Síťování - převádění lineárních polyethylenových molekul na trojrozměrnou síťovou strukturu pomocí fyzikálních nebo chemických metod, čímž se zlepšuje jejich mechanické a tepelné vlastnosti. Existují dva hlavní typy zesíťované-izolace: fyzické-síťování a chemické{5}}síťování.
Fyzické zesíťování, známé také jako zesíťování zářením, je obecně vhodné pro nízkonapěťové kabely s tenkou tloušťkou izolace.
Chemické-síťování se dělí hlavně na dva typy: peroxidové-síťování a síťování silanovým roubováním-. Mezi nimi se peroxidové-síťování používá k izolaci vysokonapěťových a (ultra)vysokonapěťových kabelů, zatímco síťování silanovým roubováním{5}}se obecně používá pro konvenční nízkonapěťové-kabely.
Proces ozařování-síťování je vhodný především pro výrobu speciálních nízkonapěťových-křížených{2}}kabelů, jako jsou kabely pro jadernou kvalitu, kabely s vysokou provozní teplotou (dlouhodobá-provozní teplota může dosáhnout 150 stupňů), překřížené-nízkokouřové halogenové-kabely, technologie vodičů bez plamene a zpomalující vlastnosti kabelů a zpomalovačů y-pronikání záření, proces křížového{10}}spojování záření{10}}není vhodný pro výrobu vysokonapěťových a (ultra)vysokonapěťových kabelů.
Technologie UV síťování je další novou technologií síťování vyvinutou po chemickém síťování a síťování ozařováním. Jedná se o pokrok v oblasti technologické inovace, který byl vyvinut nezávisle a má nezávislá práva duševního vlastnictví v Číně. Principem ultrafialového síťování je použití polyolefinu jako hlavní suroviny a přidání odpovídajícího množství fotoiniciátoru. Ozářením ultrafialovým světlem absorbuje fotoiniciátor specifické vlnové délky ultrafialového světla a vytváří polyolefinové volné radikály, které pak podléhají sérii rychlých polymeračních reakcí za vzniku zesítěných polyolefinů s trojrozměrnou síťovou strukturou. Tím se otevřela nová cesta pro výrobu zesíťovaných kabelů a byla zavedena výroba nízkonapěťových zesíťovaných kabelů. Následující text představuje především chemické zesítění.
1, Síťování peroxidem
Metoda peroxidového síťování je metoda indukce síťování přidáním síťovacích činidel. Hodí se hlavně pro výrobu síťovaných silových kabelů s izolací ze zesíťovaného polyetylenu 10 kV a více a různých průřezů-.
(1) Steam crosslinking (SCP)
Technologie výroby síťování párou je nejstarší metoda síťování, která se vyvinula z technologie kontinuální vulkanizace pryže. Tato metoda využívá páru o určitém tlaku a teplotě jako topné a tlakové médium pro zesíťování polyethylenu. Parní síťování bylo úspěšně prozkoumáno společností GE v roce 1957 a společnost Sumitomo Electric Company v Japonsku představila tuto technologii v roce 1959 a uvedla do výroby v roce 1960.
V rané fázi se jako médium používala nasycená pára a tlak a teplota uvnitř zesíťované{0}}trubky spolu přímo souvisely. Pro zvýšení teploty páry bylo nutné současně zvýšit tlak páry. Při každém zvýšení teploty o 10 stupňů by se tlak zvýšil asi o 5 kg, což by znesnadnilo dosažení dostatečně vysoké teploty a vysoké spotřeby energie; Později byl vyvinut pro zvýšení teploty páry ohřevem stěny zesíťovaných{5}}trub (známá jako přehřátá pára, která ke zvýšení teploty nevyžaduje zvýšení tlaku), používaná hlavně v jednotkách na vulkanizaci pryže. V důsledku přímého kontaktu mezi vodní párou a roztaveným polyethylenem uvnitř zesíťované trubice- bude vlhkost pronikat a difundovat do izolace. Během procesu ochlazování kabelu se vodní pára uvnitř izolace nasytí a vytvoří mikropóry, které mohou po uvedení do provozu vyvolat výboj větví. To je fatální slabina této metody. Takže od 60. let 20. století se objevily některé nové procesy suchého síťování.
(2) Metoda infračerveného síťování (RCP) a suché síťování
Metoda infračerveného zesíťování, známá také jako metoda zesíťování tepelným zářením (RCP), je suchý proces zesíťování vynalezený společností Sumitomo Electric Company v Japonsku v roce 1967.
Metoda síťování polymerů infračerveným zářením byla patentována již v roce 1937 společností General Electric (GE) ve Francii pro vulkanizaci pryžových výrobků. V roce 1961 získala WR Grace ze Spojených států patent na výrobu polyethylenové fólie pomocí metody infračerveného záření. Společnost Sumitomo Electric Company v Japonsku se inspirovala výše uvedenými dvěma patenty a v červnu 1966 požádala o patent, ve kterém byla vrstva zesíťovaného polyetylenu obsahujícího organický peroxid zesíťovacího činidla vytlačena na vodič a zahřátá zářením v inertním plynu při tlaku přes 2 kg/cm², aby se v polyethylenu vyvolala síťovací reakce. V dubnu 1967 požádala společnost Sumitomo Electric Company o další patent a navrhla, aby se celá síťová{12} jednotka skládala ze sekce sálavého ohřevu, chladicí sekce a sekce vodního chlazení. Sekce sálavého ohřevu je rozdělena do dvou zón a každá zóna může nezávisle regulovat teplotu. Během dlouhodobé-síťovací reakce{16}}se na vnitřní stěně síťovací-trubice vytvořila vrstva černé špíny usazené s peroxidem, což je přirozeně vytvořené černé těleso vyzařující infračervené záření. Díky technologickému pokroku byl proces RCP postupně nahrazen obecným elektrickým ohřevem suchým zesíťovacím{19}procesem. V současné době je široce používána technologie suspenzního síťování a technologie síťování věží VCV.
Ohřívací a předchladicí části jsou chráněny plynným dusíkem. V topné zesíťovací trubici-je hlavní funkcí dusíku působit jako teplonosné uhlí a chránit povrch polyethylenu před oxidací a degradací při vyšších teplotách. Současně je na izolaci vyvíjen dostatečný tlak, aby se zabránilo nebo minimalizoval výskyt vzduchových mezer během procesu zesíťování-. Proudící dusík může také odnést velké množství vody odpařené z chladicí vody a vody a těkavých látek rozložených z peroxidů během síťovací reakce. Hlavní funkcí dusíku v sekci předběžného chlazení je předchlazení povrchu jádra izolace kabelu, což umožňuje povrchu jádra vstoupit do sekce chlazení vodou při nižší teplotě, čímž se zabrání vnitřnímu pnutí izolace způsobenému náhlým ochlazením jádra a ovlivněním kvality produktu. Díky použití elektrického ohřevu lze zvýšit rychlost výroby zvýšením teploty. V izolaci ze zesíťovaného-polyetylenu je obsah vlhkosti u suché metody síťování{10}pouze 0,018 %, zatímco u metody síťování párou{12}}je obsah vlhkosti 0,29 %. Testy ukázaly, že střídavá průrazná pevnost a rázová průrazná síla izolace suché{15}}metody síťování jsou vyšší než u metody síťování párou{16}.
Výrobní zařízení pro suché-síťování zahrnuje především dva typy: závěsné-propojovací jednotky a vertikální věžové-propojovací jednotky. Vertikální věžová křížová-jednotka VCV využívá metodu vertikálního vytlačování, která více přispívá k řízení excentricity silné izolace.
(3) Křížové-propojení dlouhotrvajících forem (MDCV).
Long form crosslinking byl vynalezen Anaconda Wire and Cable Company v roce 1959 a patentován ve stejném roce, známý jako proces MCP. Později, kvůli tvrdé konkurenci v průmyslu drátů a kabelů, společnost odstoupila ze soutěže na výrobu drátů a kabelů ze zesíťovaného polyetylenu, což bránilo praktickému využití tohoto nového procesu. V roce 1971 Daihatsu Electric Wire and Cable Company a Mitsubishi Petrochemical Company spolupracovaly na nákupu patentů od společnosti Anaconda Corporation, což umožnilo implementaci této metody známé jako MDCVI Art. V roce 1973 společnost Daiichi Electric Wire and Cable Company požádala o procesní patent pro MDCV. Původní význam MDCV je "Mitsubishi Daiichi Continuous Crosslinking Method", zatímco jeho technický význam je Long Die Crosslinking Process Method.
Metoda MDCV používá vodorovnou zesíťovanou-trubku, která je instalována uvnitř hlavy extrudéru. Vytlačovací forma je dlouhá 20 metrů. Při vytlačování izolovaného drátěného jádra se do trubky plní mazivo, které zesíťuje polyethylen v této formě.
Charakteristickými rysy metody MDCV jsou nízké investice do vybavení, malá půdorysná plocha, stabilní výroba kabelů s velkým průřezem, rychlost výroby srovnatelná s CCV cross{0}}spojovacími jednotkami, stabilní a spolehlivá kvalita produktu. Síla průrazného pole střídavého proudu u kabelů vyrobených tímto procesem je o 60 % až 70 % vyšší než u parních křížených{4}}kabelů. Nicméně, pokud jde o výrobu kabelů různých specifikací, je třeba vyměnit celou dlouhou nosnou formu a flexibilita není silná, takže nebyla široce používána.
(4) Proces tlakového zesíťování roztavené soli (PLCV).
Tuto metodu původně vynalezla italská společnost Careillo. V srpnu 1976 společnost spolupracovala se společností General Engineering ve Spojeném království na výzkumu použití síťových kabelů s izolací ze sítě -polyetylenem. V roce 1977 Gerard Smart z British General Engineering Company zveřejnil tento úspěch a prodal první zařízení britské společnosti BICC. Sůl používaná v systému PLCV je stejná jako sůl používaná při metodě LCM vulkanizace kaučuku. Například vzorec roztavené soli je směs anorganické soli složená z 53 % dusičnanu draselného, 40 % dusitanu sodného a 7 % dusičnanu sodného. Tato směs taje při 145 °C ~ 150 °C a zůstává stabilní až do 540 °C. Trubka zesíťovaná roztavenou solí{15} je utěsněna. Během procesu výroby kabelu je obecně aplikován tlak (3-4) atmosfér a teplota roztavené soli je mezi 200 stupni a 250 stupni. Chladicí sekce také používá tlakovou metodu. Díky vysoké měrné hmotnosti roztavené solné směsi je vyřešen problém tažení těžkých kabelů. S přihlédnutím k různým faktorům je tento proces převzat do výrobní linky na vulkanizaci pryžových objímek a je zvláště vhodný pro výrobu těžkých pryžových kabelů.
(5) Proces síťování silikonového oleje (FZCV).
V roce 1979 Sadayoshi Kashima a další z Fujikura Electric Wire Company v Japonsku vynalezli proces síťování silikonového oleje (FZCV), který používá stlačený silikonový olej jako topný a chladicí materiál pro uhlí. Pod tlakem silikonového oleje může být kabel zavěšen v silikonovém oleji bez tření nebo excentricity. Silikonový olej lze recyklovat. Společnost Tengcang Electric Wire Company začala v roce 1979 vyrábět 275kV křížené{5}}polyetylenové kabely pomocí dvou jednotek FZCV, čímž účinně vyřešila technický problém vysokého napětí s velkým -příčným průřezem-kabelů z polyetylenu. Kvůli vysokým investičním nákladům nebyl příliš propagován a využíván.
Ve výše uvedených procesech chemického křížového{0}}síťování se při zvážení různých faktorů široce používají závěsné-propojovací jednotky a věžové{2}}propojovací jednotky při výrobě plastových vysokonapěťových a (ultra)vysokonapěťových silových kabelů. Ve výše uvedených způsobech zesíťování jsou všechny způsoby zesíťování externím zahříváním. V roce 1975 navrhl G. Menger ze západního Německa použití ohřevu vodiče ke zkrácení doby síťování. Experimentálně prokázal, že na každý 1 milimetr silnou polyetylenovou izolaci je doba zesíťování asi 1 minuta. Lze toho tedy dosáhnout pouze zpomalením rychlosti drátu nebo zvětšením délky síťovací trubice. Pokud se ke zvýšení teploty vodiče na 200 stupňů použije proud 1 000 ampérů, zkrátí se{14}}doba křížového propojení o 20 %. V současné době využívá mnoho{17}}propojených výrobních jednotek technologii předehřívání vodičů, která účinně zlepšuje efektivitu výroby a prospívá kvalitě izolace.
2, Silanové síťování
Silanové zesíťování, také známé jako zesíťování teplou vodou, bylo navrženo a vyvinuto společností Dow Corning v roce 1960. Je také známé jako metoda Sioplas, což je proces zesíťování silanovým roubováním. Provádí se ve dvou krocích, roubování a vytlačování, a nazývá se dvou-krokové zesítění silanu. Prvním krokem je, že továrna na izolační materiály naroubuje a vytlačí silanové síťovací činidlo na základní materiál na extrudéru a výsledné částice se nazývají materiál A (roubovací materiál). Současně je také poskytnut základní materiál pro katalyzátor a barvivo, nazývaný B materiál. Druhým krokem je smíchat materiály A a B v určitém poměru (např. poměr A: B 95:5), vytlačit je na kabelový vodič na běžném extrudéru a poté je umístit do horkovodního-zesíťovacího bazénu při 80 stupních ~ 95 stupních nebo do parní komory, aby se zesítění dokončilo{13}}. Tento proces má nízké investiční náklady a může být zpracován pomocí obecných extruderů. Cena materiálu je mírná a byla široce používána.
Ale existují také následující nevýhody:
(1) Roubovaný polyethylen je náchylný k předčasnému zesíťování-s vlhkostí ve vzduchu, což zkracuje dobu skladování, která je obvykle šest měsíců.
(2) Směs roubovaného polyethylenu a předsměsi katalyzátoru má obecně dobu skladování ne delší než 3 hodiny, takže je třeba ji během míchání vytlačovat.
(3) V důsledku několika kroků míchání je dvou{1}}kroková metoda náchylná k nečistotám a používá se hlavně při výrobě izolace pro kabely pod 10 kV.
Aby překonali omezení Sioplas, v roce 1977 BICC ze Spojeného království a Maillefer ze Švýcarska spolupracovali na vývoji jedno-procesu silanového síťování, známého také jako proces Monosil, založeného na dvou-krokové metodě, kterou vynalezl Dow Corning. Měří a míchá materiály na bázi polyethylenu, antioxidanty a kapalný silan současně, přičemž kombinuje roubovací reakci a proces přidávání katalyzátoru a používá extrudér s poměrem délky k průměru 30:1 k vytlačování izolace na vodič kabelu. Roubování a vytlačování izolační vrstvy jsou dokončeny v jednom kroku, proto se nazývá jedno{7}}kroková metoda. Má nejnižší náklady na materiál, snižuje možnost kontaminace nečistotami a může výrazně prodloužit dobu skladování materiálů. Tento proces však vyžaduje větší investici do vybavení než dvoustupňová metoda a vyžaduje systém podávání tekutého silanu.
S rozvojem materiálové technologie lze aplikaci jedno{0}}krokové silanové zesíťovací technologie dosáhnout také tak, že se materiály na bázi polyethylenu, antioxidanty a tekutý silan předem rovnoměrně promísí pomocí vysokorychlostního mixéru a umístí je za určitých podmínek, aby přidané antioxidanty a tekutý silan mohly plně proniknout. Potom lze použít běžné extrudéry k dokončení roubování a vytlačování najednou. Během procesu vytlačování by měla být teplota materiálu přísně kontrolována a požadavky na teplotu materiálu by měly být vysoké, aby bylo zajištěno, že roubování silanu je dokončeno během procesu vytlačování. Jádro z extrudovaného izolačního drátu by mělo být umístěno v teplovodním síťovacím bazénu nebo parní komoře pro síťování; Pokud je teplota materiálu během procesu vytlačování příliš nízká a roubování není dokončeno, izolace po vytlačování nebude schopna zesíťovat.
V 80. letech minulého století japonská společnost Lingclone vyvinula kopolymerizaci založenou na výhodách dvou-krokových a jedno{2}}krokových metod. Kopolymerizační metodou je také silanový kopolymer monomer ethylen trimethoxysilan, ale s jiným procesem. Tento proces neroubuje organosilan na polymerní řetězce, ale zavádí hydrolyzovatelný silan během procesu polymerace za vzniku snadno zpracovatelného silanového kopolymeru. Metoda zahrnuje kopolymeraci ethylenu se silanovými kopolymerními monomery ve vysokotlakém -reaktoru. Klíčem k tomuto procesu je, že vybrané kopolymerní monomery musí obsahovat nenasycenou skupinu, která může reagovat s ethylenem za vzniku polymerních řetězců. Struktura ethylen silanového kopolymeru a roubované sloučeniny Sioplas je v zásadě stejná.
Vzhledem k tomu, že výroba silanových kopolymerů probíhá v reakční nádobě, může zajistit vysokou čistotu a také se vyhnout problému s kontaminací peroxidových zbytků během roubování. Hlavní výhodou silanových kopolymerů je to, že během polymerační reakce je dosaženo pravidelné distribuce zesíťované-mřížky díky jednorázovému-vložení monomerů silanového kopolymeru, takže požadované množství silanu je nižší než potřebné pro silanem roubované sloučeniny. Díky pokročilému a jedinečnému kopolymerizačnímu procesu má vyrobený silanem síťovaný polyethylenový materiál následující výhody:
(1) Dobrá stabilita při skladování, s dobou skladování obecně přesahující jeden rok, což je lepší než roubovací materiály.
(2) Při zpracování zesíťovaného polyetylenu kopolymerační metodou se do něj přimíchává velmi málo volných látek a nečistot, což zlepšuje izolační vlastnosti kabelu.
(3) Může být vytlačován na běžném extrudéru s dobrou stabilitou výrobního procesu.
Následně byl postupně vyvinut proces tuhnutí -jednofázové-kroky a proces tuhnutí silanu. Pevná -fáze jedna-krokový proces zahrnuje infiltraci a absorpci silanu do materiálů na bázi PE prostřednictvím nosičů, jako jsou bílé saze. Proces tuhnutí silanu je zaměřen na zlepšení způsobu podávání silanu. Kapalný silan může být adsorbován na porézní polypropylen nebo PE plasty za vzniku pevného silanu. Oba procesy jsou odvozeny od-jednokrokových metod.
S pokrokem v technologii materiálů, založené na dvou{0}}technologii zesíťování silanem, byl představen silanový samozesíťovaný polyethylenový izolační materiál (také známý jako silanový zesíťovaný polyethylenový izolační materiál při pokojové teplotě). Jejím principem je vylepšení předsměsi katalyzátoru (materiál B) přidáním kompozitních činidel produkujících vodu a účinných katalyzátorů. Po smíchání roubovacího materiálu (materiál A) a katalytického materiálu (materiál B) a jejich vytlačení je lze obecně zesíťovat po umístění do interiéru na (2-7) dní (pokud je okolní teplota vysoká a doba umístění je krátká), aniž by bylo nutné síťování v teplovodním síťovacím bazénu nebo parní komoře. Materiálové náklady jsou vysoké, ale vzhledem k pohodlí výroby se do určité míry také uplatnily.
Vezmeme-li v úvahu vlastnosti různých procesů silanového zesíťování, materiálové náklady a další faktory, je široce používáno jedno{0}}krokové silanové zesíťování a dvou{1}}krokové silanové zesíťování. Mezi nimi dvou-krokový proces zesíťování silanu, kvůli dokončení roubovací reakce materiálu A, vyžaduje nízkou vytlačovací teplotu pro izolaci jádra drátu, což vede ke změně specifikací pro výrobu. Jedno-krokový proces síťování silanem má nízké materiálové náklady a roubování a vytlačování lze dokončit najednou. Požadavek na teplotu vytlačování je vysoký a roubování nelze dokončit, pokud teplota materiálu nesplňuje požadavky. Extrudér je nastaven na vysokou teplotu a časté odstávky a změny specifikací mohou mít za následek vznik slínku, takže je vhodný pro výrobu dlouhých kabelových jader.
