ポリエチレン (PE) 架橋技術は、その材料特性を向上させる重要な手段の 1 つです。 架橋された変性PEはその特性を大幅に向上させることができ、機械的特性、耐環境応力亀裂性、耐化学的腐食性、耐クリープ性、電気的特性などのPEの総合的特性を大幅に向上させるだけでなく、耐熱性も大幅に向上させます。これにより、PEの耐熱温度が70度から100度以上に上昇し、PEの応用分野が大幅に広がります。
架橋ポリエチレン絶縁体は、ポリエチレンに高エネルギー線（放射線、放射線、電子線等）や架橋剤の作用により高分子間を架橋させ、耐熱性等の特性を向上させたものである。 架橋ポリエチレンを絶縁体として使用したケーブルの長期使用温度は90度まで上昇し、耐えられる瞬間短絡温度は170-250度に達します。
簡単な紹介
ポリエチレン（PE）は、5大プラスチックの一つであり、各種合成樹脂の中で第1位の生産量と消費量を誇り、工業用、農業用として日常生活に広く使われています。 しかし、ポリエチレンは高温耐性が劣ります。 機械的特性や耐薬品性が実際の使用要件を満たさない場合があります。 したがって、ポリエチレンの改質は常にポリエチレン製品の開発と応用の鍵であり、ポリエチレン架橋技術はその材料特性を向上させる重要な技術です。 架橋変性ポリエチレンはその特性を大幅に向上させることができ、機械的特性、耐環境応力亀裂性、耐化学的腐食性、耐クリープ性、電気的特性などのポリエチレンの総合的特性を大幅に向上させるだけではありません。 また、耐熱レベルも大幅に向上し、ポリエチレンの耐熱温度を70度から100度以上まで高めることができます。 その結果、ポリエチレンの応用範囲は大きく広がりました。
現在、架橋ポリエチレン (XLPE) はパイプ、フィルム、ケーブル材料、発泡製品などに広く使用されています。
パフォーマンスと利点
ポリエチレンの分子は直線状の分子鎖で構成されています。 温度が上昇すると、直鎖状の分子鎖間の結合力（ファンデルワールス力）が弱まり、分子材料全体が変形してしまうため、ポリエチレンの耐熱性は劣ります。 架橋ポリエチレン (XLPE) 分子間に化学的な鎖の橋が架けられ、分子が移動することができなくなり、ポリエチレンの欠点が克服されます。 架橋ポリエチレンと一般ポリエチレンの性能比較を表1に示します。
架橋ポリエチレンには次のような利点があります。
1.耐熱性：網目状三次元構造のXLPEは耐熱性に優れています。 200度以下では分解や炭化せず、長期使用温度は90度に達し、熱寿命は40年に達します。
2. 絶縁性能：XLPEはPE本来の優れた絶縁特性を維持し、絶縁抵抗をさらに高めます。 誘電正接が非常に小さく、温度の影響をあまり受けません。
3. 機械的特性：高分子間の新たな化学結合の確立により、XLPE の硬度、剛性、耐摩耗性、耐衝撃性が向上し、環境ストレスや亀裂に弱い PE の欠点が補われます。
4.耐薬品性：XLPEは強い酸性、アルカリ性、耐油性があり、その燃焼生成物は主に水と二酸化炭素であり、環境への害が少なく、現代の火災安全の要件を満たしています。
架橋原理
ポリエチレン ([CH2-CH2]n、n-繰り返し単位数) は、炭化水素と水素の 2 つの元素を含む高分子化合物で、直鎖または分岐鎖の分子構造を持ち、高分子鎖を持ち、室温で固体、結晶相を持ちます。ポリエチレンの固体中に非晶質相が共存します。 ポリエチレンの相対分子量は 6.30 ～<>,<>.
ポリエチレンは優れた電気絶縁特性を持っていますが、耐熱性が低いため、ケーブル絶縁原料の使用に影響を与えます。 非晶質領域では分子間相互作用が弱いため、ほとんどのポリエチレンの融点は約140度であり、ポリエチレンの融点に近づくと機械的強度が著しく低下し、耐クラック性も低下します。
直鎖高分子鎖が化学的または物理的に処理され、架橋結合の形で結合するプロセスは、架橋または「加硫」と呼ばれます。 架橋ポリエチレンはポリエチレンの網目状と構造的性質を有しており、架橋度が高くなるにつれて耐熱性が向上し、それに伴い相対熱伸びが低下します。 機械的特性や耐熱性が大幅に向上したため、電力ケーブルの絶縁材料として広く使用されています。
ポリエチレンを架橋して架橋ポリエチレンとする方法は化学的方法と物理的方法に大別され、工業的に実現されているプロセス方法は主に高エネルギー照射架橋、シラン架橋、過酸化物架橋の5つである。 、紫外線架橋、および塩架橋。 このうち、過酸化物架橋法（化学架橋とも呼ばれます）は、中高圧レベルのケーブルの製造に適した架橋法であり、その原理は過酸化物の高温分解によって引き起こされる一連のフリーラジカル反応です。 、その後 PE が架橋されます。 過酸化物は熱により分解されてフリーラジカルを生成し、架橋反応のプロセスは次のとおりです。
架橋方法
ポリエチレンの架橋方法には物理架橋（放射線架橋）と化学架橋の2種類があります。 化学架橋はシラン架橋と過酸化物架橋に分けられます。
物理架橋
放射線架橋：ポリエチレンシース、フィルム、薄肉チューブ、およびワイヤーにコーティングされたその他の製品などのポリエチレン製品は、α線および高エネルギー線によって架橋されます（ポリエチレン高分子がフリーラジカルを生成し、CC架橋鎖を形成します）。 。 架橋度は放射線量と温度に影響され、放射線量が増加すると架橋点が上昇するため、放射線条件を制御することである程度の架橋度を有するポリエチレン架橋物が得られます。
放射線架橋法で製造される架橋ポリエチレンは、架橋と押出成形が別々に行われるため、製品の品質管理が容易であり、生産効率が高く、スクラップ率が低いなどの利点がある。 架橋プロセス中にフリーラジカル開始剤 (過酸化物など) を追加する必要がないため、材料の清浄度が維持され、材料の電気特性が向上します。 化学架橋による製造が難しい、断面が小さく薄肉の絶縁ケーブルに特に適しています。 ただし、放射線架橋には、厚い材料を架橋するときに電子ビームの加速電圧を上げる必要があるなど、いくつかの欠点もあります。 ワイヤーやケーブルなどの丸い物体を架橋するには、照射を均一にするために物体を回転させたり、複数の電子ビームを使用したりする必要があります。 1 回限りの投資コストはかなりの額になります。 運用および保守技術は複雑であり、運用中の安全保護の問題も比較的厳しいものです。
化学架橋
化学架橋は、化学架橋剤を使用してポリマーを架橋し、線状構造から網目構造に変化させることです。
架橋剤の選択は、ポリマーの種類、加工技術、および製品の性能に依存する必要があります。理想的な架橋剤は、いくつかの特定の要件を満たすことに加えて、次の基本要件も備えている必要があります。高い架橋速度、安定した架橋構造。 加工の安全性が高く、使いやすく、樹脂添加後の適度な有効期間があり、早すぎる架橋や遅すぎる架橋の欠点がない。 製品の処理性能や使用性能には影響しません。 無毒、無公害で、皮膚や目を刺激しません。
化学架橋には、過酸化物架橋、シラン架橋、アゾ架橋があります。
(1) 過酸化物架橋と架橋剤過酸化物架橋は、一般に有機過酸化物を架橋剤として使用し、熱の作用下で分解して活性フリーラジカルを生成し、ポリマーの炭素鎖に活性点を生成させ、炭素-炭素架橋を生成して、ネットワーク構造。 この技術では、バレル内で架橋反応を行わせるための高圧押出装置が必要で、その後急速加熱方式で製品を加熱して架橋製品を生成します。 したがって、過酸化物架橋法を使用してポリエチレンパイプを製造することは、制御が容易ではなく、製品の品質が不安定であり、連続操業がより困難である。
(2) アゾ架橋
この方法は、アゾ化合物をPEに混合し、アゾ化合物の分解よりも低い温度で押出し、高温の塩浴により押出物を分解し、アゾ化合物が分解してフリーラジカルを生成し、ポリエチレンの架橋を開始します。 一般に、融解温度の低いヒノキガム材料に使用され、プラスチックへの実用化はほとんどありません。
(3)シラン架橋剤及び架橋剤
20 世紀の 60 年代に、シラン架橋技術の開発に成功しました。 この技術では、二重結合を含むビニルシランを使用し、開始剤の作用下で溶融ポリマーと反応させてシラングラフトポリマーを形成します。このポリマーは、シラノール縮合触媒の存在下で水中で加水分解されて、ネットワーク状のオキサン鎖架橋構造を形成します。 シラン架橋技術は、設備が簡単で、プロセスの制御が容易で、投資が少なく、完成品の高度な架橋度が高く、品質が良いため、架橋ポリエチレンの製造と応用を大きく推進してきました。 架橋にはポリエチレンやシランのほかに、触媒、開始剤、酸化防止剤なども使用されます。
他の方法と比較して、シラン架橋によって得られるポリエチレン製品には次のような利点があります。
(1) 設備投資が少なく、生産効率が高く、低コストです。
(2) このプロセスは汎用性が高く、全密度ポリエチレンに適しており、充填剤を含むほとんどのポリエチレンにも適しています。
(3) 厚さの制限はありません。
（4）過酸化物の量が少ない（過酸化物単独架橋の場合10％）ため、ポリエチレン絶縁層の微細孔の発生が少なく、ポリエチレンの高い絶縁性を維持できます。
主な用途
架橋ポリエチレンは、その優れた特性により、ロケット、ミサイル、モーター、変圧器などに必要な高電圧、高周波、耐熱の絶縁材や電線・ケーブルの被覆材として使用されています。 熱収縮チューブの製造、熱収縮フィルム、各種耐熱パイプ、発泡プラスチック、耐食性化学装置ライニング、部品および容器、難燃建材の製造など。 現在、最大の使用分野は主に電線およびケーブル、パイプ、そして泡。
1. 架橋ポリエチレンケーブル素材
架橋ポリエチレンを絶縁体としたケーブルの耐熱性は塩化ビニルよりも高く、90度で長時間使用でき、短絡時の耐熱温度は250度に達します。 絶縁抵抗が高く、誘電正接が小さく、基本的に温度変化に対して変化しません。 優れた耐摩耗性と環境応力亀裂性を備えています。 架橋ポリエチレンがケーブルで燃焼すると、二酸化炭素と水が生成されますが、PVC ケーブルは燃焼時に有害な塩化水素ガスを生成します。 さらに、架橋ポリエチレンの密度は PVC の密度よりも約 40% 小さいため、架空線の品質が大幅に低下する可能性があります。
2. 架橋ポリエチレン管
架橋ポリエチレンで製造されたパイプは、クリープ強度が高く、耐食性があり、軽量で耐熱性が良いという利点があります。 架橋ポリエチレンを使用したアルミ樹脂複合管は、高い気密性と高い耐破裂応力性を備えています。 帯電防止、遮蔽効果があります。
架橋ポリエチレン管は、塩ビ管や通常のポリエチレン管に比べ、可塑剤を含まず、カビや細菌の繁殖がありません。 有害な成分を含まず、FDA 基準を満たしており、飲料水のパイプにも使用できます。 優れた耐熱性、通常のポリ塩化ビニルとポリエチレンパイプの耐熱性は60-75度ですが、架橋ポリエチレンパイプは90度で、最大瞬間温度は185度に達し、-75度の低温に耐えることができます。 動作温度範囲が広く、-75-95 度の条件下で長期間使用でき、耐用年数は最大 50 年です。 高架橋、高密度、良好な耐圧性。 耐化学腐食性が非常に優れており、耐環境応力亀裂性も優れており、高温でもさまざまな化学薬品や応力材料を加速パイプで輸送するのに使用できます。架橋ポリエチレンパイプは重量がわずか約1と軽量です。 /8の金属パイプ。 耐食性、耐摩耗性に優れています。 摩耗率は鋼管の1/4以下で、寿命は鋼管の2-6倍です。 内壁は滑らかで、流体の流れの抵抗が小さく、同じパイプ直径で輸送流量が金属パイプよりも大きく、騒音がはるかに低くなります。 伝達性能が良好で、液体の伝達量は鋼管と比較して30%-40%増加します。 金属パイプに比べて熱伝導率が非常に低いため、断熱性能に優れています。 暖房システムに使用した場合、保温の必要がなく、熱損失が少ないため、 任意に曲げることができ、脆くなったりひび割れたりすることはありません。 電気絶縁性に優れ、施工が容易で、施工作業量が金属管の半分以下で施工コストも安価です。
架橋ポリエチレンパイプの優れた材料性能による。 完全に毒性のない衛生的なこのパイプは、新世代のグリーン パイプとみなされており、主に次の用途に使用されています。
(1) 建物の冷温水供給システムおよびパイプライン飲料水システム。
(2) ビル空調用冷水システム。
(3) 住宅用暖房システム。
(4) 地面暖房システム。
(5) 家庭用給湯システムの配管。
(6) 食品産業における飲料、アルコール、牛乳、その他の液体の輸送パイプライン。
(7) 化学および石油産業の流体輸送パイプライン。
(8) 冷凍システムおよび水処理システムのパイプライン。
(5) 耐老化性に優れ、長寿命です。
