Омрежване -, превръщащо линейни полиетиленови молекули в три-измерна мрежова структура чрез физични или химични методи, като по този начин се подобряват техните механични и термични свойства. Има два основни вида кръстосано-свързана изолация: физическо кръстосано-свързване и химическо кръстосано-свързване.
Физическото омрежване, известно също като омрежване чрез облъчване, обикновено е подходящо за кабели за ниско-напрежение с малка дебелина на изолацията.
Химичното кръстосано -свързване се разделя основно на два вида: пероксидно кръстосано-свързване и кръстосано-свързване чрез присаждане на силан. Сред тях кръстосаното -свързване с пероксид се използва за изолация на кабели със средно напрежение и (свръх)високо напрежение, докато кръстосаното-свързване с присаждане на силан обикновено се използва за конвенционални кръстосано-кабели с ниско напрежение.
Процесът на кръстосано-свързване чрез облъчване е подходящ главно за производството на специални кръстосано-кабели с ниско{1}}напрежение, като кабели от ядрен клас, високотемпературни кабели (дългосрочна{3}}работна температура може да достигне 150 градуса), кръстосано свързани нискодимни халогенни-огнеустойчиви-жици и кабели и др. Поради влиянието на технологията на материалите и проникването на y-лъчево лъчение, процесът на облъчване на кръстосано-свързване не е подходящ за производството на кабели със средно напрежение и (свръх)високо напрежение.
Технологията на UV омрежване е друга нова технология за омрежване, разработена след химическо омрежване и омрежване чрез облъчване. Това е постижение на технологична иновация, независимо разработено и има независими права върху интелектуалната собственост в Китай. Принципът на ултравиолетовото омрежване е да се използва полиолефин като основна суровина и да се добави подходящо количество фотоинициатор. Чрез облъчване с ултравиолетова светлина фотоинициаторът абсорбира специфични дължини на вълната на ултравиолетовата светлина, за да генерира полиолефинови свободни радикали, които след това претърпяват серия от бързи реакции на полимеризация, за да произведат омрежени полиолефини с три-измерна мрежеста структура. Това откри нов път за производство на омрежени кабели и беше въведено в производството на омрежени кабели с ниско-напрежение. Следното представя основно химическо омрежване.
1, Пероксидно омрежване
Методът на пероксидно омрежване е метод за предизвикване на омрежване чрез добавяне на омрежващи агенти. Той е подходящ главно за производство на силови кабели с напречно свързан полиетилен изолация с номинални нива на напрежение от 10kV и по-високи и различни площи на напречното-сечение.
(1) Парно омрежване (SCP)
Производствената технология за омрежване с пара е най-старият метод за омрежване, който еволюира от технологията за непрекъсната вулканизация на каучук. Този метод използва пара при определено налягане и температура като нагряваща и херметизираща среда за омрежване на полиетилен. Парното омрежване е успешно проучено от GE през 1957 г., а Sumitomo Electric Company в Япония въвежда тази технология през 1959 г. и пуска в производство през 1960 г.
В ранния етап наситената пара се използва като среда и налягането и температурата вътре в -свързващата тръба са пряко свързани. За да се повиши температурата на парата, беше необходимо едновременно да се увеличи налягането на парата. За всяко повишаване на температурата с 10 градуса, налягането ще се увеличи с около 5 kg, което затруднява постигането на достатъчно висока температура и висока консумация на енергия; По-късно беше разработено за повишаване на температурата на парата чрез нагряване на кръстосано свързаната стена на тръбата (известна като прегрята пара, която не изисква увеличаване на налягането за повишаване на температурата), използвана главно в модули за вулканизация на каучук. Благодарение на директния контакт между водна пара и разтопен полиетилен вътре в кръстосано свързаната тръба, влагата ще проникне и ще дифундира в изолацията. По време на процеса на охлаждане на кабела, водната пара вътре в изолацията достига насищане и образува микропори, които могат да предизвикат разклонение след пускане в експлоатация. Това е фаталната слабост на този метод. И така, започвайки от 1960 г., се появиха някои нови процеси на сухо омрежване.
(2) Метод на инфрачервено омрежване (RCP) и сухо омрежване
Методът на инфрачервено омрежване, известен също като метод на омрежване с термично лъчение (RCP), е процес на сухо омрежване, изобретен от Sumitomo Electric Company в Япония през 1967 г.
Методът за омрежване на полимери с инфрачервено лъчение е патентован още през 1937 г. от General Electric (GE) във Франция за вулканизация на каучукови продукти. През 1961 г. WR Grace от Съединените щати получава патент за производство на полиетиленово фолио чрез метод на инфрачервено облъчване. Sumitomo Electric Company в Япония се вдъхновява от горните два патента и подава молба за патент през юни 1966 г., при който слой от омрежен полиетилен, съдържащ органичен пероксид, омрежващ агент, се екструдира върху проводник и се нагрява чрез радиация в инертен газ при налягане над 2 kg/cm², за да се предизвика реакция на омрежване в полиетилена. През април 1967 г. Sumitomo Electric Company кандидатства за друг патент, предлагайки целия модул за кръстосано{12}}свързване да се състои от секция за радиационно нагряване, секция за охлаждане и секция за водно охлаждане. Секцията за радиационно отопление е разделена на две зони, като всяка зона може независимо да контролира температурата. По време на дългосрочната -реакция на кръстосано{16}}свързване слой черна мръсотия, отложен с пероксид, се образува върху вътрешната стена на кръстосано{17}}свързващата тръба, която е естествено образувано черно тяло, излъчващо инфрачервено лъчение. Чрез технологичния прогрес процесът RCP постепенно е заменен от процеса на общо електрическо отопление със сухо кръстосано{19}}свързване. Понастоящем технологията за омрежване на суспензия и технологията за омрежване на VCV кула са широко използвани.
Частите за отопление и предварително охлаждане са защитени с азотен газ. В нагревателната омрежваща-тръба основната функция на азота е да действа като топлопреносен въглен и да защитава повърхността на полиетилена от окисляване и разграждане при по-високи температури. В същото време върху изолацията се прилага достатъчен натиск, за да се предотврати или сведе до минимум появата на въздушни междини по време на процеса на кръстосано -свързване. Течащият азот може също така да отнесе голямо количество вода, изпарено от охлаждащата вода и вода и летливи вещества, разградени от пероксиди по време на реакцията на кръстосано-свързване. Основната функция на азота в секцията за предварително охлаждане е предварително охлаждане на повърхността на сърцевината на изолацията на кабела, позволявайки на повърхността на сърцевината да навлезе в секцията за водно охлаждане при по-ниска температура, като по този начин предотвратява вътрешното напрежение на изолацията, причинено от внезапно охлаждане на сърцевината и влияе върху качеството на продукта. Поради използването на електрическо отопление, скоростта на производство може да се увеличи чрез повишаване на температурата. В изолацията от омрежен полиетилен съдържанието на влага при метода на сухо{10}}напречно свързване е само 0,018%, докато съдържанието на влага при метода на кръстосано-връзване с пара достига 0,29%. Тестовете са показали, че якостта на разрушаване при променлив ток и якостта на разрушаване при удар на изолацията по метода на сухо{15}}напречно свързване са по-високи от тези на метода на кръстосано-свързване с пара.
Производственото оборудване за сухо{0}}напречно свързване включва главно два вида: окачени модули за кръстосано-свързване и модули за вертикално кръстосано-свързване в кула. Модулът за кръстосано-свързване на вертикална кула VCV приема метод на вертикално екструдиране, който е по-благоприятен за контрол на ексцентричността на дебела изолация.
(3) Дълготрайно кръстосано -свързване на мухъл (MDCV).
Омрежването в дълга форма е изобретено от Anaconda Wire and Cable Company през 1959 г. и патентовано през същата година, известно като MCP процес. По-късно, поради ожесточената конкуренция в индустрията за жици и кабели, компанията се оттегли от състезанието за производство на жици и кабели от кръстосано свързан полиетилен, което попречи на този нов процес да бъде пуснат в практиката. През 1971 г. Daihatsu Electric Wire and Cable Company и Mitsubishi Petrochemical Company си сътрудничат за закупуване на патенти от Anaconda Corporation, позволявайки прилагането на този метод, известен като MDCVI Art. През 1973 г. Daiichi Electric Wire and Cable Company кандидатства за патент за процес за MDCV. Оригиналното значение на MDCV е „Метод на непрекъснато омрежване на Mitsubishi Daiichi“, докато техническото му значение е методът на процеса на омрежване с дълга матрица.
Методът MDCV използва хоризонтална напречно-свързана тръба, която е монтирана вътре в главата на екструдера. Формата за екструдиране е с дължина 20 метра. При екструдиране на изолираната телена сърцевина, смазката се напълва в тръбата за омрежване на полиетилена в тази форма.
Характеристиките на метода MDCV са ниска инвестиция в оборудване, малък отпечатък, стабилно производство на кабели с голямо сечение, производствена скорост, сравнима с CCV кръстосани{0}}свързващи модули, стабилно и надеждно качество на продукта. Напрегнатостта на променливотоковото поле на пробив на кабели, произведени с помощта на този процес, е с 60% до 70% по-висока от тази на кръстосано-свързаните с пара кабели. Въпреки това, когато става въпрос за производство на кабели с различни спецификации, цялата дълга опорна форма трябва да бъде сменена и гъвкавостта не е силна, така че не е широко използвана.
(4) Процес на омрежване на разтопена сол под налягане (PLCV).
Този метод първоначално е изобретен от Careillo, италианска компания. През август 1976 г. компанията си сътрудничи с General Engineering в Обединеното кралство, за да проучи използването на захранващи кабели с кръстосано свързана полиетиленова изолация. През 1977 г. Джерард Смарт от British General Engineering Company публикува това постижение и продава първото оборудване на британската компания BICC. Солта, използвана в системата PLCV, е същата като тази, използвана при LCM метода за вулканизация на каучук. Например формулата за разтопена сол е смес от неорганични соли, съставена от 53% калиев нитрат, 40% натриев нитрит и 7% натриев нитрат. Тази смес се топи при 145 градуса ~150 градуса и остава стабилна до 540 градуса. Напречно свързаната-тръба с разтопена сол е запечатана. По време на процеса на производство на кабела обикновено се прилага налягане от (3-4) атмосфери, а температурата на разтопената сол е между 200 градуса и 250 градуса. Охлаждащата секция също използва метод под налягане. Поради високото специфично тегло на сместа от разтопена сол, проблемът с влаченето на тежки кабели е решен. Като се вземат предвид различни фактори, този процес се възприема от производствената линия за вулканизация на гумени втулки и е особено подходящ за производството на тежки гумени кабели.
(5) Процес на омрежване със силиконово масло (FZCV).
През 1979 г. Садайоши Кашима и други от Fujikura Electric Wire Company в Япония изобретяват процеса на омрежване на силиконово масло (FZCV), който използва силиконово масло под налягане като нагряващ и охлаждащ материал за въглища. Под налягането на силиконовото масло кабелът може да бъде окачен в силиконовото масло без триене или ексцентричност. Силиконовото масло може да се рециклира. Компанията Tengcang Electric Wire започва да произвежда 275 kV напречно-свързани полиетиленови кабели, използвайки две FZCV единици през 1979 г., ефективно решавайки техническия проблем с високо напрежение на напречно-напречно-свързани полиетиленови кабели с голямо напречно сечение. Поради високите инвестиционни разходи, той не е широко популяризиран и използван.
В горните процеси на химическо кръстосано-свързване, като се вземат предвид различни фактори, окачените кръстосано-свързващи модули и куловите кръстосано-свързващи модули са били широко използвани в производството на пластмасови силови кабели за средно напрежение и (свръх)високо напрежение. В горните методи за омрежване всички са методи за омрежване с външно нагряване. През 1975 г. G. Menger от Западна Германия предложи използването на нагряване на проводника за съкращаване на времето за омрежване. Той експериментално доказа, че за всяка полиетиленова изолация с дебелина 1 милиметър времето за омрежване е около 1 минута. Следователно това може да се постигне само чрез забавяне на скоростта на телта или увеличаване на дължината на омрежващата тръба. Ако се използва ток от 1000 ампера за повишаване на температурата на проводника до 200 градуса, времето за омрежване се съкращава с 20%. Понастоящем много производствени единици за кръстосано{17}}свързване приемат технология за предварително нагряване на проводника, която ефективно подобрява ефективността на производството и подобрява качеството на изолацията.
2, Силан омрежване
Силаново омрежване, известно още като омрежване с топла вода, е предложено и разработено от Dow Corning през 1960 г. Известно е също като метода Sioplas, който е процес на омрежване чрез присаждане на силан. Извършва се в две стъпки, присаждане и екструзия, и се нарича дву-етапно силаново омрежване. Първата стъпка е фабриката за изолационни материали да присади и екструдира силанов омрежващ агент върху основния материал на екструдера и получените частици се наричат материал А (материал за присаждане). В същото време се предоставя и основен материал за катализатор и оцветител, наречен В материал. Втората стъпка е да смесите материали А и Б в определено съотношение (напр. съотношение А:В 95:5), да ги екструдирате върху проводника на кабела на обикновен екструдер и след това да ги поставите в басейн за кръстосано{10}}свързване с гореща вода при 80 градуса ~95 градуса или в парна баня, за да завършите кръстосаното-свързване. Този процес има ниски инвестиционни разходи и може да се обработва с помощта на общи екструдери. Цената на материала е умерена и е широко използвана.
Но има и следните недостатъци:
(1) Присаденият полиетилен е склонен към ранно кръстосано -свързване с влага във въздуха, което съкращава времето за съхранение, което обикновено е шест месеца.
(2) Сместа от присаден полиетилен и каталитичен мастербач обикновено има период на съхранение не повече от 3 часа, така че трябва да се екструдира, докато се смесва.
(3) Поради множеството стъпки на смесване дву-етапният метод е податлив на примеси и се използва главно в производството на изолация за кабели под 10kV.
За да преодолеят ограниченията на Sioplas, през 1977 г. BICC от Обединеното кралство и Maillefer от Швейцария си сътрудничат, за да разработят едно-процес на омрежване на силан, известен също като Monosil процес, базиран на дву-етапния метод, изобретен от Dow Corning. Той измерва и смесва материали на базата на полиетилен, антиоксиданти и течен силан едновременно, комбинирайки реакцията на присаждане и процеса на добавяне на катализатор, и използва екструдер със съотношение дължина към диаметър 30:1 за екструдиране на изолацията върху кабелния проводник. Присаждането и екструдирането на изолационния слой се извършват в една стъпка, поради което се нарича едно-етапен метод. Има най-ниските разходи за материали, намалява вероятността от замърсяване с примеси и може значително да увеличи периода на съхранение на материалите. Този процес обаче изисква по-голяма инвестиция в оборудване от дву-етапния метод и изисква система за подаване на течен силан.
С развитието на технологията на материалите, прилагането на едно-етапна технология за омрежване на силан може също да се постигне чрез равномерно смесване на материали на основата на полиетилен, антиоксиданти и течен силан предварително с помощта на високо-скоростен миксер и поставянето им при определени условия, за да се позволи на добавените антиоксиданти и течен силан да проникнат напълно. След това могат да се използват обикновени екструдери за завършване на присаждането и екструдирането с едно движение. По време на процеса на екструдиране температурата на материала трябва да бъде строго контролирана и изискванията за температура на материала трябва да бъдат високи, за да се гарантира, че присаждането на силан е завършено по време на процеса на екструдиране. Сърцевината на екструдираната изолационна тел трябва да се постави в басейн за омрежване с топла вода или парна баня за омрежване; Ако температурата на материала е твърде ниска по време на процеса на екструдиране и присаждането не е завършено, изолацията след екструдиране няма да може да се омреже.
През 80-те години на миналия век японската компания Lingclone разработи съполимеризация въз основа на предимствата на дву-етапните и едно-етапните методи. Методът на съполимеризация също е силан съполимер мономер етилен триметоксисилан, но с различен процес. Този процес не присажда органосилан върху полимерни вериги, но въвежда хидролизуем силан по време на процеса на полимеризация, за да се получи лесно обработваем силан съполимер. Методът включва съполимеризация на етилен със силанови съполимерни мономери в реактор с високо-налягане. Ключът към този процес е, че избраните съполимерни мономери трябва да съдържат ненаситена група, която може да реагира с етилен, за да образува полимерни вериги. Структурата на съполимера на етиленсилан и присаденото съединение Sioplas е основно една и съща.
Поради факта, че производството на силанови съполимери се извършва в реакционен съд, може да се осигури висока чистота и също така да се избегне проблемът с остатъците от пероксид по време на присаждането. Основното предимство на силановите кополимери е, че по време на реакцията на полимеризация се постига редовното разпределение на кръстосано-свързаната решетка поради еднократното-внасяне на силанови съполимерни мономери, така че необходимото количество силан е по-ниско от необходимото за силанови присадени съединения. Благодарение на усъвършенствания и уникален процес на съполимеризация, произведеният силан омрежен полиетиленов материал има следните предимства:
(1) Добра стабилност при съхранение, като времето за съхранение обикновено надвишава една година, което е по-добро от материалите за присаждане.
(2) По време на обработката на омрежен полиетилен чрез метод на съполимеризация има много малко смесени вещества и примеси, като по този начин се подобряват изолационните характеристики на кабела.
(3) Може да се екструдира на обикновен екструдер с добра стабилност на производствения процес.
Впоследствие последователно бяха разработени едноетапен-процес на твърда{0}}фаза и процес на втвърдяване със силан. Процесът на-първа{4}}стъпка на твърда фаза включва инфилтрация и абсорбция на силан в базирани на PE материали чрез носители като бели сажди. Процесът на втвърдяване на силан е насочен към подобряване на метода на подаване на силан. Течният силан може да се адсорбира върху порест полипропилен или PE пластмаса, за да се образува твърд силан. И двата процеса са получени от едно-етапни методи.
С напредъка на технологията на материалите, базирана на дву-етапната технология за омрежване на силан, беше въведен изолационен материал от самоомрежен полиетилен със силан (известен също като изолационен материал от омрежен полиетилен със силан при стайна температура). Неговият принцип е да подобри каталитичния мастербач (В материал) чрез добавяне на съставни агенти за производство на вода и ефективни катализатори. След смесване на материал за присаждане (материал A) и каталитичен материал (материал B) и тяхното екструдиране, те обикновено могат да бъдат омрежени след поставяне на закрито за (2-7) дни (ако температурата на околната среда е висока и времето за поставяне е кратко), без необходимост от омрежване в басейн за омрежване с топла вода или парна баня. Цената на материала е висока, но поради удобството на производството също е приложена до известна степен.
Като се вземат предвид характеристиките на различните процеси на омрежване на силан, разходите за материали и други фактори, едно-етапното омрежване на силан и дву-етапното омрежване на силан са широко използвани. Сред тях, дву-етапният процес на омрежване на силан, поради завършването на реакцията на присаждане на материал А, изисква ниска температура на екструдиране за изолация на сърцевината на проводника, което води до промяна на спецификациите за производство. Едноетапният-процес на омрежване със силан има ниски разходи за материали, а присаждането и екструдирането могат да бъдат завършени наведнъж. Изискването за температура на екструдиране е високо и присаждането не може да бъде завършено, ако температурата на материала не отговаря на изискванията. Екструдерът е настроен на висока температура и честите спирания и промените в спецификациите могат да доведат до клинкер, което го прави подходящ за производство на дълги кабелни жила.
