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; Polietilena; Isolasi; Kawat dan kabel
Bahan kabel polietilena ikatan silang silana kini banyak digunakan dalam industri kawat dan kabel sebagai bahan isolasi untuk kabel listrik tegangan rendah. Bahan dalam pembuatan kawat dan kabel ikatan silang, serta ikatan silang peroksida dan ikatan silang iradiasi dibandingkan dengan peralatan produksi yang dibutuhkan sederhana, mudah dioperasikan, biaya komprehensif rendah dan keunggulan lainnya, telah menjadi bahan utama untuk kabel ikatan silang tegangan rendah dengan isolasi.
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 di bawah aksi inisiator bebas dan pirolisis menjadi radikal bebas, yang bereaksi dengan gugus – CH = CH2 dari 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 – OH mengembun dengan gugus Si-OH yang berdekatan untuk membentuk ikatan Si-O-Si, sehingga terjadi 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 tempat dilakukannya proses penyambungan silana, proses penyambungan di pabrik bahan kabel untuk metode dua langkah, proses penyambungan di pabrik pembuatan kabel untuk metode satu langkah. Bahan isolasi polietilena ikatan silang silana dua langkah dengan pangsa pasar terbesar tersusun dari apa yang disebut bahan A dan B, dengan bahan A merupakan polietilena yang disambung dengan silana dan bahan B merupakan master batch katalis. Inti isolasi kemudian disambung 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 berbagai bahan baku sesuai dengan formula dalam rasio sistem pengukuran presisi khusus, menjadi 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, oleh pabrik kabel untuk menyelesaikannya sendiri. Peralatan produksi kabel ikatan silang silana satu langkah dan teknologi formulasi ini sebagian besar diimpor dari luar negeri dan mahal.
Jenis lain dari bahan isolasi polietilena ikatan silang silana satu langkah diproduksi oleh produsen bahan kabel, semua bahan mentah sesuai dengan formula dalam rasio metode khusus pencampuran bersama, dikemas dan dijual, tidak ada bahan A dan bahan B, pabrik kabel dapat langsung di ekstruder untuk menyelesaikan satu langkah pada saat yang sama mencangkok dan mengekstrusi inti isolasi kabel. Fitur unik dari metode ini adalah tidak perlu ekstruder khusus yang mahal, karena proses pencangkokan silana dapat diselesaikan dalam ekstruder PVC biasa, dan metode dua langkah menghilangkan kebutuhan untuk mencampur bahan A dan B sebelum ekstrusi.
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 berdensitas rendah (LDPE) dengan indeks leleh (MI) 2, tetapi baru-baru ini, seiring dengan perkembangan teknologi resin sintetis dan tekanan biaya, polietilena berdensitas rendah linier (LLDPE) juga telah digunakan atau sebagian digunakan sebagai resin dasar untuk bahan ini. Resin yang berbeda sering kali memiliki dampak signifikan pada pencangkokan dan ikatan silang karena perbedaan dalam 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 untuk menyebabkan pencangkokan silana tidaklah cukup; terlalu banyak untuk menyebabkan ikatan silang polietilena, yang mengurangi fluiditasnya, permukaan inti insulasi yang diekstrusi menjadi kasar, sistem yang sulit diremas. Karena jumlah inisiator yang ditambahkan sangat kecil dan sensitif, penting untuk menyebarkannya secara merata, sehingga umumnya ditambahkan bersama dengan silana.
(3) Silana umumnya menggunakan vinil silana tak jenuh, termasuk vinil trimetoksisilana (A2171) dan vinil trietoksisilana (A2151), karena laju hidrolisis A2171 yang cepat, sehingga lebih banyak orang memilih A2171. Demikian pula, ada masalah penambahan silana, produsen bahan kabel saat ini berusaha mencapai batas terendah untuk mengurangi biaya, karena silana diimpor, harganya lebih mahal.
(4) Antioksidan berfungsi untuk memastikan stabilitas pemrosesan polietilena dan anti-penuaan kabel serta ditambahkan, antioksidan dalam proses pencangkokan silana berperan menghambat reaksi pencangkokan, sehingga proses pencangkokan, penambahan antioksidan harus hati-hati, jumlah yang ditambahkan harus mempertimbangkan jumlah DCP agar sesuai dengan pemilihan. Dalam proses ikatan silang dua langkah, sebagian besar antioksidan dapat ditambahkan dalam master batch katalis, yang dapat mengurangi dampak pada proses pencangkokan. Dalam proses ikatan silang satu langkah, antioksidan hadir dalam seluruh proses pencangkokan, sehingga pemilihan spesies dan jumlah 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, 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 polietilena yang dicangkok, untuk 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, cangkokan (material A) dan masterbatch katalis (material B) dikemas secara terpisah dan material A dan B dicampur bersama 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 pengikatan 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 polietilena 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 polietilena mengandung sedikit air, saat diekstrusi pada suhu tinggi, air bereaksi cepat dengan gugus silil untuk menghasilkan ikatan silang, yang mengurangi fluiditas lelehan dan menghasilkan pra-ikatan silang. Bahan 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 keakuratan formulasi material penting, timbangan berat impor umumnya digunakan. Resin polietilena dan antioksidan diukur dan dimasukkan melalui port umpan ekstruder, sedangkan silana dan inisiator disuntikkan oleh pompa material cair di laras kedua atau ketiga ekstruder.
(3) Pencangkokan ekstrusi. Proses pencangkokan silana diselesaikan di ekstruder. Pengaturan proses ekstruder, termasuk suhu, kombinasi sekrup, kecepatan sekrup, dan laju umpan, harus mengikuti prinsip bahwa material di bagian pertama ekstruder dapat sepenuhnya dicairkan dan dicampur secara merata, ketika dekomposisi peroksida yang terlalu dini tidak diinginkan, dan bahwa material yang sepenuhnya seragam di bagian kedua ekstruder harus sepenuhnya terurai dan proses pencangkokan diselesaikan. Suhu bagian ekstruder yang umum (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 ekstruder, jika waktu tinggal pendek, dekomposisi peroksida tidak lengkap; jika waktu tinggal terlalu lama, viskositas material yang diekstrusi meningkat. Secara umum, waktu tinggal rata-rata butiran di ekstruder harus dikontrol dalam waktu paruh dekomposisi inisiator 5-10 kali. Kecepatan pengumpanan tidak hanya memiliki dampak tertentu pada waktu tinggal material, tetapi juga pada pencampuran dan pemotongan material, memilih 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 polietilena ikatan silang silana satu langkah
Bahan insulasi polietilena ikatan silang silana satu langkah karena proses pencangkokannya berada di pabrik kabel ekstrusi inti insulasi kabel, sehingga suhu ekstrusi insulasi kabel secara signifikan lebih tinggi daripada metode dua langkah. Meskipun formula insulasi polietilena ikatan silang silana satu langkah telah sepenuhnya dipertimbangkan dalam dispersi cepat inisiator dan silana serta geser material, tetapi proses pencangkokan harus dijamin oleh suhu, yang merupakan pabrik produksi insulasi polietilena ikatan silang silana satu langkah berulang kali menekankan pentingnya pilihan suhu ekstrusi yang benar, suhu ekstrusi umum yang direkomendasikan ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2 Suhu ekstruder satu langkah di setiap zona (unit: ℃)
| 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 dari kontrol proses. Produksi kabel ikatan silang silana memerlukan tingkat akurasi kontrol proses yang sangat tinggi, sehingga pemilihan peralatan produksi menjadi sangat penting.
Produksi bahan isolasi polietilena ikatan silang silana dua langkah Peralatan produksi material, saat ini lebih banyak ekstruder sekrup kembar paralel isotropik domestik dengan penimbangan tanpa bobot impor, perangkat tersebut dapat memenuhi persyaratan akurasi kontrol proses, pilihan panjang dan diameter ekstruder sekrup kembar untuk memastikan waktu tinggal material, pilihan penimbangan tanpa bobot impor untuk memastikan keakuratan bahan. Tentu saja ada banyak detail peralatan yang perlu mendapat perhatian penuh.
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 polietilena ikatan silang alami silana
Bahan 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, bahan ini dapat mengurangi proses produksi bagi produsen kabel, yang selanjutnya mengurangi biaya produksi dan meningkatkan efisiensi produksi. Isolasi polietilena ikatan silang alami silana semakin dikenal dan digunakan oleh produsen kabel.
Dalam beberapa tahun terakhir, isolasi polietilena ikatan silang alami silana domestik telah matang dan diproduksi dalam jumlah besar, dengan keunggulan harga tertentu dibandingkan dengan bahan impor.
7. 1 Ide formulasi untuk isolasi polietilena ikatan silang alami silana
Isolasi polietilena ikatan silang alami silana diproduksi dalam proses dua langkah, dengan formulasi yang sama yang terdiri dari resin dasar, inisiator, silana, antioksidan, penghambat polimerisasi, dan katalis. Formulasi isolator polietilena ikatan silang alami silana didasarkan pada peningkatan laju pencangkokan silana dari 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 melakukan ikatan silang dengan cepat bahkan pada suhu rendah dan dengan kelembapan yang tidak mencukupi.
Bahan-bahan A untuk isolator polietilena yang disilangkan secara alami dengan silana impor disintesis melalui kopolimerisasi, di mana kandungan silana dapat dikontrol pada tingkat tinggi, sedangkan produksi bahan-bahan 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 variasi dan penambahan.
Pemilihan resist dan penyesuaian dosisnya juga penting, 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 berikutnya, diperlukan sejumlah inhibitor polimerisasi 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 diikat silang secara alami dengan silana
Waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan ikatan silang isolasi polietilena ikatan silang alami silana dalam keadaan alaminya bergantung pada suhu, kelembapan, dan ketebalan lapisan isolasi. Semakin tinggi suhu dan kelembapan, semakin tipis ketebalan lapisan isolasi, semakin pendek waktu ikatan silang yang dibutuhkan, dan semakin lama sebaliknya. Karena suhu dan kelembapan bervariasi dari satu daerah ke daerah lain dan dari musim ke musim, bahkan di tempat yang sama dan pada waktu yang sama, suhu dan kelembapan hari ini dan besok akan berbeda. Oleh karena itu, selama penggunaan material, pengguna harus menentukan waktu ikatan silang sesuai dengan suhu dan kelembapan setempat dan yang berlaku, serta spesifikasi kabel dan ketebalan lapisan isolasi.
Waktu posting: 13-Agu-2022