변성 폴리에틸렌은 그 특성을 크게 향상시킬 수 있으며 기계적 특성, 환경 응력 균열 저항성, 화학적 부식 저항성, 크리프 저항성 및 전기적 특성과 같은 폴리에틸렌의 포괄적인 특성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 또한, 내열성 수준이 크게 향상되어 폴리에틸렌의 내열 온도를 70도에서 100도 이상으로 높일 수 있습니다. 그 결과 폴리에틸렌의 적용 범위가 크게 넓어졌습니다.
현재 가교 폴리에틸렌(XLPE)은 파이프, 필름, 케이블 재료, 폼 제품 등에 널리 사용되고 있습니다.
성능 및 이점
폴리에틸렌 분자는 선형 분자 사슬로 구성됩니다. 온도가 증가하면 선형 분자 사슬 사이의 결합력(반데르발스 힘)이 약해져서 분자 물질 전체가 변형되어 폴리에틸렌의 내열성이 떨어집니다. 가교 폴리에틸렌(XLPE) 분자 사이에 화학적 사슬 다리가 세워져 분자가 이동할 수 없게 되어 폴리에틸렌의 결핍을 극복합니다. 가교 폴리에틸렌과 일반 폴리에틸렌의 성능 비교는 표 1에 나와 있습니다.
가교 폴리에틸렌에는 다음과 같은 장점이 있습니다.
1. 내열성 : 메시형 3차원 구조의 XLPE로 내열성이 우수합니다. 200도 이하에서는 분해 및 탄화되지 않으며 장기간 작동 온도는 90도에 도달할 수 있으며 열 수명은 40년에 도달할 수 있습니다.
2. 절연 성능: XLPE는 PE의 원래 우수한 절연 특성을 유지하고 절연 저항이 더욱 증가합니다. 유전손실 탄젠트는 매우 작으며 온도에 크게 영향을 받지 않습니다.
3. 기계적 성질: 거대분자 사이의 새로운 화학결합으로 인해 XLPE의 경도, 강성, 내마모성, 내충격성이 향상되어 환경적 스트레스와 균열에 취약한 PE의 단점을 보완합니다.
4. 내약품성: XLPE는 강한 산 및 알칼리 저항성과 내유성을 가지며 연소 생성물은 주로 물과 이산화탄소로 환경에 덜 해롭고 현대 화재 안전 요구 사항을 충족합니다.
가교 원리
폴리에틸렌([CH2-CH2]n, n-반복 단위 번호)은 선형 또는 분지형 분자 구조 거대 분자 사슬, 실온에서 고체 형태, 결정상 및 결정상을 갖는 탄화수소와 수소의 두 가지 요소를 포함하는 고분자 화합물입니다. 폴리에틸렌의 고체 형태로 비정질 상 공존 형태. 폴리에틸렌의 상대 분자량은 6,30과<>,<>.
폴리에틸렌은 전기 절연성이 우수하지만 내열성이 열악하여 케이블 절연 원료 사용에 영향을 미칩니다. 비정질 영역의 분자간 상호작용이 약해 대부분의 폴리에틸렌의 용융온도는 140도 정도이며, 폴리에틸렌의 용융점에 가까워지면 기계적 강도가 크게 감소하고 내균열성도 저하된다.
선형 거대분자 사슬이 화학적으로나 물리적으로 처리될 때 가교 결합 형태로 결합하는 과정을 가교 또는 "가황"이라고 합니다. 가교폴리에틸렌은 메쉬형 및 몸체구조의 특성을 가지며, 가교가 증가할수록 내열성이 향상되고 그에 따라 상대열신율은 감소하게 됩니다. 기계적 성질과 내열성이 크게 향상되어 전력 케이블 절연재로 널리 사용됩니다.
가교에 의해 폴리에틸렌을 가교시켜 가교 폴리에틸렌을 형성하는 방법은 화학적 방법과 물리적 방법의 두 가지 범주로 나뉘며 업계에서 실현되는 공정 방법은 주로 고에너지 조사 가교, 실란 가교, 과산화물 가교의 5가지를 포함합니다. , 자외선 가교 및 염 가교. 그 중 과산화물 가교법(화학적 가교라고도 함)은 중·고압급 케이블 생산에 적합한 가교법으로 그 원리는 과산화물의 고온 분해에 의해 촉발되는 일련의 자유 라디칼 반응이다. , 그리고 PE가 교차 연결됩니다. 과산화물은 열에 의해 분해되어 자유라디칼을 형성하며, 가교반응 과정은 다음과 같다.
가교 방법
폴리에틸렌의 가교 방법에는 물리적 가교(방사선 가교)와 화학적 가교의 두 가지 유형이 있습니다. 화학적 가교는 실란 가교와 과산화물 가교로 나누어진다.
물리적 가교
방사선 가교: 폴리에틸렌 외피, 필름, 얇은 튜브, 와이어에 코팅된 기타 제품과 같은 폴리에틸렌 제품을 -선 및 고에너지 선으로 가교합니다(폴리에틸렌 고분자가 자유 라디칼을 생성하고 CC 가교 사슬을 형성함). . 가교도는 방사선량과 온도에 영향을 받으며, 방사선량이 증가할수록 가교점도 높아지므로 방사선 조건을 조절함으로써 일정 정도의 가교도를 갖는 가교폴리에틸렌 제품을 얻을 수 있다.
방사선 가교 방법으로 생산된 가교 폴리에틸렌은 다음과 같은 장점이 있습니다. 가교와 압출이 별도로 수행되고 제품 품질 관리가 용이하며 생산 효율성이 높고 폐기율이 낮습니다. 가교 공정 중에 추가적인 자유 라디칼 개시제(예: 과산화물 등)가 필요하지 않아 재료의 청결도가 유지되고 재료의 전기적 특성이 향상됩니다. 특히 화학적 가교로 생산하기 어려운 작은 단면의 얇은 절연 케이블에 적합합니다. 그러나 방사선 가교에는 두꺼운 물질을 가교할 때 전자빔의 가속 전압을 증가시켜야 하는 등 몇 가지 단점도 있습니다. 전선, 케이블 등 둥근 물체를 가교하려면 회전시키거나 여러 개의 전자빔을 사용하여 조사를 균일하게 만들어야 합니다. 일회성 투자 비용이 상당합니다. 운영 및 유지 관리 기술이 복잡하고 운영 중 안전 보호 문제도 상대적으로 가혹합니다.
화학적 가교
화학적 가교는 선형 구조에서 네트워크 구조로 변화하는 폴리머를 가교하기 위해 화학적 가교제를 사용하는 것입니다.
가교제의 선택은 폴리머 다양성, 가공 기술 및 제품 성능에 따라 달라져야 하며, 이상적인 가교제는 일부 특정 요구 사항을 충족하는 것 외에도 다음과 같은 기본 요구 사항도 갖춰야 합니다: 높은 가교 속도, 안정적인 가교 구조; 가공 안전성이 크고, 사용하기 쉽고, 수지 첨가 후 유효 기간이 적당하며, 조기 또는 너무 늦은 가교 단점이 없습니다. 제품의 처리 성능 및 사용 성능에 영향을 미치지 않습니다. 무독성, 무공해로 피부와 눈에 자극을 주지 않습니다.
화학적 가교에는 과산화물 가교, 실란 가교, 아조 가교가 있습니다.
(1) 과산화물 가교 및 가교제과산화물 가교는 일반적으로 유기 과산화물을 가교제로 사용하며 열의 작용하에 분해되어 활성 자유 라디칼을 생성하며, 이는 고분자 탄소 사슬이 활성점을 생성하고 탄소-탄소 가교를 생성하여 네트워크 구조. 이 기술은 배럴 내에서 가교 반응이 진행된 후, 급속 가열 방식으로 제품을 가열하여 가교된 제품을 만들기 위해 고압의 압출 장비가 필요합니다. 따라서 과산화물 가교 방법을 사용하여 폴리에틸렌 파이프를 생산하는 것은 제어하기 어렵고 제품 품질이 불안정하며 지속적인 작업이 더 어렵습니다.
(2) 아조 가교
방법은 아조 화합물을 PE에 혼합하여 아조 화합물 분해보다 낮은 온도에서 압출하고 압출물을 고온 염욕으로 분해하여 아조 화합물이 분해되어 자유 라디칼을 형성하여 폴리에틸렌 가교가 시작되는 방법입니다. 일반적으로 녹는점이 낮은 사이프러스 검 재료에 사용되며 플라스틱에는 실제 적용 사례가 거의 없습니다.
(3) 실란 가교제 및 가교제
20세기 60년대에는 실란 가교 기술이 성공적으로 개발되었습니다. 이 기술은 이중 결합을 포함하는 비닐 실란을 사용하여 개시제의 작용으로 용융된 폴리머와 반응하여 실란 그래프트 폴리머를 형성합니다. 이 폴리머는 실라놀 축합 촉매가 있는 상태에서 물에서 가수분해되어 네트워크로 연결된 옥산 사슬 가교 구조를 형성합니다. 실란 가교 기술은 장비가 간단하고 공정 제어가 용이하며 투자가 적고 완제품의 가교도가 높으며 품질이 우수하여 가교 폴리에틸렌의 생산 및 응용을 크게 촉진했습니다. 가교에는 폴리에틸렌, 실란 외에 촉매, 개시제, 산화방지제 등도 사용됩니다.
다른 방법과 비교하여 실란 가교를 통해 얻은 폴리에틸렌 제품은 다음과 같은 장점이 있습니다.
(1) 장비 투자가 적고 생산 효율이 높으며 비용이 저렴합니다.
(2) 이 공정은 매우 다양하며 전밀도 폴리에틸렌에 적합하며 필러가 있는 대부분의 폴리에틸렌에도 적합합니다.
(3) 두께에 제한이 없습니다.
(4) 과산화물의 양이 적으므로(과산화물 단독으로 가교할 경우 10%에 불과) 폴리에틸렌 절연층에 미세기공이 적게 생성되어 폴리에틸렌의 높은 절연성을 유지하는데 도움이 된다.
주요 용도
가교폴리에틸렌은 우수한 특성으로 인해 로켓, 미사일, 모터, 변압기 등에 필요한 고전압, 고주파, 내열 절연재 및 전선 및 케이블 피복재로 사용됩니다. 열수축 튜브 제조, 열수축 필름, 각종 내열 파이프, 발포 플라스틱, 내식성 화학 장비 라이닝, 부품 및 용기, 난연성 건축 자재 제조 등 현재 가장 많이 사용되는 분야는 주로 전선 및 케이블, 파이프, 그리고 거품.
1. 가교 폴리에틸렌 케이블 재질
가교 폴리에틸렌을 절연재로 사용한 케이블의 내열성은 폴리 염화 비닐보다 높으며 90도에서 오랫동안 사용할 수 있으며 단락 내열 온도는 최대 250도에 도달할 수 있습니다. 절연 저항이 높고 유전 손실 탄젠트가 작으며 기본적으로 온도 변화에 따라 변하지 않습니다. 내마모성과 환경 응력 균열이 우수합니다. 가교 폴리에틸렌을 케이블로 연소하면 이산화탄소와 물이 생성되는 반면 PVC 케이블은 연소 시 염화수소 유해 가스를 생성합니다. 또한, 가교폴리에틸렌의 밀도는 PVC에 비해 약 40% 정도 작아 가공선의 품질을 크게 저하시킬 수 있습니다.
2. 가교 폴리에틸렌 파이프
가교 폴리에틸렌으로 생산된 파이프는 높은 크리프 강도, 내식성, 경량 및 우수한 내열성 등의 장점을 가지고 있습니다. 가교 폴리에틸렌을 사용한 알루미늄-플라스틱 복합 파이프는 기밀성이 강하고 파열 응력 저항이 높습니다. 정전기 방지 및 차폐 효과가 있습니다.
PVC 파이프 및 일반 폴리에틸렌 파이프와 비교하여 가교 폴리에틸렌 파이프에는 가소제가 포함되어 있지 않으며 곰팡이가 발생하지 않으며 박테리아가 번식하지 않습니다. 유해한 성분을 포함하지 않고 FDA 표준을 충족하며 식수관에 사용할 수 있습니다. 내열성이 우수하고 일반 폴리염화비닐 및 폴리에틸렌 파이프 내열성은 60-75도이고 가교 폴리에틸렌 파이프는 90도이며 최대 순간 온도는 185도에 도달할 수 있으며 -75도의 저온을 견딜 수 있습니다. 작동 온도 범위가 넓고 -75-95도 조건에서 오랫동안 사용할 수 있으며 서비스 수명은 최대 50년입니다. 높은 가교결합, 고밀도, 우수한 내압성; 화학적 내식성이 매우 우수하고 환경 응력 균열 저항성이 우수하며 고온에서도 다양한 화학 물질 및 응력 물질을 가속 파이프로 운반하는 데 사용할 수 있으며 가교 폴리에틸렌 파이프는 무게가 약 1에 불과합니다. /8 금속 파이프; 내식성 및 내마모성이 우수합니다. 마모율은 강관의 1/4 미만이고 수명은 강관의 2-6배입니다. 내벽은 매끄럽고 유체 흐름 저항은 작으며 동일한 파이프 직경에서 운반 흐름은 금속 파이프보다 크고 소음이 훨씬 낮습니다. 전송 성능이 좋고 액체의 전송량이 강관에 비해 30%-40% 증가합니다. 금속관에 비해 열전도율이 훨씬 낮아 단열 성능이 뛰어납니다. 난방 시스템에 사용하면 보온이 필요하지 않으며 열 손실이 적습니다. 임의로 구부릴 수 있으며 부서지기 쉽고 깨지지 않습니다. 전기절연성능이 우수하고 설치가 용이하며 설치공량이 금속관의 절반 이하로 설치비용이 저렴합니다.
가교 폴리에틸렌 파이프의 우수한 재료 성능으로 인해. 완전히 무독성 위생으로 인해 주로 다음과 같은 측면에서 사용되는 차세대 녹색 파이프로 간주되었습니다.
(1) 건물용 냉수 및 온수 공급 시스템과 파이프라인 식수 시스템;
(2) 건물 에어컨용 냉수 시스템;
(3) 주거용 난방 시스템;
(4) 지상 난방 시스템;
(5) 가정용 온수기 시스템의 배관;
(6) 식품 산업의 음료, 알코올, 우유 및 기타 액체의 운송 파이프라인;
(7) 화학 및 석유 산업 유체 운송 파이프라인;
(8) 냉동 시스템 및 수처리 시스템 파이프라인.
(5) 내노화성이 좋고 수명이 길다.
