Reticulació - convertint molècules de polietilè lineals en una estructura de xarxa tridimensional- mitjançant mètodes físics o químics, millorant així les seves propietats mecàniques i tèrmiques. Hi ha dos tipus principals d'aïllament-reticulat: reticulat-físic i reticulat-químic.
La reticulació física, també coneguda com a reticulació per irradiació, és adequada generalment per a cables de baixa-tensió amb un gruix d'aïllament prim.
La reticulació-química es divideix principalment en dos tipus: la reticulació-peròxid i la reticulació-per empelt de silà. Entre ells, l'encreuament-peròxid s'utilitza per a l'aïllament de cables de mitja tensió i (ultra) alta tensió, mentre que l'encreuament-de empelt de silà s'utilitza generalment per a cables-reticulats convencionals de baixa tensió.
El procés d'-enllaç creuat d'irradiació és adequat principalment per a la fabricació de cables especials d'enllaç creuat{-de baixa tensió-, com ara cables de grau nuclear, cables d'alta temperatura d'operació (-la temperatura de funcionament a llarg termini pot arribar als 150 graus),-enllaç creuat de baix fum{6}{7}halògens i cables{6}{7}{6}{6}} flamants lliures de fum. etc. A causa de la influència de la tecnologia dels materials i de la penetració de la radiació de raigs y-, el procés d'-enllaç creuat d'irradiació no és adequat per a la fabricació de cables de mitjana tensió i (ultra)alta tensió.
La tecnologia de reticulació UV és una altra nova tecnologia de reticulació desenvolupada després de la reticulació química i la reticulació per irradiació. És un assoliment d'innovació tecnològica desenvolupat de manera independent i té drets de propietat intel·lectual independents a la Xina. El principi de la reticulació ultraviolada és utilitzar poliolefina com a matèria primera principal i afegir una quantitat adequada de fotoiniciador. Mitjançant la irradiació amb llum ultraviolada, el fotoiniciador absorbeix longituds d'ona específiques de la llum ultraviolada per generar radicals lliures de poliolefines, que després experimenten una sèrie de reaccions ràpides de polimerització per produir poliolefines reticuladas amb una estructura de xarxa tridimensional. Això ha obert un nou camí per a la producció de cables reticulats i s'ha dedicat a la fabricació de cables reticulats de baixa-tensió. El següent introdueix principalment la reticulació química.
1, Reticulació de peròxid
El mètode de reticulació de peròxid és un mètode per induir la reticulació afegint agents de reticulació. És adequat principalment per a la fabricació de cables d'alimentació aïllats de polietilè-entrecreuats amb nivells de tensió nominal de 10 kV o superiors i diverses àrees de secció transversal-.
(1) Reticulació de vapor (SCP)
La tecnologia de fabricació de reticulació de vapor és el mètode de reticulació més antic que va evolucionar a partir de la tecnologia de vulcanització contínua de cautxú. Aquest mètode utilitza vapor a una determinada pressió i temperatura com a mitjà d'escalfament i pressurització per reticular el polietilè. GE va investigar amb èxit la reticulació de vapor el 1957, i Sumitomo Electric Company al Japó va introduir aquesta tecnologia el 1959 i es va posar en producció el 1960.
En l'etapa inicial, es va utilitzar vapor saturat com a mitjà, i la pressió i la temperatura dins del tub d'encreuament-estaven directament relacionades. Per augmentar la temperatura del vapor, calia augmentar la pressió del vapor alhora. Per cada augment de temperatura de 10 graus, la pressió augmentaria uns 5 kg, cosa que dificultarà aconseguir una temperatura suficientment alta i un alt consum d'energia; Més tard, es va desenvolupar per augmentar la temperatura del vapor mitjançant l'escalfament de la paret-de la canonada creuada (coneguda com a vapor sobreescalfat, que no requereix augmentar la pressió per augmentar la temperatura), utilitzada principalment en unitats de vulcanització de cautxú. A causa del contacte directe entre el vapor d'aigua i el polietilè fos dins del tub-creuat, la humitat penetrarà i es difondrà a l'aïllament. Durant el procés de refrigeració del cable, el vapor d'aigua dins de l'aïllament arriba a la saturació i forma microporus, que poden desencadenar la descàrrega de branques després de posar-se en funcionament. Aquesta és la debilitat fatal d'aquest mètode. Així, a partir dels anys 60, van sorgir alguns nous processos de reticulació en sec.
(2) Mètode de reticulació infraroja (RCP) i reticulació en sec
El mètode de reticulació infraroja, també conegut com a mètode de reticulació de radiació tèrmica (RCP), és un procés de reticulació en sec inventat per Sumitomo Electric Company al Japó el 1967.
El mètode de reticulació de polímers amb radiació infraroja va ser patentat ja l'any 1937 per General Electric (GE) a França per a la vulcanització de productes de cautxú. El 1961, WR Grace dels Estats Units va obtenir una patent per a la fabricació de pel·lícules de polietilè mitjançant el mètode d'irradiació infraroja. Sumitomo Electric Company al Japó es va inspirar en les dues patents anteriors i va sol·licitar una patent el juny de 1966, en la qual s'extrudia una capa de polietilè reticulat que contenia peròxid orgànic sobre un conductor i s'escalfava per radiació en un gas inert a una pressió de més de 2 kg/cm² per induir la reacció{9} de reticulació del polietilè. L'abril de 1967, Sumitomo Electric Company va sol·licitar una altra patent, proposant que tota la unitat d'enllaç-consisteix en una secció d'escalfament per radiació, una secció de refrigeració i una secció de refrigeració d'aigua. La secció de calefacció per radiació es divideix en dues zones i cada zona pot controlar la temperatura de manera independent. Durant la reacció d'enllaç-creuada-a llarg termini, es va formar una capa de brutícia negra dipositada amb peròxid a la paret interior del tub d'enllaç-creuat, que és un cos negre format de manera natural que emet radiació infraroja. A través del progrés tecnològic, el procés RCP s'ha substituït gradualment pel procés d'encreuament en sec de calefacció elèctrica general-. Actualment, la tecnologia de reticulació de suspensió i la tecnologia de reticulació de torres VCV s'utilitzen àmpliament.
Les parts de calefacció i prerefrigeració estan protegides amb gas nitrogenat. Al tub d'enllaç creuat-de calefacció, la funció principal del nitrogen és actuar com a carbó de transferència de calor i protegir la superfície del polietilè de l'oxidació i la degradació a temperatures més altes. Al mateix temps, s'aplica una pressió suficient a l'aïllament per evitar o minimitzar l'aparició de buits d'aire durant el procés d'-encreuament. El nitrogen que flueix també pot endur-se una gran quantitat d'aigua evaporada de l'aigua de refrigeració i l'aigua i les substàncies volàtils descompostes dels peròxids durant la reacció d'enllaç-creuat. La funció principal del nitrogen a la secció de refrigeració prèvia és refredar prèviament la superfície del nucli d'aïllament del cable, permetent que la superfície del nucli entri a la secció de refrigeració d'aigua a una temperatura més baixa, evitant així l'estrès intern de l'aïllament causat pel refredament sobtat del nucli i afectant la qualitat del producte. A causa de l'ús de la calefacció elèctrica, la velocitat de producció es pot augmentar augmentant la temperatura. En l'aïllament de polietilè reticulat-, el contingut d'humitat del mètode d'enllaç-sec és només del 0,018%, mentre que el contingut d'humitat del mètode d'enllaç-de vapor arriba al 0,29%. Les proves han demostrat que la resistència a la ruptura de CA i la resistència a l'impacte de l'aïllament del mètode d'encreuament-sec són superiors a les del mètode d'enllaç-de vapor.
Els equips de producció d'-encreuaments en sec inclouen principalment dos tipus: unitats d'enllaç-encreuades suspeses i unitats d'encreuament-de torre vertical. La unitat d'enllaç transversal de la torre vertical VCV -adopta un mètode d'extrusió vertical, que és més propici per al control de l'excentricitat de l'aïllament gruixut.
(3) Enllaç-de motlle de llarga durada (MDCV).
La reticulació de forma llarga va ser inventada per Anaconda Wire and Cable Company el 1959 i patentada el mateix any, conegut com a procés MCP. Més tard, a causa de la ferotge competència a la indústria del filferro i cable, l'empresa es va retirar de la competència per a la fabricació de filferro i cable de polietilè reticulat, fet que va impedir que aquest nou procés es pogués aplicar a la pràctica. El 1971, Daihatsu Electric Wire and Cable Company i Mitsubishi Petrochemical Company van col·laborar per comprar patents d'Anaconda Corporation, permetent la implementació d'aquest mètode, conegut com MDCVI Art. El 1973, Daiichi Electric Wire and Cable Company va sol·licitar una patent de procés per a MDCV. El significat original de MDCV és "Mitsubishi Daiichi Continuous Crosslinking Method", mentre que el seu significat tècnic és el Long Die Crosslinking Process Method.
El mètode MDCV utilitza un tub creuat-horitzontal, que s'instal·la dins del capçal de l'extrusora. El motlle d'extrusió té una llargada de 20 metres. Quan s'extrudeix el nucli de filferro aïllat, s'omple el lubricant al tub per reticular el polietilè en aquest motlle.
Les característiques del mètode MDCV són una baixa inversió en equips, una petita empremta, una fabricació estable de cables de gran secció, una velocitat de producció comparable a les unitats d'enllaç transversal -CCV, una qualitat de producte estable i fiable. La intensitat de camp de ruptura de CA dels cables fabricats mitjançant aquest procés és d'un 60% a un 70% més gran que la dels cables-encreuats de vapor. Tanmateix, quan es tracta de produir cables de diferents especificacions, cal substituir tot el motlle de suport llarg i la flexibilitat no és forta, de manera que no s'ha utilitzat àmpliament.
(4) Procés de reticulació de sal fosa a pressió (PLCV).
Aquest mètode va ser inventat originalment per Careillo, una empresa italiana. L'agost de 1976, l'empresa va col·laborar amb General Engineering al Regne Unit per investigar l'ús de cables d'alimentació aïllats de polietilè reticulat-. El 1977, Gerard Smart de la British General Engineering Company va publicar aquest assoliment i va vendre el primer equip a l'empresa britànica BICC. La sal utilitzada al sistema PLCV és la mateixa que la que s'utilitza en el mètode LCM de vulcanització de cautxú. Per exemple, la fórmula de sal fosa és una barreja de sal inorgànica composta per un 53% de nitrat de potassi, un 40% de nitrat de sodi i un 7% de nitrat de sodi. Aquesta barreja es fon a 145 graus ~ 150 graus i es manté estable fins a 540 graus. La canonada-enllaçada en creu de sal fosa està segellada. Durant el procés de fabricació del cable, generalment s'aplica una pressió de (3-4) atmosferes i la temperatura de la sal fosa està entre 200 i 250 graus. La secció de refrigeració també utilitza un mètode a pressió. A causa de l'alta gravetat específica de la barreja de sal fosa, es resol el problema d'arrossegar cables pesats. Tenint en compte diversos factors, aquest procés és adoptat per la línia de producció de vulcanització de mànigues de goma i és especialment adequat per a la fabricació de cables de cautxú pesats.
(5) Procés de reticulació d'oli de silicona (FZCV).
El 1979, Sadayoshi Kashima i altres de Fujikura Electric Wire Company al Japó van inventar el procés de reticulació d'oli de silicona (FZCV), que utilitza oli de silicona a pressió com a material de calefacció i refrigeració per al carbó. Sota la pressió de l'oli de silicona, el cable es pot suspendre a l'oli de silicona sense fregar ni excentricitat. L'oli de silicona es pot reciclar. Tengcang Electric Wire Company va començar a produir cables de polietilè enllaçats-creuats de 275 kV mitjançant dues unitats FZCV el 1979, solucionant eficaçment el problema tècnic d'alta tensió dels cables de polietilè enllaçats-de gran secció transversal-. A causa dels elevats costos d'inversió, no s'ha promocionat ni utilitzat àmpliament.
En els processos d'encreuament-químics anteriors, tenint en compte diversos factors, les unitats d'encreuament-en suspensió i les unitats d'encreuament-de torre s'han utilitzat àmpliament en la fabricació de cables d'alimentació de plàstic de mitjana tensió i (ultra)alta tensió. En els mètodes de reticulació anteriors, tots són mètodes de reticulació de calefacció externa. El 1975, G. Menger d'Alemanya Occidental va proposar utilitzar l'escalfament del conductor per escurçar el temps de reticulació. Va demostrar experimentalment que per cada aïllament de polietilè d'1 mil·límetre de gruix, el temps de reticulació és d'aproximadament 1 minut. Per tant, només es pot aconseguir alentint la velocitat del cable o augmentant la longitud del tub de reticulació. Si s'utilitza un corrent de 1.000 amperes per augmentar la temperatura del conductor a 200 graus, el temps d'encreuament-s'escurça un 20%. Actualment, moltes unitats de producció-creuades adopten la tecnologia de preescalfament de conductors, que millora eficaçment l'eficiència de la producció i beneficia la qualitat de l'aïllament.
2, Reticulació de silà
La reticulació de silà, també coneguda com a reticulació d'aigua calenta, va ser proposada i desenvolupada per Dow Corning l'any 1960. També es coneix com el mètode Sioplas, que és un procés de reticulació d'empelt de silà. Es realitza en dos passos, empelt i extrusió, i s'anomena reticulació de silà en dos-etapes. El primer pas és que la fàbrica de material aïllant empelti i extruï l'agent de reticulació de silà al material base de l'extrusora, i les partícules resultants s'anomenen material A (material d'empelt). Al mateix temps, també es proporciona un material mare per al catalitzador i l'agent colorant, anomenat material B. El segon pas és barrejar els materials A i B en una proporció determinada (per exemple, una proporció A:B de 95:5), extreu-los al conductor del cable en una extrusora normal i, a continuació, col·loqueu-los en una piscina d'enllaç transversal d'aigua calenta a 80 ~ 95 graus o en una sala de vapor per completar l'enllaç transversal-. Aquest procés té un baix cost d'inversió i es pot processar mitjançant extrusores generals. El preu del material és moderat i s'ha utilitzat àmpliament.
Però també hi ha els següents inconvenients:
(1) El polietilè empeltat és propens a l'encreuament-precoç amb la humitat de l'aire, escurçant el temps d'emmagatzematge, que generalment és de sis mesos.
(2) La barreja de polietilè empeltat i masterbatch de catalitzador generalment té un període d'emmagatzematge de no més de 3 hores, de manera que s'ha d'extruir mentre es barreja.
(3) A causa de diversos passos de barreja, el mètode de dos-passos és propens a les impureses i s'utilitza principalment en la fabricació d'aïllament per a cables de menys de 10 kV.
Per superar les limitacions de Sioplas, l'any 1977, BICC del Regne Unit i Maillefer de Suïssa van col·laborar per desenvolupar un procés de reticulació de silà en un-pas, també conegut com a procés Monosil, basat en el mètode de dos-passos inventat per Dow Corning. Mesura i barreja materials a base de polietilè, antioxidants i silà líquid simultàniament, combinant la reacció d'empelt i el procés d'addició de catalitzador, i utilitza una extrusora amb una relació de longitud a diàmetre de 30:1 per extruir l'aïllament al conductor del cable. L'empelt i l'extrusió de la capa d'aïllament es completen en un sol pas, per això s'anomena mètode d'un-pas. Té el cost de material més baix, redueix la possibilitat de contaminació per impureses i pot augmentar molt el període d'emmagatzematge dels materials. Tanmateix, aquest procés requereix una inversió més gran en equip que el mètode de dos-passos i requereix un sistema d'alimentació de silà líquid.
Amb el desenvolupament de la tecnologia dels materials, també es pot aconseguir l'aplicació de la tecnologia de reticulació de silà en un sol pas barrejant uniformement materials a base de polietilè, antioxidants i silà líquid per avançat mitjançant un mesclador d'alta velocitat- i col·locant-los en determinades condicions per permetre que els antioxidants i el silà líquid afegits penetrin completament. Aleshores, es poden utilitzar extrusores normals per completar l'empelt i l'extrusió d'una sola vegada. Durant el procés d'extrusió, la temperatura del material s'ha de controlar estrictament i els requisits de temperatura del material han de ser alts per garantir que l'empelt de silà es completi durant el procés d'extrusió. El nucli de filferro d'aïllament extruït s'ha de col·locar en una piscina de reticulació d'aigua tèbia o una sala de vapor per a la reticulació; Si la temperatura del material és massa baixa durant el procés d'extrusió i l'empelt no es completa, l'aïllament després de l'extrusió no es podrà reticular.
A la dècada de 1980, l'empresa japonesa Lingclone va desenvolupar la copolimerització basada en els avantatges dels mètodes de dos-pasos i d'un-pas. El mètode de copolimerització també és un monòmer de copolímer de silà etilè trimetoxisilà, però amb un procés diferent. Aquest procés no empelta organosilà a les cadenes de polímer, sinó que introdueix silà hidrolitzable durant el procés de polimerització per produir un copolímer de silà de fàcil processament. El mètode consisteix a copolimeritzar etilè amb monòmers de copolímers de silà en un reactor d'alta pressió-. La clau d'aquest procés és que els monòmers copolímers seleccionats han de contenir un grup insaturat que pugui reaccionar amb l'etilè per formar cadenes de polímers. L'estructura del copolímer d'etilè silà i del compost d'empelt Sioplas és bàsicament la mateixa.
A causa del fet que la producció de copolímers de silà es realitza en un recipient de reacció, pot garantir una gran neteja i també evitar el problema de la contaminació de residus de peròxid durant l'empelt. El principal avantatge dels copolímers de silà és que durant la reacció de polimerització, s'aconsegueix la distribució regular de la xarxa reticulada-a causa de l'entrada única-de monòmers de copolímers de silà, de manera que la quantitat necessària de silà és inferior a la necessària per als compostos empeltats de silà. A causa del procés de copolimerització avançat i únic, el material de polietilè reticulat de silà produït té els següents avantatges:
(1) Bona estabilitat d'emmagatzematge, amb un temps d'emmagatzematge generalment superior a un any, que és millor que els materials d'empelt.
(2) Durant el processament de polietilè reticulat-per mètode de copolimerització, hi ha molt poques substàncies lliures i impureses barrejades, millorant així el rendiment d'aïllament del cable.
(3) Es pot extruir en una extrusora normal amb una bona estabilitat del procés de fabricació.
Posteriorment, es van desenvolupar successivament el procés de-una fase- sòlid i el procés de silà de solidificació. El procés d'-una fase- sòlid implica la infiltració i l'absorció de silà en materials basats en PE mitjançant suports com el negre de carboni blanc. El procés de solidificació del silà té com a objectiu millorar el mètode d'alimentació del silà. El silà líquid es pot adsorbir sobre polipropilè porós o plàstics PE per formar silà sòlid. Tots dos processos es deriven de mètodes d'un-pas.
Amb l'avenç de la tecnologia dels materials, basat en la tecnologia de reticulació de silà en dos-passos, s'ha introduït el material d'aïllament de polietilè reticulat de silà (també conegut com a material d'aïllament de polietilè reticulat a temperatura ambient de silà). El seu principi és millorar el masterbatch del catalitzador (material B) afegint agents productors d'aigua compostes i catalitzadors eficients. Després de barrejar material d'empelt (material A) i material catalític (material B) i extrudir-los, generalment es poden reticular després de col·locar-los a l'interior durant (2-7) dies (si la temperatura ambient és alta i el temps de col·locació és curt), sense necessitat de reticular-los en una piscina de reticulació d'aigua calenta o bany de vapor. El cost del material és elevat, però a causa de la comoditat de producció, també s'ha aplicat fins a cert punt.
Tenint en compte les característiques dels diferents processos de reticulació de silà, els costos del material i altres factors, s'ha utilitzat àmpliament la reticulació de silà en un-pas i la reticulació de silà en dos-etapes. Entre ells, el procés de reticulació de silà en dos passos, a causa de la finalització de la reacció d'empelt del material A, requereix una temperatura d'extrusió baixa per a l'aïllament del nucli de filferro, que és propici per canviar les especificacions de producció. El procés de reticulació de silà en un sol-pas té un cost de material baix i l'empelt i l'extrusió es poden completar d'una vegada. El requisit de temperatura d'extrusió és alt i l'empelt no es pot completar si la temperatura del material no compleix els requisits. L'extrusora s'estableix a una temperatura elevada, i les parades freqüents i els canvis d'especificacions poden donar lloc a clínquer, la qual cosa la fa apta per a la producció de nuclis de cable llargs.
