硅烷交联

硅烷交联（精选3篇）

硅烷交联 篇1

一、拟建规模

根据市场需求量预测和公司现有两条双螺杆挤塑造粒生产线的生产能力,本项目拟建生产规模为年产硅烷交联聚乙烯绝缘料1200吨,达产后的市场占有率约为2%左右。

二、项目组成

本项目拟新建一个研究开发和生产部门,组成如下:

(1)技术组负责新材料的研究开发及生产工艺制定等技术工作。

(2)制造部负责10kV及以下硅烷交联聚乙烯绝缘料的生产。

(3)化验室负责原材料检验及成品测试工作。

三、主要工艺技术选择

为保证配方准确、混料均匀、产品质量稳定、运行可靠,拟从美国PULSAFEEDER公司进口先进的液压平衡隔膜计量泵及热风循环除湿系统。为防止灰尘污染电缆料及便于清洁地坪,主厂房及原材料库与成品库的地坪与墙裙采用墙地砖,并采用双层密闭门窗室内空气正压并经净化处理。

四、进口设备选型分析

国外生产液压平衡隔膜计量泵的生产厂家主要有瑞士的BUSS公司、美国的PULSAFEEDER公司。从产品质量及使用性能等角度我们优先考虑采用PULSAFEEDER公司的液压平衡隔膜计量泵,其理由如下:

(1)可广泛用于各种流体,其适应性强,工作范围宽。

(2)设备先进,性能可靠。独特的泵头设计,可使在紧固泵头螺栓时,最大的紧力力矩不会对隔膜材料产生应力。同时泵头与管线不用螺纹连接,以避免擦伤和裂缝引起泄漏。

(3)计量精确,流量可从1～100%,精确控制,准确定量。精度在±1%以内。

(4)隔膜不与柱塞接触,两端液压平衡,使用寿命长。

(5)备有各种材料泵头和隔膜,解决了各类腐蚀问题。

(6)内设三个安全保护装置,确保无故障操作。

(7)结构紧凑,占地面积小。

(8)容易操作和监控,设备的维护保养方便。

五、主要工艺设备技术要求

1、同向平行双螺杆挤出机

(1)螺杆直径:Φ90;

(2)采用双头螺纹,可自由组合,拆卸方便;

(3)长径比:40:1;

(4)直流电机:450KW;

(5)减速箱:高扭矩型,采用INA主推轴承,配温度、压力报警;

(6)直流电机与减速箱之间采用气动摩擦离合器;

(7)机筒内衬采用双金属硬质合金;

(8)机筒采用电加热、水冷却:

A、加热温度:室温-300℃;

B、机筒冷却配进口金属阀芯的电磁阀;

C、机筒冷却采用软水循环系统;

D、机筒加热冷却采用独立的温控系统。

(9)螺杆芯部要求配油加热冷却系统:加热温度为室温-300℃,工作时的温度为80℃C;

(10)第2、3节机筒在螺杆旋转方向的一根螺杆的正上方,各安排一个液体注入口,注入口的尺寸与注射枪匹配。该注入口必须配闷头;

(1 1)配圆柱型快速换网装置,在该装置前配熔体压力传感器,在该装置后配温度传感器。该装置应该很能方便的移去;

(12)切粒系统:采用水环造粒方式;模板加热采用电加热方式,加热温度为室温-300℃;粒态要求:Φ3×4mm;切霄云外刀采用无级调速变频马达驱动;切粒系统可方便地移去。

2、自动配料秤

(1)配料秤的称量范围:0-150KG;

(2)三配料最大称量:A料:0-100KG,B料:0-60KG,C料:0-60KG;

(3)计量料斗材质:不锈钢;

(4)计量精度:1/1000;

(5)加料部分采用振动式;

(6)卸料部分配不锈钢气动硬密封蝶阀;

(7)控制部分:加料分快加、慢加;放料为手动,放料结束后自动加料(可选择手动加料);

3、聚乙烯料仓

(1)料仓尺寸:Φ900×2000-2500mm

(2)材质为不锈钢;

(3)配高低振杆式料位器:低料位在距离直桶段底部约500mm处,高料位在距直桶段顶部约500mm处;

(4)料仓侧面或顶部为可开启的门或人孔;

(5)料仓内放置尺寸适当的磁力架

(6)料仓出料口配不锈钢气动硬密封蝶阀。

4、硅烷贮槽

(1)容积:300L;

(2)材质:不锈钢;

(3)配音叉式料位器(德国E+H公司,上海自动化仪表五厂),安装位置在距底部约50-80L处;

(4)贮槽盖子上配连通大气的能安装吸潮剂的U型管,盖子应密封,且能开启清理;

(5)出料口配手动、气动不锈钢球阀各一只;

(6)底部配泻污不锈钢球阀。

5、硅烷失重喂料器

(1)生产量:2-20KG/H;

(2)计量斗材质:不锈钢;

(3)计量泵要求采用LEWA泵,泵的进出口有单向阀;

(4)泵的进口配过滤器;

(5)泵的出口采用不锈钢无缝管,与注射枪的连接采用不锈钢金属软管,在注射枪的金属软管之前配隔膜式压力表;

(6)与挤出机连接的注射枪;

6、水循环系统

(1)粒料输送喷淋水池:材质为不锈钢;配上下液位开关(上海自动化仪表五厂,UQK-01,约、300元/只);配进排水电磁阀,排水阀进口配手动不锈钢球阀;带回水过滤网。

(2)高压水泵:材质不锈钢:型号按切粒机系统要求配;

(3)循环水池:水泥砌制,表面贴釉面砖;尺寸:2000×1000×800mm;上部留溢流口;底部设排污口;循环水泵为不锈钢,用一备一;型号根据现场设计选用/

7、离心脱水机

(1)生产量:900-1200KG/H;

(2)脱水量:0.8-30m2/H;

(3)材质:不锈钢;

(4)进料口配滤水板,出料口配三通放料阀;

8、分子筛空气干燥系统

(1)干燥料仓容积≥6m2,按800KG/H的生产量计算物料停留时间为6H以上;

(2)干燥料仓的材质为不锈钢;

(3)干燥料仓带高料位器报警;

(4)露点为-50℃,或以类推法,测试聚乙烯树脂的含湿量≤100PPM;

(5)干燥料的进料口配旋风分离器和星型加料器;

(6)出料口配不锈钢气动硬密封蝶阀,配密闭的振动给料器;

9、自动定量包装秤

(1)秤斗材质:不锈钢;

(2)计量精度:按国家强制检定要求;

(3)包装规格:25KG/包;

(4)手动放料,自动加料,但可切换成手动加料;

(5)配自动计数器;

六、结语

其中根据生产工艺选择正确的生产设备尤为重要,它直接关系到生产线能否联动,能否生产出合格硅烷交联聚乙烯电缆,也代表着企业技术进步的水平,上述是根据我公司成功调试经验详细介绍选择正确的硅烷交联生产设备。

参考文献

陈宝胜交联电缆发展状况和硅烷交联的生产工艺电线电缆1 997年02期

硅烷交联 篇2

本方法选用LLDPE作为基础树脂, 采用两步法硅烷接枝水解交联工艺, 着重考察引发剂和硅烷用量对接枝交联反应的影响。利用差示扫描量热仪 (DSC) , X-射线衍射仪 (XRD) 等检测手段, 系统的研究了接枝物交联前后的结晶行为, 以其为从配方上控制接枝交联反应提供依据。

1实验部分

1.1主要原料

线性低密度聚乙烯 (LLDPE) , 7042, 熔体流动速率为1.9g/10min, 吉林石化;乙烯基三甲氧基硅烷 (VTMOS) , A-171, 道康宁公司;过氧化二异丙苯 (DCP) , 化学纯, 北京市西中化工厂;十二月硅酸二丁基锡 (DBTL) , 分析纯, 沈阳东陵精细化学公司;四-[β- (3, 5-二叔丁基) -4-羟基苯醚丙酸]季戊四醇 (1010) , 市售。

1.2主要设备及仪器

平板硫化机, XLB, 青岛亚东橡胶有限公司;冲击实验机, XJU-22, 承德材料实验机厂;万能拉力机, AGS-H5 kN, 日本电子公司。

差示扫描量热仪 (DSC) , Perkin-Elmer DSC-7, 美国Perkin-Elmer公司;X-射线衍射仪 (XRD) , RINT2000, 日本RICON公司。

1.3试样制备

采用两步硅烷交联法, 先取一定配比的LLDPE、VTMOS和DCP在双螺杆挤出机中进行熔融接枝反应, 挤出并造粒得接枝A料;再按一定配比将LLDPE、DBTL及抗氧剂1010在双螺杆挤出机中熔融混合, 挤出造粒得催化母料B料;将干燥后的A料和B料按95∶5的比例混合后放入双螺杆挤出机中挤出制得C料。在平板硫化机上将C料压制1mm厚的试片, 然后将试片放入90℃的热水浴中恒温水煮10h完成交联反应, 得到实验用LLDPE交联试样。

1.4性能测试与表征

凝胶含量测试:将试样切成小薄片, 精确称取0.15g, 放于125μm的铜网中包成小样包, 放入索氏提取器抽桶中, 以二甲苯为萃取剂, 于120℃回流萃取10h后, 取出放入65℃烘箱中烘干至恒重, 取出试样包称重。按下式计算凝胶含量:

凝胶含量%= (W3-W1) / (W2-W1) ×100% (1)

式中:W1—铜网质量;W2—铜网和试样初始质量;W3—铜网和试样残余质量。

力学性能测试:按照ASTM D256标准测试悬臂梁缺口冲击强度;按照ASTM D-638标准测试拉伸性能, 拉伸测试速率为50mm/min, 测试温度为23℃。每次测试样条为5个, 最终结果取其测量的平均值。

DSC分析:在N2保护下, 将试样以10℃/min从20℃升温至160℃, 恒温5min;然后以10℃/min降温至50℃;最后以10℃/min升温至160℃, 记录试样的差示扫描热法 (DSC) 结晶熔融谱图。

XRD分析:采用RINT2000型X射线衍射仪对试样进行测试, 选用铜作阳极靶, 工作电源电压为40kV, 工作电流30mA, 入射光波长为1.54Å, 扫描范围2θ=10°～30°, 扫描速率为2.5°/min。

2结果与讨论

2.1引发剂DCP用量对凝胶含量的影响

图1所示是引发剂DCP用量随凝胶含量的变化关系曲线 (以LLDPE为基体树脂, VTMOS用量2.0份, 图中每一试样的凝胶含量均是水解交联10h的值) 。由图可看出, 硅烷交联LLDPE的凝胶含量随DCP用量的增加而上升, 但并非呈线性关系。当DCP用量少于0.1份时, 凝胶含量随DCP用量的增加快速上升;当DCP用量继续增加, 凝胶含量升高趋于平缓。这是因为:随DCP用量的增加, 引发产生的大分子自由基增多, 接枝硅烷量随之增加;但当DCP用量较多时, 硅烷转化率已经很高, 再增加DCP用量对接枝率变化不大, 同时DCP用量过多, 产生过多的自由基容易引起在硅烷接枝过程中预交联现象严重, 最终影响材料的综合性能。综合分析, 引发剂DCP用量选择为0.1份。

2.2硅烷单体VTMOS用量对凝胶含量的影响

图2所示为硅烷单体VTMOS用量随凝胶含量的变化关系曲线 (以LLDPE为基体树脂, DCP用量0.1份, 图中每一试样的凝胶含量均是水解交联10h的值) 。由图可看出, 硅烷交联LLDPE的凝胶含量随VTMOS单体用量的增加, 先是快速上升, 然后增加平缓。当VTMOS加入量小于2.0份时, 随着VTMOS用量增加, VTMOS能较充分地接枝到LLDPE分子链上, 所以交联制品的凝胶含量迅速增加。但当VTMOS的用量超过2.0份后, 一方面由于接枝点几乎耗尽, 接枝反应趋于平衡;另一方面当硅烷接枝量较大时, 在水解交联过程中, 由于先期的交联妨碍剩余未接枝的交联过程, 从而使VTMOS加入量达到一定值后, 凝胶含量增加缓慢。硅烷用量太少对反应不利, 过量的使用硅烷则导致制品中残余硅烷单体量增多, 使力学性能下降。因此硅烷单体VTMOS用量选择2.0份为佳。

2.3水解时间与凝胶含量的关系

图3所示为水解时间与凝胶含量的关系曲线。凝胶含量均随水解时间的增长而增加。当水解反应10h后, 凝胶含量不再有明显增加。主要认为水解反应10h后, 交联度已经很高, 交联所形成的三维网状结构限制了聚乙烯链段的自由运动, 使大分子间的互相作用的机会大量减少, 故交联反应趋于缓慢。因此选择水解时间为10h。

2.4硅烷单体用量对交联LLDPE力学性能的影响

2.4.1 硅烷单体用量对交联LLDPE拉伸强度和断裂伸长率的影响

随着VTMOS用量的变化, 其拉伸强度和断裂伸长率的变化趋势如图4、图5所示。拉伸强度随着VTMOS用量的增加, 先是逐渐增大, 当VTMOS用量超过2.0份时, 拉伸强度呈下降趋势;而断裂伸长率随着VTMOS用量在1.0～2.5份时变化趋势不明显。当VTMOS用量为3.0份时, 断裂伸长率显著下降。

值得注意的是, 当硅烷用量在1.0～2.5份时, 断裂伸长率变化不明显。这可能是由于接枝交联LLDPE的凝胶含量相差不是很大, 大分子链间的运动限制程度相当;而当硅烷用量为3.0份时, 过量的硅烷导致制品中残余硅烷单体量增多, 造成介质不均匀, 引起制品表面粗糙, 加上更加致密的网络结构的限制, 使得断裂伸长率大大降低。

2.4.2 硅烷单体用量对交联LLDPE冲击强度的影响

图6为VTMOS用量对硅烷交联LLDPE冲击强度的影响曲线。随着VTMOS用量的增加, 冲击强度逐渐增加;当VTMOS用量超过2.0份时, 冲击强度反而呈下降趋势。该原因解释为:LLDPE经过接枝交联以后, 极性基团增多, 分子链的支化程度增加, 因此适度交联, 有利于交联LLDPE冲击强度的提高;但当接枝交联程度过高时, 极性基团排列紧密, 阻碍邻链段的运动, 以至不能实现强迫高弹性, 冲击强度的反而呈下降趋势。

2.5硅烷交联LLDPE的结晶行为

2.5.1 硅烷交联LLDPE的DSC分析

如图7和表1所示可以看出, LLDPE与硅烷接枝后熔点略有下降。这说明硅烷在LLDPE接枝链上的接枝在一定程度上破坏了分子链的规整性, 导致结晶区域的结晶缺陷增多。与接枝物相比, 硅烷交联LLDPE的熔点进一步下降, 这表明交联网络的形成, 对LLDPE结晶有序程度的影响进一步增强。与此同时, 交联以后LLDPE的熔程明显加宽。

图7中值得注意的是, 硅烷接枝线性低密度聚乙烯 (SG-LLDPE) , 硅烷交联线性低密度聚乙烯 (SX-LLDPE) 在扫描时都出现了熔融双峰现象, 对于该现象的解释有:出现熔融双峰现象应归结于硅烷交联聚乙烯中的凝胶和溶胶在水煮交联过程中逐渐形成各自的结晶结构[6] , 这种不同的结晶结构在高凝胶度时开始趋于分离, 在DSC曲线中将反应出两个峰值。也有文献报道:低温熔融峰为材料中原有结晶结构的熔融, 高温熔融峰为材料中结晶不稳定结构的重排[7]。

2.5.2 硅烷交联LLDPE的XRD分析

图8所示是LLDPE、SG-LLDPE和SX-LLDPE的XRD变化曲线。在21.4°和23.9°附近出现两个比较尖锐的结晶峰, 19.5°附近为被隆起的较平缓的非晶峰。当LLDPE接枝后, 在图中位于21.4°和23.9°附近的两个结晶峰尖锐程度下降, 结晶峰强度降低。这是由于分子链上引入硅烷基团, 使大分子之间的规整性受到破坏, 结晶度呈下降趋势。同时接枝物水解交联后形成的三维网状结构使分子移动更加困难, 链段的重排结晶过程受到抑制, 双重作用导致了结晶度比相应的接枝物进一步降低。这一结果与DSC的研究数据相一致。

3结论

(1) 通过对引发剂DCP和接枝单体VTMOS用量变化影响研究, 得到接枝交联LLDPE的最佳配方:LLDPE 100份, VTMOS 2.0份, DCP 0.1份, 1010 0.6份, DBTDL 0.15份。

(2) 力学性能测试结果表明:交联LLDPE的拉伸强度和冲击强度均在硅烷含量为2.0份时达到最大, 而后稍有降低;其断裂伸长率除在硅烷单体用量为3.0份时显著下降, 其它含量时断裂伸长率变化不明显。

(3) XRD分析结果表明:LLDPE经硅烷接枝、交联后, 结晶峰尖锐程度下降, 结晶峰强度降低, 即结晶度下降。这一结果也很好的与DSC实验数据相一致。

参考文献

[1]Zvan Chodak.Properties of Crosslinked Polyolefin-based Mate-rials[J].Prog Polym Sci, 1995, 20 (6) :1165-1199

[2]Scott H G.Crosslinking Method for Polyolefin with a Silane[P].US3646155, 1972.

[3]俞强, 李锦春, 林明德, 吕海波.硅烷接枝交联聚乙烯的研究[J].高分子材料与工程, 1999, 15 (4) :48-51.

[4]张建耀.交联电缆用LDPE树脂性能及其应用[J].现代塑料加工应用, 2005, 17 (6) :8-11.

[5]谢侃, 张建耀, 刘少成, 等.硅烷交联聚乙烯电力电缆绝缘料基础树脂的性能[J].高分子材料与工程[J], 2006, 22 (1) :127-134.

[6]Hjertberg T, Palml f M, et al.Chemical reactions incrosslinking of copolymers of ethylene and vinyltrimethoxy si-lane[J].J Appl Polym Sci, 1991, 42 (5) :1185-1192.

硅烷交联 篇3

交联聚乙烯自二十世纪五十年代问世以来, 因其性能卓越、制造工艺简单、维修容易等优点, 在输配电系统中得到了广泛应用。

早在二十世纪60年代人们就发现塑料电缆绝缘在电场和水的作用下其内部会产生树枝状放电通道, 称为水树。水树会随着时间的发展继续生长, 最终导致绝缘击穿, 成为电缆早期损坏的重要原因[1]。

XLPE电缆的水树枝老化现象主要可归纳为以下几点:a.同时存在水和电场时才会发生水树枝, 即使在较低的电场下也会发生水树枝;b.水树枝是直径在0.1到几个μm的充满水的气隙集合;c.绝缘中存在的杂质、气孔以及绝缘表面内外半导体层的不均匀处形成的局部高电场部位是发生水树枝的起点;d.在交流电场下比在直流电场下容易产生水树枝, 交流电频率越高, 发展速度越快;e.温度高时容易发生水树枝[2,3,4]。

人们提出了许多改进材料抗水树性能的方法, 这些方法可以归纳为两类:第一种方法是将与基体材料分子链有亲和作用的添加剂与聚合物材料混合以获得抗水树特性。这种方法以美国陶氏化学公司为代表。第二种方法是改变聚合物材料本身的性质, 即改变聚合物分子结构、聚合物结构形态, 或者采用不同聚合物材料共混, 或者采用聚合物合金。

本文采用硅烷改性交联电缆绝缘料, 研究硅烷用量对聚乙烯绝缘料抗水树效果以及电性能的影响。

2 实验部分

2.1 实验原料及药品

PE:2220H, 扬子巴斯夫;硅烷:浙江新安;抗氧剂:300#, 市售;DCP:工业品, 市售。

2.2 实验仪器及设备

34挤出机:SHR-25A, 张家港轻工机械有限公司;半自动压力成型机:YX-25 (0) , 上海西玛伟力橡塑机械有限公司;冲片机:CPJ-25, 承德试验机责任有限公司。

2.3 抗水树交联聚乙烯绝缘料的制备

2.3.1 挤出造粒。取一定量的PE、硅烷、抗氧剂300#挤出造粒。

2.3.2 DCP吸收。设置烘箱温度70℃, 通过广口瓶吸收DCP12小时

2.3.3 压制成型。将粒料在热压成型机上制成片材。

2.3.4 制样。根据国家标准制作性能测试所需样条。

2.4 水树实验

压制的交联聚乙烯板与高4.5cm的聚乙烯管胶粘在一起, 形成杯形试样, 杯的底部涂半导电漆作为接地电极。

杯形试样在温度80°C的烘箱中热处理48小时, 去除试样中的交联副产品。在真空中向杯内注入0.01N Na Cl溶液, 插入溶液中的铂导线作高压电极。

加速水树老化试验按ASTM D6097-97a标准进行。3个试样并联成一组, 每一个试样有9个水针孔, 在1k Hz (正弦波) 、5k V电压 (有效值) 下, 三组试样分别加速水树老化30天。

试验完毕, 解剖试样, 用刀片从水针孔的中心线垂直劈开, 再切成薄片在100倍读数显微镜下检查水树形式和测量水树长度。

3 结果与讨论

3.1 水树生长

随着硅烷添加量的增加, 水树长度也随着明显下降, 说明硅烷做为亲水性有机物, 能够提高试样的亲水性, 阻止了水在不均匀电场集中点的聚集。因此XLPE中微孔中很难形成引起水树产生的水滴。微孔处水滴也就不会在电应力下有水滴沿裂纹的注入而无法形成水树。

3.2 水树

以普通XLPE、 (YJ-35) 、WTR-XLPE-1 (配方1) 、国外WTR-XLPE电缆料和万马WTR-XLPE电缆料, 每种试样用三组杯形试样 (每组三个杯形试样) , 并联加压, 一组试样的水树长度取30个水针孔上水树长度的平均值, 表1中列出五种试样分别在加速水树老化30天后的水树平均长度。

从表1可以看出, 在同样试验条件下, 配方1的水树长度比普通XLPE的短三分之二以上, 与目前万马抗水树电缆料以及国外抗水树电缆料抗水树效果相近。

3.3 介电性能

从图1可以看出随着随着硅烷的增加, 介电常数也随着变大, 主要是由于硅烷作为极性有机物, 对介质的极化产生影响, 从而使得材料的介电常数有部分上升。

从图2可以看出随着随着硅烷的增加, 介质损耗也随着变大, 主要是因为介质损耗与材料极性强弱存在重要关系, 而硅烷极性较强, 加入到PE这种非极性物质中, 提高了PE内部的极性率, 从而大大提高了材料的介质损耗。

4 结论

4.1 硅烷A的加入能明显提高XLPE的抗水树效果, 水树长度随着硅烷加入量的增加而减小。

4.2 硅烷的加入对XLPE优异的介电性能产生一定影响, 但仍能满足电缆行业对XLPE介电性能的要求。

摘要：本文用硅烷改性交联聚乙烯绝缘料, 分析硅烷用量对交联聚乙烯绝缘料抗水树性能的影响。结果表明加入1.2%的硅烷后其抗水树效果最佳。

关键词：PE,硅烷,抗水树

参考文献

[1]Jean-Pierre Crine and Jioder Jow, A New Water Treeing Model, 2004 International Conference on Solid Dielectrics, Toulouse, France, 2004, 7:5-9, 211-215.

[2]党智敏, 亢婕, 屠德民.新型抗水树聚乙烯绝缘电缆料的研究[J].中国电机工程学报, 2002, 22 (1) :8-11.

[3]Jean-Pierre Crine and Jioder Jow, A New Water Treeing Model, 2004 International Conference on Solid Dielectrics, Toulouse, France, 2004, 7:5-9, 211-215.