Tverrbinding - konverterer lineære polyetylenmolekyler til en tre-dimensjonal nettverksstruktur gjennom fysiske eller kjemiske metoder, og forbedrer dermed deres mekaniske og termiske egenskaper. Det er to hovedtyper av tverr-tverrbundet isolasjon: fysisk tverrbinding og kjemisk tverrbinding-.
Fysisk tverrbinding, også kjent som irradiation crosslinking, er generelt egnet for lavspentkabler med tynn isolasjonstykkelse.
Kjemisk tverrbinding-deles hovedsakelig inn i to typer: peroksidtverrbinding-og silanpodningskryss-. Blant dem brukes peroksydkryss-til isolering av mellomspennings- og (ultra)høyspentkabler, mens silanpodekryssbinding vanligvis brukes for konvensjonelle lavspentkryssbundne-kabler.
Strålingskryss-sammenkoblingsprosessen er hovedsakelig egnet for produksjon av spesielle lavspente tverrbundne-kabler, for eksempel kjernefysiske kabler, kabler med høy driftstemperatur (lang-driftstemperatur kan nå 150 grader), tverrbundet lav-tverrbundet -røykfri {{6}kabel{7} osv. På grunn av påvirkning av materialteknologi og gjennomtrengning av y-strålestråling, er ikke bestrålingskrysskoblingsprosessen egnet for produksjon av mellomspennings- og (ultra)høyspentkabler.
UV-tverrbindingsteknologi er en annen ny tverrbindingsteknologi utviklet etter kjemisk tverrbinding og bestrålingstverrbinding. Det er en teknologisk innovasjonsprestasjon uavhengig utviklet og har uavhengige immaterielle rettigheter i Kina. Prinsippet for ultrafiolett tverrbinding er å bruke polyolefin som hovedråstoff og tilsette en passende mengde fotoinitiator. Ved å bestråle med ultrafiolett lys, absorberer fotoinitiatoren spesifikke bølgelengder av ultrafiolett lys for å generere frie polyolefinradikaler, som deretter gjennomgår en rekke raske polymerisasjonsreaksjoner for å produsere tverrbundne polyolefiner med en tredimensjonal nettverksstruktur. Dette har åpnet en ny vei for produksjon av tverrbundne kabler og har blitt satt inn i produksjonen av-lavspente tverrbundne kabler. Det følgende introduserer hovedsakelig kjemisk tverrbinding.
1, Peroksid-tverrbinding
Peroksidtverrbindingsmetoden er en metode for å indusere tverrbinding ved å tilsette tverrbindingsmidler. Den er hovedsakelig egnet for produksjon av tverrbundne polyetylenisolerte strømkabler med nominelle spenningsnivåer på 10 kV og over og ulike tverrsnittsområder.
(1) Dampkryssbinding (SCP)
Produksjonsteknologi for damptverrbinding er den eldste tverrbindingsmetoden som utviklet seg fra kontinuerlig gummivulkaniseringsteknologi. Denne metoden bruker damp ved et visst trykk og temperatur som oppvarmings- og trykkmedium for å tverrbinde polyetylen. Dampkryssbinding ble med suksess undersøkt av GE i 1957, og Sumitomo Electric Company i Japan introduserte denne teknologien i 1959 og ble satt i produksjon i 1960.
I det tidlige stadiet ble mettet damp brukt som medium, og trykket og temperaturen inne i tverrbindingsrøret var direkte relatert. For å øke damptemperaturen var det nødvendig å øke damptrykket samtidig. For hver 10 graders temperaturøkning vil trykket øke med ca. 5 kg, noe som gjør det vanskelig å oppnå tilstrekkelig høy temperatur og høyt energiforbruk; Senere ble den utviklet for å øke damptemperaturen ved å varme opp den tverrbundne rørveggen (kjent som overhetet damp, som ikke krever økende trykk for å øke temperaturen), hovedsakelig brukt i gummivulkaniseringsenheter. På grunn av den direkte kontakten mellom vanndamp og smeltet polyetylen inne i det tverrbundne-røret, vil fuktighet trenge inn og diffundere inn i isolasjonen. Under kjøleprosessen av kabelen når vanndampen inne i isolasjonen metning og danner mikroporer, som kan utløse grenutladning etter at den er satt i drift. Dette er den fatale svakheten ved denne metoden. Så fra 1960-tallet dukket det opp noen nye tørre tverrbindingsprosesser.
(2) Infrarød tverrbindingsmetode (RCP) og tørr tverrbinding
Infrarød tverrbindingsmetode, også kjent som termisk stråling tverrbindingsmetode (RCP), er en tørr tverrbindingsprosess oppfunnet av Sumitomo Electric Company i Japan i 1967.
Metoden for tverrbinding av polymerer med infrarød stråling ble patentert allerede i 1937 av General Electric (GE) i Frankrike for vulkanisering av gummiprodukter. I 1961 oppnådde WR Grace i USA et patent for produksjon av polyetylenfilm ved bruk av infrarød bestrålingsmetode. Sumitomo Electric Company i Japan ble inspirert av de to patentene ovenfor og søkte om patent i juni 1966, hvor et lag av tverrbundet polyetylen inneholdende organisk peroksid-tverrbindingsmiddel ble ekstrudert på en leder og oppvarmet ved stråling i en inert gass ved et trykk på over 2 kg/cm ² for å indusere tverrbindingsreaksjonen{{9}. I april 1967 søkte Sumitomo Electric Company om et nytt patent, og foreslo at hele tverrkoblingsenheten består av en strålevarmeseksjon, en kjøleseksjon og en vannkjølingsseksjon. Strålevarmeseksjonen er delt inn i to soner, og hver sone kan uavhengig kontrollere temperaturen. Under den langsiktige-tverrbindingsreaksjonen dannet det seg et lag med svart skitt avsatt med peroksid på den indre veggen av tverrbindingsrøret, som er et naturlig dannet svart legeme som sender ut infrarød stråling. Gjennom teknologisk fremgang har RCP-prosessen gradvis blitt erstattet av den generelle elektriske oppvarmings-tørrkryss{19}}prosessen. For tiden er suspensjons-tverrbindingsteknologi og VCV-tårn-tverrbindingsteknologi mye brukt.
Oppvarmings- og forkjølingsdelene er beskyttet med nitrogengass. I tverrbindingsrøret for varme- er hovedfunksjonen til nitrogen å fungere som et varmeoverføringskull og beskytte overflaten av polyetylen mot oksidasjon og nedbrytning ved høyere temperaturer. Samtidig påføres tilstrekkelig trykk på isolasjonen for å forhindre eller minimere forekomsten av luftspalter under tverrbindingsprosessen. Det flytende nitrogenet kan også frakte bort en stor mengde vann som er fordampet fra kjølevannet og vann og flyktige stoffer som spaltes fra peroksider under tverrbindingsreaksjonen. Hovedfunksjonen til nitrogen i forkjølingsseksjonen er å forhåndskjøle overflaten til kabelisolasjonskjernen, slik at kjerneoverflaten kan komme inn i vannkjølingsseksjonen ved en lavere temperatur, og dermed forhindre isolasjons indre stress forårsaket av plutselig avkjøling av kjernen og påvirke produktkvaliteten. På grunn av bruk av elektrisk oppvarming kan produksjonshastigheten økes ved å heve temperaturen. I tverrbundet polyetylenisolasjon er fuktighetsinnholdet i den tørre-tverrbindingsmetoden bare 0,018 %, mens fuktighetsinnholdet i damp-tverrbindingsmetoden når 0,29 %. Tester har vist at AC-nedbrytningsstyrken og slagnedbrytningsstyrken for isolasjon i tørr{15}}tverrbindingsmetode er høyere enn for damp-tverrbindingsmetoden.
Det tørre -tverrkoblingsproduksjonsutstyret inkluderer hovedsakelig to typer: suspenderte tverrkoblingsenheter- og vertikale tårntverrkoblingsenheter. VCV vertikale tårnkryss-koblingsenheten bruker en vertikal ekstruderingsmetode, som er mer gunstig for eksentrisitetskontroll av tykk isolasjon.
(3) Langvarig muggsopp (MDCV) kryss-
Langformet tverrbinding ble oppfunnet av Anaconda Wire and Cable Company i 1959 og patentert samme år, kjent som MCP-prosessen. Senere, på grunn av hard konkurranse i tråd- og kabelindustrien, trakk selskapet seg fra konkurransen om produksjon av tverrbundet polyetylentråd og kabel, noe som forhindret at denne nye prosessen ble tatt i bruk i praksis. I 1971 samarbeidet Daihatsu Electric Wire and Cable Company og Mitsubishi Petrochemical Company for å kjøpe patenter fra Anaconda Corporation, noe som muliggjorde implementeringen av denne metoden, kjent som MDCVI Art. I 1973 søkte Daiichi Electric Wire and Cable Company om et prosesspatent for MDCV. Den opprinnelige betydningen av MDCV er "Mitsubishi Daiichi Continuous Crosslinking Method", mens dens tekniske betydning er Long Die Crosslinking Process Method.
MDCV-metoden bruker et horisontalt tverrbundet-rør, som er installert inne i ekstruderhodet. Ekstruderingsformen er 20 meter lang. Ved ekstrudering av den isolerte trådkjernen fylles smøremiddel inn i røret for å tverrbinde polyetylenet i denne formen.
Karakteristikkene til MDCV-metoden er lav utstyrsinvestering, lite fotavtrykk, stabil produksjon av kabler med store seksjoner, produksjonshastighet som kan sammenlignes med CCV-krysskoblingsenheter, stabil og pålitelig produktkvalitet. Feltstyrken for vekselstrømsbrudd til kabler produsert ved hjelp av denne prosessen er 60 % til 70 % høyere enn for dampkryssbundne kabler. Men når det gjelder å produsere kabler med forskjellige spesifikasjoner, må hele den lange støtteformen skiftes ut, og fleksibiliteten er ikke sterk, så den har ikke vært mye brukt.
(4) Pressure smeltet salt crosslinking (PLCV) prosess
Denne metoden ble opprinnelig oppfunnet av Careillo, et italiensk selskap. I august 1976 samarbeidet selskapet med General Engineering i Storbritannia for å undersøke bruken av tverrbundne polyetylenisolerte strømkabler. I 1977 publiserte Gerard Smart fra British General Engineering Company denne prestasjonen og solgte det første utstyret til det britiske BICC-selskapet. Saltet som brukes i PLCV-systemet er det samme som brukes i gummivulkaniserings-LCM-metoden. For eksempel er formelen for smeltet salt en uorganisk saltblanding som består av 53 % kaliumnitrat, 40 % natriumnitritt og 7 % natriumnitrat. Denne blandingen smelter ved 145 grader ~150 grader og forblir stabil til 540 grader. Det smeltede saltkryss-røret er forseglet. Under kabelproduksjonsprosessen påføres vanligvis et trykk på (3-4) atmosfærer, og temperaturen på smeltet salt er mellom 200 grader og 250 grader. Kjøleseksjonen bruker også en trykksatt metode. På grunn av den høye egenvekten til den smeltede saltblandingen er problemet med å dra tunge kabler løst. Tatt i betraktning ulike faktorer, blir denne prosessen tatt i bruk av gummihylsvulkaniseringsproduksjonslinjen og er spesielt egnet for produksjon av tunge gummikabler.
(5) Silikonolje-tverrbindingsprosess (FZCV).
I 1979 oppfant Sadayoshi Kashima og andre fra Fujikura Electric Wire Company i Japan silikonoljekryssbindingsprosessen (FZCV), som bruker trykksatt silikonolje som oppvarmings- og kjølemateriale for kull. Under trykk av silikonolje kan kabelen henges opp i silikonoljen uten gnidning eller eksentrisitet. Silikonolje kan resirkuleres. Tengcang Electric Wire Company begynte å produsere 275kV tverrbundne polyetylenkabler ved bruk av to FZCV-enheter i 1979, og effektivt løste det tekniske høyspenningsproblemet med tverrkoblede polyetylenkabler med store-seksjoner. På grunn av høye investeringskostnader har det ikke blitt mye promotert og brukt.
I de kjemiske tverrkoblingsprosessene ovenfor, med tanke på ulike faktorer, har suspenderte tverrkoblingsenheter og tårntverrkoblingsenheter blitt mye brukt i produksjonen av mellomspennings- og (ultra)høyspentstrømkabler i plast. I de ovennevnte tverrbindingsmetodene er alle eksterne oppvarming-tverrbindingsmetoder. I 1975 foreslo G. Menger fra Vest-Tyskland å bruke lederoppvarming for å forkorte tverrbindingstiden. Han beviste eksperimentelt at for hver 1 millimeter tykk polyetylenisolasjon er tverrbindingstiden omtrent 1 minutt. Derfor kan det kun oppnås ved å redusere trådhastigheten eller øke lengden på tverrbindingsrøret. Hvis en strøm på 1000 ampere brukes til å heve temperaturen på lederen til 200 grader, blir tverrbindingstiden forkortet med 20 %. For tiden bruker mange krysslinkende produksjonsenheter lederforvarmingsteknologi, som effektivt forbedrer produksjonseffektiviteten og fordeler isolasjonskvaliteten.
2, Silan-tverrbinding
Silan-tverrbinding, også kjent som varmtvann-tverrbinding, ble foreslått og utviklet av Dow Corning i 1960. Den er også kjent som Sioplas-metoden, som er en silan-podnings-tverrbindingsprosess. Det utføres i to trinn, poding og ekstrudering, og kalles to-trinns silan-tverrbinding. Det første trinnet er at isolasjonsmaterialefabrikken poder og ekstruderer silan-tverrbindingsmiddel på basismaterialet på ekstruderen, og de resulterende partiklene kalles A-materiale (podemateriale). Samtidig tilveiebringes også et modermateriale for katalysator og fargestoff, kalt B-materiale. Det andre trinnet er å blande A- og B-materialer i et visst forhold (f.eks. A:B-forhold på 95:5), ekstrudere dem på kabellederen på en vanlig ekstruder, og deretter plassere dem i et varmtvannskryss{10}}basseng ved 80 grader ~95 grader eller i et damprom for å fullføre kryssbindingen. Denne prosessen har lave investeringskostnader og kan behandles ved bruk av generelle ekstrudere. Materialprisen er moderat og har vært mye brukt.
Men det er også følgende ulemper:
(1) Podet polyetylen er utsatt for tidlig kryssbinding med fuktighet i luften, noe som forkorter lagringstiden, som vanligvis er seks måneder.
(2) Blandingen av podet polyetylen og katalysatormasterbatch har vanligvis en lagringstid på ikke mer enn 3 timer, så den må ekstruderes mens den blandes.
(3) På grunn av flere blandingstrinn er to-metoden utsatt for urenheter og brukes hovedsakelig i produksjon av isolasjon for kabler under 10 kV.
For å overvinne begrensningene til Sioplas, i 1977, samarbeidet BICC fra Storbritannia og Maillefer fra Sveits for å utvikle en ett-trinns silan-tverrbindingsprosess, også kjent som Monosil-prosessen, basert på to-metoden oppfunnet av Dow Corning. Den måler og blander polyetylenbaserte materialer, antioksidanter og flytende silan samtidig, og kombinerer podereaksjonen og katalysatortilsetningsprosessen, og bruker en ekstruder med et lengde til diameterforhold på 30:1 for å ekstrudere isolasjonen på kabellederen. Podingen og ekstruderingen av isolasjonslaget fullføres i ett trinn, og derfor kalles det ett-trinnsmetoden. Den har den laveste materialkostnaden, reduserer sjansen for forurensning av urenheter og kan øke lagringsperioden for materialer betraktelig. Denne prosessen krever imidlertid en større investering i utstyr enn to{10}}metoden og krever et fôringssystem for flytende silan.
Med utviklingen av materialteknologi kan anvendelsen av ett-trinns silan-tverrbindingsteknologi også oppnås ved å jevnt blande polyetylenbaserte materialer, antioksidanter og flytende silan på forhånd ved å bruke en høyhastighetsmikser, og plassere dem under visse forhold for å la de tilsatte antioksidantene og flytende silan trenge helt inn. Deretter kan vanlige ekstrudere brukes til å fullføre poding og ekstrudering på én gang. Under ekstruderingsprosessen bør materialtemperaturen kontrolleres strengt, og materialtemperaturkravene bør være høye for å sikre at silanpoding er fullført under ekstruderingsprosessen. Den ekstruderte isolasjonstrådkjernen bør plasseres i et tverrbindingsbasseng med varmt vann eller damprom for tverrbinding; Hvis materialtemperaturen er for lav under ekstruderingsprosessen og poding ikke er fullført, vil ikke isolasjonen etter ekstrudering kunne tverrbindes.
På 1980-tallet utviklet det japanske selskapet Lingclone kopolymerisering basert på fordelene med to-- og ett--metoder. Kopolymeriseringsmetoden er også en silankopolymermonomer etylentrimetoksysilan, men med en annen prosess. Denne prosessen poder ikke organosilan på polymerkjeder, men introduserer hydrolyserbar silan under polymerisasjonsprosessen for å produsere en lett bearbeidet silankopolymer. Metoden innebærer å kopolymerisere etylen med silankopolymermonomerer i en høytrykksreaktor. Nøkkelen til denne prosessen er at de valgte kopolymermonomerene må inneholde en umettet gruppe som kan reagere med etylen for å danne polymerkjeder. Strukturen til etylensilan-kopolymer og Sioplas-podeforbindelse er i utgangspunktet den samme.
På grunn av det faktum at produksjonen av silankopolymerer utføres i en reaksjonsbeholder, kan den sikre høy renhet og også unngå problemet med forurensning av peroksidrester under poding. Hovedfordelen med silankopolymerer er at under polymerisasjonsreaksjonen oppnås den jevne fordelingen av tverrbundet gitter på grunn av engangsinngangen av silankopolymermonomerer, så den nødvendige mengden silan er lavere enn det som kreves for silanpodede forbindelser. På grunn av den avanserte og unike kopolymeriseringsprosessen har det silan-tverrbundne polyetylenmaterialet som produseres følgende fordeler:
(1) God lagringsstabilitet, med en lagringstid som vanligvis overstiger ett år, noe som er bedre enn podematerialer.
(2) Under behandlingen av tverrbundet polyetylen ved kopolymeriseringsmetoden er det svært få frie stoffer og urenheter blandet inn, og forbedrer dermed kabelens isolasjonsytelse.
(3) Den kan ekstruderes på en vanlig ekstruder med god stabilitet i produksjonsprosessen.
Deretter ble solid-fase ett-trinnsprosess og solidification silan-prosess utviklet suksessivt. Fast-fase ett-trinnsprosessen involverer infiltrasjon og absorpsjon av silan i PE-baserte materialer gjennom bærere som hvit kjønrøk. Størkningssilanprosessen er rettet mot å forbedre fôringsmetoden for silan. Flytende silan kan adsorberes på porøs polypropylen eller PE-plast for å danne fast silan. Begge prosessene er avledet fra ett-trinnsmetoder.
Med fremgangen innen materialteknologi, basert på to-trinns silan-tverrbindingsteknologi, har silan-selv-tverrbundet polyetylen-isolasjonsmateriale (også kjent som silan-romtemperatur-tverrbundet polyetylen-isolasjonsmateriale) blitt introdusert. Prinsippet er å forbedre katalysatormasterbatchen (B-materiale) ved å tilsette komposittvannproduserende midler og effektive katalysatorer. Etter å ha blandet podemateriale (A-materiale) og katalytisk materiale (B-materiale) og ekstrudert dem, kan de vanligvis kryssbindes etter å ha vært plassert innendørs i (2-7) dager (hvis omgivelsestemperaturen er høy og plasseringstiden er kort), uten behov for tverrbinding i et varmtvanns-tverrbindende basseng eller damprom. Materialkostnaden er høy, men på grunn av bekvemmeligheten av produksjonen har den også blitt brukt til en viss grad.
Med tanke på egenskapene til forskjellige silan-tverrbindingsprosesser, materialkostnader og andre faktorer, har ett-trinns silan-tverrbinding og totrinns silan-tverrbinding blitt mye brukt. Blant dem krever to--tverrbindingsprosessen for silan, på grunn av fullføringen av podingsreaksjonen av materiale A, lav ekstruderingstemperatur for trådkjerneisolasjon, noe som bidrar til å endre spesifikasjoner for produksjon. Ett-trinns silan-tverrbindingsprosessen har lave materialkostnader, og poding og ekstrudering kan fullføres på én gang. Kravet til ekstruderingstemperatur er høyt, og poding kan ikke fullføres dersom materialtemperaturen ikke oppfyller kravene. Ekstruderen er innstilt på høy temperatur, og hyppige driftsstanser og endringer i spesifikasjoner kan resultere i klinker, noe som gjør den egnet for produksjon av lange kabelkjerner.
