Abstrak: Prinsip pengikatan silang, klasifikasi, formulasi, proses, dan peralatan bahan isolasi polietilen yang diikat silang silan untuk kawat dan kabel dijelaskan secara singkat, dan beberapa karakteristik bahan isolasi polietilen yang diikat silang silan secara alami dalam aplikasi dan penggunaan serta faktor-faktor yang memengaruhi kondisi pengikatan silang bahan tersebut diperkenalkan.
Kata kunci: Pengikatan silang silan; Pengikatan silang alami; Polietilen; Isolasi; Kawat dan kabel
Material kabel polietilen yang disilane cross-linked kini banyak digunakan dalam industri kawat dan kabel sebagai bahan isolasi untuk kabel daya tegangan rendah. Material ini, dibandingkan dengan peralatan manufaktur yang dibutuhkan dalam pembuatan kawat dan kabel cross-linked, sederhana, mudah dioperasikan, biaya komprehensif rendah, dan keunggulan lainnya, telah menjadi material unggulan untuk kabel cross-linked tegangan rendah dengan isolasi.
1. Prinsip pengikatan silang material kabel silan
Ada dua proses utama yang terlibat dalam pembuatan polietilen yang dihubungkan silang silana: pencangkokan dan pengikatan silang. Dalam proses pencangkokan, polimer kehilangan atom H pada atom karbon tersier di bawah aksi inisiator bebas dan pirolisis menjadi radikal bebas, yang bereaksi dengan gugus –CH=CH2 dari vinil silana untuk menghasilkan polimer hasil pencangkokan yang mengandung gugus trioksisilil ester. Dalam proses pengikatan silang, polimer hasil pencangkokan pertama-tama dihidrolisis dengan adanya air untuk menghasilkan silanol, dan –OH berkondensasi dengan gugus Si-OH yang berdekatan untuk membentuk ikatan Si-O-Si, sehingga menghubungkan silang makromolekul polimer.
2. Material kabel yang dihubungkan silang silana dan metode produksi kabelnya
Seperti yang Anda ketahui, ada metode produksi dua langkah dan satu langkah untuk kabel dan kawat isolasi yang disilangkan. Perbedaan antara metode dua langkah dan metode satu langkah terletak pada tempat proses pencangkokan silan dilakukan, yaitu proses pencangkokan di pabrik bahan kabel untuk metode dua langkah, dan proses pencangkokan di pabrik pembuatan kabel untuk metode satu langkah. Bahan isolasi polietilen yang disilangkan dengan silan dua langkah dengan pangsa pasar terbesar terdiri dari bahan yang disebut bahan A dan B, dengan bahan A berupa polietilen yang dicangkokkan dengan silan dan bahan B berupa masterbatch katalis. Inti isolasi kemudian disilangkan dalam air hangat atau uap.
Ada jenis lain dari isolator polietilen yang dihubungkan silang silana dua langkah, di mana material A diproduksi dengan cara yang berbeda, yaitu dengan memasukkan vinil silana langsung ke dalam polietilen selama sintesis untuk mendapatkan polietilen dengan rantai bercabang silana.
Metode satu langkah juga memiliki dua jenis, proses satu langkah tradisional adalah berbagai bahan baku sesuai dengan formula dalam rasio sistem pengukuran presisi khusus, dimasukkan ke dalam ekstruder khusus yang dirancang khusus dalam satu langkah untuk menyelesaikan pencangkokan dan ekstrusi inti isolasi kabel. Dalam proses ini, tidak ada granulasi, tidak perlu partisipasi pabrik bahan kabel, pabrik kabel dapat menyelesaikannya sendiri. Peralatan produksi kabel silan silang satu langkah dan teknologi formulasi ini sebagian besar diimpor dari luar negeri dan mahal.
Jenis lain dari bahan isolasi polietilen silan silang satu langkah diproduksi oleh produsen bahan kabel. Semua bahan baku dicampur sesuai dengan formula dalam rasio tertentu menggunakan metode khusus, kemudian dikemas dan dijual. Tidak ada bahan A dan bahan B, sehingga pabrik kabel dapat langsung melakukan proses pencangkokan dan ekstrusi inti isolasi kabel secara bersamaan di dalam ekstruder. Fitur unik dari metode ini adalah tidak memerlukan ekstruder khusus yang mahal, karena proses pencangkokan silan dapat diselesaikan di ekstruder PVC biasa, dan metode dua langkah ini menghilangkan kebutuhan untuk mencampur bahan A dan B sebelum ekstrusi.
3. Komposisi formulasi
Formulasi material kabel polietilen yang dihubungkan silang silan umumnya terdiri dari resin bahan dasar, inisiator, silan, antioksidan, penghambat polimerisasi, katalis, dan lain-lain.
(1) Resin dasar umumnya adalah resin polietilen densitas rendah (LDPE) dengan indeks leleh (MI) 2, namun baru-baru ini, dengan perkembangan teknologi resin sintetis dan tekanan biaya, polietilen densitas rendah linier (LLDPE) juga telah digunakan atau sebagian digunakan sebagai resin dasar untuk material ini. Resin yang berbeda seringkali memiliki dampak signifikan pada pencangkokan dan ikatan silang karena perbedaan struktur makromolekul internalnya, 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 masalahnya, terlalu sedikit menyebabkan pencangkokan silan tidak cukup; terlalu banyak menyebabkan ikatan silang polietilen, yang mengurangi fluiditasnya, permukaan inti isolasi ekstrusi menjadi kasar, sulit untuk menekan sistem. Karena jumlah inisiator yang ditambahkan sangat kecil dan sensitif, penting untuk menyebarkannya secara merata, sehingga umumnya ditambahkan bersamaan dengan silan.
(3) Silan yang umum digunakan adalah silan vinil tak jenuh, termasuk vinil trimetoksisilan (A2171) dan vinil trietoksisilan (A2151), karena laju hidrolisis A2171 yang cepat, maka lebih banyak orang memilih A2171. Demikian pula, ada masalah penambahan silan, produsen bahan kabel saat ini mencoba mencapai batas bawahnya untuk mengurangi biaya, karena silan diimpor, harganya lebih mahal.
(4) Antioksidan berfungsi untuk memastikan stabilitas pemrosesan polietilen dan anti-penuaan kabel. Antioksidan dalam proses pencangkokan silan memiliki peran menghambat reaksi pencangkokan, sehingga dalam proses pencangkokan, penambahan antioksidan harus dilakukan dengan hati-hati, jumlah yang ditambahkan harus mempertimbangkan jumlah DCP yang sesuai. Dalam proses ikatan silang dua tahap, sebagian besar antioksidan dapat ditambahkan dalam masterbatch katalis, yang dapat mengurangi dampak pada proses pencangkokan. Dalam proses ikatan silang satu tahap, antioksidan hadir dalam seluruh proses pencangkokan, sehingga pemilihan jenis dan jumlahnya lebih penting. Antioksidan yang umum digunakan adalah 1010, 168, 330, dll.
(5) Inhibitor polimerisasi ditambahkan untuk menghambat beberapa reaksi samping yang terjadi pada proses pencangkokan dan ikatan silang. Dalam proses pencangkokan, penambahan agen anti-ikatan silang dapat secara efektif mengurangi terjadinya ikatan silang C2C, sehingga meningkatkan fluiditas pemrosesan. Selain itu, penambahan inhibitor polimerisasi pada kondisi yang sama akan didahului oleh hidrolisis silan pada inhibitor polimerisasi, sehingga dapat mengurangi hidrolisis polietilen yang dicangkokkan, dan meningkatkan stabilitas jangka panjang bahan cangkok.
(6) Katalis sering kali merupakan turunan organotin (kecuali untuk ikatan silang alami), yang paling umum adalah dibutiltin dilaurat (DBDTL), yang umumnya ditambahkan dalam bentuk masterbatch. Dalam proses dua langkah, graft (bahan A) dan masterbatch katalis (bahan B) dikemas secara terpisah dan bahan A dan B dicampur bersama sebelum ditambahkan ke ekstruder untuk mencegah pra-ikatan silang bahan A. Dalam kasus isolasi polietilen yang diikat silang silana satu langkah, polietilen dalam kemasan belum dicangkokkan, sehingga tidak ada masalah pra-ikatan silang dan oleh karena itu katalis tidak perlu dikemas secara terpisah.
Selain itu, tersedia juga silan campuran di pasaran, yang merupakan kombinasi dari silan, inisiator, antioksidan, beberapa pelumas, dan zat anti-tembaga, dan umumnya digunakan dalam metode pengikatan silang silan satu langkah di pabrik kabel.
Oleh karena itu, formulasi isolasi polietilen yang dihubungkan silang silan, yang komposisinya tidak dianggap terlalu kompleks dan tersedia dalam informasi yang relevan, namun formulasi produksi yang sesuai, masih memerlukan beberapa penyesuaian untuk penyelesaian akhir, yang membutuhkan pemahaman penuh tentang peran komponen dalam formulasi dan hukum pengaruhnya terhadap kinerja serta pengaruh timbal baliknya.
Di antara berbagai jenis material kabel, material kabel yang dihubungkan silang silan (baik dua langkah maupun satu langkah) dianggap sebagai satu-satunya jenis yang mengalami proses kimia dalam ekstrusi. Jenis lain seperti material kabel polivinil klorida (PVC) dan material kabel polietilen (PE) menggunakan proses granulasi ekstrusi sebagai proses pencampuran fisik. Bahkan untuk material kabel yang dihubungkan silang secara kimia dan iradiasi, baik dalam proses granulasi ekstrusi maupun sistem ekstrusi kabel, tidak terjadi proses kimia. Oleh karena itu, dibandingkan dengan produksi material kabel yang dihubungkan silang silan dan ekstrusi isolasi kabel, pengendalian proses jauh lebih penting.
4. Proses produksi isolasi polietilen yang dihubungkan silang silana dua tahap
Proses produksi bahan isolasi polietilen silana terikat silang dua tahap tipe A dapat diringkas melalui Gambar 1.
Gambar 1 Proses produksi bahan isolasi polietilen yang dihubungkan silang silana dua tahap A
Beberapa poin penting dalam proses produksi isolasi polietilen silan silang dua tahap:
(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 jadi juga mengandung air setelah pendinginan air, yang juga dapat menyebabkan pra-ikatan silang jika tidak dihilangkan, dan juga harus dikeringkan. Untuk memastikan kualitas pengeringan, digunakan unit pengeringan dalam.
(2) Pengukuran. Karena akurasi formulasi material penting, timbangan loss-in-weight impor umumnya digunakan. Resin polietilen dan antioksidan diukur dan dimasukkan melalui port pemasukan ekstruder, sedangkan silan dan inisiator diinjeksikan oleh pompa material cair di barel kedua atau ketiga ekstruder.
(3) Pencangkokan ekstrusi. Proses pencangkokan silan diselesaikan di dalam ekstruder. Pengaturan proses ekstruder, termasuk suhu, kombinasi sekrup, kecepatan sekrup, dan laju umpan, harus mengikuti prinsip bahwa bahan di bagian pertama ekstruder dapat sepenuhnya meleleh dan tercampur secara seragam, ketika dekomposisi dini peroksida tidak diinginkan, dan bahwa bahan yang sepenuhnya seragam di bagian kedua ekstruder harus sepenuhnya terdekomposisi dan proses pencangkokan diselesaikan. Suhu bagian ekstruder tipikal (LDPE) ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1 Suhu zona ekstruder dua tahap
| 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 |
① adalah tempat penambahan silan.
Kecepatan sekrup ekstruder menentukan waktu tinggal dan efek pencampuran material di dalam ekstruder. Jika waktu tinggal terlalu singkat, dekomposisi peroksida tidak sempurna; jika waktu tinggal terlalu lama, viskositas material yang diekstrusi meningkat. Secara umum, waktu tinggal rata-rata granul di dalam ekstruder harus dikontrol dalam rentang 5-10 kali waktu paruh dekomposisi inisiator. Kecepatan pengumpanan tidak hanya berpengaruh pada waktu tinggal material, tetapi juga pada pencampuran dan penggeseran material. Memilih kecepatan pengumpanan yang tepat juga sangat penting.
(4) Pengemasan. Bahan isolasi silan dua tahap harus dikemas dalam kantong komposit aluminium-plastik di udara terbuka untuk menghilangkan kelembapan.
5. Proses produksi bahan isolasi polietilen silana terikat silang satu langkah
Bahan isolasi polietilen yang dihubungkan silang silan satu langkah, karena proses pencangkokannya, berada di pabrik kabel selama ekstrusi inti isolasi kabel, sehingga suhu ekstrusi isolasi kabel jauh lebih tinggi daripada metode dua langkah. Meskipun formula isolasi polietilen yang dihubungkan silang silan satu langkah telah sepenuhnya mempertimbangkan dispersi cepat inisiator dan silan serta geseran material, namun proses pencangkokan harus dijamin oleh suhu, yang merupakan penekanan berulang kali dari pabrik produksi isolasi polietilen yang dihubungkan silang silan satu langkah akan 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 polietilen yang dihubungkan silang silana satu langkah, yang umumnya tidak diperlukan saat mengekstrusi kabel dalam dua langkah.
6. Peralatan produksi
Peralatan produksi merupakan jaminan penting bagi pengendalian proses. Produksi kabel yang dihubungkan silang silan membutuhkan tingkat akurasi pengendalian proses yang sangat tinggi, sehingga pemilihan peralatan produksi sangatlah penting.
Produksi bahan isolasi polietilen silan silang dua tahap. Peralatan produksi material, saat ini lebih banyak menggunakan ekstruder ulir ganda paralel isotropik buatan dalam negeri dengan timbangan tanpa berat impor. Perangkat tersebut dapat memenuhi persyaratan akurasi kontrol proses, pemilihan panjang dan diameter ekstruder ulir ganda untuk memastikan waktu tinggal material, dan pemilihan timbangan tanpa berat impor untuk memastikan akurasi bahan. Tentu saja, masih banyak detail peralatan yang perlu diperhatikan sepenuhnya.
Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, peralatan produksi kabel silan satu langkah yang terikat silang di pabrik kabel diimpor, mahal, dan produsen peralatan dalam negeri tidak memiliki peralatan produksi serupa. Alasannya adalah kurangnya kerja sama antara produsen peralatan dan peneliti formula dan proses.
7.Silane, bahan isolasi polietilen alami yang terikat silang
Bahan isolasi polietilen silan yang terikat silang secara alami yang dikembangkan dalam beberapa tahun terakhir dapat terikat silang dalam kondisi alami dalam beberapa hari, tanpa uap atau perendaman air hangat. Dibandingkan dengan metode pengikatan silang silan tradisional, bahan ini dapat mengurangi proses produksi bagi produsen kabel, sehingga semakin mengurangi biaya produksi dan meningkatkan efisiensi produksi. Isolasi polietilen silan yang terikat silang secara alami semakin diakui dan digunakan oleh produsen kabel.
Dalam beberapa tahun terakhir, isolasi polietilen silan alami yang terikat silang buatan dalam negeri telah matang dan diproduksi dalam jumlah besar, dengan keunggulan harga tertentu dibandingkan dengan bahan impor.
7.1 Ide formulasi untuk isolasi polietilen yang terikat silang secara alami dengan silana
Isolasi polietilen silan alami yang terikat silang diproduksi dalam proses dua langkah, dengan formulasi yang sama yang terdiri dari resin dasar, inisiator, silan, antioksidan, penghambat polimerisasi, dan katalis. Formulasi isolator polietilen silan alami yang terikat silang didasarkan pada peningkatan laju pencangkokan silan pada material A dan pemilihan katalis yang lebih efisien daripada isolator polietilen silan yang terikat silang dengan air hangat. Penggunaan material A dengan laju pencangkokan silan yang lebih tinggi dikombinasikan dengan katalis yang lebih efisien akan memungkinkan isolator polietilen silan yang terikat silang untuk terikat silang dengan cepat bahkan pada suhu rendah dan dengan kelembapan yang tidak mencukupi.
Bahan A untuk isolator polietilen silan yang terikat silang secara alami yang diimpor disintesis melalui kopolimerisasi, di mana kandungan silan dapat dikontrol pada tingkat tinggi, sedangkan produksi bahan A dengan tingkat pencangkokan tinggi melalui pencangkokan silan sulit dilakukan. Resin dasar, inisiator, dan silan yang digunakan dalam resep harus bervariasi dan disesuaikan dalam hal variasi dan penambahan.
Pemilihan resist dan penyesuaian dosisnya juga sangat penting, karena peningkatan laju pencangkokan silan pasti menyebabkan lebih banyak reaksi samping ikatan silang CC. Untuk meningkatkan fluiditas pemrosesan dan kondisi permukaan material A untuk ekstrusi kabel selanjutnya, diperlukan jumlah inhibitor polimerisasi yang sesuai untuk secara efektif menghambat ikatan silang CC dan pra-ikatan silang sebelumnya.
Selain itu, katalis memainkan peran penting dalam meningkatkan laju ikatan silang dan harus dipilih sebagai katalis efisien yang mengandung unsur-unsur bebas logam transisi.
7.2 Waktu pengikatan silang pada isolasi polietilen yang terikat silang secara alami dengan silana
Waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan pengikatan silang isolasi polietilen silan alami dalam keadaan alaminya bergantung pada suhu, kelembapan, dan ketebalan lapisan isolasi. Semakin tinggi suhu dan kelembapan, semakin tipis lapisan isolasi, semakin pendek waktu pengikatan silang yang dibutuhkan, dan sebaliknya semakin lama. Karena suhu dan kelembapan bervariasi dari satu wilayah ke wilayah lain dan dari musim ke musim, bahkan di tempat dan waktu yang sama, suhu dan kelembapan hari ini dan besok akan berbeda. Oleh karena itu, selama penggunaan material, pengguna harus menentukan waktu pengikatan silang sesuai dengan suhu dan kelembapan setempat yang berlaku, serta spesifikasi kabel dan ketebalan lapisan isolasi.
Waktu posting: 13 Agustus 2022