Özet: Tel ve kablo için silan çapraz bağlı polietilen yalıtım malzemesinin çapraz bağlama prensibi, sınıflandırılması, formülasyonu, işlemi ve ekipmanı kısaca açıklanmakta ve silan doğal çapraz bağlı polietilen yalıtım malzemesinin uygulama ve kullanımındaki bazı özellikleri ile malzemenin çapraz bağlama durumunu etkileyen faktörler tanıtılmaktadır.
Anahtar Kelimeler: Silan çapraz bağlama; Doğal çapraz bağlama; Polietilen; Yalıtım; Tel ve kablo
Silan çapraz bağlı polietilen kablo malzemesi, günümüzde tel ve kablo endüstrisinde alçak gerilim güç kabloları için yalıtım malzemesi olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Çapraz bağlı tel ve kablo üretiminde kullanılan bu malzeme, peroksit çapraz bağlama ve ışınlama çapraz bağlama teknolojisiyle karşılaştırıldığında, gerekli üretim ekipmanının basitliği, kolay kullanımı, düşük kapsamlı maliyeti ve diğer avantajlarıyla, yalıtımlı alçak gerilim çapraz bağlı kablolar için lider malzeme haline gelmiştir.
1.Silan çapraz bağlı kablo malzemesi çapraz bağlama prensibi
Silan çapraz bağlı polietilen üretiminde iki ana işlem gerçekleştirilir: aşılama ve çapraz bağlama. Aşılama işleminde, polimer, serbest başlatıcının etkisi altında üçüncül karbon atomundaki H atomunu kaybeder ve serbest radikallere piroliz olur. Bu radikaller, vinil silanın - CH = CH2 grubuyla reaksiyona girerek trioksisilil ester grubu içeren aşılanmış bir polimer üretir. Çapraz bağlama işleminde ise, aşılanmış polimer önce su varlığında hidrolize edilerek silanol üretir ve -OH, bitişik Si-OH grubuyla yoğunlaşarak Si-O-Si bağı oluşturur ve böylece polimer makromolekülleri çapraz bağlanır.
2.Silan çapraz bağlı kablo malzemesi ve kablo üretim yöntemi
Bildiğiniz gibi, silan çapraz bağlı kablolar ve kabloları için iki aşamalı ve tek aşamalı üretim yöntemleri mevcuttur. İki aşamalı yöntem ile tek aşamalı yöntem arasındaki fark, silan aşılama işleminin gerçekleştirildiği yerde yatmaktadır; iki aşamalı yöntemde aşılama işlemi kablo malzemesi üreticisinde, tek aşamalı yöntemde ise kablo üretim tesisinde gerçekleştirilir. En büyük pazar payına sahip iki aşamalı silan çapraz bağlı polietilen yalıtım malzemesi, A ve B malzemelerinden oluşur; A malzemesi silan aşılanmış polietilen, B malzemesi ise katalizör ana karışımıdır. Yalıtım çekirdeği daha sonra ılık su veya buharla çapraz bağlanır.
İki aşamalı silan çapraz bağlı polietilen yalıtkanın bir başka türü de, A malzemesinin sentez sırasında polietilene doğrudan vinil silan sokularak silan dallı zincirli polietilen elde edilmesiyle farklı bir şekilde üretilmesidir.
Tek adımlı yöntemin de iki türü vardır: Geleneksel tek adımlı işlem, özel hassas ölçüm sistemiyle formüle göre çeşitli hammaddelerin özel olarak tasarlanmış bir ekstrüdere tek adımda aktarılması ve kablo yalıtım çekirdeğinin aşılanması ve ekstrüzyonunun tamamlanmasıdır. Bu işlemde granülasyon gerekmez, kablo malzemesi tesisinin katılımına gerek yoktur ve kablo fabrikası tarafından tek başına tamamlanır. Bu tek adımlı silan çapraz bağlı kablo üretim ekipmanı ve formülasyon teknolojisi çoğunlukla yurt dışından ithal edilmekte ve pahalıdır.
Kablo malzemesi üreticileri tarafından üretilen bir diğer tek aşamalı silan çapraz bağlı polietilen yalıtım malzemesi türü, tüm hammaddelerin formüle göre özel bir yöntemle karıştırılarak paketlenip satılmasıdır. A ve B malzemesi yoktur. Kablo tesisi, kablo yalıtım çekirdeğinin aşılanması ve ekstrüzyonu aşamalarını aynı anda tamamlamak için doğrudan ekstrüderde kullanılabilir. Bu yöntemin benzersiz özelliği, silan aşılama işleminin sıradan bir PVC ekstrüderinde tamamlanabilmesi ve iki aşamalı yöntemin ekstrüzyondan önce A ve B malzemelerinin karıştırılmasına gerek kalmamasıdır.
3. Formülasyon bileşimi
Silan çapraz bağlı polietilen kablo malzemesinin formülasyonu genellikle temel malzeme reçinesi, başlatıcı, silan, antioksidan, polimerizasyon inhibitörü, katalizör vb.'den oluşur.
(1) Temel reçine genellikle erime indeksi (MI) 2 olan düşük yoğunluklu polietilen (LDPE) reçinesidir, ancak son zamanlarda sentetik reçine teknolojisinin gelişmesi ve maliyet baskıları nedeniyle, doğrusal düşük yoğunluklu polietilen (LLDPE) de bu malzeme için temel reçine olarak veya kısmen kullanılmıştır. Farklı reçineler, iç makromoleküler yapılarındaki farklılıklar nedeniyle genellikle aşılama ve çapraz bağlama üzerinde önemli bir etkiye sahiptir, bu nedenle formülasyon, farklı temel reçineler veya farklı üreticilerden aynı tip reçine kullanılarak değiştirilecektir.
(2) Genellikle kullanılan başlatıcı diizopropil peroksittir (DCP). Önemli olan, sorunun miktarını anlamaktır. Silan aşılamasına neden olacak kadar az miktarda olması yeterli değildir; polietilenin çapraz bağlanmasına neden olacak kadar fazla olması akışkanlığını azaltır, ekstrüde edilmiş yalıtım çekirdeğinin yüzeyi pürüzlüdür ve sistemin sıkıştırılması zordur. Eklenen başlatıcı miktarı çok az ve hassas olduğundan, eşit şekilde dağıtılması önemlidir, bu nedenle genellikle silanla birlikte eklenir.
(3) Silan, A2171'in hızlı hidroliz hızı nedeniyle genellikle vinil trimetoksi silan (A2171) ve vinil trietoksi silan (A2151) dahil olmak üzere vinil doymamış silan olarak kullanılır, bu nedenle daha fazla kişi A2171'i tercih eder. Benzer şekilde, silan eklemede de bir sorun vardır; mevcut kablo malzemesi üreticileri, silan ithal edildiğinden ve fiyatları daha pahalı olduğundan, maliyetleri düşürmek için alt sınıra ulaşmaya çalışmaktadır.
(4) Antioksidan, polietilen işleme ve kablo yaşlanma karşıtı stabilitesini sağlamak için kullanılır ve silan aşılama işleminde eklenen antioksidan, aşılama reaksiyonunu engelleme rolüne sahiptir, bu nedenle aşılama işleminde antioksidan ekleme konusunda dikkatli olunmalı ve eklenen miktar, DCP miktarıyla eşleşecek şekilde seçilmelidir. İki aşamalı çapraz bağlama işleminde, antioksidanın çoğu katalizör ana karışımına eklenebilir ve bu da aşılama işlemi üzerindeki etkiyi azaltabilir. Tek aşamalı çapraz bağlama işleminde, antioksidan tüm aşılama işlemi boyunca mevcut olduğundan, tür ve miktar seçimi daha önemlidir. Yaygın olarak kullanılan antioksidanlar 1010, 168, 330 vb.'dir.
(5) Aşılama ve çapraz bağlama sürecinde meydana gelen bazı yan reaksiyonları engellemek için polimerizasyon inhibitörü eklenir, aşılama sürecinde çapraz bağlamayı önleyici bir madde eklemek, C2C çapraz bağlama oluşumunu etkili bir şekilde azaltabilir ve böylece işlem akışkanlığını iyileştirebilir, ayrıca aynı koşullarda bir aşının eklenmesi, polimerizasyon inhibitörü üzerindeki silanın hidrolizinden önce gelecektir, aşılanmış polietilenin hidrolizini azaltabilir, aşı malzemesinin uzun vadeli kararlılığını iyileştirebilir.
(6) Katalizörler genellikle organotin türevleridir (doğal çapraz bağlama hariç), en yaygın olanı ise genellikle ana karışım formunda eklenen dibütiltin dilaurattır (DBDTL). İki aşamalı işlemde, aşı (A malzemesi) ve katalizör ana karışımı (B malzemesi) ayrı ayrı paketlenir ve A ve B malzemeleri, A malzemesinin önceden çapraz bağlanmasını önlemek için ekstrüdere eklenmeden önce karıştırılır. Tek aşamalı silan çapraz bağlı polietilen yalıtımlarda, paketteki polietilen henüz aşılanmamıştır, bu nedenle önceden çapraz bağlanma sorunu yoktur ve bu nedenle katalizörün ayrı olarak paketlenmesi gerekmez.
Ayrıca piyasada silan, başlatıcı, antioksidan, bazı yağlayıcılar ve bakır önleyici ajanların bir araya getirilmesiyle oluşan bileşik silanlar da mevcuttur ve genellikle kablo tesislerinde tek aşamalı silan çapraz bağlama yöntemlerinde kullanılırlar.
Dolayısıyla, bileşimi çok karmaşık sayılmayan ve ilgili bilgilerde yer alan silan çapraz bağlı polietilen yalıtımın formülasyonu, ancak formülasyonun son haline getirilebilmesi için bazı ayarlamalara tabi tutulacak uygun üretim formülasyonları, formülasyondaki bileşenlerin rolünün ve performans üzerindeki etki yasasının ve karşılıklı etkileşimlerinin tam olarak anlaşılmasını gerektirmektedir.
Birçok kablo malzemesi çeşidi arasında, silan çapraz bağlı kablo malzemesi (iki adımlı veya tek adımlı) ekstrüzyonda meydana gelen tek kimyasal işlem çeşidi olarak kabul edilir, polivinil klorür (PVC) kablo malzemesi ve polietilen (PE) kablo malzemesi gibi diğer çeşitlerde, ekstrüzyon granülasyon işlemi fiziksel bir karıştırma işlemidir, kimyasal çapraz bağlama ve ışınlama çapraz bağlama kablo malzemesi olsa bile, ekstrüzyon granülasyon işleminde veya ekstrüzyon sistemi kablosunda, kimyasal işlem meydana gelmez, bu nedenle, karşılaştırıldığında, silan çapraz bağlı kablo malzemesi ve kablo yalıtımı ekstrüzyonunun üretiminde, işlem kontrolü daha önemlidir.
4. İki aşamalı silan çapraz bağlı polietilen yalıtım üretim süreci
İki aşamalı silan çapraz bağlı polietilen yalıtım malzemesinin üretim süreci kısaca Şekil 1 ile gösterilebilir.
Şekil 1 İki aşamalı silan çapraz bağlı polietilen yalıtım malzemesi A'nın üretim süreci
İki aşamalı silan çapraz bağlı polietilen yalıtımın üretim sürecindeki bazı önemli noktalar:
(1) Kurutma. Polietilen reçine az miktarda su içerdiğinden, yüksek sıcaklıklarda ekstrüde edildiğinde su, silil gruplarıyla hızla reaksiyona girerek çapraz bağlar oluşturur; bu da eriyiğin akışkanlığını azaltır ve ön çapraz bağlar oluşturur. Bitmiş malzeme, suyla soğutulduktan sonra da su içerir ve bu da giderilmezse ön çapraz bağlara neden olabilir ve kurutulması gerekir. Kurutmanın kalitesini sağlamak için derin kurutma ünitesi kullanılır.
(2) Ölçüm. Malzeme formülasyonunun doğruluğu önemli olduğundan, genellikle ithal bir ağırlık kaybı tartım terazisi kullanılır. Polietilen reçine ve antioksidan ölçülüp ekstrüderin besleme portundan beslenirken, silan ve başlatıcı, ekstrüderin ikinci veya üçüncü haznesindeki bir sıvı malzeme pompası tarafından enjekte edilir.
(3) Ekstrüzyon aşılama. Silan aşılama işlemi ekstrüderde tamamlanır. Sıcaklık, vida kombinasyonu, vida hızı ve besleme hızı dahil olmak üzere ekstrüderin işlem ayarları, peroksitin erken ayrışması istenmediğinde ekstrüderin ilk bölümündeki malzemenin tamamen eritilip homojen bir şekilde karıştırılabilmesi ve ekstrüderin ikinci bölümündeki tamamen homojen malzemenin tamamen ayrıştırılıp aşılama işleminin tamamlanması ilkesine uygun olmalıdır. Tipik ekstrüder kesit sıcaklıkları (LDPE) Tablo 1'de gösterilmiştir.
Tablo 1 İki adımlı ekstruder bölgelerinin sıcaklıkları
| Çalışma alanı | Bölge 1 | Bölge 2 | Bölge 3 ① | Bölge 4 | Bölge 5 |
| Sıcaklık P °C | 140 | 145 | 120 | 160 | 170 |
| Çalışma alanı | Bölge 6 | Bölge 7 | Bölge 8 | Bölge 9 | Ağız kalıbı |
| Sıcaklık °C | 180 | 190 | 195 | 205 | 195 |
①Silanın eklendiği yerdir.
Ekstrüder vidasının hızı, malzemenin ekstrüderde kalma süresini ve karıştırma etkisini belirler. Kalma süresi kısaysa, peroksit ayrışması tamamlanmaz; çok uzunsa, ekstrüde edilen malzemenin viskozitesi artar. Genel olarak, granülün ekstrüderde ortalama kalma süresi, başlatıcı ayrışma yarı ömrünün 5-10 katı olacak şekilde kontrol edilmelidir. Besleme hızı, malzemenin kalma süresi üzerinde belirli bir etkiye sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda malzemenin karışma ve kesme hızı üzerinde de etkilidir; uygun bir besleme hızı seçmek de çok önemlidir.
(4) Paketleme. İki aşamalı silan çapraz bağlı yalıtım malzemesi, nemi ortadan kaldırmak için doğrudan havada bulunan alüminyum-plastik kompozit torbalarda paketlenmelidir.
5. Tek adımda silan çapraz bağlı polietilen yalıtım malzemesi üretim süreci
Tek aşamalı silan çapraz bağlı polietilen yalıtım malzemesi, aşılama işlemi nedeniyle kablo fabrikasında kablo yalıtım çekirdeğinin ekstrüzyonunda kullanılır, bu nedenle kablo yalıtım ekstrüzyon sıcaklığı iki aşamalı yönteme göre önemli ölçüde daha yüksektir. Tek aşamalı silan çapraz bağlı polietilen yalıtım formülü, başlatıcı ve silanın hızlı dağılımı ve malzeme kayması açısından tam olarak dikkate alınmış olsa da, aşılama işleminin sıcaklıkla garanti altına alınması gerekir. Tek aşamalı silan çapraz bağlı polietilen yalıtım üretim tesisi, doğru ekstrüzyon sıcaklığı seçiminin önemini defalarca vurgulamıştır. Genel olarak önerilen ekstrüzyon sıcaklığı Tablo 2'de gösterilmiştir.
Tablo 2 Her bölgenin tek adımlı ekstruder sıcaklığı (birim: ℃)
| Alan | Bölge 1 | Bölge 2 | Bölge 3 | Bölge 4 | Flanş | KAFA |
| Sıcaklık | 160 | 190 | 200～210 | 220～230 | 230 | 230 |
Bu, genellikle iki adımda kablo ekstrüzyonu yapıldığında gerekmeyen tek adımlı silan çapraz bağlı polietilen prosesinin zayıflıklarından biridir.
6.Üretim ekipmanları
Üretim ekipmanı, proses kontrolünün önemli bir garantisidir. Silan çapraz bağlı kabloların üretimi çok yüksek bir proses kontrol hassasiyeti gerektirdiğinden, üretim ekipmanı seçimi özellikle önemlidir.
İki aşamalı silan çapraz bağlı polietilen yalıtım malzemesi üretimi. Bir malzeme üretim ekipmanı, şu anda ithal ağırlıksız tartımlı daha yerli izotropik paralel çift vidalı ekstruderdir. Bu tür cihazlar, proses kontrol doğruluğu, çift vidalı ekstruderin uzunluk ve çap seçimi, malzemenin kalış süresini garanti altına almak ve ithal ağırlıksız tartım seçimi gibi gereksinimleri karşılayabilir. Elbette, ekipmanın tüm dikkatiyle ele alınması gereken birçok ayrıntısı vardır.
Daha önce de belirtildiği gibi, kablo tesisindeki tek aşamalı silan çapraz bağlı kablo üretim ekipmanları ithal, pahalıdır, yerli ekipman üreticilerinin benzer üretim ekipmanları bulunmamaktadır, bunun nedeni ekipman üreticileri ile formül ve proses araştırmacıları arasındaki işbirliğinin eksikliğidir.
7.Silan doğal çapraz bağlı polietilen yalıtım malzemesi
Son yıllarda geliştirilen silanlı doğal çapraz bağlı polietilen yalıtım malzemesi, buhar veya sıcak suya daldırma işlemine gerek kalmadan, doğal koşullar altında birkaç gün içinde çapraz bağlanabilmektedir. Geleneksel silanlı çapraz bağlama yöntemiyle karşılaştırıldığında, bu malzeme kablo üreticileri için üretim sürecini kısaltarak üretim maliyetlerini daha da düşürebilir ve üretim verimliliğini artırabilir. Silanlı doğal çapraz bağlı polietilen yalıtım, kablo üreticileri tarafından giderek daha fazla tanınmakta ve kullanılmaktadır.
Son yıllarda yerli silanlı doğal çapraz bağlı polietilen izolasyon olgunlaşmış ve ithal malzemelere göre fiyatta bazı avantajlara sahip olarak büyük miktarlarda üretilmektedir.
7. 1 Silan doğal çapraz bağlı polietilen yalıtımlar için formülasyon fikirleri
Silan doğal çapraz bağlı polietilen yalıtımlar, aynı formülasyonda baz reçine, başlatıcı, silan, antioksidan, polimerizasyon inhibitörü ve katalizörden oluşan iki aşamalı bir işlemle üretilir. Silan doğal çapraz bağlı polietilen izolatörlerin formülasyonu, A malzemesinin silan aşılama oranını artırmaya ve silan sıcak su çapraz bağlı polietilen izolatörlerden daha verimli bir katalizör seçmeye dayanır. Daha yüksek silan aşılama oranına sahip A malzemelerinin daha verimli bir katalizörle birlikte kullanılması, silan çapraz bağlı polietilen yalıtkanın düşük sıcaklıklarda ve yetersiz nemde bile hızla çapraz bağlanmasını sağlayacaktır.
İthal silanlı doğal çapraz bağlı polietilen izolatörler için A malzemeleri, silan içeriğinin yüksek seviyede kontrol edilebildiği kopolimerizasyon yoluyla sentezlenirken, silan aşılama yoluyla yüksek aşılama oranlarına sahip A malzemelerinin üretimi zordur. Reçetede kullanılan baz reçine, başlatıcı ve silan, çeşitlilik ve katkı maddeleri açısından çeşitlendirilmeli ve ayarlanmalıdır.
Rezistörün seçimi ve dozajının ayarlanması da çok önemlidir, çünkü silan aşılama oranındaki artış kaçınılmaz olarak daha fazla CC çapraz bağlama yan reaksiyonuna yol açar. A malzemesinin sonraki kablo ekstrüzyonu için işleme akışkanlığını ve yüzey durumunu iyileştirmek amacıyla, CC çapraz bağlama ve ön çapraz bağlamayı etkili bir şekilde engellemek için uygun miktarda polimerizasyon inhibitörü gereklidir.
Ayrıca katalizörler çapraz bağlanma oranını arttırmada önemli rol oynarlar ve geçiş metalsiz elementler içeren verimli katalizörler olarak seçilmelidirler.
7. 2 Silan doğal çapraz bağlı polietilen yalıtımların çapraz bağlanma süresi
Silan doğal çapraz bağlı polietilen yalıtımın doğal halinde çapraz bağlanma işleminin tamamlanması için gereken süre, sıcaklığa, neme ve yalıtım tabakasının kalınlığına bağlıdır. Sıcaklık ve nem ne kadar yüksekse, yalıtım tabakasının kalınlığı o kadar ince olur, çapraz bağlanma süresi o kadar kısalır ve tam tersi de o kadar uzun olur. Sıcaklık ve nem bölgeden bölgeye ve mevsimden mevsime, hatta aynı yerde ve aynı anda bile değiştiğinden, bugün ve yarın sıcaklık ve nem farklı olacaktır. Bu nedenle, malzemenin kullanımı sırasında kullanıcı, çapraz bağlanma süresini yerel ve mevcut sıcaklık ve nemin yanı sıra kablonun özelliklerine ve yalıtım tabakasının kalınlığına göre belirlemelidir.
Gönderim zamanı: 13 Ağustos 2022