Unakrsno povezivanje - pretvara linearne molekule polietilena u trodimenzionalnu mrežnu strukturu putem fizičkih ili hemijskih metoda, čime se poboljšavaju njihova mehanička i termička svojstva. Postoje dvije glavne vrste unakrsno-povezane izolacije: fizičko unakrsno-povezivanje i hemijsko unakrsno-povezivanje.
Fizičko umrežavanje, također poznato kao iradijacijsko umrežavanje, općenito je prikladno za niskonaponske{0}}kablove sa tankom debljinom izolacije.
Hemijsko unakrsno-vezivanje se uglavnom dijeli na dvije vrste: peroksidno unakrsno-povezivanje i unakrsno cijepljenje silana-povezivanje. Među njima, peroksidno unakrsno-vezivanje se koristi za izolaciju srednjenaponskih i (ultra)visokonaponskih kablova, dok se silansko cijepljenje unakrsno-vezivanje općenito koristi za konvencionalne niskonaponske poprečno-povezane kablove.
Proces unakrsnog-povezivanja zračenja uglavnom je pogodan za proizvodnju specijalnih niskonaponskih-unakrsnih-povezanih kablova, kao što su kablovi nuklearnog kvaliteta, kablovi visoke radne temperature (dugotrajna radna temperatura može doseći 150 stepeni), unakrsno-povezani niskodimni halogeni{6}}i kablovi bez uticaja na plamen, itd. tehnologije materijala i penetracije y{9}}zračenja, proces unakrsnog-povezivanja zračenja nije pogodan za proizvodnju srednjenaponskih i (ultra) visokonaponskih kablova.
UV tehnologija umrežavanja je još jedna nova tehnologija umrežavanja razvijena nakon hemijskog umrežavanja i umrežavanja zračenjem. To je tehnološko inovacijsko dostignuće koje je nezavisno razvijeno i ima nezavisna prava intelektualnog vlasništva u Kini. Princip ultraljubičastog umrežavanja je korištenje poliolefina kao glavne sirovine i dodavanje odgovarajuće količine fotoinicijatora. Zračenjem ultraljubičastom svjetlošću, fotoinicijator apsorbira specifične talasne dužine ultraljubičastog svjetla kako bi stvorio slobodne radikale poliolefina, koji se zatim podvrgavaju nizu brzih reakcija polimerizacije za proizvodnju umreženih poliolefina sa trodimenzionalnom mrežnom strukturom. Ovo je otvorilo novi put za proizvodnju umreženih kablova i stavljeno u proizvodnju niskonaponskih umreženih kablova. Sljedeće uglavnom uvodi kemijsko umrežavanje.
1, Peroksidno umrežavanje
Metoda peroksidnog umrežavanja je metoda induciranja umrežavanja dodavanjem agenasa za umrežavanje. Uglavnom je pogodan za proizvodnju-povezanih polietilenom izolovanih energetskih kablova sa nazivnim nivoima napona od 10kV i više i različitim poprečnim-površinama.
(1) Parno umrežavanje (SCP)
Tehnologija proizvodnje umrežavanja parom je najstarija metoda umrežavanja koja je evoluirala iz tehnologije kontinuirane vulkanizacije gume. Ova metoda koristi paru na određenom pritisku i temperaturi kao medij za grijanje i pritisak za umrežavanje polietilena. Umreženje parom je uspješno istražio GE 1957. godine, a Sumitomo Electric Company u Japanu uvela je ovu tehnologiju 1959. i puštena u proizvodnju 1960. godine.
U ranoj fazi, zasićena para je korištena kao medij, a pritisak i temperatura unutar cijevi za poprečno{0}}vezivanje bili su direktno povezani. Da bi se povećala temperatura pare, bilo je potrebno istovremeno povećati pritisak pare. Za svakih 10 stepeni povećanja temperature, pritisak bi se povećao za oko 5 kg, što bi otežavalo postizanje dovoljno visoke temperature i velike potrošnje energije; Kasnije je razvijen za povećanje temperature pare zagrijavanjem poprečno{5}}povezanog zida cijevi (poznatog kao pregrijana para, koja ne zahtijeva povećanje pritiska za povećanje temperature), uglavnom se koristi u jedinicama za vulkanizaciju gume. Zbog direktnog kontakta između vodene pare i rastopljenog polietilena unutar poprečno povezane cijevi, vlaga će prodrijeti i difundirati u izolaciju. Tokom procesa hlađenja kabla, vodena para unutar izolacije dostiže zasićenje i formira mikropore, koje mogu izazvati pražnjenje grana nakon puštanja u rad. Ovo je fatalna slabost ove metode. Dakle, počevši od 1960-ih, pojavili su se neki novi procesi suvog umrežavanja.
(2) Metoda infracrvenog umrežavanja (RCP) i suho umrežavanje
Metoda infracrvenog umrežavanja, poznata i kao metoda umrežavanja termičkog zračenja (RCP), je suvi proces umrežavanja koji je izumila Sumitomo Electric Company u Japanu 1967. godine.
Metodu umrežavanja polimera infracrvenim zračenjem patentirao je još 1937. godine General Electric (GE) u Francuskoj za vulkanizaciju gumenih proizvoda. Godine 1961., WR Grace iz Sjedinjenih Država dobio je patent za proizvodnju polietilenske folije metodom infracrvenog zračenja. Kompanija Sumitomo Electric u Japanu inspirisana je gornja dva patenta i podnesena je za patent u junu 1966. godine, u kojoj je sloj unakrsnog -povezanog polietilena koji sadrži organski peroksid agens za umrežavanje ekstrudiran na provodnik i zagrijan zračenjem u inertnom plinu pri pritisku od preko 2 kg/cm² kako bi se izazvala reakcija poprečnog povezivanja{9} u poprečno vezivanje{9}. U aprilu 1967. godine, Sumitomo Electric Company je podnijela zahtjev za još jedan patent, predlažući da se cijela jedinica za poprečno{12}}povezivanje sastoji od dijela za grijanje zračenjem, dijela za hlađenje i dijela za hlađenje vodom. Sekcija radijacijskog grijanja podijeljena je u dvije zone, a svaka zona može samostalno kontrolirati temperaturu. Tokom dugotrajne reakcije{15}}unakrsnog-reakcije, sloj crne prljavštine taložene peroksidom formirao se na unutrašnjem zidu cijevi za unakrsnu{17}}vezu, koja je prirodno formirano crno tijelo koje emituje infracrveno zračenje. Tehnološkim napretkom, RCP proces je postupno zamijenjen općim električnim grijanjem na suho{19}}postupak povezivanja. Trenutno se široko koriste tehnologija umrežavanja suspenzije i tehnologija umrežavanja tornja VCV.
Dijelovi za grijanje i predhlađenje zaštićeni su plinom dušikom. U grijaćoj -poprečnoj cijevi, glavna funkcija dušika je da djeluje kao ugalj za prijenos topline i štiti površinu polietilena od oksidacije i degradacije na višim temperaturama. Istovremeno, na izolaciju se primjenjuje dovoljan pritisak kako bi se spriječilo ili svelo na najmanju moguću mjeru pojava zračnih praznina tokom procesa unakrsnog-povezivanja. Azot koji teče također može odnijeti veliku količinu vode isparene iz rashladne vode i vode i isparljivih supstanci razloženih iz peroksida tokom reakcije unakrsnog-ukrštanja. Glavna funkcija dušika u dijelu za prethodno hlađenje je da prethodno ohladi površinu izolacijskog jezgra kabela, omogućavajući površini jezgre da uđe u dio za hlađenje vodom na nižoj temperaturi, čime se sprječava unutrašnji stres izolacije uzrokovan naglim hlađenjem jezgre i utiče na kvalitet proizvoda. Zbog upotrebe električnog grijanja, brzina proizvodnje se može povećati podizanjem temperature. U izolaciji od-poprečnog polietilena, sadržaj vlage suvog-metode unakrsnog povezivanja je samo 0,018%, dok sadržaj vlage parnog unakrsnog-metoda dostiže 0,29%. Ispitivanja su pokazala da su otpornost na proboj naizmjenične struje i otpornost na udar kod izolacije suhim unakrsnim-metodom povezivanja veće od onih kod parne metode križnog-vezivanja.
Proizvodna oprema za suho{0}}ukrštanje uglavnom uključuje dvije vrste: viseće-jedinice za poprečno povezivanje i vertikalne poprečne-jedinice za poprečno povezivanje. VCV vertikalni toranj poprečno-jedinica za povezivanje usvaja metodu vertikalnog istiskivanja, što je pogodnije za kontrolu ekscentriciteta debele izolacije.
(3) Dugotrajno unakrsno-vezivanje kalupa (MDCV).
Dugi oblik umrežavanja je izumio Anaconda Wire and Cable Company 1959. godine i patentirao iste godine, poznat kao MCP proces. Kasnije, zbog velike konkurencije u industriji žica i kablova, kompanija se povukla iz konkurencije za proizvodnju -povezanih polietilenskih žica i kablova, što je spriječilo praktičnu primjenu ovog novog procesa. Godine 1971. Daihatsu Electric Wire and Cable Company i Mitsubishi Petrochemical Company su sarađivali na kupovini patenata od korporacije Anaconda, omogućavajući implementaciju ove metode, poznate kao MDCVI Art. Godine 1973. kompanija Daiichi Electric Wire and Cable Company prijavila je patentni proces za MDCV. Originalno značenje MDCV je "Mitsubishi Daiichi metoda kontinuiranog umrežavanja", dok je njegovo tehničko značenje metoda procesa dugog umrežavanja.
MDCV metoda koristi horizontalnu poprečno{0}}povezanu cijev, koja je ugrađena unutar glave ekstrudera. Kalup za ekstruziju je dugačak 20 metara. Prilikom ekstrudiranja izolovanog žičanog jezgra, mazivo se puni u cijev kako bi se polietilen u ovom kalupu povezao.
Karakteristike MDCV metode su niska ulaganja u opremu, mali otisak, stabilna proizvodnja kablova velikih presjeka, brzina proizvodnje uporediva sa CCV unakrsnim-jedinicama za povezivanje, stabilan i pouzdan kvalitet proizvoda. Jačina polja AC proboja kablova proizvedenih ovim postupkom je 60% do 70% veća od one kod parnih poprečno-povezanih kablova. Međutim, kada je u pitanju proizvodnja kablova različitih specifikacija, potrebno je zamijeniti cijeli dugački kalup za podupiranje, a fleksibilnost nije jaka, tako da nije u širokoj upotrebi.
(4) Proces umrežavanja rastopljene soli pod pritiskom (PLCV).
Ovu metodu je prvobitno izmislila italijanska kompanija Careillo. U avgustu 1976. godine, kompanija je sarađivala sa General Engineering-om u Velikoj Britaniji na istraživanju upotrebe kablova za napajanje-povezanih polietilenom izolovanih. Godine 1977., Gerard Smart iz britanske kompanije General Engineering objavio je ovo dostignuće i prodao prvu opremu britanskoj kompaniji BICC. Sol koja se koristi u PLCV sistemu je ista kao i u LCM metodi vulkanizacije gume. Na primjer, formula rastaljene soli je mješavina anorganske soli koja se sastoji od 53% kalijum nitrata, 40% natrijum nitrita i 7% natrijum nitrata. Ova mešavina se topi na 145 stepeni ~150 stepeni i ostaje stabilna do 540 stepeni. Poprečno povezana cijev sa rastopljenom soli-je zapečaćena. Tokom procesa proizvodnje kablova, obično se primenjuje pritisak od (3-4) atmosfere, a temperatura rastaljene soli je između 200 stepeni i 250 stepeni. Rashladni dio također koristi metodu pod pritiskom. Zbog velike specifične težine mješavine rastopljene soli, riješen je problem provlačenja teških kablova. Uzimajući u obzir različite faktore, ovaj proces je usvojen na proizvodnoj liniji za vulkanizaciju gumenih rukava i posebno je pogodan za proizvodnju teških gumenih kablova.
(5) Proces umrežavanja silikonskim uljem (FZCV).
Godine 1979. Sadayoshi Kashima i drugi iz Fujikura Electric Wire Company u Japanu izumili su proces umrežavanja silikonskog ulja (FZCV), koji koristi silikonsko ulje pod pritiskom kao materijal za grijanje i hlađenje uglja. Pod pritiskom silikonskog ulja, kabel se može objesiti u silikonsko ulje bez trljanja ili ekscentričnosti. Silikonsko ulje se može reciklirati. Kompanija Tengcang Electric Wire Company počela je proizvoditi 275kV poprečno-povezane polietilenske kablove koristeći dvije FZCV jedinice 1979. godine, efikasno rješavajući tehnički problem visokog napona vezanih polietilenskih kablova-poprečnog presjeka-kablova velikog poprečnog presjeka. Zbog visokih investicionih troškova, nije naširoko promoviran i korišten.
U gore navedenim procesima hemijskog{0}}ukrštanja, uzimajući u obzir različite faktore, viseće-jedinice za unakrsne veze i toranjske unakrsne-jedinice su široko korištene u proizvodnji plastičnih kablova srednjeg napona i (ultra) visokog napona. U gornjim metodama umrežavanja, sve su metode vanjskog grijanja. Godine 1975. G. Menger iz Zapadne Njemačke predložio je korištenje grijanja provodnika za skraćivanje vremena umrežavanja. Eksperimentalno je dokazao da za svaki 1 milimetar debljine polietilenske izolacije vrijeme umrežavanja iznosi oko 1 minut. Stoga se to može postići samo usporavanjem brzine žice ili povećanjem dužine cijevi za umrežavanje. Ako se struja od 1000 ampera koristi za podizanje temperature provodnika na 200 stepeni, vrijeme-poprečnog povezivanja se skraćuje za 20%. Trenutno, mnoge-proizvodne jedinice usvajaju tehnologiju predgrijavanja provodnika, što efektivno poboljšava efikasnost proizvodnje i koristi kvalitetu izolacije.
2, Silane crosslinking
Silansko umrežavanje, poznato i kao umrežavanje toplom vodom, predložio je i razvio Dow Corning 1960. godine. Takođe je poznat kao Sioplas metoda, što je proces umrežavanja kalemljenja silanom. Izvodi se u dva koraka, cijepljenje i ekstruziju, i naziva se dvo-ukrštanje silana u dva koraka. Prvi korak je da fabrika izolacionog materijala cijepi i ekstrudira silansko sredstvo za umrežavanje na osnovni materijal na ekstruderu, a rezultirajuće čestice se nazivaju A materijal (materijal za kalemljenje). U isto vrijeme, osnovni materijal za katalizator i sredstvo za bojenje također je osiguran, nazvan B materijal. Drugi korak je da se pomiješaju A i B materijali u određenom omjeru (npr. A:B omjer 95:5), ističu se na provodnik kabla na običnom ekstruderu, a zatim se stave u bazen sa ukrštenom vodom-povezujući na 80 stepeni ~95 stepeni ili u parnu sobu da se završi unakrsno-povezivanje. Ovaj proces ima niske troškove ulaganja i može se obraditi korištenjem općih ekstrudera. Cijena materijala je umjerena i široko se koristi.
Ali postoje i sljedeći nedostaci:
(1) Kalemljeni polietilen je sklon ranom unakrsnom-vezivanju sa vlagom u zraku, skraćujući vrijeme skladištenja, koje je uglavnom šest mjeseci.
(2) Smjesa cijepljenog polietilena i masterbatch katalizatora općenito ima period skladištenja ne duži od 3 sata, tako da je potrebno ekstrudirati tokom miješanja.
(3) Zbog višestrukih koraka miješanja, dvostepena metoda je sklona nečistoćama i uglavnom se koristi u proizvodnji izolacije za kablove ispod 10kV.
Kako bi se prevazišla ograničenja Sioplasa, 1977. godine, BICC iz UK i Maillefer iz Švicarske su sarađivali na razvoju jedno-procesa silanskog umrežavanja, također poznatog kao Monosil proces, zasnovan na metodi u dva- koraka koju je izumio Dow Corning. Istovremeno mjeri i miješa materijale na bazi polietilena, antioksidanse i tekući silan, kombinirajući reakciju cijepljenja i proces dodavanja katalizatora, i koristi ekstruder s omjerom dužine i promjera 30:1 za ekstrudiranje izolacije na kabelski vodič. Kalemljenje i istiskivanje izolacionog sloja se obavljaju u jednom koraku, pa se naziva metoda u jednom{7}}korak. Ima najnižu cijenu materijala, smanjuje mogućnost kontaminacije nečistoćama i može uvelike povećati period skladištenja materijala. Međutim, ovaj proces zahtijeva veće ulaganje u opremu od metode u dva-koraka i zahtijeva sistem za hranjenje tečnim silanom.
Sa razvojem tehnologije materijala, primjena tehnologije unakrsnog povezivanja silana u jednom{0}} koraku također se može postići ravnomjernim miješanjem materijala na bazi polietilena, antioksidansa i tekućeg silana unaprijed koristeći mikser velike brzine{1}} i postavljanjem pod određenim uvjetima kako bi se omogućilo da dodani antioksidansi i tekući silan u potpunosti prodru. Zatim se obični ekstruderi mogu koristiti za završetak cijepljenja i ekstruzije u jednom potezu. Tokom procesa ekstruzije, temperatura materijala treba biti strogo kontrolirana, a zahtjevi za temperaturom materijala trebaju biti visoki kako bi se osiguralo da se cijepljenje silana završi tokom procesa ekstruzije. Ekstrudirano jezgro žice za izolaciju treba staviti u bazen za umrežavanje sa toplom vodom ili parnu sobu za umrežavanje; Ako je temperatura materijala preniska tokom procesa ekstruzije i cijepljenje nije završeno, izolacija nakon ekstruzije neće moći umreti.
Osamdesetih godina prošlog vijeka japanska kompanija Lingclone razvila je kopolimerizaciju zasnovanu na prednostima metoda u dva-i jedno{2}}korak. Metoda kopolimerizacije je također silan kopolimer monomera etilen trimetoksisilan, ali s drugačijim postupkom. Ovaj proces ne kalemi organosilan na polimerne lance, već uvodi silan koji se može hidrolizirati tokom procesa polimerizacije kako bi se proizveo silan kopolimer koji se lako obrađuje. Metoda uključuje kopolimerizaciju etilena sa monomerima silana kopolimera u reaktoru visokog{6}}pritiska. Ključ za ovaj proces je da odabrani kopolimerni monomeri moraju sadržavati nezasićenu grupu koja može reagirati s etilenom i formirati polimerne lance. Struktura kopolimera etilen silana i Sioplas graft spoja je u osnovi ista.
Zbog činjenice da se proizvodnja silanskih kopolimera odvija u reakcionoj posudi, može se osigurati visoka čistoća i izbjeći problem kontaminacije ostataka peroksida tokom cijepljenja. Glavna prednost silanskih kopolimera je u tome što se tokom reakcije polimerizacije postiže pravilna distribucija unakrsno-povezane rešetke zbog jednokratnog-unošenja monomera silana kopolimera, tako da je potrebna količina silana niža od one koja je potrebna za silan cijepljena jedinjenja. Zbog naprednog i jedinstvenog procesa kopolimerizacije, proizvedeni silan umreženi polietilenski materijal ima sljedeće prednosti:
(1) Dobra stabilnost skladištenja, sa vremenom skladištenja koje obično prelazi godinu dana, što je bolje od materijala za kalemljenje.
(2) Tokom prerade umreženog polietilena metodom kopolimerizacije, vrlo je malo slobodnih supstanci i nečistoća pomiješano, čime se poboljšavaju izolacijske performanse kabla.
(3) Može se ekstrudirati na običnom ekstruderu sa dobrom stabilnošću proizvodnog procesa.
Nakon toga, sukcesivno su razvijeni čvrsti-fazni-proces i proces stvrdnjavanja silana. Čvrsti -fazni- proces u jednom koraku uključuje infiltraciju i apsorpciju silana u materijale na bazi PE kroz nosače kao što je bijela čađa. Proces očvršćavanja silana ima za cilj poboljšanje načina hranjenja silanom. Tečni silan se može adsorbovati na porozni polipropilen ili PE plastiku da bi se formirao čvrsti silan. Oba procesa su izvedena iz metoda u jednom{8}}korak.
Sa napretkom tehnologije materijala, zasnovanom na tehnologiji umrežavanja silana u dva- koraka, uveden je izolacijski materijal od polietilena od samopovezanog silana (također poznat kao izolacijski materijal od polietilena od umreženog polietilena na sobnoj temperaturi). Njegov princip je da se poboljša masterbatch katalizatora (B materijal) dodavanjem kompozitnih agenasa za proizvodnju vode i efikasnih katalizatora. Nakon miješanja materijala za kalemljenje (materijal A) i katalitičkog materijala (materijal B) i njihovog ekstrudiranja, oni se općenito mogu umrežiti nakon što su stavljeni u zatvoreni prostor (2-7) dana (ako je temperatura okoline visoka, a vrijeme postavljanja je kratko), bez potrebe za umrežavanjem u bazenu za umrežavanje s toplom vodom ili parnoj sobi. Cijena materijala je visoka, ali je zbog pogodnosti proizvodnje u određenoj mjeri i primijenjena.
Uzimajući u obzir karakteristike različitih procesa umrežavanja silana, troškove materijala i druge faktore, široko se koriste jedno-ukrštanje silana u jednom{0}} koraku i dvo-poprečno povezivanje silana. Među njima, dvostupanjski proces silanskog umrežavanja, zbog završetka reakcije cijepljenja materijala A, zahtijeva nisku temperaturu ekstruzije za izolaciju jezgra žice, što pogoduje promjeni specifikacija za proizvodnju. Proces umrežavanja silana u jednom{5}} koraku ima nisku cijenu materijala, a cijepljenje i ekstruzija se mogu završiti u jednom potezu. Zahtjev za temperaturu ekstruzije je visok, a cijepljenje se ne može završiti ako temperatura materijala ne zadovoljava zahtjeve. Ekstruder je postavljen na visoku temperaturu, a česta gašenja i promjene u specifikacijama mogu rezultirati klinkerom, što ga čini pogodnim za proizvodnju dugih kabelskih jezgara.
