Концентрат XLPE — это вспомогательное средство для переработки пластмасс, полностью известное как концентрат сшитого полиэтилена. Он состоит из избыточных химических добавок, смол-носителей и диспергаторов и обычно используется для улучшения характеристик сшитого полиэтилена (XLPE). XLPE — это аббревиатура от cross-linked polyethylene (сшитый полиэтилен), в котором технология сшивки используется для образования химических цепных мостиков между молекулами полиэтилена, что улучшает его комплексные свойства, такие как термостойкость, химическая стойкость и электроизоляция.

Типы

Концентрат сшитого полиэтилена (XLPE) можно классифицировать на различные типы в соответствии с различными стандартами классификации. Ниже приведены распространенные классификации и конкретные типы:

Классификация по методу сшивки

Химически сшитый концентрат XLPE: обычно содержит сшивающие агенты, такие как органические пероксиды. Под воздействием нагрева и давления сшивающий агент разлагается с образованием свободных радикалов, инициируя реакции сшивки между цепями полиэтилена и формируя трехмерную сетчатую структуру. Этот тип концентрата имеет высокую скорость сшивки, легкость контроля степени сшивки, стабильные характеристики продукта и широко используется в таких областях, как провода, кабели и трубы.

Радиационно-сшитый концентрат XLPE: этот концентрат не содержит сшивающих агентов, а вместо этого использует высокоэнергетическое излучение (такое как электронные пучки, гамма-лучи и т. д.) для облучения полиэтилена, вызывая образование свободных радикалов в его молекулярных цепях и протекание реакций сшивки. Производственный процесс радиационно-сшитого концентрата XLPE не использует химические сшивающие агенты, поэтому продукт обладает высокой чистотой и отсутствием остатков сшивающего агента, что особенно подходит для областей с высокими требованиями к гигиене, таких как медицинские катетеры, пищевая упаковка и т. д.

Function

Концентрат XLPE для проводов и кабелей: он обладает отличными электрическими свойствами, такими как высокое сопротивление изоляции, низкие диэлектрические потери и т. д., что может эффективно обеспечить передающие характеристики и безопасность проводов и кабелей. В то же время он также обладает хорошей термостойкостью и стойкостью к старению, что позволяет поддерживать стабильные характеристики при длительном использовании, и подходит для различных силовых кабелей, кабелей связи и т. д.

Концентрат XLPE для труб: он обладает высокой механической прочностью и стойкостью к растрескиванию под напряжением в окружающей среде, а также может выдерживать давление жидкостей внутри трубопровода и влияние внешней среды. Кроме того, он также обладает хорошей коррозионной стойкостью и износостойкостью и может широко использоваться в таких областях, как трубы водоснабжения, газовые трубы, канализационные трубы и т. д.

Концентрат XLPE для пленки: произведенная пленка обладает хорошей прозрачностью, гибкостью и механическими свойствами. В то же время она также обладает определенной термостойкостью и стойкостью к проколам и может использоваться в таких областях, как сельскохозяйственная пленка и упаковочная пленка. Сельскохозяйственная пленка может повысить урожайность и качество культур, а упаковочная пленка может эффективно защитить товары.

Классификация по добавкам

Антипиреновый концентрат XLPE: с добавлением антипиренов он может предотвращать или замедлять горение материалов и улучшать их пожарную безопасность. Широко используется в областях с высокими требованиями к пожарной безопасности, таких как провода и кабели, строительные материалы и т. д., что позволяет эффективно предотвращать возникновение и распространение пожаров.

Антиоксидантный концентрат XLPE: добавлены антистарительные добавки, такие как антиоксиданты и УФ-абсорберы, которые могут повысить способность материалов противостоять окислению, ультрафиолету и другим факторам окружающей среды при длительном использовании, продлить срок службы материалов и подходят для наружных проводов, кабелей, труб, пленки и других изделий.

Наполненный концентрат XLPE: добавление наполнителей, таких как карбонат кальция и тальк, может снизить стоимость материала и улучшить некоторые свойства материала, такие как повышение твердости, жесткости и размерной стабильности. Наполненный концентрат XLPE широко используется в таких областях, как трубы и изделия литья под давлением.

Соотношение рецептуры

Соотношение рецептуры концентрата XLPE может варьироваться в зависимости от различных применений, требований к характеристикам и производственных процессов. Ниже приведены несколько типичных примеров соотношений рецептур и их объяснения:

Универсальная рецептура концентрата XLPE

Полиэтилен низкой плотности (LDPE): 60–70 частей

Обеспечивает хорошую гибкость и перерабатываемость, облегчая пластификацию и формование концентрата в процессе обработки.

Линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE): 20–30 частей

Повышает прочность и вязкость концентрата, увеличивает сопротивление растяжению и разрыву изделия.

Сшивающий агент (например, пероксид DCP): 0,8–1,2 части

В условиях нагрева разложение генерирует свободные радикалы, инициируя реакции сшивки между цепями полиэтилена для формирования трехмерной сетчатой структуры, что улучшает термостойкость, механические свойства и стойкость к химической коррозии материала.

Антиоксиданты (например, 1010, 168 и т. д.): 0,1–0,3 части

Предотвращают реакции окисления полиэтилена в процессе обработки и использования, замедляют скорость старения материалов и увеличивают срок службы материалов.

Сшивающий агент (например, триаллилизацианурат TAIC): 0,2–0,5 части

Синергетический эффект с сшивающими агентами повышает эффективность сшивки, делает реакции сшивки более однородными, улучшает структуру сшивки и, таким образом, повышает общие характеристики материалов.

Рецептура концентрата XLPE для проводов и кабелей

Полиэтилен высокой плотности (HDPE): 40–50 частей

Обладает высокой жесткостью и механической прочностью и может удовлетворять требованиям к механическим характеристикам материалов оболочки проводов и кабелей.

Сополимер этилена и винилацетата (EVA): 10–20 частей

Улучшает гибкость и низкотемпературную стойкость концентрата, так что провода и кабели могут сохранять хорошие характеристики в условиях низких температур.

Сшивающий агент (DCP): 1–1,5 части

Инициирует реакции сшивки, улучшает термостойкость и электроизоляционные свойства материалов и обеспечивает безопасность и стабильность проводов и кабелей при длительном использовании.

Антиоксиданты (1076, 168 и т. д.): 0,2–0,5 части

Предотвращают деградацию характеристик материала из-за окисления в процессе обработки и использования и продлевают срок службы проводов и кабелей.

Смазка (например, стеарат цинка): 0,1–0,3 части

Снижает трение в процессе обработки, улучшает текучесть материала, делает процесс экструзии концентрата более плавным, а также помогает улучшить качество поверхности изделия.

Неорганические наполнители (например, гидроксид алюминия, гидроксид магния): 20–30 частей

Играют роль в антипиренной защите и снижении стоимости. При горении неорганические наполнители разлагаются и поглощают тепло, подавляя горение материала и улучшая антипиренные характеристики проводов и кабелей.

Рецептура концентрата XLPE для труб

HDPE: 50–60 частей

Придает трубе высокую жесткость, прочность и коррозионную стойкость, позволяя ей выдерживать давление жидкости внутри трубопровода и воздействие внешней среды.

LLDPE: 20–30 частей

Улучшает гибкость и ударопрочность труб и снижает риск поломки трубы из-за столкновений при транспортировке и монтаже.

Сшивающий агент (DCP): 0,8–1,2 части

Сшивает молекулы полиэтилена для улучшения термостойкости и стойкости к растрескиванию под напряжением в окружающей среде труб и продлевает срок службы труб.

Антиоксиданты (например, стерически затрудненные фенольные антиоксиданты): 0,1–0,3 части

Предотвращают старение труб из-за окисления при длительном использовании и поддерживают стабильность характеристик труб.

Стабилизатор света (например, УФ-абсорбер UV-531): 0,1–0,2 части

Поглощает ультрафиолетовые лучи, чтобы предотвратить деградацию труб из-за ультрафиолетового излучения при наружном использовании, и улучшает атмосферостойкость труб.

Вспомогательные средства обработки (например, ACR): 0,5–1 часть

Улучшают перерабатываемость концентрата, увеличивают скорость экструзии и качество поверхности труб, снижают температуру обработки и экономят энергию.

Вышеуказанные соотношения рецептур приведены только для справки. В реальном производстве необходимо вносить корректировки и оптимизации на основе конкретного производственного оборудования, технологических условий и требований к характеристикам продукта.

Производственный процесс

Процесс производства концентрата XLPE обычно включает несколько этапов, таких как подготовка сырья, смешивание, экструзия, сшивка, грануляция и т. д. Ниже приведено подробное описание его производственного процесса:

1. Подготовка сырья

Выбор базовой смолы: на основе требований к характеристикам продукта выбирают подходящие смолы полиэтилена, такие как полиэтилен низкой плотности (LDPE), линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE) или полиэтилен высокой плотности (HDPE).

Подготовка добавок: точно взвешивают сшивающие агенты, антиоксиданты, вспомогательные средства сшивки, смазки и другие добавки, чтобы гарантировать, что качество и чистота добавок соответствуют требованиям.

2. Смешивание

Подготовленную смолу полиэтилена и различные добавки добавляют в высокоскоростной смеситель для тщательного перемешивания. Благодаря высокоскоростному перемешиванию добавка равномерно распределяется по поверхности частиц смолы полиэтилена, образуя предварительную смесь.

3. Экструзия

Подача: предварительная смесь добавляется в бункер экструдера и транспортируется вперед за счет вращения шнека.

Пластификация: в зоне нагрева экструдера материал постепенно нагревается до расплавленного состояния, а эффект сдвига шнека дополнительно равномерно смешивает материал, достигая хорошего эффекта пластификации.

4. Сшивка

Химическая сшивка: если используется химическая сшивка, в процессе экструзии сшивающий агент разлагается под воздействием высокой температуры и сдвига шнека с образованием свободных радикалов, инициируя реакции сшивки между цепями полиэтилена. Контролируя такие параметры, как температура, скорость вращения шнека и время пребывания в экструдере, реакция сшивки полностью протекает внутри экструдера, образуя расплав XLPE с определенной степенью сшивки.

Радиационная сшивка: для радиационно-сшитого концентрата XLPE экструдированные трубы или пленки из полиэтилена облучаются высокоэнергетическими лучами (такими как электронные пучки, гамма-лучи) для генерации свободных радикалов в цепях полиэтилена, что приводит к реакциям сшивки. Доза облучения и время экспозиции являются ключевыми факторами, влияющими на эффект радиационной сшивки, которые необходимо точно контролировать в соответствии с требованиями к характеристикам и толщиной продукта.

5. Грануляция

Подводная грануляция: расплав сшитого XLPE экструзируется из головки экструдера и напрямую поступает в систему подводной грануляции. В воде высокоскоростной вращающийся нож режет расплав на однородные гранулы, которые быстро охлаждаются и затвердевают в воде. Затем они обезвоживаются с помощью такого оборудования, как центрифуга для обезвоживания или вибрационные грохоты, чтобы получить концентрат XLPE.

Грануляция с воздушным охлаждением: другой метод — это грануляция с воздушным охлаждением. После экструзии из головки расплав сначала охлаждается устройством воздушного охлаждения, прежде чем поступать в гранулятор для грануляции. Отрезанные гранулы собираются и охлаждаются таким оборудованием, как конвейерные ленты или циклонные сепараторы, и в конечном итоге получается концентрат XLPE.

6. Упаковка

Произведенный концентрат XLPE упаковывается с использованием таких упаковочных материалов, как пластиковые тканые мешки или биг-бэги (тонны), чтобы предотвратить увлажнение и загрязнение, а также облегчить хранение и транспортировку.

На протяжении всего производственного процесса необходимо строго контролировать технологические параметры каждого звена, такие как температура, давление, скорость вращения шнека, дозировка сшивающего агента и т. д., чтобы обеспечить стабильность качества и соответствие характеристик концентрата XLPE. В то же время необходимы регулярное техническое обслуживание и уход за производственным оборудованием для обеспечения его нормальной работы, повышения производительности труда и качества продукции.

Производственное оборудование

Оборудование для производства концентрата XLPE в основном включает оборудование, используемое для обработки сырья, смешивания, экструзии, сшивки, грануляции и упаковки. Ниже приведено конкретное описание:

1. Оборудование для дозирования компонентов

Электронные весы: используются для точного взвешивания различных видов сырья, таких как смола полиэтилена, сшивающие агенты, антиоксиданты и т. д., чтобы обеспечить точность соотношения компонентов.

Вакуумный загрузчик: он может транспортировать сырье из контейнеров для хранения в смесительное оборудование или бункеры экструдера, обеспечивая автоматизированную подачу и предотвращая увлажнение и загрязнение сырья.

2. Оборудование для смешивания

Высокоскоростной смеситель: он может равномерно перемешивать смолу полиэтилена и добавки за короткий промежуток времени. Благодаря высокоскоростным вращающимся мешалкам материал образует сильную конвекцию и сдвиг в контейнере, обеспечивая равномерное распределение добавок в смоле.

3. Экструзионное оборудование

Одношнековый или двухшнековый экструдер: одношнековый экструдер имеет простую конструкцию и низкую стоимость, подходит для производства с низкими требованиями к смешиванию; двухшнековые экструдеры обладают лучшими возможностями смешивания, пластификации и транспортировки и могут более точно контролировать время пребывания и распределение температуры материала, что делает их подходящими для производства высокоэффективного концентрата XLPE.

Вспомогательное оборудование экструдера: включает подающее устройство, систему нагрева и охлаждения, трансмиссионную систему и т. д. Подающее устройство обеспечивает равномерную и стабильную подачу материала в экструдер; система нагрева и охлаждения используется для контроля температуры каждой секции экструдера, обеспечивая пластификацию и сшивку материала при соответствующей температуре; трансмиссионная система обеспечивает привод шнека, гарантируя стабильную скорость вращения шнека.

4. Оборудование для сшивки

Химическая сшивка: процесс химической сшивки обычно завершается внутри экструдера путем точного контроля таких параметров, как температура, скорость вращения шнека и время пребывания в экструдере, чтобы обеспечить полное разложение сшивающего агента и инициирование реакций сшивки.

Радиационная сшивка: радиационная сшивка требует специализированных устройств облучения, таких как электронные ускорители или источники излучения кобальт-60. Высокоэнергетический электронный пучок, генерируемый электронным ускорителем, имеет преимущества высокой энергии, равномерного распределения дозы и высокой производительности; источник излучения кобальт-60 характеризуется стабильной интенсивностью излучения и простотой обслуживания оборудования.

5. Оборудование для грануляции

Подводный гранулятор: это часто используемое оборудование для грануляции при производстве концентрата XLPE, обладающее такими преимуществами, как однородная грануляция, гладкая поверхность гранул и высокая производительность. Он состоит из камеры резки, системы циркуляции воды, привода режущего инструмента и других частей, которые могут напрямую резать экструдированный расплав XLPE на гранулы под водой.

Резак с воздушным охлаждением: экструдированная лента охлаждается устройством воздушного охлаждения, а затем разрезается на гранулы режущим лезвием. Подходит для ситуаций, когда требования к форме и размеру гранул не являются особенно строгими; конструкция оборудования относительно проста, а затраты на обслуживание низкие.

6. Упаковочное оборудование

Автоматическая упаковочная машина: способна автоматически дозировать, наполнять и запечатывать концентрат XLPE, повышая эффективность и качество упаковки. В зависимости от различных спецификаций и требований к упаковке доступны различные типы автоматических упаковочных машин, такие как машины для упаковки гранул, машины для упаковки биг-бэгов (тонн) и т. д.

Детектор металлов: используется для обнаружения наличия металлических примесей в концентрате XLPE перед упаковкой, чтобы предотвратить повреждение последующего перерабатывающего оборудования из-за металлических примесей, а также обеспечить качество и безопасность продукта.

Помимо основного оборудования, упомянутого выше, производственный цех может также быть оснащен вспомогательным оборудованием, таким как воздушные компрессоры, осушители и градирни, для обеспечения сжатого воздуха, контроля влажности в цехе и циркуляции охлаждающей воды, обеспечивая бесперебойный ход производственного процесса.

Соответствующие требования

Экструдер является ключевым оборудованием для производства концентрата XLPE и имеет следующие требования:

Конструкция шнека

Отношение длины к диаметру (L/D): как правило, требуется большее отношение длины к диаметру, обычно от 25 до 35. Более длинные шнеки могут обеспечить большие расстояния транспортировки и пластификации материала, позволяя смоле полиэтилена полностью смешиваться с добавками, равномерно пластифицироваться и облегчать реакции сшивки.

Конструкция шнека: используются градиентные или ступенчатые (mutation) шнеки. Градиентный шнек подходит для переработки различных типов смол полиэтилена и может плавно переводить материалы из твердого состояния в расплавленное; ступенчатый шнек имеет более короткую зону сжатия и может генерировать более высокие скорости сдвига, что делает его более подходящим для переработки высококристаллических смол полиэтилена. Он может быстро сжимать и нагревать материал до расплавленного состояния.

Способность к смешиванию и диспергированию

Мощная функция сдвигового смешивания: экструдер должен обладать хорошими способностями к смешиванию и диспергированию. Благодаря специальному дизайну и комбинации шнеков, таких как установка секций смешивания, месильных блоков и т. д., материал подвергается сильным эффектам сдвига и растяжения в процессе экструзии, обеспечивая равномерное распределение сшивающих агентов, антиоксидантов и других добавок в смоле полиэтилена, избегая ситуаций, когда концентрация локальных добавок слишком высока или слишком низка, тем самым обеспечивая постоянство характеристик концентрата XLPE.

Точность контроля температуры

Многоступенчатый точный контроль температуры: цилиндр экструдера обычно разделен на несколько секций нагрева и охлаждения, что требует высокой точности контроля температуры, как правило, в пределах ± 1 °C. Точный контроль температуры имеет решающее значение для пластификации смолы полиэтилена, разложения сшивающих агентов и протекания реакций сшивки. Различные этапы обработки требуют различных температурных условий; например, зона загрузки имеет более низкую температуру, чтобы предотвратить преждевременное плавление материалов; температура зон сжатия и дозирования постепенно повышается для полной пластификации и гомогенизации материала; в зоне реакции сшивки необходимо строго контролировать температуру в пределах оптимального диапазона температуры разложения сшивающего агента, чтобы обеспечить плавное протекание реакции сшивки и стабильность степени сшивки.

Стабильность давления

Стабильное давление экструзии: в процессе экструзии необходимо поддерживать стабильное давление, чтобы обеспечить равномерную и непрерывную экструзию материала. Чрезмерные колебания давления могут привести к нестабильному объему экструзии, влияя на однородность размера гранул и качество продукта. Поэтому гидравлическая система или механическая трансмиссионная система экструдера должны обладать хорошей стабильностью и способностью поддерживать колебания давления экструзии в небольшом диапазоне при различных производственных скоростях и характеристиках материала. Как правило, колебания давления не должны превышать ± 5%.

Производительность и эффективность производства

Соответствие требованиям к масштабу производства: исходя из масштаба производства производителя и спроса на рынке, экструдер должен иметь подходящий диапазон производительности. Как правило, экструдеры, используемые для производства концентрата XLPE, могут производить от десятков до сотен килограммов в час. В то же время экструдер должен обладать высокой эффективностью производства и обеспечивать непрерывное и стабильное производство при сохранении качества продукта, снижая простои оборудования и затраты на обслуживание.

Коррозионная стойкость

Химическая коррозионная стойкость: поскольку в материале при производстве концентрата XLPE могут присутствовать коррозионно-активные добавки, такие как сшивающие агенты и антиоксиданты, компоненты, такие как цилиндр экструдера и шнеки, контактирующие с материалом, должны быть изготовлены из коррозионностойких материалов, таких как нержавеющая сталь, никелевые сплавы и т. д., чтобы предотвратить коррозию оборудования и влияние на его срок службы и качество продукта.

Степень автоматизации управления

Продвинутая система управления: современное производство концентрата XLPE требует от экструдеров высокой степени автоматизации управления, которая может обеспечить автоматический мониторинг и регулировку таких параметров, как температура, давление, скорость вращения шнека и количество подачи. Благодаря оснащению продвинутыми программируемыми логическими контроллерами (PLC) и человеко-машинными интерфейсами (HMI) операторы могут легко устанавливать и изменять технологические параметры, отслеживать различные данные в реальном времени в процессе производства, а также выполнять диагностику неисправностей и сигнализацию тревог, повышая безопасность и надежность производства, снижая ошибки ручного управления и интенсивность труда.

Применение

Мастер-гранула на основе сшитого полиэтилена (XLPE) имеет широкий спектр применения в области производства проводов и кабелей, труб, плёнок, резиновых изделий и т. д. Ниже приведено подробное описание:

Кабельная промышленность

Изоляционный слой: мастер-гранула XLPE обладает отличными электроизоляционными свойствами, термостойкостью и механической прочностью, что делает её идеальным материалом для изоляционных слоёв проводов и кабелей. Она эффективно предотвращает утечку тока, обеспечивает безопасность и стабильность передачи электроэнергии, выдерживает высокие рабочие температуры, повышает пропускную способность кабеля по току и продлевает срок его службы.

Оболочка: при использовании для оболочек кабелей мастер-гранула XLPE повышает износостойкость, химическую стойкость и устойчивость к ультрафиолетовому излучению, защищает внутренние проводники и изоляционный слой от воздействия внешней среды, а также улучшает общие эксплуатационные характеристики и надёжность кабеля.

Трубопроводная промышленность

Трубы водоснабжения: трубы, изготовленные с использованием мастер-гранулы XLPE, нетоксичны, гигиеничны и коррозионностойки, что предотвращает выделение вредных веществ в воду и обеспечивает безопасность качества воды. Кроме того, отличная термостойкость и стойкость к ползучести позволяют трубам сохранять стабильные характеристики при различных температурах воды, снижая риск деформации при длительной эксплуатации.

Газовые трубы: в сфере транспортировки газа трубы из XLPE обладают высокой прочностью и устойчивостью к давлению, выдерживая высокое давление при передаче газа. Кроме того, они имеют хорошую стойкость к старению и растрескиванию под воздействием напряжений окружающей среды, что эффективно предотвращает образование трещин и разрывов труб при длительной эксплуатации, обеспечивая безопасность транспортировки газа.

Производство плёнок

Аграрная плёнка: мастер-гранула XLPE может использоваться для производства парниковой плёнки и сельскохозяйственной полимерной плёнки. Изготовленная парниковая плёнка обладает хорошей прозрачностью, теплоизоляцией и атмосферостойкостью, создавая благоприятную среду для роста и развития сельскохозяйственных культур. Полимерная плёнка обеспечивает теплоизоляцию, сохранение влаги и борьбу с сорняками, повышая эффективность использования земельных ресурсов и урожайность.

Упаковочная плёнка: в сфере упаковки плёнка из XLPE обладает высокой эластичностью, прозрачностью и стойкостью к проколам, что позволяет упаковывать различные товары, такие как продукты питания, товары повседневного спроса, промышленные изделия и т. д. Её хорошие герметизирующие свойства эффективно защищают продукт от внешних факторов и продлевают срок его годности.

Другие области применения

Вспененные материалы: мастер-гранула XLPE может использоваться для производства вспененных пластмасс, таких как пенополиэтилен с поперечными связями (XPE). XPE обладает преимуществами малого веса, мягкости, хорошей эластичности, теплоизоляции, звукоизоляции и амортизирующих свойств, широко применяясь в строительной изоляции, автомобильном интерьере, спортивном оборудовании, упаковочных амортизаторах и т. д.

Резиновые изделия: в резиновой промышленности мастер-гранула XLPE может добавляться в качестве модификатора для повышения термостойкости, стойкости к старению и механической прочности резины. Например, при производстве шин добавление мастер-гранулы XLPE улучшает характеристики шин, повышая их износостойкость и стойкость к разрыву.