Abstrak: Prinsip ikatan silang, klasifikasi, formulasi, proses dan peralatan bahan isolasi polietilena ikatan silang silana untuk kawat dan kabel dijelaskan secara singkat, dan beberapa karakteristik bahan isolasi polietilena ikatan silang alami silana dalam aplikasi dan penggunaan serta faktor-faktor yang mempengaruhi kondisi ikatan silang bahan tersebut diperkenalkan.
Kata kunci: Ikatan silang silana; Ikatan silang alami; Polietilen; Isolasi; Kawat dan kabel
Material kabel polietilena ikatan silang silana kini banyak digunakan dalam industri kawat dan kabel sebagai material isolasi untuk kabel listrik tegangan rendah. Material ini digunakan dalam pembuatan kawat dan kabel ikatan silang, serta proses ikatan silang peroksida dan ikatan silang iradiasi. Dibandingkan dengan peralatan manufaktur yang dibutuhkan, material ini sederhana, mudah dioperasikan, berbiaya rendah, dan memiliki keunggulan lainnya, sehingga menjadikannya material unggulan untuk kabel ikatan silang tegangan rendah berinsulasi.
1. Prinsip ikatan silang bahan kabel ikatan silang silana
Terdapat dua proses utama yang terlibat dalam pembuatan polietilena ikatan silang silana: pencangkokan dan ikatan silang. Dalam proses pencangkokan, polimer kehilangan atom H pada atom karbon tersier akibat aksi inisiator bebas dan pirolisis menjadi radikal bebas, yang bereaksi dengan gugus –CH = CH2 vinil silana untuk menghasilkan polimer cangkok yang mengandung gugus ester trioksisilil. Dalam proses ikatan silang, polimer cangkok pertama-tama dihidrolisis dengan adanya air untuk menghasilkan silanol, dan gugus –OH berkondensasi dengan gugus Si-OH yang berdekatan untuk membentuk ikatan Si-O-Si, sehingga membentuk ikatan silang makromolekul polimer.
2.Bahan kabel ikatan silang silana dan metode produksi kabelnya
Seperti yang Anda ketahui, terdapat metode produksi dua langkah dan satu langkah untuk kabel ikatan silang silana dan kabelnya. Perbedaan antara metode dua langkah dan metode satu langkah terletak pada lokasi proses pencangkokan silana, yaitu proses pencangkokan di pabrik pembuat material kabel untuk metode dua langkah, dan proses pencangkokan di pabrik pembuat kabel untuk metode satu langkah. Material isolasi polietilena ikatan silang silana dua langkah dengan pangsa pasar terbesar terdiri dari material yang disebut A dan B. Material A adalah polietilena yang dicangkok dengan silana, dan material B adalah master batch katalis. Inti isolasi kemudian diikat silang dalam air hangat atau uap.
Ada jenis lain dari isolator polietilena ikatan silang silana dua langkah, di mana bahan A diproduksi dengan cara berbeda, dengan memasukkan vinil silana langsung ke dalam polietilena selama sintesis untuk memperoleh polietilena dengan rantai bercabang silana.
Metode satu langkah juga memiliki dua jenis. Proses satu langkah tradisional adalah memasukkan berbagai bahan baku sesuai formula dengan rasio presisi khusus ke dalam ekstruder khusus yang dirancang khusus untuk menyelesaikan pencangkokan dan ekstrusi inti insulasi kabel dalam satu langkah. Proses ini tidak memerlukan granulasi dan tidak memerlukan partisipasi pabrik material kabel, melainkan diselesaikan sendiri oleh pabrik kabel. Peralatan produksi dan teknologi formulasi kabel ikatan silang silana satu langkah ini sebagian besar diimpor dari luar negeri dan harganya mahal.
Jenis lain dari bahan insulasi polietilena ikatan silang silana satu langkah diproduksi oleh produsen material kabel. Semua bahan baku dicampur dengan metode khusus sesuai formula, dikemas, dan dijual. Tanpa material A dan B, pabrik kabel dapat langsung menggunakan ekstruder untuk menyelesaikan satu langkah sekaligus, yaitu pencangkokan dan pengekstrusi inti insulasi kabel. Keunggulan metode ini adalah tidak diperlukan ekstruder khusus yang mahal. Proses pencangkokan silana dapat diselesaikan dalam ekstruder PVC biasa. Metode dua langkah ini menghilangkan kebutuhan untuk mencampur material A dan B sebelum pengekstrusi.
3. Komposisi Formulasi
Formulasi bahan kabel polietilena ikatan silang silana umumnya terdiri dari bahan dasar resin, inisiator, silana, antioksidan, penghambat polimerisasi, katalis, dll.
(1) Resin dasar umumnya berupa resin polietilena densitas rendah (LDPE) dengan indeks leleh (MI) 2. Namun, belakangan ini, seiring perkembangan teknologi resin sintetis dan tekanan biaya, polietilena densitas rendah linier (LLDPE) juga telah digunakan atau sebagian digunakan sebagai resin dasar untuk material ini. Perbedaan struktur makromolekul internal resin seringkali berdampak signifikan pada proses pencangkokan dan ikatan silang, sehingga formulasi akan dimodifikasi dengan menggunakan resin dasar yang berbeda atau jenis resin yang sama dari produsen yang berbeda.
(2) Inisiator yang umum digunakan adalah diisopropil peroksida (DCP). Kuncinya adalah memahami jumlah inisiator yang tepat. Terlalu sedikit akan menyebabkan pencangkokan silana; terlalu banyak akan menyebabkan ikatan silang polietilena, yang mengurangi fluiditasnya. Permukaan inti insulasi yang diekstrusi akan menjadi kasar dan sulit untuk dikompresi. Karena jumlah inisiator yang ditambahkan sangat kecil dan sensitif, penting untuk mendistribusikannya secara merata, sehingga umumnya ditambahkan bersama silana.
(3) Silana umumnya menggunakan vinil silana tak jenuh, termasuk vinil trimetoksisilana (A2171) dan vinil trietoksisilana (A2151). Karena laju hidrolisis A2171 yang cepat, semakin banyak orang yang memilih A2171. Demikian pula, terdapat masalah penambahan silana. Produsen material kabel saat ini berusaha mencapai batas terendah untuk mengurangi biaya. Karena silana diimpor, harganya menjadi lebih mahal.
(4) Antioksidan berfungsi untuk memastikan stabilitas proses polietilena dan anti-penuaan kabel. Antioksidan dalam proses pencangkokan silana berperan menghambat reaksi pencangkokan. Oleh karena itu, dalam proses pencangkokan, penambahan antioksidan perlu diperhatikan. Jumlah DCP yang ditambahkan perlu dipertimbangkan agar sesuai dengan pemilihan. Dalam proses ikatan silang dua tahap, sebagian besar antioksidan dapat ditambahkan dalam master batch katalis, yang dapat mengurangi dampak pada proses pencangkokan. Dalam proses ikatan silang satu tahap, antioksidan terdapat di seluruh proses pencangkokan, sehingga pemilihan jenis dan jumlah antioksidan menjadi lebih penting. Antioksidan yang umum digunakan adalah 1010, 168, 330, dan seterusnya.
(5) Inhibitor polimerisasi ditambahkan untuk menghambat beberapa reaksi samping yang terjadi pada proses pencangkokan dan ikatan silang. Dalam proses pencangkokan, agen anti-ikatan silang ditambahkan, yang secara efektif dapat mengurangi terjadinya ikatan silang C2C, sehingga meningkatkan fluiditas proses. Selain itu, penambahan cangkok pada kondisi yang sama akan didahului oleh hidrolisis silana. Inhibitor polimerisasi dapat mengurangi hidrolisis polietilen yang dicangkok, untuk meningkatkan stabilitas jangka panjang bahan cangkok.
(6) Katalis seringkali merupakan turunan organotimah (kecuali untuk ikatan silang alami), yang paling umum adalah dibutiltimah dilaurat (DBDTL), yang umumnya ditambahkan dalam bentuk masterbatch. Dalam proses dua langkah, graft (material A) dan masterbatch katalis (material B) dikemas secara terpisah dan material A dan B dicampur sebelum ditambahkan ke ekstruder untuk mencegah pra-ikatan silang material A. Dalam kasus insulasi polietilena ikatan silang silana satu langkah, polietilena dalam kemasan belum dicangkok, sehingga tidak ada masalah pra-ikatan silang dan oleh karena itu katalis tidak perlu dikemas secara terpisah.
Selain itu, terdapat silana majemuk yang tersedia di pasaran, yang merupakan kombinasi dari silana, inisiator, antioksidan, beberapa pelumas dan agen anti-tembaga, dan umumnya digunakan dalam metode ikatan silang silana satu langkah di pabrik kabel.
Oleh karena itu, formulasi insulasi polietilena ikatan silang silana, yang komposisinya tidak dianggap sangat rumit dan tersedia dalam informasi yang relevan, tetapi formulasi produksi yang tepat, tunduk pada beberapa penyesuaian untuk diselesaikan, yang memerlukan pemahaman menyeluruh tentang peran komponen dalam formulasi dan hukum dampaknya terhadap kinerja dan pengaruh timbal baliknya.
Dalam berbagai jenis material kabel, material kabel ikatan silang silana (baik dua langkah maupun satu langkah) dianggap sebagai satu-satunya jenis proses kimia yang terjadi dalam ekstrusi. Pada jenis lain seperti material kabel polivinil klorida (PVC) dan material kabel polietilena (PE), proses granulasi ekstrusi merupakan proses pencampuran fisik. Bahkan jika terjadi ikatan silang kimia dan ikatan silang iradiasi pada material kabel, baik dalam proses granulasi ekstrusi maupun sistem ekstrusi kabel, tidak terjadi proses kimia apa pun. Oleh karena itu, sebagai perbandingan, pengendalian proses lebih penting dalam produksi material kabel ikatan silang silana dan ekstrusi insulasi kabel.
4. Proses produksi insulasi polietilen ikatan silang silana dua langkah
Proses produksi bahan isolasi polietilena ikatan silang silana A dua langkah dapat direpresentasikan secara singkat pada Gambar 1.
Gambar 1 Proses produksi bahan isolasi polietilena ikatan silang silana dua langkah A
Beberapa poin penting dalam proses produksi insulasi polietilena ikatan silang silana dua langkah:
(1) Pengeringan. Karena resin polietilen mengandung sedikit air, ketika diekstrusi pada suhu tinggi, air bereaksi cepat dengan gugus silil untuk menghasilkan ikatan silang, yang mengurangi fluiditas lelehan dan menghasilkan pra-ikatan silang. Material yang telah jadi juga mengandung air setelah pendinginan air, yang juga dapat menyebabkan pra-ikatan silang jika tidak dihilangkan, dan harus dikeringkan. Untuk memastikan kualitas pengeringan, digunakan unit pengeringan dalam.
(2) Pengukuran. Karena akurasi formulasi material sangat penting, timbangan loss-in-weight impor umumnya digunakan. Resin polietilen dan antioksidan diukur dan dialirkan melalui port umpan ekstruder, sementara silana dan inisiator disuntikkan oleh pompa material cair di barel kedua atau ketiga ekstruder.
(3) Pencangkokan ekstrusi. Proses pencangkokan silana diselesaikan di dalam ekstruder. Pengaturan proses ekstruder, termasuk suhu, kombinasi sekrup, kecepatan sekrup, dan laju umpan, harus mengikuti prinsip bahwa material di bagian pertama ekstruder dapat dicairkan sepenuhnya dan tercampur secara merata, ketika dekomposisi peroksida yang terlalu dini tidak diinginkan, dan bahwa material yang sepenuhnya seragam di bagian kedua ekstruder harus terurai sepenuhnya dan proses pencangkokan selesai. Suhu tipikal untuk bagian ekstruder (LDPE) ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1 Suhu zona ekstruder dua langkah
| Zona kerja | Zona 1 | Zona 2 | Zona 3 1 | Zona 4 | Zona 5 |
| Suhu P °C | 140 | 145 | 120 | 160 | 170 |
| Zona kerja | Zona 6 | Zona 7 | Zona 8 | Zona 9 | Mulut mati |
| Suhu °C | 180 | 190 | 195 | 205 | 195 |
①adalah tempat silana ditambahkan.
Kecepatan sekrup ekstruder menentukan waktu tinggal dan efek pencampuran material di dalam ekstruder. Jika waktu tinggal pendek, dekomposisi peroksida tidak sempurna; jika waktu tinggal terlalu lama, viskositas material yang diekstrusi meningkat. Umumnya, waktu tinggal rata-rata granul di dalam ekstruder harus dikontrol dengan waktu paruh dekomposisi inisiator sebesar 5-10 kali lipat. Kecepatan pengumpanan tidak hanya berpengaruh pada waktu tinggal material, tetapi juga pada pencampuran dan penggeseran material. Pemilihan kecepatan pengumpanan yang tepat juga sangat penting.
(4) Pengemasan. Bahan isolasi ikatan silang silana dua langkah harus dikemas dalam kantong komposit aluminium-plastik di udara langsung untuk menghilangkan kelembaban.
5. Proses produksi bahan isolasi polietilen ikatan silang silana satu langkah
Material insulasi polietilena ikatan silang silana satu langkah menggunakan proses pencangkokan inti insulasi kabel di pabrik kabel, sehingga suhu ekstrusi insulasi kabel jauh lebih tinggi daripada metode dua langkah. Meskipun formula insulasi polietilena ikatan silang silana satu langkah telah dipertimbangkan secara menyeluruh dalam hal dispersi cepat inisiator, silana, dan geser material, proses pencangkokan harus dijamin oleh suhu. Pabrik produksi insulasi polietilena ikatan silang silana satu langkah telah berulang kali menekankan pentingnya pemilihan suhu ekstrusi yang tepat. Suhu ekstrusi yang direkomendasikan secara umum ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2 Suhu ekstruder satu langkah setiap zona (satuan: ℃)
| Daerah | Zona 1 | Zona 2 | Zona 3 | Zona 4 | Flens | Kepala |
| Suhu | 160 | 190 | 200～210 | 220～230 | 230 | 230 |
Ini adalah salah satu kelemahan dari proses polietilena ikatan silang silana satu langkah, yang umumnya tidak diperlukan saat mengekstruksi kabel dalam dua langkah.
6. Peralatan produksi
Peralatan produksi merupakan jaminan penting bagi pengendalian proses. Produksi kabel ikatan silang silana membutuhkan tingkat akurasi pengendalian proses yang sangat tinggi, sehingga pemilihan peralatan produksi menjadi sangat penting.
Produksi material insulasi polietilena ikatan silang silana dua tahap. Saat ini, peralatan produksi material yang digunakan lebih banyak berupa ekstruder sekrup ganda paralel isotropik domestik dengan bobot impor tanpa bobot. Perangkat tersebut dapat memenuhi persyaratan akurasi kontrol proses, pilihan panjang dan diameter ekstruder sekrup ganda untuk memastikan waktu tinggal material, dan pilihan bobot impor tanpa bobot untuk memastikan akurasi komposisi. Tentu saja, ada banyak detail peralatan yang perlu diperhatikan secara menyeluruh.
Seperti disebutkan sebelumnya, peralatan produksi kabel ikatan silang silana satu langkah di pabrik kabel diimpor, mahal, produsen peralatan dalam negeri tidak memiliki peralatan produksi serupa, alasannya adalah kurangnya kerja sama antara produsen peralatan dan peneliti formula dan proses.
7.Bahan isolasi polietilen ikatan silang alami silana
Material isolasi polietilena ikatan silang alami silana yang dikembangkan dalam beberapa tahun terakhir dapat disambung silang dalam kondisi alami dalam beberapa hari, tanpa uap atau perendaman air hangat. Dibandingkan dengan metode ikatan silang silana tradisional, material ini dapat mempersingkat proses produksi bagi produsen kabel, sehingga semakin mengurangi biaya produksi dan meningkatkan efisiensi produksi. Insulasi polietilena ikatan silang alami silana semakin dikenal dan digunakan oleh produsen kabel.
Dalam beberapa tahun terakhir, isolasi polietilena ikatan silang alami silana dalam negeri telah matang dan diproduksi dalam jumlah besar, dengan keunggulan harga tertentu dibandingkan dengan bahan impor.
7. 1 Ide formulasi untuk isolasi polietilena yang terikat silang secara alami dengan silana
Insulasi polietilena ikatan silang alami silana diproduksi dalam proses dua tahap, dengan formulasi yang sama terdiri dari resin dasar, inisiator, silana, antioksidan, inhibitor polimerisasi, dan katalis. Formulasi isolator polietilena ikatan silang alami silana didasarkan pada peningkatan laju pencangkokan silana pada material A dan pemilihan katalis yang lebih efisien daripada isolator polietilena ikatan silang air hangat silana. Penggunaan material A dengan laju pencangkokan silana yang lebih tinggi dikombinasikan dengan katalis yang lebih efisien akan memungkinkan isolator polietilena ikatan silang silana untuk berikatan silang dengan cepat bahkan pada suhu rendah dan dengan kadar air yang tidak mencukupi.
Material A untuk isolator polietilena silana impor yang terikat silang secara alami disintesis melalui kopolimerisasi, yang memungkinkan kadar silana dikontrol pada tingkat tinggi, sementara produksi material A dengan tingkat pencangkokan tinggi melalui pencangkokan silana sulit dilakukan. Resin dasar, inisiator, dan silana yang digunakan dalam resep harus divariasikan dan disesuaikan dalam hal jenis dan penambahan.
Pemilihan resist dan penyesuaian dosisnya juga krusial, karena peningkatan laju pencangkokan silana pasti akan menyebabkan lebih banyak reaksi samping ikatan silang CC. Untuk meningkatkan fluiditas pemrosesan dan kondisi permukaan material A untuk ekstrusi kabel selanjutnya, diperlukan inhibitor polimerisasi dalam jumlah yang sesuai untuk menghambat ikatan silang CC dan pra-ikatan silang sebelumnya secara efektif.
Selain itu, katalis memainkan peran penting dalam meningkatkan laju ikatan silang dan harus dipilih sebagai katalis efisien yang mengandung unsur bebas logam transisi.
7. 2 Waktu ikatan silang isolasi polietilena yang terikat silang secara alami
Waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan ikatan silang insulasi polietilena ikatan silang alami silana dalam keadaan alaminya bergantung pada suhu, kelembapan, dan ketebalan lapisan insulasi. Semakin tinggi suhu dan kelembapan, semakin tipis lapisan insulasi, semakin pendek waktu ikatan silang yang dibutuhkan, dan sebaliknya semakin lama. Karena suhu dan kelembapan bervariasi di setiap wilayah dan musim, bahkan di tempat dan waktu yang sama, suhu dan kelembapan hari ini dan esok akan berbeda. Oleh karena itu, selama penggunaan material, pengguna harus menentukan waktu ikatan silang berdasarkan suhu dan kelembapan setempat, serta spesifikasi kabel dan ketebalan lapisan insulasi.
Waktu posting: 13-Agu-2022