La technologie de réticulation du polyéthylène (PE) est l’un des moyens importants pour améliorer ses propriétés matérielles. Le PE modifié réticulé peut grandement améliorer ses propriétés, ce qui non seulement améliore considérablement les propriétés globales du PE telles que les propriétés mécaniques, la résistance à la fissuration sous contrainte environnementale, la résistance à la corrosion chimique, la résistance au fluage et les propriétés électriques, mais améliore également considérablement la résistance à la température. niveau, ce qui peut augmenter la température de résistance thermique du PE de 70 degrés à plus de 100 degrés, élargissant ainsi considérablement le champ d'application du PE.
L'isolant en polyéthylène réticulé est du polyéthylène sous l'action de rayons à haute énergie (tels que des rayons, des rayons, des rayons électroniques, etc.) ou d'agents de réticulation afin que la réticulation entre les macromolécules puisse améliorer sa résistance thermique et d'autres propriétés. La température de fonctionnement à long terme du câble utilisant du polyéthylène réticulé comme isolant peut être augmentée jusqu'à 90 degrés, et la température de court-circuit instantanée pouvant résister peut atteindre 170-250 degrés.
Courte introduction
Le polyéthylène (PE) est l'un des cinq plastiques généraux, et sa production et sa consommation occupent la première place parmi les diverses résines synthétiques, dans l'industrie et l'agriculture et sont largement utilisées dans la vie quotidienne. Cependant, la résistance du polyéthylène aux températures élevées est médiocre. Les propriétés mécaniques et la résistance chimique ne répondent parfois pas aux exigences d’utilisation réelle. Par conséquent, la modification du polyéthylène a toujours été la clé du développement et de l’application de produits en polyéthylène, et la technologie de réticulation du polyéthylène est une technologie importante pour améliorer ses propriétés matérielles. Le polyéthylène modifié réticulé peut considérablement améliorer ses propriétés, ce qui améliore non seulement de manière significative les propriétés globales du polyéthylène telles que les propriétés mécaniques, la résistance à la fissuration sous contrainte environnementale, la résistance à la corrosion chimique, la résistance au fluage et les propriétés électriques. De plus, le niveau de résistance à la température est considérablement amélioré et la température de résistance à la chaleur du polyéthylène peut être augmentée de 70 degrés à plus de 100 degrés. En conséquence, la gamme d’applications du polyéthylène a été considérablement élargie.
À l'heure actuelle, le polyéthylène réticulé (XLPE) est largement utilisé dans les tuyaux, les films, les matériaux de câbles et les produits en mousse.
Performances et avantages
Les molécules de polyéthylène sont composées de chaînes moléculaires linéaires. Lorsque la température augmente, la force de liaison entre les chaînes moléculaires linéaires (force de Van der Waals) est affaiblie, de sorte que l'ensemble du matériau moléculaire est déformé, de sorte que la résistance à la température du polyéthylène est médiocre. Polyéthylène réticulé (XLPE) Un pont de chaîne chimique est érigé entre les molécules afin que les molécules ne puissent pas être déplacées, ce qui surmonte la carence du polyéthylène. La comparaison des performances du polyéthylène réticulé et du polyéthylène ordinaire est présentée dans le tableau 1.
Le polyéthylène réticulé présente les avantages suivants :
1. Résistance à la chaleur : le XLPE avec une structure tridimensionnelle en maille a une excellente résistance à la chaleur. Il ne se décomposera pas et ne se carbonisera pas en dessous de 200 degrés, la température de travail à long terme peut atteindre 90 degrés et la durée de vie thermique peut atteindre 40 ans.
2. Performances d'isolation : XLPE conserve les bonnes caractéristiques d'isolation d'origine du PE et la résistance d'isolation est encore augmentée. Sa tangente de perte diélectrique est très petite et n’est pas fortement affectée par la température.
3. Propriétés mécaniques : En raison de l'établissement de nouvelles liaisons chimiques entre les macromolécules, la dureté, la rigidité, la résistance à l'usure et la résistance aux chocs du XLPE sont améliorées, compensant ainsi les défauts du PE étant sensible aux contraintes environnementales et à la fissuration.
4. Résistance chimique : le XLPE a une forte résistance aux acides et aux alcalis et à l'huile, et ses produits de combustion sont principalement de l'eau et du dioxyde de carbone, ce qui est moins nocif pour l'environnement et répond aux exigences de la sécurité incendie moderne.
Principe de réticulation
Le polyéthylène ([CH2-CH2]n, n-numéro d'unité de répétition) est un composé polymère contenant deux éléments d'hydrocarbures et d'hydrogène, avec des chaînes macromoléculaires à structure moléculaire linéaire ou ramifiée, une forme solide à température ambiante et une phase cristalline et forme de coexistence en phase amorphe sous forme solide de polyéthylène. Le poids moléculaire relatif du polyéthylène est compris entre 6,30 et<>,<>.
Le polyéthylène possède d'excellentes propriétés d'isolation électrique, mais sa faible résistance à la chaleur affecte son utilisation de matières premières pour l'isolation des câbles. En raison de la faible interaction intermoléculaire dans la région amorphe, la température de fusion de la plupart des polyéthylènes est d'environ 140 degrés, et sa résistance mécanique diminue considérablement à l'approche du point de fusion du polyéthylène, et la résistance à la fissuration se détériore également.
Lorsque des chaînes macromoléculaires linéaires sont traitées chimiquement ou physiquement, le processus d'assemblage sous forme de liaisons réticulées est appelé réticulation ou « vulcanisation ». Le polyéthylène réticulé a les propriétés du type de maille et de la structure du corps, et sa résistance à la chaleur sera améliorée avec l'augmentation de la réticulation, et l'allongement thermique relatif diminuera en conséquence. En raison de l’amélioration significative de ses propriétés mécaniques et de sa résistance à la chaleur, il est devenu un matériau d’isolation pour câbles électriques largement utilisé.
La méthode de réticulation du polyéthylène par réticulation pour former du polyéthylène réticulé est divisée en deux catégories : méthode chimique et méthode physique, et les méthodes de traitement réalisées dans l'industrie comprennent principalement les cinq suivantes : réticulation par irradiation à haute énergie, réticulation au silane, réticulation au peroxyde , la réticulation ultraviolette et la réticulation au sel. Parmi eux, la méthode de réticulation au peroxyde (également connue sous le nom de réticulation chimique) est une méthode de réticulation adaptée à la production de câbles de moyenne et haute tension, et son principe est une série de réactions radicalaires déclenchées par la décomposition à haute température du peroxyde. , puis le PE est réticulé. Les peroxydes sont décomposés par la chaleur pour former des radicaux libres, et le processus de réaction de réticulation est le suivant :
Méthode de réticulation
Il existe deux types de méthodes de réticulation du polyéthylène : la réticulation physique (réticulation par rayonnement) et la réticulation chimique. La réticulation chimique est divisée en réticulation au silane et en réticulation au peroxyde.
Réticulation physique
Réticulation par rayonnement : les produits en polyéthylène, tels que les gaines en polyéthylène, les films, les tubes à paroi mince et d'autres produits enduits sur le fil, sont réticulés avec des rayons X et des rayons à haute énergie (ce qui amène les macromolécules de polyéthylène à générer des radicaux libres et à former des chaînes réticulées CC) . Le degré de réticulation est affecté par la dose de rayonnement et la température, et le point de réticulation augmente avec l'augmentation de la dose de rayonnement, de sorte qu'en contrôlant les conditions de rayonnement, des produits en polyéthylène réticulé avec un certain degré de réticulation peuvent être obtenus.
Le polyéthylène réticulé produit par la méthode de réticulation par rayonnement présente les avantages suivants : la réticulation et l'extrusion sont effectuées séparément, la qualité du produit est facile à contrôler, l'efficacité de la production est élevée et le taux de rebut est faible ; Aucun initiateur de radicaux libres supplémentaire (tel que les peroxydes, etc.) n'est requis pendant le processus de réticulation, ce qui maintient la propreté du matériau et améliore les propriétés électriques du matériau ; Il est particulièrement adapté aux câbles isolés de faible section et à paroi mince, difficiles à réaliser par réticulation chimique. Cependant, la réticulation par rayonnement présente également certains inconvénients, comme la nécessité d'augmenter la tension accélératrice du faisceau d'électrons lors de la réticulation de matériaux épais ; Pour la réticulation d'objets ronds tels que des fils et des câbles, il est nécessaire de les faire tourner ou d'utiliser plusieurs faisceaux d'électrons pour uniformiser l'irradiation ; Les coûts d'investissement ponctuels sont considérables ; La technologie d'exploitation et de maintenance est complexe et les problèmes de protection de sécurité en fonctionnement sont également relativement graves.
Réticulation chimique
La réticulation chimique est l'utilisation d'agents de réticulation chimiques pour réticuler des polymères, passant d'une structure linéaire à une structure en réseau.
Le choix de l'agent de réticulation doit dépendre de la variété du polymère, de la technologie de traitement et des performances du produit. L'agent de réticulation idéal, en plus de répondre à certaines exigences spécifiques, doit également répondre aux exigences de base suivantes : taux de réticulation élevé, structure de réticulation stable ; grande sécurité de traitement, facilité d'utilisation, durée de validité modérée après ajout de résine, pas d'inconvénients de réticulation prématurée ou trop tardive ; n'affecte pas les performances de traitement et les performances d'utilisation du produit ; non toxique, non polluant, n'irrite pas la peau et les yeux.
Dans la réticulation chimique, il existe la réticulation au peroxyde, la réticulation au silane et la réticulation azoïque :
(1) Agent de réticulation et de réticulation au peroxydeLa réticulation au peroxyde, utilisant généralement du peroxyde organique comme agent de réticulation, sous l'action de la chaleur, se décompose pour générer des radicaux libres actifs, qui font que la chaîne carbonée du polymère génère des points actifs et produit une réticulation carbone-carbone pour former un structure du réseau. Cette technologie nécessite un équipement d'extrusion à haute pression pour que la réaction de réticulation soit effectuée dans le fût, puis le produit est chauffé à l'aide d'une méthode de chauffage rapide, ce qui donne un produit réticulé. Par conséquent, l’utilisation de la méthode de réticulation au peroxyde pour produire des tuyaux en polyéthylène n’est pas facile à contrôler, la qualité du produit est instable et un fonctionnement continu est plus difficile.
(2) Réticulation azoïque
Le procédé consiste à mélanger le composé azoïque dans du PE et à l'extruder à une température inférieure à la décomposition du composé azoïque, et l'extrusion est décomposée par un bain de sel à haute température, et le composé azoïque est décomposé pour former des radicaux libres, initiant la réticulation du polyéthylène. Il est généralement utilisé pour les matériaux à base de gomme de cyprès ayant de faibles températures de fusion et a peu d'applications pratiques pour les plastiques.
(3) Agent de réticulation et de réticulation silane
Dans les années soixante du XXe siècle, la technologie de réticulation du silane a été développée avec succès. La technologie utilise des vinylsilanes contenant des doubles liaisons pour réagir avec des polymères fondus sous l'action d'initiateurs pour former des polymères greffés silane, qui sont hydrolysés dans l'eau en présence d'un catalyseur de condensation de silanol pour former une structure réticulée à chaîne oxane en réseau. La technologie de réticulation du silane a grandement favorisé la production et l'application de polyéthylène réticulé en raison de son équipement simple, de son processus facile à contrôler, de son investissement réduit, de son degré élevé de réticulation des produits finis et de sa bonne qualité. Outre le polyéthylène et le silane, des catalyseurs, des initiateurs, des antioxydants, etc. sont également utilisés dans la réticulation.
Par rapport à d'autres méthodes, les produits en polyéthylène obtenus par réticulation silane présentent les avantages suivants :
(1) Moins d’investissement en équipement, efficacité de production élevée et faible coût.
(2) Le procédé est très polyvalent, adapté au polyéthylène toute densité et également à la plupart des polyéthylènes avec charge.
(3) Non limité par l'épaisseur.
(4) La quantité de peroxyde est faible (seulement 10 % lorsque le peroxyde est réticulé seul), donc moins de micropores sont générés dans la couche isolante en polyéthylène, ce qui favorise le maintien de l'isolation élevée du polyéthylène.
Principales applications
En raison de ses excellentes propriétés, le polyéthylène réticulé est utilisé comme matériau d'isolation haute tension, haute fréquence, résistant à la chaleur et comme revêtement de fils et câbles requis par les fusées, missiles, moteurs, transformateurs, etc. Fabrication de tubes thermorétractables, films thermorétractables, divers tuyaux résistant à la chaleur, mousse plastique, revêtements, composants et conteneurs d'équipements chimiques résistants à la corrosion, fabrication de matériaux de construction ignifuges, etc. À l'heure actuelle, les plus grands domaines d'utilisation sont principalement les fils et câbles, les tuyaux, et de la mousse.
1. Matériau du câble en polyéthylène réticulé
La résistance thermique du câble avec du polyéthylène réticulé comme isolant est supérieure à celle du chlorure de polyvinyle, il peut être utilisé pendant une longue période à 90 degrés et la température de résistance thermique en court-circuit peut atteindre jusqu'à 250 degrés ; La résistance d'isolation est élevée, la tangente de perte diélectrique est faible et elle ne change fondamentalement pas avec le changement de température ; Il présente une bonne résistance à l’usure et à la fissuration sous contrainte environnementale. Une fois que le polyéthylène réticulé est brûlé par les câbles, du dioxyde de carbone et de l'eau sont produits, tandis que les câbles en PVC produisent des gaz nocifs de chlorure d'hydrogène lors de la combustion ; De plus, la densité du polyéthylène réticulé est environ 40 % inférieure à celle du PVC, ce qui peut réduire considérablement la qualité des lignes aériennes.
2. Tuyau en polyéthylène réticulé
Le tuyau produit en polyéthylène réticulé présente les avantages d'une résistance élevée au fluage, d'une résistance à la corrosion, d'un poids léger et d'une bonne résistance à la chaleur. Le tuyau composite aluminium-plastique utilisant du polyéthylène réticulé présente une forte étanchéité à l'air et une résistance élevée aux contraintes d'éclatement. Il a un effet antistatique et protecteur.
Comparé aux tuyaux en PVC et aux tuyaux en polyéthylène ordinaires, les tuyaux en polyéthylène réticulé ne contiennent pas de plastifiants, ne moisissent pas et ne reproduisent pas de bactéries ; Ne contient pas d'ingrédients nocifs, répond aux normes de la FDA et peut être utilisé dans les conduites d'eau potable ; Bonne résistance à la chaleur, la résistance à la chaleur des tuyaux en polychlorure de vinyle ordinaire et en polyéthylène est de 60-75 degrés, tandis que le tuyau en polyéthylène réticulé est de 90 degrés, la température instantanée maximale peut atteindre 185 degrés, peut résister à une basse température de -75 degrés ; Large plage de températures de fonctionnement, peut être utilisée pendant une longue période dans des conditions de -75-95 degrés et la durée de vie peut aller jusqu'à 50 ans. Réticulation élevée, haute densité, bonne résistance à la pression ; La résistance à la corrosion chimique est très bonne et la résistance à la fissuration sous contrainte environnementale est excellente, même à des températures plus élevées, il peut être utilisé pour transporter une variété de produits chimiques et de matériaux sous contrainte avec un tuyau accéléré, le tuyau en polyéthylène réticulé est léger, seulement environ 1 /8 de tuyau métallique ; Bonne résistance à la corrosion et résistance à l'usure. Le taux d'usure est inférieur à 1/4 du tuyau en acier et la durée de vie est de 2-6 fois celle du tuyau en acier ; La paroi intérieure est lisse, la résistance à l'écoulement du fluide est faible et, pour le même diamètre de tuyau, le débit de transport est plus grand que celui du tuyau métallique et le bruit est beaucoup plus faible ; Les performances de transmission sont bonnes et la quantité de liquide de transmission est augmentée de 30 %-40 % par rapport au tuyau en acier ; La conductivité thermique est bien inférieure à celle des tuyaux métalliques, ses performances d'isolation thermique sont donc excellentes. Lorsqu'il est utilisé dans le système de chauffage, la conservation de la chaleur n'est pas nécessaire et la perte de chaleur est faible ; Il peut être plié arbitrairement et ne sera pas cassant ni fissuré ; Excellentes performances d'isolation électrique, installation facile et charge de travail d'installation inférieure à la moitié du tuyau métallique, faible coût d'installation.
En raison des excellentes performances matérielles du tuyau en polyéthylène réticulé. Avec une hygiène totalement non toxique, il a été considéré comme une nouvelle génération de tuyaux verts, principalement utilisés dans les aspects suivants :
(1) Systèmes d'approvisionnement en eau froide et chaude et systèmes d'eau potable par pipeline pour bâtiments;
(2) Système d'eau glacée pour la climatisation des bâtiments ;
(3) Système de chauffage résidentiel;
(4) Système de chauffage au sol ;
(5) Tuyauterie de système de chauffe-eau domestique ;
(6) Canalisations de transport de boissons, d'alcool, de lait et d'autres fluides dans l'industrie alimentaire ;
(7) Pipelines de transport de fluides pour l'industrie chimique et pétrolière ;
(8) Canalisation du système de réfrigération et du système de traitement de l’eau.
(5) Bonne résistance au vieillissement et longue durée de vie.
