Силан от слова силициум. Сшивка происходит по молекуле кремния.
Одна молекула кремния может соединить между собой четыре макромолекулы полимера. В связи с этим силановая сшивка имеет самый высокий процент гель-фракции. Минимальный критерий сшивки 85%.
К примеру, у пероксидосшиваемой изоляции минимальный критерий сшивки 75%.
Максимальный процент гель-фракции при силановой сшивке может достигнуть 96-97%.
Силановая сшивка относится к разряду химической сшивки, поэтому непосредственно процентное содержание сшитого материала определяется количеством добавляемого агента. В зависимости от рецептуры полимера количество агента добавляется в размере 2-5%.
Реакция для некоторых видов материалов может происходить при наличии катализатора – пероксида дикумила (раньше в связи с этим была 3-х ступенчатая загрузка).
На сегодняшний день, этот катализатор можно не добавлять, потому что современные химические материалы этого не требуют.
Силановая сшивка возможна только при наличии молекул воды (сшивка начинается при выходе из формующей головки).
Для того чтобы произошла сшивка, необходимо оторвать радикал (OCH3). Отрыв радикала (OCH3) происходит за счет присоединения к этому радикалу (OCH3) молекулы водорода (H2).
При прохождении реакции происходит выделение воды (H2O).
По поверхности изоляции имеется слой воды (в ванне или сауне) за счет, которого происходит сшивка верхних слоев. Те молекулы воды, которые выделились при сшивке верхних слоев, сшивают нижние слои и т.д.
Таким образом из-за того что вода не может 100%-но проникать во всю толщину изоляции, получается достаточно сильная неоднородность свойств по толщине изоляции.
То есть на поверхности достигается очень высокая степень сшивки, на нижних слоях степень сшивки догоняется спустя очень длительное время (несколько месяцев).
За счет молекул воды в воздухе сшивка рано или поздно произойдет.
Поэтому здесь рассматривается не полная сшивка, а 85%-ая (т.е. по толщине изоляции должно быть накоплено 85% сшитого материала).
Качество силановой сшивки может оцениваться:
· Испытанием на растворимость (гель-фракцию)
· Hot set test.
Проведение испытания на растворимость (на гель-фракцию), это испытание достаточно длительное. Берут сшитый материал помещают в трикрезол (и другие растворители) и в течении 18 часов варят и потом производят взвешивание начального и конечного и определяют гель-фракцию (сколько осталось).
Hotsettest – позволяет опосредованно определить качество сшивки.
Сущность hotsettest: берут образец (сшитый материал) помещают его в нагревательную печь и один конец закрепляют, а к другому подвешивают грузик. Соответственно производится нагрев, если удлинение превысило необходимый предел в этом случае материал не до сшился (занимает 5-7 мин).
На сегодняшний день существуют две основных разновидности материала, которые используются для силановой сшивки, это:
· Сиоплас
· Моносил
Сиоплас – прививка самого силана происходит непосредственно в технологическом процессе (т.е. отдельно добавляют силановый компонент и отдельно полимер).
В связи с возможностью непромеса в экструдере, сегодня широкое распространение получил вид процесса сшивкимоносил.
Отличай от сиопласа в том, что молекула силана одной или двумя связями привита к молекуле полимера (получается более упорядоченная структура).
В случае процесса сшивки Сиоплас к одной молекуле полимера может присоединиться несколько молекул сшитого агента, а в случае Моносил к каждой молекуле полимера уже присоединен активный сшивающий агент и получается более упорядоченная структура. В этом случае получается более высокое качество, но соответственно приводит к незначительному увеличению стоимости самого материала (начальной заготовки).
На сегодняшний день используются две основные разновидности силанов, это силаны типа:
· Visico – предназначен для сшивки в паровой среде (в среде газа).
· Drysil – предназначен для сшивки в жидких средах, в частности, в ванне.
Но и тот и другой могут использоваться обоюдно одинаково, и в том, и в другом случае, просто эффективность будет немного различной (относительно сшивания в своей среде).
Технология наложения силана.
Наложение силановых материалов производится классическим способом на стандартном оборудовании со стандартными прессами.
Единственным условием является герметизация загрузочных устройств (это связано с тем, что в воздухе присутствует влага).
Поэтому происходит многокомпонентная загрузка.
Силан не фотостабилизированный, т.е. химическая связь разрушается под воздействием ультрафиолетового излучения. Чтобы фотостабилизировать материал изоляции обязательно добавляют фотостабилизатор (сажа).
Поэтому при проектировании агрегата необходимо предусматривать 3-х компонентную загрузку, т.е. это:
- Загрузка основного полимера
- Загрузка катализатора
- Загрузка фотостабилизатора (сажа).
Наложении происходит на стандартных прессах (для ПЭ), с комбинированным барьерным шнеком и длинной шнека 24D.
Самый простой и дешевый, но долгий (от 2-х недель) процесс сшивки это сшивка на воздухе при нормальных условиях (Температура – 18-22⁰С, Относителная влажность воздуха – 60-70%).
Поэтому используют стандартные способы сшивки:
- В воде – ванна
- В паре – паровой котел (сауна)
Ванна – это большой металлический бак, в котором находится горячая вода, соответственно имеет нагревательные элементы для поддержания температуры.
Температура нагрева воды в ваннах составляет 65-95⁰С.
Примерное время сшивки в ванне, в отличие от сшивки на воздухе, составляет (в зависимости от толщины изоляции) 2-4 часа.
Как правило, ванны рассчитаны на 2-а барабана.
Сауна (паровой котел).
Существуют сауны с вертикальной, либо фронтальной загрузкой.
Сауна с вертикальной загрузкой.
Используются либо электрические нагреватели, либо паровая рубашка (теплоноситель-пар).
Главный отличай от ванны, то что пар необходимо сбрасывать.
Внутри пар находится под давлением, температура пара 125-130⁰С, но не выше 140⁰С (чтобы не сшитый полимер не расплавился и не стек с изделия).
Время сшивки в паровой среде сокращается примерно в 2-а раза и в большинстве случаев составляет до 2 часов.
При использовании котла экономится время в два раза, но появляется потребность в энергоресурсах, поэтому паровой котел (сауну) целесообразно использовать, если имеется при заводе своя котельная (тогда пар будет обходиться практически бесплатно). Если внешний энергоноситель пара, то целесообразно использовать ванну.
Котел более универсальный (котел можно заполнить водой, а ванну паром проблематично).
Определение времени сшивки.
Для определения времени сшивки изоляции существует эмпирическая формула:
где T – время вулканизации, мин.
X – толщина изоляции, мм.
Rh – относительная влажность воздуха:
- В воде 100%
- В насыщенном паре 96%
K – температурный коэффициент (приходит непосредственно с каждой партией материала).
Для Visico:
95⁰С – K=1,2*10-4
80⁰С – K=1,0*10-4
75⁰С – K=0,8*10-4
20⁰С – K=0,1*10-4
Видно, что с увеличением температуры K существенно увеличивается, т.е. сокращается время сшивки (T). Так как зависимость квадратичная, то время сшивки значительно снижается уже при температуре 80⁰С.
Однако после окончания процесса сшивки в ванне или сауне, процесс сшивки не заканчивается, потому что по требованиям кабель (изолированная жила) перед дальнейшей технологической операции должен вылежаться не менее 2-х суток на открытом воздухе (при нормальных условиях). В это время происходит дополнительное до сшивание особенно это касается внутренних слоев.