Keresztkötések - lineáris polietilén molekulák háromdimenziós hálózati szerkezetté alakítása- fizikai vagy kémiai módszerekkel, ezáltal javítva mechanikai és termikus tulajdonságaikat. A térhálósított szigetelésnek két fő típusa van: a fizikai térhálós-és a kémiai térhálósítás-.
A fizikai térhálósítás, más néven besugárzásos térhálósítás, általában vékony szigetelésvastagságú, kisfeszültségű{0}}kábelekhez alkalmas.
A kémiai térhálósítás-főleg két típusra oszlik: peroxidos-térhálósításra és szilán-ojtásos-térhálósításra. Közülük a peroxid keresztkötést középfeszültségű és (ultra) nagyfeszültségű kábelek szigetelésére használják, míg a szilán oltásos keresztkötést általában a hagyományos kisfeszültségű-kábeleknél.
A besugárzásos térhálósítási eljárás elsősorban speciális alacsony-feszültségű, keresztkötésű kábelek, például nukleáris minőségű kábelek, magas üzemi hőmérsékletű kábelek (hosszú -hosszú távú üzemi hőmérséklet elérheti a 150 fokot), keresztkötésű, alacsony füsttartalmú halogén-huzalok gyártására alkalmas, lángmentes, éghető anyagok-kábelek, stb. y-sugársugárzás penetráció, a besugárzási kereszt{10}}eljárás nem alkalmas középfeszültségű és (ultra) nagyfeszültségű kábelek gyártására.
Az UV térhálósítási technológia egy másik új térhálósító technológia, amelyet kémiai térhálósítás és besugárzásos térhálósítás után fejlesztettek ki. Ez egy független fejlesztésű technológiai innováció, és független szellemi tulajdonjogokkal rendelkezik Kínában. Az ultraibolya térhálósítás elve az, hogy fő nyersanyagként poliolefint használnak, és megfelelő mennyiségű fotoiniciátort adnak hozzá. Ultraibolya fénnyel történő besugárzással a fotoiniciátor az ultraibolya fény meghatározott hullámhosszait nyeli el, és poliolefin szabad gyököket hoz létre, amelyek ezután egy sor gyors polimerizációs reakción mennek keresztül, hogy térhálósított poliolefineket állítsanak elő háromdimenziós hálózati szerkezettel. Ez új utat nyitott a térhálósított kábelek gyártása előtt, és bekerült a kisfeszültségű térhálósított kábelek gyártásába. Az alábbiakban elsősorban a kémiai térhálósítást mutatjuk be.
1, peroxid térhálósítás
A peroxidos térhálósítási módszer egy módszer a térhálósodás indukálására térhálósító szerek hozzáadásával. Elsősorban térhálós, polietilén szigetelésű tápkábelek gyártására alkalmas 10 kV és afeletti névleges feszültségű, valamint különböző keresztmetszeti területeken.
(1) Gőzös térhálósítás (SCP)
A gőzös térhálósító gyártási technológia a legrégebbi térhálósítási módszer, amely a gumi folyamatos vulkanizálási technológiájából fejlődött ki. Ez a módszer bizonyos nyomású és hőmérsékletű gőzt használ fűtő- és túlnyomásos közegként a polietilén térhálósításához. A GE 1957-ben sikeresen kutatta a gőzös térhálósítást, a japán Sumitomo Electric Company pedig 1959-ben vezette be ezt a technológiát, és 1960-ban kezdte meg a gyártást.
A korai szakaszban telített gőzt használtak közegként, és a nyomás és a hőmérséklet a keresztkötő csőben{0}} közvetlenül összefüggött. A gőz hőmérsékletének növeléséhez egyidejűleg a gőznyomást is növelni kellett. Minden 10 fokos hőmérséklet-emelkedés esetén a nyomás körülbelül 5 kg-mal nő, ami megnehezíti a kellően magas hőmérséklet és a magas energiafogyasztás elérését; Később kifejlesztették a gőzhőmérséklet növelésére a térhálósított csőfal hevítésével (túlhevített gőzként ismert, amely nem igényel nyomást a hőmérséklet növeléséhez), főként gumi vulkanizáló egységekben használták. A vízgőz és az olvadt polietilén közötti közvetlen érintkezés miatt a térhálósított csőben-a nedvesség beszivárog és bediffundál a szigetelésbe. A kábel hűtési folyamata során a szigetelésen belüli vízgőz telítődik és mikropórusokat képez, amelyek üzembe helyezés után elágazó kisülést válthatnak ki. Ez a módszer végzetes gyengesége. Így az 1960-as évektől kezdődően néhány új száraz térhálósítási eljárás jelent meg.
(2) Infravörös térhálósítási módszer (RCP) és száraz térhálósítás
Az infravörös térhálósítási módszer, más néven termikus sugárzásos térhálósítási módszer (RCP), egy száraz térhálósítási eljárás, amelyet a japán Sumitomo Electric Company talált fel 1967-ben.
A polimerek infravörös sugárzással történő térhálósításának módszerét a francia General Electric (GE) már 1937-ben szabadalmaztatta gumitermékek vulkanizálására. 1961-ben az egyesült államokbeli WR Grace szabadalmat kapott polietilén fólia gyártására infravörös besugárzási módszerrel. A japán Sumitomo Electric Company-t a fenti két szabadalom ihlette, és 1966 júniusában szabadalmi kérelmet nyújtott be, amelyben egy térhálósított polietilén réteget, amely szerves peroxid térhálósító szert tartalmazott, egy vezetőre extrudálták, és inert gázban sugárzással hevítették 2 kg/cm²-nél nagyobb nyomással, hogy a polietilén reakciót kiváltsa. {9} 1967 áprilisában a Sumitomo Electric Company újabb szabadalmat kért, és azt javasolta, hogy a teljes térhálósító egység egy sugárzófűtésből, egy hűtőrészből és egy vízhűtő részből álljon. A sugárzó fűtési rész két zónára van osztva, és mindegyik zóna önállóan szabályozhatja a hőmérsékletet. A hosszú távú keresztkötési reakció során a térhálósító cső belső falán peroxiddal lerakódott fekete szennyeződés réteg képződik, amely egy természetesen kialakult fekete test, amely infravörös sugárzást bocsát ki. A technológiai fejlődés révén az RCP-eljárást fokozatosan felváltotta az általános elektromos fűtésű száraz térhálósítási eljárás. Jelenleg a felfüggesztési térhálósítási technológiát és a VCV torony térhálósítási technológiát széles körben használják.
A fűtő és előhűtő részek nitrogéngázzal védettek. A fűtési térhálósító csőben a nitrogén fő funkciója az, hogy hőátadó szénként működjön, és megvédje a polietilén felületét az oxidációtól és a magasabb hőmérsékleten történő lebomlástól. Ugyanakkor elegendő nyomást gyakorolnak a szigetelésre, hogy megakadályozzák vagy minimálisra csökkentsék a légrések kialakulását a térhálósítási folyamat során. Az áramló nitrogén a hűtővízből elpárolgott nagy mennyiségű vizet és a keresztkötési reakció során a peroxidokból lebomló vizet és illékony anyagokat is el tudja vinni. A nitrogén fő funkciója az előhűtő szakaszban, hogy előhűtse a kábelszigetelő mag felületét, lehetővé téve, hogy a mag felülete alacsonyabb hőmérsékleten kerüljön a vízhűtő szakaszba, ezáltal megakadályozza a mag hirtelen lehűlése által okozott szigetelés belső feszültségét, és befolyásolja a termék minőségét. Az elektromos fűtés alkalmazása miatt a gyártási sebesség a hőmérséklet emelésével növelhető. A térhálósított polietilén szigetelésben a száraz térhálósítási módszer nedvességtartalma mindössze 0,018%, míg a gőzös térhálósítási módszer nedvességtartalma eléri a 0,29%-ot. A tesztek kimutatták, hogy a száraz térhálósítási módszerrel végzett szigetelések váltakozó áramú áttörési szilárdsága és ütési szilárdsága nagyobb, mint a gőzös térhálósítási módszeré.
A száraz{0}}térhálósító gyártóberendezések főként két típusból állnak: felfüggesztett-térhálósító egységek és függőleges torony-térhálósító egységek. A VCV függőleges torony{4}}összekötő egység függőleges extrudálási módszert alkalmaz, amely jobban elősegíti a vastag szigetelés excentricitás-szabályozását.
(3) Hosszan tartó penész (MDCV) keresztkötés{1}}
A hosszú formájú térhálósítást az Anaconda Wire and Cable Company találta fel 1959-ben, és ugyanabban az évben szabadalmaztatta, az úgynevezett MCP-eljárást. Később a huzal- és kábeliparban kiélezett verseny miatt a vállalat kilépett a térhálósított polietilén huzal- és kábelgyártás versenyéből, ami megakadályozta ennek az új eljárásnak a gyakorlati alkalmazását. 1971-ben a Daihatsu Electric Wire and Cable Company és a Mitsubishi Petrochemical Company együttműködve szabadalmakat vásárolt az Anaconda Corporationtől, lehetővé téve ennek az MDCVI Art. néven ismert módszernek a megvalósítását. 1973-ban a Daiichi Electric Wire and Cable Company eljárási szabadalmat kért az MDCV-re. Az MDCV eredeti jelentése "Mitsubishi Daiichi folyamatos térhálósítási módszer", míg technikai jelentése a Long Die Crosslinking Process Method.
Az MDCV-módszer vízszintes, keresztkötésű{0}}csövet használ, amelyet az extruderfej belsejébe szerelnek be. Az extrudáló forma 20 méter hosszú. A szigetelt huzalmag extrudálásakor kenőanyagot töltenek a csőbe, hogy térhálósítsák a polietilént ebben a formában.
Az MDCV-módszer jellemzői az alacsony berendezés-befektetés, a kis helyigény, a nagy keresztmetszetű kábelek stabil gyártása, a CCV-{0}}keresztkötő egységekhez hasonló gyártási sebesség, a stabil és megbízható termékminőség. Az ezzel az eljárással előállított kábelek váltakozó áramú áttörési térerőssége 60-70%-kal nagyobb, mint a gőzzel keresztezett kábeleké. Különböző specifikációjú kábelek gyártásánál azonban a teljes hosszú tartóformát ki kell cserélni, ráadásul a rugalmassága nem erős, ezért nem terjedt el széles körben.
(4) Nyomás alatt olvadt só térhálósítási (PLCV) eljárás
Ezt a módszert eredetileg egy olasz Careillo cég találta ki. 1976 augusztusában a vállalat együttműködött a General Engineeringgel az Egyesült Királyságban a térhálósított polietilén szigetelésű tápkábelek használatának kutatásában. 1977-ben Gerard Smart, a British General Engineering Company munkatársa közzétette ezt az eredményt, és eladta az első berendezést a brit BICC cégnek. A PLCV rendszerben használt só megegyezik a gumi vulkanizációs LCM módszerrel. Például az olvadt só képlete egy szervetlen sókeverék, amely 53% kálium-nitrátból, 40% nátrium-nitritből és 7% nátrium-nitrátból áll. Ez a keverék 145-150 fokon megolvad és 540 fokig stabil marad. Az olvadt só keresztkötésű cső{15}}le van zárva. A kábelgyártási folyamat során általában (3-4) atmoszféra nyomást alkalmaznak, és az olvadt só hőmérséklete 200 és 250 fok között van. A hűtőszakasz nyomás alatti módszert is alkalmaz. Az olvadt sókeverék nagy fajsúlya miatt megoldódik a nehéz kábelek vontatásának problémája. Különböző tényezők figyelembevételével ezt az eljárást a gumihüvelyes vulkanizálási gyártósor alkalmazza, és különösen alkalmas nehéz gumikábelek gyártására.
(5) Szilikonolaj térhálósítási (FZCV) eljárás
1979-ben Sadayoshi Kashima és mások a japán Fujikura Electric Wire Company-tól feltalálták a szilikonolajos térhálósító eljárást (FZCV), amely nyomás alatti szilikonolajat használ a szén fűtő- és hűtőanyagaként. A szilikonolaj nyomása alatt a kábel dörzsölés vagy excentricitás nélkül felfüggeszthető a szilikonolajban. A szilikonolaj újrahasznosítható. A Tengcang Electric Wire Company 1979-ben kezdett el 275 kV-os térhálósított polietilén kábeleket gyártani két FZCV egység felhasználásával, hatékonyan megoldva a nagy keresztmetszetű, -keresztmetszetű- polietilén kábelek nagyfeszültségű műszaki problémáját. A magas beruházási költségek miatt nem népszerűsítették és használták széles körben.
A fenti kémiai térhálósodási A fenti térhálósítási módszerek mindegyike külső fűtésű térhálósítási módszer. 1975-ben a nyugat-németországi G. Menger vezetékes fűtés alkalmazását javasolta a térhálósítási idő lerövidítésére. Kísérletileg bebizonyította, hogy minden 1 milliméter vastag polietilén szigetelés esetében a térhálósodási idő körülbelül 1 perc. Ezért csak a huzal sebességének lassításával vagy a térhálósító cső hosszának növelésével érhető el. Ha 1000 amperes áramot használnak a vezető hőmérsékletének 200 fokra emelésére, a keresztkötési idő 20%-kal lerövidül. Jelenleg sok térhálósító{17}}gyártóegység alkalmaz vezetékes előmelegítési technológiát, amely hatékonyan javítja a termelés hatékonyságát és javítja a szigetelés minőségét.
2, szilán térhálósítás
A szilános térhálósítást, más néven melegvizes térhálósítást, a Dow Corning javasolta és fejlesztette ki 1960-ban. Ezt Sioplas-módszerként is ismerik, amely egy szilán ojtással végzett térhálósítási eljárás. Két lépésben, ojtással és extrudálással hajtják végre, és ezt két-lépéses szilán térhálósításnak nevezik. Az első lépésben a szigetelőanyag-gyár az extruderen lévő alapanyagra szilán térhálósító szert ojt és extrudál, a keletkező részecskéket pedig A anyagnak (ojtási anyag) nevezik. Ugyanakkor a katalizátorhoz és a színezőanyaghoz egy anyaanyagot is biztosítanak, amelyet B anyagnak neveznek. A második lépésben össze kell keverni az A és B anyagokat egy bizonyos arányban (pl. A: B arány 95:5), extrudálják őket a kábelvezetőre egy normál extruderen, majd helyezzék egy forró vizes keresztkötő medencébe 80–95 fokos hőmérsékleten vagy gőzfürdőben a térhálósodás befejezéséhez. Ez az eljárás alacsony beruházási költséggel jár, és általános extruderekkel feldolgozható. Az anyag ára mérsékelt és széles körben használt.
De vannak a következő hátrányai is:
(1) Az ojtott polietilén hajlamos a korai térhálósodásra-a levegő nedvességével, ami lerövidíti a tárolási időt, ami általában hat hónap.
(2) Az ojtott polietilén és katalizátor mesterkeverék keverékének tárolási ideje általában nem haladja meg a 3 órát, ezért keverés közben extrudálni kell.
(3) A több keverési lépés miatt a két-lépéses módszer hajlamos a szennyeződésekre, és főként a 10 kV alatti kábelek szigetelésének gyártására használják.
A Sioplas korlátainak leküzdése érdekében 1977-ben az Egyesült Királyságból származó BICC és a svájci Maillefer együttműködött egy egy-lépcsős szilán térhálósítási eljárás kifejlesztésében, más néven Monosil eljárás, amely a Dow Corning által feltalált két-lépéses módszeren alapul. Egyszerre méri és keveri a polietilén alapú anyagokat, az antioxidánsokat és a folyékony szilánt, kombinálva az ojtási reakciót és a katalizátor hozzáadásának folyamatát, és 30:1 hosszúság/átmérő arányú extrudert használ a szigetelés extrudálására a kábelvezetőre. A szigetelőréteg oltása és extrudálása egy lépésben történik, ezért ezt nevezik egy-lépéses módszernek. Ez a legalacsonyabb anyagköltséggel rendelkezik, csökkenti a szennyeződések szennyeződésének esélyét, és jelentősen megnövelheti az anyagok tárolási idejét. Ez a folyamat azonban nagyobb felszerelési beruházást igényel, mint a két{10}}lépéses módszer, és folyékony szilán adagolórendszert igényel.
Az anyagtechnológia fejlődésével az egy-lépcsős szilán térhálósítási technológia alkalmazása úgy is megvalósítható, hogy a polietilén alapú anyagokat, antioxidánsokat és folyékony szilánt előzetesen egy nagy sebességű keverővel egyenletesen összekeverik, és bizonyos körülmények között helyezik el, hogy a hozzáadott antioxidánsok és a folyékony szilán teljesen behatolhassanak. Ezután a közönséges extruderekkel az oltás és az extrudálás egy menetben elvégezhető. Az extrudálási folyamat során az anyaghőmérsékletet szigorúan ellenőrizni kell, és az anyag hőmérsékleti követelményeinek magasnak kell lenniük annak biztosítása érdekében, hogy a szilán ojtása az extrudálási folyamat során befejeződjön. Az extrudált szigetelő huzalmagot meleg vizes térhálósító medencébe vagy gőzfürdőbe kell helyezni térhálósítás céljából; Ha az anyaghőmérséklet túl alacsony az extrudálási folyamat során, és az oltás nem fejeződik be, az extrudálás után a szigetelés nem lesz képes térhálósodni.
Az 1980-as években a japán Lingclone cég kifejlesztette a kopolimerizációt a két-lépéses és egy{2}}lépéses módszer előnyei alapján. A kopolimerizációs módszer szintén szilán kopolimer monomer etilén-trimetoxi-szilán, de más eljárással. Ez az eljárás nem ojtja be a szerves szilánt polimer láncokra, hanem hidrolizálható szilánt visz be a polimerizációs folyamat során, hogy könnyen feldolgozható szilán kopolimert kapjon. Az eljárás magában foglalja az etilén és szilán kopolimer monomerek kopolimerizálását egy nagynyomású reaktorban. Ennek az eljárásnak a kulcsa az, hogy a kiválasztott kopolimer monomereknek tartalmazniuk kell egy telítetlen csoportot, amely reakcióba léphet az etilénnel és polimerláncokat képezhet. Az etilén-szilán kopolimer és a Sioplas ojtott vegyület szerkezete alapvetően megegyezik.
Tekintettel arra, hogy a szilán kopolimerek előállítása reakcióedényben történik, nagy tisztaságot biztosíthat, és elkerülhető az ojtás során a peroxid maradék szennyeződése. A szilán kopolimerek fő előnye, hogy a polimerizációs reakció során a szilán kopolimer monomerek egyszeri-bevitelének köszönhetően a térhálós{1}}rács szabályos eloszlása érhető el, így a szükséges szilán mennyiség kisebb, mint a szilán ojtott vegyületeknél. A fejlett és egyedülálló kopolimerizációs eljárásnak köszönhetően az előállított szilán térhálósított polietilén anyag a következő előnyökkel rendelkezik:
(1) Jó tárolási stabilitás, általában egy évet meghaladó tárolási idő, ami jobb, mint az oltóanyagok.
(2) A térhálósított polietilén kopolimerizációs módszerrel történő feldolgozása során nagyon kevés szabad anyag és szennyeződés keveredik bele, így javul a kábel szigetelési teljesítménye.
(3) Szabályos extruderen extrudálható, jó gyártási folyamat stabilitással.
Ezt követően a szilárd{0}}elsõ fázisú-lépéses eljárást és a szilárdító szilán eljárást egymás után fejlesztették ki. A szilárd -fázisú- lépés a szilán PE-alapú anyagokba való beszivárgását és abszorpcióját foglalja magában hordozókon, például fehér kormon keresztül. A szilánszilárdítási eljárás célja a szilán betáplálási módjának javítása. A folyékony szilán porózus polipropilénre vagy PE műanyagokra adszorbeálható, így szilárd szilán keletkezik. Mindkét folyamat egy-lépéses módszerből származik.
Az anyagtechnológia fejlődésével, a kétlépcsős szilán térhálósítási technológián alapuló szilánnal térhálósított polietilén szigetelőanyag (más néven szilán szobahőmérsékletű térhálósított polietilén szigetelőanyag) bevezetésre került. Elve a katalizátor mesterkeverék (B anyag) javítása kompozit vízképző szerek és hatékony katalizátorok hozzáadásával. Az oltóanyag (A anyag) és a katalitikus anyag (B anyag) összekeverése és extrudálása után általában térhálósíthatók (2-7) napos beltéri elhelyezés után (ha magas a környezeti hőmérséklet és rövid az elhelyezési idő), anélkül, hogy meleg vizes térhálósító medencében vagy gőzfürdőben kellene térhálósítani. Az anyagköltség magas, de a gyártás kényelme miatt bizonyos mértékig ezt is alkalmazták.
Figyelembe véve a különböző szilán térhálósítási folyamatok jellemzőit, az anyagköltségeket és egyéb tényezőket, az egy-lépéses szilán térhálósítást és a két-lépéses szilán térhálósítást széles körben alkalmazzák. Ezek közül a két-lépéses szilán térhálósítási eljárás az A anyag ojtási reakciójának befejeződése miatt alacsony extrudálási hőmérsékletet igényel a huzalmag szigeteléséhez, ami elősegíti a gyártási specifikációk megváltozását. Az egy-lépcsős szilán térhálósítási eljárás alacsony anyagköltséggel jár, és az oltás és az extrudálás egy menetben elvégezhető. Az extrudálási hőmérsékleti követelmény magas, és az oltás nem fejezhető be, ha az anyag hőmérséklete nem felel meg a követelményeknek. Az extruder magas hőmérsékleten van beállítva, és a gyakori leállások és a specifikációk megváltoztatása klinkert eredményezhet, így alkalmas hosszú kábelmagok gyártására.
