Laburpena: Hari eta kableetarako silanozko polietilenozko material isolatzailearen gurutzatze-printzipioa, sailkapena, formulazioa, prozesua eta ekipamendua laburki deskribatzen dira, eta silanozko polietilenozko material isolatzailearen aplikazio eta erabilera naturalean dituen ezaugarri batzuk, baita materialaren gurutzatze-egoeran eragina duten faktoreak ere aurkezten dira.
Gako-hitzak: Silanoen bidezko lotura gurutzatua; Lotura gurutzatu naturala; Polietilenoa; Isolamendua; Alanbrea eta kableak
Silanozko polietilenozko kable-materiala oso erabilia da alanbre eta kableen industrian, tentsio baxuko kable elektrikoetarako material isolatzaile gisa. Alanbre eta kable gurutzatuen fabrikazioan, eta peroxidozko gurutzadura eta irradiazio bidezko gurutzadura egiteko materiala, behar den fabrikazio-ekipoarekin alderatuta, sinplea, erabiltzeko erraza, kostu integral baxua eta beste abantaila batzuk ditu, eta isolamenduarekin tentsio baxuko kable gurutzatuetarako material nagusia bihurtu da.
1. Silano gurutzatutako kable materialaren gurutzaduraren printzipioa
Silano gurutzatutako polietilenoa egiteko bi prozesu nagusi daude: txertaketa eta gurutzaketa. Txertaketa prozesuan, polimeroak bere H atomoa galtzen du hirugarren mailako karbono atomoan, abiarazle askearen eraginpean, eta pirolisiaren ondorioz erradikal askeak sortzen dira, eta hauek binil silanoaren –CH = CH2 taldearekin erreakzionatzen dute trioxisilil ester talde bat duen txertatutako polimero bat sortzeko. Gurutzaketa prozesuan, txertaketa polimeroa lehenik hidrolizatzen da uraren aurrean silanola sortzeko, eta –OH-a ondoko Si-OH taldearekin kondentsatzen da Si-O-Si lotura osatzeko, eta horrela polimero makromolekulak gurutzatzen dira.
2. Silano gurutzatutako kable materiala eta kableen ekoizpen metodoa
Dakizuenez, silano gurutzatutako kableetarako eta haien kableetarako bi urratseko eta urrats bakarreko ekoizpen-metodoak daude. Bi urratseko metodoaren eta urrats bakarreko metodoaren arteko aldea silano txertatze-prozesua non egiten den da, bi urratseko metodorako kable-materialaren fabrikatzailean txertatze-prozesua, eta urrats bakarreko metodorako kable-fabrikazio-lantegian txertatze-prozesua. Merkatu-kuota handiena duen bi urratseko silano gurutzatutako polietilenozko isolatzaile-materiala A eta B material deiturikoez osatuta dago, A materiala silanoarekin txertatutako polietilenoa izanik eta B materiala katalizatzaile-master nahasketa. Ondoren, isolatzaile-nukleoa ur epeletan edo lurrunetan gurutzatzen da.
Badago beste bi urratseko silano gurutzatutako polietileno isolatzaile mota bat, non A materiala modu ezberdinean ekoizten den, binil silanoa zuzenean polietilenoan sartuz sintesian zehar, silano kate adarkatuekin polietilenoa lortzeko.
Urrats bakarreko metodoak bi mota ere baditu. Urrats bakarreko prozesu tradizionala lehengai ugari da, formula baten arabera, neurketa-sistema zehatz baten proportzioan, eta estrusore berezi batean sartzen da urrats bakarrean, kable-isolamenduaren nukleoaren txertaketa eta estrusioa osatzeko. Prozesu honetan, ez da granulaziorik behar, ez da kable-materialaren plantaren parte-hartzerik behar, kable-fabrikak bakarrik egiten du. Silano gurutzatuaren bidezko kable-ekoizpenerako ekipamendu eta formulazio-teknologia urrats bakarrean atzerritik inportatzen da gehienbat, eta garestia da.
Beste silano gurutzatutako polietilenozko isolamendu-material mota bat kable-materialen fabrikatzaileek ekoizten dute, lehengai guztiak formula baten arabera nahasten dira, ontziratzen dira eta saltzen dira, ez dago A materialik eta B materialik, kable-lantegia zuzenean estrusorean jar daiteke kable-isolamendu-nukleoa txertatzen eta estrusionatzen duen urrats bat aldi berean osatzeko. Metodo honen ezaugarri berezia da ez dagoela estrusore berezi garestirik behar, silano-txertatze-prozesua PVC estrusore arrunt batean egin baitaiteke, eta bi urratseko metodoak A eta B materialak estrusioa baino lehen nahasteko beharra ezabatzen du.
3. Formulazioaren osaera
Silano gurutzatutako polietilenozko kable-materialaren formulazioa, oro har, oinarrizko material erretxinak, abiarazleak, silanoak, antioxidatzaileak, polimerizazio-inhibitzaileak, katalizatzaileak eta abar ditu.
(1) Oinarrizko erretxina, oro har, dentsitate baxuko polietileno (LDPE) erretxina bat da, 2ko urtze-indizearekin (MI), baina azkenaldian, erretxina sintetikoaren teknologiaren garapenarekin eta kostu-presioekin, dentsitate baxuko polietileno lineala (LLDPE) ere erabili da edo partzialki erabili da material honen oinarrizko erretxina gisa. Erretxina desberdinek eragin handia izaten dute txertaketan eta gurutzaketa-loturetan, haien barne-egitura makromolekularrean dauden desberdintasunengatik, beraz, formulazioa aldatuko da oinarrizko erretxina desberdinak edo fabrikatzaile desberdinetako erretxina mota bera erabiliz.
(2) Ohiko abiarazlea diisopropil peroxidoa (DCP) da, gakoa arazoaren kantitatea ulertzea da, gutxiegi bada silano txertaketa eragiteko ez da nahikoa; gehiegi bada polietilenoaren gurutzaketa eragiteko, eta horrek bere jariakortasuna murrizten du, isolamendu-nukleo estrusoaren gainazala zakarra bihurtzen da, sistema estutzeko zaila. Gehitutako abiarazle kopurua oso txikia eta sentikorra denez, garrantzitsua da uniformeki sakabanatzea, beraz, normalean silanoarekin batera gehitzen da.
(3) Silanoa normalean binil-silano asegabea erabiltzen da, binil-trimetoxisilanoa (A2171) eta binil-trietoxisilanoa (A2151) barne, A2171-ren hidrolisi-tasa azkarra dela eta, jende gehiagok aukeratzen du A2171. Era berean, silanoa gehitzeko arazo bat dago, egungo kable-materialen fabrikatzaileek kostuak murrizteko beheko muga lortzen saiatzen ari dira, silanoa inportatzen denez, prezioa garestiagoa baita.
(4) Antioxidatzailea polietilenoaren prozesamenduaren egonkortasuna eta kablearen zahartzearen aurkakoa bermatzeko da, eta silano-txertatze-prozesuan gehitzen den antioxidatzaileak txertatze-erreakzioa inhibitzeko eginkizuna du. Beraz, txertatze-prozesuan, antioxidatzailea gehitzean kontuz ibili behar da, gehitutako kantitatea kontuan hartu behar da DCP kantitatea hautaketarekin bat etor dadin. Bi urratseko gurutzatze-prozesuan, antioxidatzaile gehiena katalizatzailearen maisu-multzoan gehi daiteke, eta horrek txertatze-prozesuan duen eragina murriztu dezake. Urrats bakarreko gurutzatze-prozesuan, antioxidatzailea txertatze-prozesu osoan dago, beraz, espezieen eta kantitatearen aukeraketa garrantzitsuagoa da. Ohiko antioxidatzaileak 1010, 168, 330, etab. dira.
(5) Polimerizazio inhibitzailea gehitzen da albo-erreakzio batzuk gertatzea eragozteko, txertatze-prozesuan gurutzaduraren aurkako agente bat gehitzeak C2C gurutzaduraren agerpena eraginkortasunez murriztu dezake, eta horrela prozesatzeko jariakortasuna hobetu. Gainera, baldintza berdinetan txertaketa bat gehitzean, silanoaren hidrolisia egingo da polimerizazio inhibitzailean, eta horrek txertatutako polietilenoaren hidrolisia murriztu dezake, txertatze-materialaren epe luzerako egonkortasuna hobetzeko.
(6) Katalizatzaileak askotan organoestainuzko deribatuak dira (erretikulazio naturala izan ezik), ohikoena dibutilestainuzko dilauratoa (DBDTL) izanik, normalean masterbatch moduan gehitzen dena. Bi urratseko prozesuan, txertaketa (A materiala) eta katalizatzailearen masterbatch-a (B materiala) bereizita ontziratzen dira eta A eta B materialak nahasten dira estrusoreari gehitu aurretik, A materialaren aurre-erretikulazioa saihesteko. Silanozko polietilenozko isolamendu gurutzatu eta urrats bakarrekoen kasuan, ontziko polietilenoa ez da oraindik txertatu, beraz, ez dago aurre-erretikulazio arazorik eta, beraz, katalizatzailea ez da bereizita ontziratu behar.
Horrez gain, merkatuan silano konposatuak daude eskuragarri, silano, abiarazle, antioxidatzaile, lubrifikatzaile batzuen eta kobrearen aurkako agenteen konbinazioa direnak, eta, oro har, kable-lantegietan silanoen urrats bakarreko gurutzatze-metodoetan erabiltzen direnak.
Beraz, silanozko polietilenozko isolamendu gurutzatuaren formulazioa, zeinaren konposizioa ez den oso konplexua eta informazio garrantzitsuan eskuragarri dagoen, baina ekoizpen-formulazio egokiak, doikuntza batzuk egin behar diren amaitzeko, eta horrek osagaien formulazioan duten eginkizuna eta errendimenduan duten eraginaren legea eta elkarren arteko eragina guztiz ulertzea eskatzen du.
Kable-materialen barietate askotan, silano gurutzatutako kable-materiala (bi urratsekoa edo urrats bakarrekoa) estrusioan gertatzen diren prozesu kimiko barietate bakarra dela uste da. Beste barietate batzuetan, hala nola polibinil klorurozko (PVC) kable-materiala eta polietilenozko (PE) kable-materiala, estrusio-granulazio prozesua nahasketa fisikoaren prozesu bat da, nahiz eta kable-materialaren lotura kimikoa eta irradiazio bidezko lotura gurutzatua egon, estrusio-granulazio prozesuan edo kable-estrusio sisteman izan, ez dago prozesu kimikorik gertatzen, beraz, silano gurutzatutako kable-materialaren ekoizpenean eta kable-isolamenduaren estrusioan alderatuta, prozesuaren kontrola garrantzitsuagoa da.
4. Bi urratseko silano gurutzatutako polietilenozko isolamenduaren ekoizpen prozesua
Bi urratseko silano gurutzatutako polietileno isolatzaile A materialaren ekoizpen-prozesua 1. irudian laburki irudika daiteke.
1. irudia Bi urratseko silano gurutzatutako polietileno isolatzaile materialaren ekoizpen prozesua A
Bi urratseko silanozko polietilenozko isolamendu gurutzatuaren ekoizpen-prozesuko puntu gako batzuk:
(1) Lehortzea. Polietileno erretxinak ur kantitate txikia duenez, tenperatura altuetan estrusioan, urak azkar erreakzionatzen du sililo taldeekin gurutzaketa sortzeko, eta horrek urtutako materialaren jariakortasuna murrizten du eta aurre-gurutzaketa sortzen du. Amaitutako materialak ura ere badu ura hoztu ondoren, eta horrek ere aurre-gurutzaketa eragin dezake kentzen ez bada, eta lehortu egin behar da. Lehortzearen kalitatea bermatzeko, lehortze sakoneko unitate bat erabiltzen da.
(2) Neurketa. Materialaren formulazioaren zehaztasuna garrantzitsua denez, normalean pisu-galera neurtzeko inportatutako balantza bat erabiltzen da. Polietileno erretxina eta antioxidatzailea neurtu eta estrusorearen elikatze-atakatik sartzen dira, eta silanoa eta abiarazlea, berriz, material likidoaren ponpa baten bidez injektatzen dira estrusorearen bigarren edo hirugarren upelean.
(3) Estrusio bidezko txertaketa. Silanoaren txertaketa prozesua estrusorean osatzen da. Estrusorearen prozesuaren ezarpenek, tenperatura, torlojuen konbinazioa, torlojuen abiadura eta elikatze-abiadura barne, printzipio hau jarraitu behar dute: estrusorearen lehen ataleko materiala guztiz urtu eta uniformeki nahastu daiteke, peroxidoaren deskonposizio goiztiarra nahi ez denean, eta estrusorearen bigarren ataleko material guztiz uniformea guztiz deskonposatu eta txertaketa-prozesua osatu behar da. Estrusorearen ataleko tenperatura tipikoak (LDPE) 1. taulan ageri dira.
1. taula Bi urratseko estrusore-zonen tenperaturak
| Lan-eremua | 1. eremua | 2. eremua | 3. eremua ① | 4. eremua | 5. eremua |
| Tenperatura P °C | 140 | 145 | 120 | 160 | 170 |
| Lan-eremua | 6. eremua | 7. eremua | 8. eremua | 9. eremua | Ahoko hilotza |
| Tenperatura °C | 180 | 190 | 195 | 205 | 195 |
①silanoa gehitzen den tokia da.
Estrusorearen torlojuaren abiadurak materialaren egonaldi-denbora eta nahasketa-efektua zehazten du estrusorean; egonaldi-denbora laburra bada, peroxidoaren deskonposizioa osatu gabea da; egonaldi-denbora luzeegia bada, estrusotutako materialaren biskositatea handitzen da. Oro har, granuluaren batez besteko egonaldi-denbora estrusorean kontrolatu behar da hasierako deskonposizioaren erdibizitza 5-10 aldiz izateko. Elikatze-abiadurak ez du eraginik materialaren egonaldi-denboran bakarrik, baita materialaren nahasketan eta ebakitzean ere; elikatze-abiadura egokia aukeratzea ere oso garrantzitsua da.
(4) Ontziratzea. Bi urratseko silano gurutzatutako isolatzaile-materiala aluminio-plastikozko konpositezko poltsetan ontziratu behar da, aire zuzenean dagoen lekuan, hezetasuna kentzeko.
5. Silanozko polietilenozko material isolatzaile gurutzatuaren ekoizpen prozesua urrats bakarrean
Silano gurutzatutako polietileno isolamendu materiala, urrats bakarrean, txertatze-prozesuagatik, kable-fabrikako kable-isolamenduaren nukleoaren estrusioan erabiltzen da, beraz, kable-isolamenduaren estrusio-tenperatura bi urratseko metodoa baino nabarmen handiagoa da. Silano gurutzatutako polietileno isolamendu-formula urrats bakarrean guztiz kontuan hartu den arren hasiberriaren eta silanoaren sakabanaketa azkarra eta materialaren zizailadura kontuan hartuta, txertatze-prozesua tenperaturaren arabera bermatu behar da, eta hori da urrats bakarrean, silano gurutzatutako polietileno isolamenduaren ekoizpen-lantegiak behin eta berriz azpimarratu duen estrusio-tenperatura zuzena aukeratzearen garrantzia. Gomendatutako estrusio-tenperatura orokorra 2. taulan ageri da.
2. taula Estrusorearen tenperatura urrats bakarrean, zona bakoitzeko (unitatea: ℃)
| Zona | 1. eremua | 2. eremua | 3. eremua | 4. eremua | Brida | Burua |
| Tenperatura | 160 | 190 | 200～210 | 220～230 | 230 | 230 |
Hau da silano gurutzatuaren polietileno prozesuaren urrats bakarreko ahulezietako bat, normalean ez baita beharrezkoa kableak bi urratsetan estrusatzean.
6. Ekoizpen ekipoak
Ekoizpen-ekipoak prozesu-kontrolaren berme garrantzitsua dira. Silano gurutzatutako kableen ekoizpenak prozesu-kontrolaren zehaztasun-maila oso handia eskatzen du, beraz, ekoizpen-ekipoen aukeraketa bereziki garrantzitsua da.
Bi urratseko silano gurutzatutako polietilenozko isolamendu-materialaren ekoizpena Materialen ekoizpen-ekipo bat da, gaur egun etxeko estrusore isotropiko paralelo bikoitzeko torloju-estrusore gehiago erabiltzen direnak, inportatutako pisurik gabeko pisaketarekin. Gailu horiek prozesuaren kontrol-zehaztasunaren eskakizunak bete ditzakete, materialaren egoitza-denbora bermatzeko bi torloju-estrusorearen luzera eta diametroaren aukeraketa, eta osagaien zehaztasuna bermatzeko inportatutako pisurik gabeko pisaketa. Jakina, ekipamenduaren xehetasun asko daude arreta osoa eman behar zaienak.
Aurretik aipatu bezala, kable-lantegiko silano gurutzatuaren bidezko kable-ekoizpenerako urrats bakarreko ekipoak inportatuak dira, garestiak dira, etxeko ekipo-fabrikatzaileek ez dute antzeko ekoizpen-ekiporik, eta arrazoia ekipo-fabrikatzaileen eta formula eta prozesuen ikertzaileen arteko lankidetza falta da.
7. Silano naturala gurutzatutako polietilenozko isolamendu materiala
Azken urteotan garatutako silanozko polietilenozko material isolatzailea baldintza naturaletan gurutzatu daiteke egun gutxiren buruan, lurrun edo ur epeletan murgildu gabe. Silanozko gurutzadura metodo tradizionalarekin alderatuta, material honek kable fabrikatzaileen ekoizpen prozesua murriztu dezake, ekoizpen kostuak are gehiago murriztuz eta ekoizpen eraginkortasuna handituz. Kable fabrikatzaileek gero eta gehiago aitortzen eta erabiltzen dute silanozko polietilenozko isolamendu naturala.
Azken urteotan, etxeko silano natural gurutzatutako polietilenozko isolamendua heldu egin da eta kantitate handitan ekoitzi da, inportatutako materialen aldean prezioan abantaila batzuekin.
7. 1 Silanozko polietilenozko lotura gurutzatu naturaleko isolamenduetarako formulazio ideiak
Silano natural gurutzatutako polietilenozko isolamenduak bi urratseko prozesu batean ekoizten dira, formulazio berak oinarrizko erretxina, abiarazlea, silanoa, antioxidatzailea, polimerizazio inhibitzailea eta katalizatzailea dituena. Silano natural gurutzatutako polietilenozko isolatzaileen formulazioa A materialaren silano txertaketa-tasa handitzean eta ur epeleko silano gurutzatutako polietilenozko isolatzaileak baino katalizatzaile eraginkorrago bat hautatzean oinarritzen da. Silano txertaketa-tasa handiagoa duten A materialen erabilerak, katalizatzaile eraginkorrago batekin konbinatuta, silano gurutzatutako polietilenozko isolatzailea azkar gurutzatzea ahalbidetuko du, tenperatura baxuetan eta hezetasun nahikorik ez dagoenean ere.
Inportatutako silanozko polietilenozko isolatzaile naturalki gurutzatuen A materialak kopolimerizazio bidez sintetizatzen dira, non silano edukia maila altuan kontrola daitekeen, baina txertaketa-tasa altuak dituzten A materialak ekoiztea zaila da silanoa txertatuz. Errezetetan erabilitako oinarrizko erretxina, abiarazlea eta silanoa aldatu eta egokitu egin behar dira, bai barietateari bai gehikuntzari dagokionez.
Erresistentziaren hautaketa eta dosiaren doikuntza ere funtsezkoak dira, silanoaren txertatze-tasa handitzeak CC gurutzadura-erreakzio gehiago dakartzalako nahitaez. A materialaren prozesatzeko jariakortasuna eta gainazalaren egoera hobetzeko ondorengo kable-estrusiorako, polimerizazio-inhibitzaile kopuru egokia behar da CC gurutzadura eta aurreko gurutzadura eraginkortasunez inhibitzeko.
Gainera, katalizatzaileek zeregin garrantzitsua dute gurutzatze-tasa handitzeko eta trantsizio-metalik gabeko elementuak dituzten katalizatzaile eraginkor gisa aukeratu behar dira.
7. 2 Silanozko polietilenozko isolamendu naturalen lotura gurutzatuen gurutzatze-denbora
Silanozko polietilenozko isolamendu naturalaren lotura gurutzatua bere egoera naturalean osatzeko behar den denbora isolamendu geruzaren tenperaturaren, hezetasunaren eta lodieraren araberakoa da. Zenbat eta tenperatura eta hezetasun handiagoa izan, orduan eta meheagoa izango da isolamendu geruzaren lodiera, orduan eta laburragoa izango da lotura gurutzatzeko behar den denbora, eta alderantziz, luzeagoa. Tenperatura eta hezetasuna eskualde batetik bestera eta urtaro batetik bestera aldatzen direnez, leku eta ordu berean egon arren, gaurko eta biharko tenperatura eta hezetasuna desberdinak izango dira. Beraz, materiala erabiltzean, erabiltzaileak lotura gurutzatuaren denbora zehaztu beharko du tokiko eta nagusi den tenperatura eta hezetasunaren arabera, baita kablearen zehaztapenaren eta isolamendu geruzaren lodieraren arabera ere.
Argitaratze data: 2022ko abuztuaren 13a