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聚乙烯可以使用多種交聯(lián)方法進(jìn)行交聯(lián)，以使其具有更高的使用溫度、承受載荷后變形更小、更好的耐化學(xué)腐蝕性、更好的耐磨性以及耐沖擊性能。新近發(fā)展的一步法硅烷交聯(lián)（silane crosslinking ，簡(jiǎn)稱(chēng)SXL）工藝據說(shuō)能夠顯著(zhù)地降低交聯(lián)聚乙烯管材的生產(chǎn)成本，是飲用水輸送管材及采暖管材生產(chǎn)的又一個(gè)選擇。 

一步法擠出交聯(lián)聚乙烯管材指的是采用單層管材生產(chǎn)線(xiàn)直接加工聚乙烯樹(shù)脂/硅烷配方（無(wú)預混合步驟）來(lái)生產(chǎn)交聯(lián)聚乙烯管材。該技術(shù)的關(guān)鍵在于如何完成液體硅烷和聚乙烯的共混。由于該工藝在喂料過(guò)程中采用了一種多孔樹(shù)脂來(lái)吸收液體硅烷，隨后使之與主體樹(shù)脂一起進(jìn)入擠出機，這就使得把喂料和接枝反應組合成一步，進(jìn)而實(shí)現管材的連續擠出成為可能。同時(shí)，該工藝還允許硅烷小劑量的連續加入，以獲得更為均勻的共混物。

一步法擠出交聯(lián)聚乙烯工藝的示意圖

由于一步法硅烷交聯(lián)工藝能夠為交聯(lián)聚乙烯管材的生產(chǎn)提供諸多優(yōu)勢，包括線(xiàn)速度高、能量成本較低、配方柔性大、運行成本降低以及交聯(lián)更為均勻。因此，Crompton集團的Davis-Standard 公司推出了一條基于該工藝的可生產(chǎn)φ13 mm的交聯(lián)聚乙烯管材生產(chǎn)線(xiàn)，并在管道/管材研討會(huì )上進(jìn)行了展示。該生產(chǎn)線(xiàn)包括以下裝置：3組份干燥系統，4組份液體添加劑及聚合物加料站，帶有φ75mm、長(cháng)徑比32:1的DSB-V螺桿的空氣冷卻式擠出機，1.5 L/D的溝槽式喂料器，7.6m長(cháng)的真空定徑箱，7.6m長(cháng)的噴淋箱，牽引機/割刀，割刀/吹卸器，以及外徑/壁厚測量裝置。該生產(chǎn)線(xiàn)在102 kg/h進(jìn)料量下的生產(chǎn)能力為24 m/min 。相關(guān)管材擠出設備信息請瀏覽http://www.minshigroup.cn/cnproduct/Pipeline/ 或致電13864210210垂詢(xún)。 

聚烯烴的交聯(lián) 

聚乙烯交聯(lián)的最初目的只是提高其最高使用溫度。然而，聚乙烯交聯(lián)所帶來(lái)的益處遠不止于此，它除了能夠提高聚乙烯的長(cháng)期和短期的最高使用溫度之外，還具有以下功效： 

（1）承受載荷作用時(shí)變形減小，抗蠕變和抗應力破壞性能更好； 
（2） 提高了耐化學(xué)腐蝕性（耐溶劑性能）； 
（3） 提高了耐磨性能（對線(xiàn)纜護套和管材尤其有利）； 
（4） 使之具有記憶效應，可用作收縮管、收縮膜和拉伸包裝膜； 
（5） 提高模塑制品和發(fā)泡制品的抗沖擊性能； 
（6） 提高了彈性模量； 
（7） 提高了低溫的抗沖擊性能； 
（8）減少了燃燒時(shí)的滴落現象。 

聚乙烯的交聯(lián)主要有3種技術(shù)，即過(guò)氧化物交聯(lián)、輻射交聯(lián)和硅烷交聯(lián)。硅烷交聯(lián)屬于一種濕法固化技術(shù)，硅烷的使用為交聯(lián)工藝帶來(lái)了更大的柔性和更好的經(jīng)濟性。與其他兩種方法相比，SXL聚烯烴是通過(guò)硅-氧-硅基連接而不是碳-碳鍵的連接。

硅烷交聯(lián)技術(shù) 

帶有有機功能基團的硅烷能和很多有機物和無(wú)機物發(fā)生有益的偶合以及交聯(lián)反應。因此，硅烷在很多工業(yè)領(lǐng)域中都有著(zhù)廣泛的應用，無(wú)論是粘合劑、涂料、聚合物改性，還是用作濕法固化的交聯(lián)劑。例如，把硅烷用于聚烯烴交聯(lián)和填料處理已成為近30多年來(lái)非常普遍的做法。 

硅烷交聯(lián)反應分成兩步：首先，乙烯基硅烷接枝到聚合物主鏈上；然后，在水和錫催化劑或其他合適催化劑的作用下發(fā)生連續的交聯(lián)反應。SXL提供了比過(guò)氧化物交聯(lián)和輻射交聯(lián)更寬的加工范圍，因為它允許較高的加工溫度，不像過(guò)氧化物交聯(lián)那樣只能在低于過(guò)氧化物的分解溫度下加工。另外，硅烷交聯(lián)工藝還允許擠出物被快速冷卻及為成品做最終修整。而且只需少量的濕氣和熱量就能夠確保大部分聚乙烯的一致交聯(lián)。 

由于SXL網(wǎng)絡(luò )的彈性比其他交聯(lián)網(wǎng)絡(luò )更好，所以SXL聚合物的機械性能一點(diǎn)也不比其他交聯(lián)聚合物差。與過(guò)氧化物交聯(lián)和輻射交聯(lián)技術(shù)相比，SXL工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)： 

（1） 擠出速度高，能耗低； 
（2） 加工選擇性多； 
（3） 初期投資成本低； 
（4） 配方的柔性好； 
（5） 總體運行成本低； 
（6） 交聯(lián)均勻； 
（7） 適用于很廣泛的聚合物/聚合物共混物。 

在歐洲，目前已有幾家生產(chǎn)基于接枝樹(shù)脂（Sioplas）以及液體直接注塑材料（Monosil）的管材的廠(chǎng)商。他們所生產(chǎn)的管材正越來(lái)越多地被用于地板采暖系統、飲用水輸送系統以及燃氣輸送等系統，特別是用于化學(xué)流體輸送系統以及區域集中采暖系統的交聯(lián)聚乙烯管材的用量增長(cháng)迅猛，這要得益于交聯(lián)聚乙烯管材耐裂紋擴展性能的大幅度提高，以及能夠滿(mǎn)足這些領(lǐng)域的現有標準(如 ISO/TR 9080、ISO 13479、DIN 16892、 DIN 16893、 BS EN 1055等等)。 

由于歐盟的與食品接觸的塑料材料和制品的指令90/128/EEC規定了乙烯基-3-甲基硅氧烷可以應用于與食品接觸的領(lǐng)域，從而為硅烷交聯(lián)劑在飲用水輸送用管材上的應用打開(kāi)了大門(mén)。目前在美國和亞洲，管材用硅烷交聯(lián)劑的用量正在快速增長(cháng)。 

聚乙烯交聯(lián)過(guò)程中引入硅烷的方法 

在聚乙烯管材的交聯(lián)過(guò)程中，通常采用兩步法（Sioplas法）來(lái)引入硅烷并完成交聯(lián)。第一步是對硅烷接枝樹(shù)脂和催化劑母料進(jìn)行混合，混合材料會(huì )很快發(fā)生接枝反應，如果暴露于濕氣中，則反應速度會(huì )更快；第二步是把混好后的料喂入擠出機。后序的管材冷卻固化采用普通的水浴即可。由于決定聚合物實(shí)際固化速度的主要階段是濕氣的擴散，因此為了加速固化過(guò)程，也可以使用熱水浴、桑拿蒸汽浴或低壓蒸氣浴等方法。 

兩步法的優(yōu)勢在于管材生產(chǎn)者只需很少的或者根本不需要什么投資就可以試驗很多不同的配方。這無(wú)疑對于交聯(lián)聚乙烯管材新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)極為有利。 

一步法，即所謂的Spherisil法，是Constab公司和Crompton集團的專(zhuān)利。該專(zhuān)利的核心內容是將硅烷以固體形式喂入擠出機。Spherisil法基于使用合適的載體樹(shù)脂（細小的粉料、顆?；蛐∏颍?，在計量過(guò)程中采用適當的設備吸收液體硅烷。也就是說(shuō)，Spherisil法包含了一步法連續生產(chǎn)所需要的全部要素。這就使得管材生產(chǎn)商可以使用單螺桿擠出機生產(chǎn)交聯(lián)聚乙烯管材。試驗證明，利用Spherisil干硅烷技術(shù)生產(chǎn)的水管和燃氣管材表現出了很好的機械性能和耐化學(xué)性能，其使用溫度可以達到110℃。 

Spherisil法可為管材生產(chǎn)商提供很多其他交聯(lián)方法所不具備的優(yōu)勢。它們包括： 

（1）為提高設計柔性，可使用高產(chǎn)量擠出機。Davis-Standard 公司的研究表明，長(cháng)徑比L/D為32: 1的擠出機就足以實(shí)現比較好的接枝效果和交聯(lián)效果。加工聚乙烯用的帶止逆裝置、最小直徑45mm、壓縮比為2:1以及具有冷卻功能的螺桿是被推薦的標準配置。 

（2）交聯(lián)材料和熱塑性材料可以在相同的生產(chǎn)線(xiàn)上加工。幾個(gè)管材生產(chǎn)商的試驗表明，使用Spherisil工藝的擠出生產(chǎn)線(xiàn)可為生產(chǎn)者提供較大的加工柔性，即在同一條生產(chǎn)線(xiàn)上既能加工交聯(lián)材料又能加工熱塑性材料。Spherisil工藝與大多數商業(yè)化應用的HDPE/MDPE具有很好的兼容性，同時(shí)也允許管材生產(chǎn)者在需要的時(shí)候添加交聯(lián)劑。 

（3）大口徑XLPE擠出機可以應用 Spherisil工藝。Spherisil工藝的核心就是通過(guò)多孔載體樹(shù)脂來(lái)吸收液體硅烷混合物。這也是該工藝之所以能夠改善那些與交聯(lián)聚乙烯管材交聯(lián)密度相關(guān)的性能的一個(gè)主要原因。即使是壁厚較厚的管材，也可以獲得一致性好的交聯(lián)效果。 

（4）Spherisil工藝的樹(shù)脂適應性強。 Constab公司 和Crompton 集團在其Spherisil工藝生產(chǎn)線(xiàn)上試驗了多種來(lái)自世界各地的HDPE基礎樹(shù)脂，均獲得了滿(mǎn)意的結果。 

（5）Spherisil 工藝能夠根據不同應用量身定制。Crompton集團采用的由有機功能化硅烷、有機過(guò)氧化物、錫催化劑和抗氧劑組成的體系在為交聯(lián)聚乙烯管材而制備的硅烷混合物和中表現出了優(yōu)異的協(xié)同作用。試驗證明，經(jīng)過(guò)設計的硅烷與很多穩定劑/抗氧化劑體系的協(xié)同效果都很好。Spherisil工藝大多需要特殊的穩定劑，用以阻止接枝劑在聚合過(guò)程中過(guò)早失效，同時(shí)還能提高交聯(lián)聚乙烯的抗老化性能。