Что такое сшивание полимеров?
Ширение полимеров — это процесс образования химических связей (поперечных связей) между полимерными цепями, в результате которого термопластик (линейные или разветвленные цепи) превращается в трехмерную сеточную структуру. Ширение значительно повышает термостойкость, химическую стойкость, механическую прочность и стабильность размеров — свойства, которые имеют решающее значение в производстве проводов и кабелей, в автомобильной промышленности и в промышленных применениях.
Органические пероксиды являются стандартными в отрасли агентами сшивания для полиолефинов (ПЭ, ПП, ЭВА), эластомеров (ЭПДМ, силикон) и фторполимеров, поскольку при температурах переработки они разлагаются с образованием свободных радикалов, которые отнимают атомы водорода из полимерного остова, создавая углерод-углеродные поперечные связи.
Сравнение методов сшивания
| Метод | Механизм | Типичная температура | Преимущества | Ограничения |
|---|---|---|---|---|
| Перекрестное сшивание пероксидом (горячая вода / пар) | Химическая (радикальная) | 130–200 °C | Отличные свойства, низкие капитальные затраты | Требует работы с перекисью |
| Ошибочный сшивание (электронный пучок / гамма-излучение) | Радикальное (ионизирующее излучение) | При комнатной температуре | Отсутствие химических остатков | Высокие капитальные затраты, ограниченная толщина |
| Силанная сшивание | Отверждение под воздействием влаги Si–O–Si | 60–90 °C + отверждение под воздействием влаги | Обработка при более низких температурах | Более медленное отверждение, риск гидролиза |
Основные типы пероксидов для сшивания
1. Дикумилпероксид (Perodox DCP)
Наиболее широко используемый пероксид для сшивания резины EPDM, полиэтилена (PE) и сополимера этилена и винила (EVA). Его температура полураспада за 1 час (~171 °C) хорошо согласуется с типичными температурами в печах для сшивания (150–180 °C).
- Области применения: изоляция проводов и кабелей, резиновые уплотнители, сшитые полиэтиленовые трубы.
- Дозировка: 0,5–2,5 phr (частей на сто частей каучука).
2. 2,5-диметил-2,5-ди(трет-бутилперокси)гексан (Perodox 101)
Бифункциональный диалкилпероксид с превосходной защитой от пригара. Его симметричная структура обеспечивает наличие двух радикальных центров на молекулу, что делает его высокоэффективным для сшивания ПЭ и ЭПДМ.
- Области применения: трубы из сшитого полиэтилена (XLPE), ротационное формование, кровельные мембраны из EPDM.
- Дозировка: 0,3–2,0 phr.
3. трет-Бутилкумилпероксид (Perodox 119)
Обладает более низкой температурой разложения (~162 °C для 1 ч t½), что делает его пригодным для термочувствительных полимерных систем или процессов сшивания при более низких температурах.
4. 2,5-диметил-2,5-ди(трет-бутилперокси)-3-гексин (Perodox 14)
Специализированный бифункциональный пероксид для сшивания силиконового каучука и фторэластомеров. Промежуточная группа –C≡C– обеспечивает уникальную гибкость в сшитой сети.
Эффективность сшивания: ключевые показатели
| Показатель | Определение | Целевой диапазон |
|---|---|---|
| Содержание геля | Нерастворимая фракция после экстракции | 60–85 % (ПЭ); >90 % (каучук) |
| Плотность сшивания | Количество молей сшивок на единицу объема | Оптимизирована для конкретного применения |
| Время начала сшивания (ts2) | Время до начала сшивания при температуре обработки | >8 мин (безопасная обработка) |
| Время отверждения (t90) | Время до достижения 90 % максимального крутящего момента | 10–30 мин (отверждение в печи) |
Области применения по отраслям
- Провод и кабель: изоляция из сшитого полиэтилена (XLPE) для кабелей низкого, среднего и высокого напряжения. Perodox DCP и Perodox 101 являются отраслевыми стандартами.
- Автомобилестроение: сшитые уплотнения, шланги и прокладки из EPDM. EPDM, отвержденный пероксидом, демонстрирует превосходную стойкость к термическому старению по сравнению с версией, отвержденной серой.
- Трубы и трубопроводы: сшитый полиэтилен (PEX) для систем горячего водоснабжения. Методы отверждения пероксидом (a) или силаном (b).
- Обувь: Срединные подошвы из сшитого пено-ЭВА. Perodox LUNA (лауроилпероксид) часто используется в производстве пенопластов.
- Солнечная энергетика: Листы из сшитого EVA для герметизации фотоэлектрических модулей. EVA, отвержденный пероксидом, обеспечивает долговременную адгезию и устойчивость к УФ-излучению.
Часто задаваемые вопросы
В: В чём разница между сшиванием пероксидом и серной вулканизацией?
О: При сшивании пероксидом образуются связи C–C (прочные, стабильные); при серной вулканизации — полисульфидные сшивающие связи (менее прочные, но более гибкие). Резина, вулканизированная пероксидом, обладает превосходной термостойкостью и меньшим остаточным сжатием.
В: Можно ли использовать один и тот же пероксид как для сшивания, так и для вспенивания?
О: Да — при вспенивании с использованием пероксида (например, вспенивание LDPE) применяется тот же радикальный механизм. Пероксид должен разлагаться при температуре вспенивания. Обычно используются Perodox LUNA и Perodox 187.
В: Как обеспечить равномерное сшивание в толстых участках?
О: Используйте пероксид с подходящим периодом полураспада, обеспечьте достаточное время пребывания в печи и рассмотрите возможность использования двухступенчатой смеси пероксидов для изоляции кабелей с толстыми стенками.
Решения для сшивания от компании Do Sender
Компания Shandong Do Sender Chemicals Co., Ltd. поставляет полный ассортимент органических пероксидов Perodox® для применения в процессах сшивания. Наша техническая команда проводит анализ кинетики сшивания, оценку безопасности в отношении прижигания и оказывает поддержку на месте для производителей проводов и кабелей, резины и пенопласта по всему миру. Все продукты соответствуют требованиям REACH и сертифицированы по стандарту ISO 9001.
Обратитесь к нашей технической команде для разработки индивидуальной рецептуры сшивающего состава с учетом типа вашего полимера, метода переработки и требуемых свойств.