Reticolazione - conversione di molecole di polietilene lineare in una struttura di rete tridimensionale- attraverso metodi fisici o chimici, migliorando così le loro proprietà meccaniche e termiche. Esistono due tipi principali di isolamento reticolato: reticolazione fisica-e reticolazione chimica-linking.
La reticolazione fisica, nota anche come reticolazione per irradiazione, è generalmente adatta per cavi a bassa-tensione con spessore isolante sottile.
La reticolazione chimica-si divide principalmente in due tipi: reticolazione-perossidica e reticolazione-con innesto di silano. Tra questi, la reticolazione al perossido viene utilizzata per l'isolamento dei cavi di media e (ultra) alta tensione, mentre la reticolazione con innesto di silano viene generalmente utilizzata per i cavi reticolati convenzionali a bassa tensione.
Il processo di reticolazione per irradiazione- è adatto principalmente per la produzione di cavi speciali reticolati a bassa-tensione-, come cavi di grado nucleare, cavi ad alta temperatura operativa (la temperatura operativa a lungo-termine può raggiungere i 150 gradi), fili e cavi reticolati a basso contenuto di fumi, alogeni-senza fiamma-ritardanti, ecc. A causa dell'influenza della tecnologia dei materiali e a-penetrazione dei raggi, il processo di reticolazione-di irradiazione non è adatto per la produzione di cavi a media e (ultra) alta tensione.
La tecnologia di reticolazione UV è un'altra nuova tecnologia di reticolazione sviluppata dopo la reticolazione chimica e la reticolazione per irradiazione. È un risultato di innovazione tecnologica sviluppato in modo indipendente e gode di diritti di proprietà intellettuale indipendenti in Cina. Il principio della reticolazione ultravioletta consiste nell'utilizzare la poliolefina come materia prima principale e aggiungere una quantità adeguata di fotoiniziatore. Irradiando con luce ultravioletta, il fotoiniziatore assorbe lunghezze d'onda specifiche della luce ultravioletta per generare radicali liberi delle poliolefine, che poi subiscono una serie di reazioni di polimerizzazione rapida per produrre poliolefine reticolate con una struttura di rete tridimensionale. Ciò ha aperto una nuova strada per la produzione di cavi reticolati ed è stato inserito nella produzione di cavi reticolati a bassa-tensione. Quanto segue introduce principalmente la reticolazione chimica.
1, reticolazione del perossido
Il metodo di reticolazione con perossido è un metodo per indurre la reticolazione aggiungendo agenti reticolanti. È adatto principalmente per la produzione di cavi elettrici isolati in polietilene reticolato-con livelli di tensione nominale di 10 kV e superiori e varie aree trasversali-.
(1) Reticolazione con vapore (SCP)
La tecnologia di produzione della reticolazione a vapore è il metodo di reticolazione più antico che si è evoluto dalla tecnologia di vulcanizzazione continua della gomma. Questo metodo utilizza il vapore a una determinata pressione e temperatura come mezzo di riscaldamento e pressurizzazione per reticolare il polietilene. La reticolazione a vapore fu studiata con successo da GE nel 1957 e la Sumitomo Electric Company in Giappone introdusse questa tecnologia nel 1959 e la mise in produzione nel 1960.
Nella fase iniziale, come mezzo veniva utilizzato il vapore saturo e la pressione e la temperatura all'interno del tubo di reticolazione erano direttamente correlate. Per aumentare la temperatura del vapore era necessario aumentare contemporaneamente la pressione del vapore. Per ogni aumento di 10 gradi della temperatura, la pressione aumenterebbe di circa 5 kg, rendendo difficile il raggiungimento di una temperatura sufficientemente elevata e un elevato consumo di energia; Successivamente, è stato sviluppato per aumentare la temperatura del vapore riscaldando la parete del tubo reticolato (noto come vapore surriscaldato, che non richiede aumento della pressione per aumentare la temperatura), utilizzato principalmente nelle unità di vulcanizzazione della gomma. A causa del contatto diretto tra vapore acqueo e polietilene fuso all'interno del tubo reticolato, l'umidità permea e si diffonde nell'isolamento. Durante il processo di raffreddamento del cavo, il vapore acqueo all'interno dell'isolamento raggiunge la saturazione e forma micropori, che possono provocare la fuoriuscita dei rami dopo la messa in funzione. Questa è la debolezza fatale di questo metodo. Quindi, a partire dagli anni ’60, emersero alcuni nuovi processi di reticolazione a secco.
(2) Metodo di reticolazione a infrarossi (RCP) e reticolazione a secco
Il metodo di reticolazione a infrarossi, noto anche come metodo di reticolazione con radiazione termica (RCP), è un processo di reticolazione a secco inventato dalla Sumitomo Electric Company in Giappone nel 1967.
Il metodo di reticolazione dei polimeri con radiazione infrarossa è stato brevettato già nel 1937 dalla General Electric (GE) in Francia per la vulcanizzazione dei prodotti in gomma. Nel 1961, la statunitense WR Grace ottenne un brevetto per la produzione di pellicole di polietilene utilizzando il metodo dell'irradiazione a infrarossi. La Sumitomo Electric Company in Giappone si è ispirata ai due brevetti precedenti e ha richiesto un brevetto nel giugno 1966, in cui uno strato di polietilene reticolato contenente un agente reticolante perossido organico veniva estruso su un conduttore e riscaldato mediante radiazione in un gas inerte a una pressione di oltre 2 kg/cm² per indurre una reazione di reticolazione nel polietilene. Nell'aprile del 1967, la Sumitomo Electric Company fece domanda per un altro brevetto, proponendo che l'intera unità di reticolazione- fosse costituita da una sezione di riscaldamento a radiazione, una sezione di raffreddamento e una sezione di raffreddamento ad acqua. La sezione di riscaldamento a radiazione è divisa in due zone e ciascuna zona può controllare in modo indipendente la temperatura. Durante la reazione di reticolazione a lungo termine--, uno strato di sporco nero depositato con perossido si è formato sulla parete interna del tubo di reticolazione-, che è un corpo nero formato naturalmente che emette radiazioni infrarosse. Attraverso il progresso tecnologico, il processo RCP è stato gradualmente sostituito dal processo generale di reticolazione a secco con riscaldamento elettrico. Attualmente, la tecnologia di reticolazione in sospensione e la tecnologia di reticolazione a torre VCV sono ampiamente utilizzate.
Le parti di riscaldamento e preraffreddamento sono protette con gas azoto. Nel tubo di reticolazione del riscaldamento-, la funzione principale dell'azoto è quella di agire come carbone per il trasferimento di calore e proteggere la superficie del polietilene dall'ossidazione e dalla degradazione a temperature più elevate. Allo stesso tempo, viene applicata una pressione sufficiente all'isolamento per prevenire o ridurre al minimo la formazione di spazi d'aria durante il processo di reticolazione. L'azoto fluente può anche portare via una grande quantità di acqua evaporata dall'acqua di raffreddamento e acqua e sostanze volatili decomposte dai perossidi durante la reazione di reticolazione. La funzione principale dell'azoto nella sezione di preraffreddamento è quella di preraffreddare la superficie del nucleo isolante del cavo, consentendo alla superficie del nucleo di entrare nella sezione di raffreddamento ad acqua a una temperatura inferiore, prevenendo così lo stress interno dell'isolamento causato dal raffreddamento improvviso del nucleo e compromettendo la qualità del prodotto. Grazie all'uso del riscaldamento elettrico, la velocità di produzione può essere aumentata aumentando la temperatura. Nell'isolamento in polietilene reticolato, il contenuto di umidità del metodo di reticolazione a secco{10}}è solo dello 0,018%, mentre il contenuto di umidità del metodo di reticolazione a vapore raggiunge lo 0,29%. I test hanno dimostrato che la resistenza alla rottura CA e la resistenza alla rottura per impatto dell'isolamento con il metodo di reticolazione a secco-sono superiori a quelle del metodo di reticolazione a vapore.
Le apparecchiature di produzione di reticolazione-a secco comprendono principalmente due tipi: unità di reticolazione-sospese e unità di reticolazione-a torre verticale. L'unità di collegamento incrociato della torre verticale VCV- adotta un metodo di estrusione verticale, che è più favorevole al controllo dell'eccentricità dell'isolamento spesso.
(3) Reticolazione della muffa a lunga durata (MDCV).
La reticolazione a forma lunga è stata inventata da Anaconda Wire and Cable Company nel 1959 e brevettata nello stesso anno, nota come processo MCP. Successivamente, a causa della forte concorrenza nel settore dei fili e dei cavi, l'azienda si ritirò dalla competizione per la produzione di fili e cavi in polietilene reticolato, il che ha impedito l'implementazione pratica di questo nuovo processo. Nel 1971, la Daihatsu Electric Wire and Cable Company e la Mitsubishi Petrochemical Company collaborarono per acquistare brevetti da Anaconda Corporation, consentendo l'implementazione di questo metodo, noto come MDCVI Art. Nel 1973, la Daiichi Electric Wire and Cable Company fece domanda per un brevetto sul processo per MDCV. Il significato originale di MDCV è "Metodo di reticolazione continua Mitsubishi Daiichi", mentre il suo significato tecnico è il metodo del processo di reticolazione a stampo lungo.
Il metodo MDCV utilizza un tubo orizzontale incrociato-installato all'interno della testa dell'estrusore. Lo stampo di estrusione è lungo 20 metri. Quando si estrude l'anima del filo isolato, il lubrificante viene riempito nel tubo per reticolare il polietilene in questo stampo.
Le caratteristiche del metodo MDCV sono il basso investimento in attrezzature, l'ingombro ridotto, la produzione stabile di cavi di grande sezione, la velocità di produzione paragonabile alle unità di reticolazione CCV-, la qualità del prodotto stabile e affidabile. L'intensità del campo di rottura CA dei cavi prodotti utilizzando questo processo è superiore dal 60% al 70% rispetto a quella dei cavi reticolati a vapore. Tuttavia, quando si tratta di produrre cavi con specifiche diverse, è necessario sostituire l'intero stampo di supporto lungo e la flessibilità non è elevata, quindi non è stato ampiamente utilizzato.
(4) Processo di reticolazione a sali fusi sotto pressione (PLCV).
Questo metodo è stato originariamente inventato da Careillo, un'azienda italiana. Nell'agosto del 1976, l'azienda ha collaborato con General Engineering nel Regno Unito per effettuare ricerche sull'uso di cavi elettrici isolati in polietilene reticolato. Nel 1977, Gerard Smart della British General Engineering Company pubblicò questo risultato e vendette la prima attrezzatura alla società britannica BICC. Il sale utilizzato nel sistema PLCV è lo stesso utilizzato nel metodo LCM di vulcanizzazione della gomma. Ad esempio, la formula del sale fuso è una miscela di sali inorganici composta da 53% di nitrato di potassio, 40% di nitrito di sodio e 7% di nitrato di sodio. Questa miscela si scioglie a 145 gradi ~ 150 gradi e rimane stabile fino a 540 gradi. Il tubo reticolato di sale fuso-è sigillato. Durante il processo di produzione del cavo, viene generalmente applicata una pressione di (3-4) atmosfere e la temperatura del sale fuso è compresa tra 200 gradi e 250 gradi. Anche la sezione di raffreddamento utilizza un metodo pressurizzato. Grazie all'elevato peso specifico della miscela di sali fusi, il problema del trascinamento di cavi pesanti viene risolto. Tenendo conto di vari fattori, questo processo viene adottato dalla linea di produzione di vulcanizzazione dei manicotti in gomma ed è particolarmente adatto per la produzione di cavi in gomma pesante.
(5) Processo di reticolazione con olio di silicone (FZCV).
Nel 1979, Sadayoshi Kashima e altri della Fujikura Electric Wire Company in Giappone hanno inventato il processo di reticolazione dell'olio di silicone (FZCV), che utilizza olio di silicone pressurizzato come materiale di riscaldamento e raffreddamento del carbone. Sotto la pressione dell'olio di silicone, il cavo può essere sospeso nell'olio di silicone senza sfregamenti o eccentricità. L'olio siliconico può essere riciclato. La Tengcang Electric Wire Company ha iniziato a produrre cavi in polietilene reticolato da 275 kV-utilizzando due unità FZCV nel 1979, risolvendo efficacemente il problema tecnico dell'alta tensione dei cavi in polietilene reticolato di grande-sezione-trasversale. A causa degli elevati costi di investimento, non è stato ampiamente promosso e utilizzato.
Nei suddetti processi di reticolazione chimica-, considerando vari fattori, le unità di reticolazione-sospese e le unità di reticolazione-a torre sono state ampiamente utilizzate nella produzione di cavi elettrici in plastica a media e (ultra) alta tensione. Nei metodi di reticolazione di cui sopra, tutti sono metodi di reticolazione con riscaldamento esterno. Nel 1975, G. Menger della Germania occidentale propose di utilizzare il riscaldamento del conduttore per ridurre il tempo di reticolazione. Ha dimostrato sperimentalmente che per ogni isolamento in polietilene spesso 1 millimetro, il tempo di reticolazione è di circa 1 minuto. Pertanto, è possibile ottenere questo risultato solo rallentando la velocità del filo o aumentando la lunghezza del tubo di reticolazione. Se viene utilizzata una corrente di 1000 ampere per aumentare la temperatura del conduttore a 200 gradi, il tempo di reticolazione-viene ridotto del 20%. Attualmente, molte unità di produzione-di reticolazione adottano la tecnologia di preriscaldamento dei conduttori, che migliora efficacemente l'efficienza produttiva e va a vantaggio della qualità dell'isolamento.
2, Reticolazione del silano
La reticolazione con silano, nota anche come reticolazione con acqua calda, è stata proposta e sviluppata da Dow Corning nel 1960. È anche nota come metodo Sioplas, che è un processo di reticolazione con innesto di silano. Viene effettuata in due fasi, innesto ed estrusione, e viene chiamata reticolazione silanica in due-fasi. Il primo passo prevede che la fabbrica di materiale isolante innesti ed estruda l'agente reticolante silanico sul materiale di base sull'estrusore e le particelle risultanti siano chiamate materiale A (materiale di innesto). Contestualmente viene fornita anche una materia madre per catalizzatore e colorante, denominata materiale B. Il secondo passaggio consiste nel mescolare i materiali A e B in un determinato rapporto (ad esempio un rapporto A:B di 95:5), estruderli sul conduttore del cavo su un estrusore normale, quindi posizionarli in una piscina di reticolazione-con acqua calda a 80 gradi ~95 gradi o in un bagno turco per completare la reticolazione-. Questo processo ha un basso costo di investimento e può essere elaborato utilizzando estrusori generali. Il prezzo del materiale è moderato ed è stato ampiamente utilizzato.
Ma ci sono anche i seguenti inconvenienti:
(1) Il polietilene innestato è soggetto a reticolazione-prematura con l'umidità dell'aria, riducendo il tempo di conservazione, che generalmente è di sei mesi.
(2) La miscela di polietilene innestato e masterbatch catalizzatore ha generalmente un periodo di conservazione non superiore a 3 ore, quindi deve essere estrusa durante la miscelazione.
(3) A causa delle molteplici fasi di miscelazione, il metodo in due-fasi è soggetto a impurità e viene utilizzato principalmente nella produzione di isolanti per cavi inferiori a 10 kV.
Per superare i limiti di Sioplas, nel 1977, BICC dal Regno Unito e Maillefer dalla Svizzera hanno collaborato per sviluppare un processo di reticolazione del silano in un-fase, noto anche come processo Monosil, basato sul metodo in due-fasi inventato da Dow Corning. Misura e miscela simultaneamente materiali a base di polietilene, antiossidanti e silano liquido, combinando la reazione di innesto e il processo di aggiunta del catalizzatore e utilizza un estrusore con un rapporto lunghezza/diametro di 30:1 per estrudere l'isolamento sul conduttore del cavo. L'innesto e l'estrusione dello strato isolante vengono completati in un unico passaggio, per questo viene chiamato metodo a un solo passaggio. Ha il costo del materiale più basso, riduce la possibilità di contaminazione da impurità e può aumentare notevolmente il periodo di conservazione dei materiali. Tuttavia, questo processo richiede un investimento maggiore in apparecchiature rispetto al metodo in due-fasi e richiede un sistema di alimentazione con silano liquido.
Con lo sviluppo della tecnologia dei materiali, l'applicazione della tecnologia di reticolazione del silano in un-fase può essere ottenuta anche miscelando in anticipo e in modo uniforme materiali a base di polietilene, antiossidanti e silano liquido utilizzando un miscelatore ad alta-velocità e posizionandoli in determinate condizioni per consentire agli antiossidanti aggiunti e al silano liquido di penetrare completamente. Quindi, è possibile utilizzare normali estrusori per completare l'innesto e l'estrusione in una sola volta. Durante il processo di estrusione, la temperatura del materiale deve essere rigorosamente controllata e i requisiti di temperatura del materiale devono essere elevati per garantire che l'innesto di silano venga completato durante il processo di estrusione. L'anima del filo isolante estruso deve essere collocata in una piscina di reticolazione con acqua calda o in un bagno turco per la reticolazione; Se la temperatura del materiale è troppo bassa durante il processo di estrusione e l'innesto non viene completato, l'isolamento dopo l'estrusione non sarà in grado di reticolare.
Negli anni '80, l'azienda giapponese Lingclone sviluppò la copolimerizzazione basata sui vantaggi dei metodi a due-fase e a una-fase. Anche il metodo di copolimerizzazione è un copolimero silanico monomero etilene trimetossisilano, ma con un processo diverso. Questo processo non innesta l'organosilano sulle catene polimeriche, ma introduce silano idrolizzabile durante il processo di polimerizzazione per produrre un copolimero silanico facilmente lavorabile. Il metodo prevede la copolimerizzazione dell'etilene con monomeri di copolimero silanico in un reattore ad alta-pressione. La chiave di questo processo è che i monomeri del copolimero selezionato devono contenere un gruppo insaturo che possa reagire con l'etilene per formare catene polimeriche. La struttura del copolimero di etilene silano e del composto per innesto Sioplas è sostanzialmente la stessa.
Poiché la produzione dei copolimeri di silano viene effettuata in un recipiente di reazione, è possibile garantire un'elevata pulizia ed evitare anche il problema della contaminazione dei residui di perossido durante l'innesto. Il vantaggio principale dei copolimeri di silano è che durante la reazione di polimerizzazione, la distribuzione regolare del reticolo reticolato viene ottenuta grazie all'ingresso una tantum di monomeri di copolimeri di silano, quindi la quantità richiesta di silano è inferiore a quella richiesta per i composti innestati con silano. Grazie al processo di copolimerizzazione avanzato ed unico, il materiale in polietilene reticolato con silano prodotto presenta i seguenti vantaggi:
(1) Buona stabilità allo stoccaggio, con un tempo di stoccaggio generalmente superiore a un anno, migliore rispetto ai materiali da innesto.
(2) Durante la lavorazione del polietilene reticolato mediante il metodo di copolimerizzazione, vengono mescolate pochissime sostanze libere e impurità, migliorando così le prestazioni di isolamento del cavo.
(3) Può essere estruso su un normale estrusore con una buona stabilità del processo di produzione.
Successivamente sono stati sviluppati successivamente il processo solido-fase uno-fase e il processo di solidificazione del silano. Il processo solido-fase uno-fase prevede l'infiltrazione e l'assorbimento del silano nei materiali a base di PE attraverso trasportatori come il nerofumo bianco. Il processo di solidificazione del silano ha lo scopo di migliorare il metodo di alimentazione del silano. Il silano liquido può essere adsorbito su polipropilene poroso o plastica PE per formare silano solido. Entrambi i processi derivano da metodi a un-fase.
Con il progresso della tecnologia dei materiali, basata sulla tecnologia di reticolazione del silano in due- fasi, è stato introdotto il materiale isolante in polietilene reticolato con silano (noto anche come materiale isolante in polietilene reticolato a temperatura ambiente con silano). Il suo principio è quello di migliorare il masterbatch del catalizzatore (materiale B) aggiungendo agenti compositi che producono acqua e catalizzatori efficienti. Dopo aver miscelato il materiale di innesto (materiale A) e il materiale catalitico (materiale B) e averli estrusi, generalmente possono essere reticolati dopo essere stati posizionati all'interno per (2-7) giorni (se la temperatura ambiente è elevata e il tempo di posizionamento è breve), senza la necessità di reticolare in una piscina di reticolazione con acqua calda o in un bagno turco. Il costo del materiale è elevato, ma a causa della comodità della produzione è stato applicato anche in una certa misura.
Tenendo conto delle caratteristiche dei diversi processi di reticolazione del silano, dei costi dei materiali e di altri fattori, sono state ampiamente utilizzate la reticolazione a un-fase e la reticolazione a due-fase. Tra questi, il processo di reticolazione del silano in due-fasi, a causa del completamento della reazione di innesto del materiale A, richiede una bassa temperatura di estrusione per l'isolamento del nucleo del filo, il che favorisce la modifica delle specifiche di produzione. Il processo di reticolazione del silano in un-fase ha un basso costo dei materiali e l'innesto e l'estrusione possono essere completati in una sola volta. Il requisito della temperatura di estrusione è elevato e l'innesto non può essere completato se la temperatura del materiale non soddisfa i requisiti. L'estrusore è impostato ad una temperatura elevata e frequenti arresti e modifiche delle specifiche possono causare clinker, rendendolo adatto alla produzione di nuclei di cavi lunghi.
