Reticulare - transformând moleculele liniare de polietilenă într-o structură de rețea tri-dimensională prin metode fizice sau chimice, îmbunătățind astfel proprietățile lor mecanice și termice. Există două tipuri principale de-izolații reticulate: reticulare-fizică și reticulare-chimică.
Reticulare fizică, cunoscută și sub denumirea de reticulare prin iradiere, este, în general, potrivită pentru cablurile de -joasă tensiune cu grosime subțire a izolației.
Reticulare-chimică este împărțită în principal în două tipuri: reticulare-peroxidică și reticulare-de grefare cu silan. Printre acestea, reticulare-peroxidică este utilizată pentru izolarea cablurilor de medie tensiune și (ultra)înaltă tensiune, în timp ce reticulare-de grefare cu silan este utilizată în general pentru cablurile reticulate-de joasă tensiune convenționale.
Procesul de iradiere încrucișată este potrivit în principal pentru fabricarea cablurilor speciale de joasă tensiune, cum ar fi cabluri de calitate nucleară, cabluri cu temperatură înaltă de funcționare (temperatura de funcționare pe termen lung poate ajunge la 150 de grade), cabluri cu reticulare cu emisii reduse de halogen și sârme de ardere{6}{7} etc. Datorită influenței tehnologiei materialelor și penetrării radiațiilor razelor y-, procesul de legare încrucișată-iradierii nu este potrivit pentru fabricarea cablurilor de medie tensiune și (ultra)înaltă tensiune.
Tehnologia de reticulare UV este o altă tehnologie nouă de reticulare dezvoltată după reticulare chimică și reticulare prin iradiere. Este o realizare a inovației tehnologice dezvoltată independent și are drepturi independente de proprietate intelectuală în China. Principiul reticulării ultraviolete este utilizarea poliolefinei ca materie primă principală și adăugarea unei cantități adecvate de fotoinițiator. Prin iradierea cu lumină ultravioletă, fotoinițiatorul absoarbe lungimi de undă specifice ale luminii ultraviolete pentru a genera radicali liberi de poliolefine, care apoi suferă o serie de reacții rapide de polimerizare pentru a produce poliolefine reticulate cu o structură de rețea tri-dimensională. Acest lucru a deschis o nouă cale pentru producția de cabluri reticulate și a fost introdus în producția de cabluri reticulate de joasă tensiune-. Următoarele introduce în principal reticulare chimică.
1, Reticulare cu peroxid
Metoda de reticulare cu peroxid este o metodă de inducere a reticularii prin adăugarea de agenți de reticulare. Este potrivit în principal pentru producția de cabluri de alimentare cu izolație din polietilenă reticulat-cu niveluri de tensiune nominală de 10 kV și mai mult și diferite zone de-secțiuni transversale.
(1) Reticulare cu abur (SCP)
Tehnologia de fabricație cu reticulare cu abur este cea mai veche metodă de reticulare care a evoluat din tehnologia de vulcanizare continuă a cauciucului. Această metodă utilizează abur la o anumită presiune și temperatură ca mediu de încălzire și presurizare pentru a reticula polietilena. Reticularea cu abur a fost cercetată cu succes de GE în 1957, iar Sumitomo Electric Company din Japonia a introdus această tehnologie în 1959 și a pus-o în producție în 1960.
În stadiul inițial, aburul saturat a fost folosit ca mediu, iar presiunea și temperatura din interiorul tubului de reticulare au fost direct legate. Pentru a crește temperatura aburului, a fost necesară creșterea presiunii aburului în același timp. Pentru fiecare creștere cu 10 grade a temperaturii, presiunea ar crește cu aproximativ 5 kg, ceea ce face dificilă atingerea unei temperaturi ridicate și a unui consum mare de energie; Mai târziu, a fost dezvoltat pentru a crește temperatura aburului prin încălzirea peretelui conductei-încrucișate (cunoscut sub numele de abur supraîncălzit, care nu necesită creșterea presiunii pentru a crește temperatura), utilizat în principal în unitățile de vulcanizare a cauciucului. Datorită contactului direct dintre vaporii de apă și polietilena topită în interiorul tubului-încrucișat, umiditatea va pătrunde și va difuza în izolație. În timpul procesului de răcire a cablului, vaporii de apă din interiorul izolației ajung la saturație și formează micropori, care pot declanșa descărcarea ramurilor după ce sunt puse în funcțiune. Aceasta este slăbiciunea fatală a acestei metode. Deci, începând cu anii 1960, au apărut câteva noi procese de reticulare uscată.
(2) Metoda de reticulare în infraroșu (RCP) și reticulare uscată
Metoda de reticulare în infraroșu, cunoscută și ca metodă de reticulare cu radiații termice (RCP), este un proces de reticulare uscată inventat de Sumitomo Electric Company în Japonia în 1967.
Metoda de reticulare a polimerilor cu radiații infraroșii a fost brevetată încă din 1937 de General Electric (GE) în Franța pentru vulcanizarea produselor din cauciuc. În 1961, WR Grace din Statele Unite a obținut un brevet pentru fabricarea foliei de polietilenă folosind metoda de iradiere cu infraroșu. Compania Sumitomo Electric din Japonia s-a inspirat din cele două brevete de mai sus și a solicitat un brevet în iunie 1966, în care un strat de polietilenă reticulat-conținând agent de reticulare peroxid organic a fost extrudat pe un conductor și încălzit prin radiație într-un gaz inert la o presiune de peste 2 kg/cm² pentru a induce reacția de reticulare a polietilenei{9}. În aprilie 1967, Sumitomo Electric Company a solicitat un alt brevet, propunând ca întreaga unitate de reticulare-să fie formată dintr-o secțiune de încălzire prin radiație, o secțiune de răcire și o secțiune de răcire cu apă. Secțiunea de încălzire prin radiație este împărțită în două zone, iar fiecare zonă poate controla independent temperatura. În timpul reacției-încrucișate-pe termen lung, un strat de murdărie neagră depus cu peroxid s-a format pe peretele interior al tubului de-reticulare, care este un corp negru format natural care emite radiații infraroșii. Datorită progresului tehnologic, procesul RCP a fost înlocuit treptat cu procesul general de reticulare uscată de încălzire electrică. În prezent, tehnologia de reticulare a suspensiei și tehnologia de reticulare a turnului VCV sunt utilizate pe scară largă.
Părțile de încălzire și prerăcire sunt protejate cu azot gazos. În tubul de reticulare-de încălzire, principala funcție a azotului este de a acționa ca un cărbune transfer de căldură și de a proteja suprafața polietilenei de oxidare și degradare la temperaturi mai ridicate. În același timp, izolației este aplicată suficientă presiune pentru a preveni sau a minimiza apariția golurilor de aer în timpul procesului de reticulare-. Azotul care curge poate duce, de asemenea, o mare cantitate de apă evaporată din apa de răcire și apă și substanțe volatile descompuse din peroxizi în timpul reacției de reticulare. Funcția principală a azotului în secțiunea de prerăcire este de a prerăci suprafața miezului de izolație a cablului, permițând suprafeței miezului să intre în secțiunea de răcire cu apă la o temperatură mai scăzută, prevenind astfel stresul intern al izolației cauzat de răcirea bruscă a miezului și afectând calitatea produsului. Datorită utilizării încălzirii electrice, viteza de producție poate fi mărită prin creșterea temperaturii. În izolația cu polietilenă reticulat, conținutul de umiditate al metodei de reticulare uscată este de numai 0,018%, în timp ce conținutul de umiditate al metodei de reticulare cu abur ajunge la 0,29%. Testele au arătat că rezistența la rupere AC și rezistența la rupere la impact a izolației cu metoda de reticulare încrucișată uscată sunt mai mari decât cele ale metodei de reticulare-cu abur.
Echipamentele de producție de-reticulare uscată includ în principal două tipuri: unități de-reticulare suspendate și unități de reticulare-turn verticale. Unitatea de legătură transversală a turnului vertical VCV adoptă o metodă de extrudare verticală, care este mai favorabilă controlului excentricității izolației groase.
(3) Legătura încrucișată-mucegaiului de lungă durată (MDCV).
Reticulare în formă lungă a fost inventată de Anaconda Wire and Cable Company în 1959 și patentată în același an, cunoscut sub numele de procesul MCP. Ulterior, din cauza concurenței acerbe din industria sârmei și cablurilor, compania s-a retras din competiția pentru fabricarea de sârme și cabluri de polietilenă reticulat-, ceea ce a împiedicat punerea în practică a acestui nou proces. În 1971, Daihatsu Electric Wire and Cable Company și Mitsubishi Petrochemical Company au colaborat pentru achiziționarea de brevete de la Anaconda Corporation, permițând implementarea acestei metode, cunoscută sub numele de MDCVI Art. În 1973, Daiichi Electric Wire and Cable Company a solicitat un brevet de proces pentru MDCV. Semnificația originală a MDCV este „Metoda de reticulare continuă Mitsubishi Daiichi”, în timp ce semnificația sa tehnică este Metoda procesului de reticulare cu matriță lungă.
Metoda MDCV utilizează un tub orizontal-reticulat, care este instalat în interiorul capului extruderului. Forma de extrudare are 20 de metri lungime. La extrudarea miezului de sârmă izolat, lubrifiantul este umplut în tub pentru a reticula polietilena din această matriță.
Caracteristicile metodei MDCV sunt investiții reduse în echipamente, amprenta redusă, fabricarea stabilă a cablurilor de secțiune mare, viteza de producție comparabilă cu unitățile de cross-CCV, calitatea produsului stabilă și fiabilă. Intensitatea câmpului de rupere AC al cablurilor fabricate folosind acest proces este cu 60% până la 70% mai mare decât cea a cablurilor reticulate cu abur. Cu toate acestea, atunci când vine vorba de producerea de cabluri cu specificații diferite, întreaga matriță de susținere lungă trebuie înlocuită, iar flexibilitatea nu este puternică, așa că nu a fost utilizată pe scară largă.
(4) Procesul de reticulare a sării topite sub presiune (PLCV).
Această metodă a fost inventată inițial de Careillo, o companie italiană. În august 1976, compania a colaborat cu General Engineering din Marea Britanie pentru a cerceta utilizarea cablurilor de alimentare izolate cu polietilenă reticulat-. În 1977, Gerard Smart de la British General Engineering Company a publicat această realizare și a vândut primul echipament companiei britanice BICC. Sarea folosită în sistemul PLCV este aceeași cu cea utilizată în metoda LCM de vulcanizare a cauciucului. De exemplu, formula de sare topită este un amestec de sare anorganică compus din 53% azotat de potasiu, 40% azotat de sodiu și 7% azotat de sodiu. Acest amestec se topește la 145 de grade ~ 150 de grade și rămâne stabil până la 540 de grade. Țeava interconectată-sarea topită este sigilată. În timpul procesului de fabricare a cablului, se aplică în general o presiune de (3-4) atmosfere, iar temperatura sării topite este între 200 și 250 de grade. Secțiunea de răcire folosește și o metodă presurizată. Datorita greutatii specifice ridicate a amestecului de sare topita, problema tragerii cablurilor grele este rezolvata. Luând în considerare diverși factori, acest proces este adoptat de linia de producție de vulcanizare a manșonului de cauciuc și este deosebit de potrivit pentru fabricarea cablurilor grele de cauciuc.
(5) Procesul de reticulare a uleiului de silicon (FZCV).
În 1979, Sadayoshi Kashima și alții de la Fujikura Electric Wire Company din Japonia au inventat procesul de reticulare a uleiului de silicon (FZCV), care folosește ulei de silicon presurizat ca material de încălzire și răcire pentru cărbune. Sub presiunea uleiului de silicon, cablul poate fi suspendat în uleiul de silicon fără frecare sau excentricitate. Uleiul de silicon poate fi reciclat. Compania Tengcang Electric Wire a început să producă cabluri de polietilenă reticulate de 275 kV folosind două unități FZCV în 1979, rezolvând eficient problema tehnică de înaltă tensiune a cablurilor de polietilenă cu secțiune transversală mare{-transversale-. Datorită costurilor mari de investiție, acesta nu a fost promovat și utilizat pe scară largă.
În procesele de reticulare chimică de mai sus, luând în considerare diverși factori, unitățile de reticulare-suspendate și unitățile de reticulare-turn au fost utilizate pe scară largă la fabricarea cablurilor de alimentare din plastic de medie tensiune și (ultra)înaltă tensiune. În metodele de reticulare de mai sus, toate sunt metode de reticulare cu încălzire externă. În 1975, G. Menger din Germania de Vest a propus utilizarea încălzirii conductorului pentru a scurta timpul de reticulare. El a demonstrat experimental că pentru fiecare izolație din polietilenă de 1 milimetru grosime, timpul de reticulare este de aproximativ 1 minut. Prin urmare, numai prin încetinirea vitezei firului sau prin creșterea lungimii tubului de reticulare se poate obține. Dacă se folosește un curent de 1000 de amperi pentru a ridica temperatura conductorului la 200 de grade, timpul de reticulare-se scurtează cu 20%. În prezent, multe unități de producție cu legături încrucișate adoptă tehnologia de preîncălzire a conductorilor, care îmbunătățește eficient eficiența producției și avantajează calitatea izolației.
2, Reticulare silan
Reticulare cu silan, cunoscută și sub denumirea de reticulare cu apă caldă, a fost propusă și dezvoltată de Dow Corning în 1960. Este cunoscută și ca metoda Sioplas, care este un proces de reticulare prin grefare cu silan. Se realizează în două etape, grefare și extrudare și se numește reticulare cu silan în două-etape. Primul pas este ca fabrica de materiale izolatoare să grefeze și să extrude agentul de reticulare silan pe materialul de bază de pe extruder, iar particulele rezultate se numesc material A (material de altoit). În același timp, este prevăzut și un material mamă pentru catalizator și agent de colorare, numit material B. Al doilea pas este să amestecați materialele A și B într-un anumit raport (de exemplu, raportul A:B de 95:5), să le extrudați pe conductorul cablului pe un extruder obișnuit și apoi să le plasați într-un bazin de legătură încrucișată cu apă caldă la 80 de grade ~95 de grade sau într-o cameră de aburi pentru a finaliza legarea-încrucișată. Acest proces are un cost de investiție scăzut și poate fi procesat folosind extrudere generale. Prețul materialului este moderat și a fost utilizat pe scară largă.
Dar există și următoarele dezavantaje:
(1) Polietilena grefată este predispusă la încrucișarea precoce-cu umiditatea din aer, scurtând timpul de depozitare, care este în general șase luni.
(2) Amestecul de polietilenă grefată și masterbatch de catalizator are în general o perioadă de depozitare de cel mult 3 ore, așa că trebuie extrudat în timpul amestecării.
(3) Datorită mai multor etape de amestecare, metoda în două-etape este predispusă la impurități și este utilizată în principal la fabricarea izolației pentru cabluri sub 10 kV.
Pentru a depăși limitările Sioplas, în 1977, BICC din Regatul Unit și Maillefer din Elveția au colaborat pentru a dezvolta un proces de reticulare a silanului într-un-pas, cunoscut și sub numele de procedeul Monosil, bazat pe metoda în doi-pași inventată de Dow Corning. Măsoară și amestecă simultan materiale pe bază de polietilenă, antioxidanți și silan lichid, combinând reacția de altoire și procesul de adăugare a catalizatorului și folosește un extruder cu un raport lungime/diametru de 30:1 pentru a extruda izolația pe conductorul cablului. Altoirea și extrudarea stratului de izolație sunt finalizate într-un singur pas, de aceea se numește metoda cu un-pas. Are cel mai mic cost al materialului, reduce șansa de contaminare cu impurități și poate crește foarte mult perioada de depozitare a materialelor. Cu toate acestea, acest proces necesită o investiție mai mare în echipamente decât metoda în două-etape și necesită un sistem de alimentare cu silan lichid.
Odată cu dezvoltarea tehnologiei materialelor, aplicarea tehnologiei de reticulare a silanului într-un-pas poate fi realizată și prin amestecarea uniformă a materialelor pe bază de polietilenă, a antioxidanților și a silanului lichid în prealabil, folosind un mixer cu viteză mare-și plasându-le în anumite condiții pentru a permite pătrunderea completă a antioxidanților adăugați și a silanului lichid. Apoi, extruderele obișnuite pot fi folosite pentru a finaliza altoirea și extrudarea dintr-o singură mișcare. În timpul procesului de extrudare, temperatura materialului trebuie controlată cu strictețe, iar cerințele de temperatură a materialului trebuie să fie ridicate pentru a se asigura că altoirea cu silan este finalizată în timpul procesului de extrudare. Miezul de sârmă de izolație extrudată trebuie plasat într-o piscină de reticulare cu apă caldă sau într-o cameră de aburi pentru reticulare; Dacă temperatura materialului este prea scăzută în timpul procesului de extrudare și altoirea nu este finalizată, izolația după extrudare nu se va putea reticula.
În anii 1980, compania japoneză Lingclone a dezvoltat copolimerizarea bazată pe avantajele metodelor în doi-pasi și{2}}pasi. Metoda de copolimerizare este, de asemenea, un copolimer silan monomer etilen trimetoxisilan, dar cu un proces diferit. Acest proces nu grefează organosilan pe lanțurile polimerice, ci introduce silan hidrolizabil în timpul procesului de polimerizare pentru a produce un copolimer de silan ușor de prelucrat. Metoda implică copolimerizarea etilenei cu monomeri de copolimeri de silan într-un reactor de-înaltă presiune. Cheia acestui proces este că monomerii copolimeri selectați trebuie să conțină o grupare nesaturată care poate reacționa cu etilena pentru a forma lanțuri polimerice. Structura copolimerului etilen silan și compusului grefat Sioplas este practic aceeași.
Datorită faptului că producția de copolimeri de silan se realizează într-un vas de reacție, poate asigura o curățenie ridicată și, de asemenea, poate evita problema contaminării reziduurilor de peroxid în timpul altoirii. Principalul avantaj al copolimerilor de silan este că în timpul reacției de polimerizare, distribuția regulată a rețelei reticulate-este realizată datorită intrării unice-de monomeri de copolimeri de silan, astfel încât cantitatea necesară de silan este mai mică decât cea necesară pentru compușii grefați cu silan. Datorită procesului de copolimerizare avansat și unic, materialul de polietilenă reticulat cu silan produs are următoarele avantaje:
(1) Stabilitate bună la depozitare, cu un timp de depozitare care în general depășește un an, ceea ce este mai bun decât materialele de altoire.
(2) În timpul prelucrării polietilenei reticulate prin metoda de copolimerizare, există foarte puține substanțe libere și impurități amestecate, îmbunătățind astfel performanța de izolație a cablului.
(3) Poate fi extrudat pe un extruder obișnuit cu o bună stabilitate a procesului de fabricație.
Ulterior, procesul solid-într-o fază-etapă și procesul de solidificare silan au fost dezvoltate succesiv. Procesul solid-fază într-o-etapă implică infiltrarea și absorbția silanului în materiale pe bază de PE prin purtători precum negru de fum alb. Procesul de solidificare a silanului are ca scop îmbunătățirea metodei de alimentare cu silan. Silanul lichid poate fi adsorbit pe polipropilenă poroasă sau pe materiale plastice PE pentru a forma silan solid. Ambele procese sunt derivate din metode cu un-pas.
Odată cu avansarea tehnologiei materialelor, bazată pe tehnologia de reticulare a silanului în doi-etape, a fost introdus materialul izolator din polietilenă reticulat cu silan (cunoscut și sub numele de material izolator din polietilenă reticulat la temperatura camerei cu silan). Principiul său este de a îmbunătăți masterbatch-ul catalizatorului (material B) prin adăugarea de agenți producători de apă compozit și catalizatori eficienți. După amestecarea materialului de altoire (materialul A) și materialul catalitic (materialul B) și extrudarea acestora, acestea pot fi în general reticulate după ce au fost plasate în interior timp de (2-7) zile (dacă temperatura ambientală este ridicată și timpul de plasare este scurt), fără a fi nevoie de reticulare într-o piscină de reticulare cu apă caldă sau o cameră de aburi. Costul materialului este mare, dar datorită confortului producției, acesta a fost și aplicat într-o anumită măsură.
Luând în considerare caracteristicile diferitelor procese de reticulare a silanului, costurile materialelor și alți factori, reticulare cu silan într-o etapă și reticulare cu silan în doi-etape au fost utilizate pe scară largă. Printre acestea, procesul de reticulare a silanului în două-etape, datorită finalizării reacției de altoire a materialului A, necesită o temperatură scăzută de extrudare pentru izolarea miezului de sârmă, ceea ce conduce la modificarea specificațiilor pentru producție. Procesul de reticulare a silanului într-un-pas are un cost scăzut al materialului, iar altoirea și extrudarea pot fi finalizate dintr-o singură mișcare. Cerința de temperatură de extrudare este ridicată, iar altoirea nu poate fi finalizată dacă temperatura materialului nu îndeplinește cerințele. Extruderul este setat la o temperatură ridicată, iar opririle frecvente și modificările specificațiilor pot duce la clincher, făcându-l potrivit pentru producția de miezuri lungi de cablu.
