过氧化物交联与硅烷交联的比较

过氧化物交联聚乙烯管材（PE –X a ） 与硅烷交联聚乙烯管材（PE –X b ）简介

一、 交联聚乙烯管材（PE –X ）

近年来PE –X 管材在建筑工程中被广泛应用，主要应用于冷热水的上水管和低温热水地板辐射采暖系统用管，机械性能高，使用寿命长。那么什么是交联聚乙烯管材呢？

众所周知，聚乙烯塑料在工农业及日常生活中应用十分普遍，但耐热性、机械强度、耐老化性等较低，从而限制了聚乙烯塑料在许多领域中的应用，为了提高其性能将聚乙烯交联是最好的方法。所谓交联即是通过化学物质或高能射线将线型或轻度支链型的高分子转化为网状的分子结构，在分子间架起化学键。经交联的聚乙烯不仅提高了耐热性、耐磨性、机械强度，而且提高了耐环境应力开裂性和抗蠕变性等，增加了使用寿命。采用交联聚乙烯工艺制造的管材为交联聚乙烯管材（PE –X ）。 二、 PE –X 管材的生产方法

目前工业化常用的聚乙烯交联方法有两种，即辐射交联和化学交联，PE –X 管材的生产为化学交联法，在化学交联中又分为过氧化物交联和硅烷交联，在硅烷交联中又有一步法和两步法两种。

三、 过氧化物交联聚乙烯管材（PE –Xa ）

以高密度聚乙烯为主要原材料，以有机过氧物为交联剂采用柱塞式挤出机挤出交联成型管材，其成型原理如下：

有机过氧化物在热的作用下，分解生成活性游离基，这些游离基使聚乙烯碳链上生成活性点，产生碳―碳交联，形成网状结构。化学反应式：

1、过氧化物受热分解成游离基。 •→RO 2ROOR

2、引发聚乙烯的脱氢反应

～2CH ―2CH ～ + →•

RO ～2CH ―H C •

～ + ROH 3、碳―碳交联，形成网状结构。

2～2CH ―H C •

～ → ～ 2CH ― CH ～ ∣ ～ 2CH ― CH ～

过氧化物交联聚乙烯管材生产设备投资较少，生产速度较慢，生产的管材比较柔软。

四、 硅烷交联聚乙烯管材（PE –X b ）

PE –X b 管材的生产是以高密聚乙烯为主要原材料，以乙烯基硅烷为交联剂，配合引发剂和催化剂等，经挤出机制成硅烷接枝的聚乙烯管材，然后在热水或蒸汽中进行水解交联，使分子结构形成三维网状结构。

1、 反应原理和化学反应式：

首先是引发剂中过氧化物受热分解，成为化学活性很高的游离基，这些游离基夺取聚乙烯分子中的氢原子，使聚乙烯主链碳带有活性，然后与乙烯基硅烷发生接枝反

应，接枝后的聚乙烯在水的作用下，进行水解缩合反应，成为硅烷交联聚乙烯。 ①过氧化物受热分解成游离基

•→RO 2ROOR

②引发聚乙烯的脱氧反应

～2CH ―2CH ～ + →•

RO ～2CH ―H C •

～ + ROH ③聚乙烯与乙烯基硅烷的枝接反应

～2CH ―H C •

～ + 2CH = CH ―S i―(R O ')3 → ～ 2CH ― CH ∣

2CH ―H C •

―S i―(R O ')3 注：R '为―3CH 或―2CH ―3CH

～2CH ―CH ～ + ～ 2CH ―2CH ～ ∣

2CH ―H C •

―S i―(R O ')3

→2CH ―CH ～ + ～ 2CH ―H C •

～ ∣

2CH ―2CH ―S i―(R O ')3

④水解缩合反应

～2CH ―CH ～ + O H 2→

∣

2CH ―2CH ―S i―(R O ')3 ～2CH ―CH ～ R O ' ∣ ∣

2CH ―2CH ―S i―OH + R '―OH ∣ R O '

2 ～2CH ―CH ～ R O ' ∣ ∣

2CH ―2CH ―S i―OH →

∣ R O '

～2CH ―CH ～ R O ' R O '～2CH ―CH ～

∣ ∣ ∣ ∣ + O H 2 2CH ―2CH ―S i―Ο―S i―2CH ― 2CH ∣ ∣ R O ' R O ' 继续反应成为：

～2CH ―2CH ～

∣ Ο―S

i ～ 2CH ―2CH ―S i

∣ Ο―S i ～ Ο

∣ Ο―S i ～ 2CH ―2CH ―S i ∣ Ο―S i ～ ～2CH ―CH ～

硅烷交联聚乙烯管材的生产有两步法和一步法。

2、 两步法硅烷交联聚乙烯管材

两步法是将聚乙烯树脂、硅烷、引发剂和抗氧剂，催化剂分别在挤出机中制备成甲、乙两种组份母料，然后将甲、乙两种母料按一定比例混合后制成管材，再进行水解交联。工艺流程如下：

两步法生产PE–X

管材虽然工艺较复杂，但对设备要求不高，投资较小。采用的

b

原料是国产原料，聚乙烯树脂为混合型。当前该种管材的生产第一步是技术力量比较强的大专院校或科研单位制备甲、乙两种组份，第二步是技术力量比较弱的乡镇企业或个体企业购买两种组份后，按一定比例混配在普通塑料制管机成型加工，再水解交联，制成PE–X

管材。

b

3、一步法硅烷交联聚乙烯管材

一步法是将所用的原材料如聚乙烯树脂，硅烷交联剂，抗氧剂等分别计量后，在专用挤出机中混配，加热塑化，接枝成型为硅烷枝接的聚乙烯管材，再水解交联制成PE–X b管材，工艺流程如下：

一步法采用的硅烷交联剂是乙烯基甲氧基硅烷，活性高，反应快，但易吸潮，所以要求树脂进行干燥，其含水量在200PPm以下。硅烷接枝反应需在专用螺杆的挤出机中进行。所以一步法PE–X

管材的设备要求较高，投资较大，大多为进口设备。而

b

国产设备不完备。无树脂的烘干系统，且自动计量不够准确。河北昊龙管业有限公司引进瑞士一步法硅烷交联聚乙烯管材生产技术和设备，采用进口的原辅材料，可生产PE–Xb管材1500吨。产品为S5系列，规格有dn16、20、25、32、40、50、63㎜管材。

五、PE–Xa管材与PE–X

管材性能。

b