Zamreženje - pretvarjanje linearnih polietilenskih molekul v tri{1}}dimenzionalno mrežno strukturo s fizikalnimi ali kemičnimi metodami, s čimer se izboljšajo njihove mehanske in toplotne lastnosti. Obstajata dve glavni vrsti navzkrižno-povezane izolacije: fizično navzkrižno-povezovanje in kemično navzkrižno-povezovanje.
Fizično zamreženje, znano tudi kot zamreženje z obsevanjem, je na splošno primerno za nizko{0}}napetostne kable s tanko izolacijo.
Kemično navzkrižno-povezovanje je v glavnem razdeljeno na dve vrsti: peroksidno navzkrižno-povezovanje in silansko navzkrižno-povezovanje. Med njimi se peroksidno navzkrižno-povezovanje uporablja za izolacijo srednjenapetostnih in (ultra)visokonapetostnih kablov, medtem ko se silansko navzkrižno-povezovanje običajno uporablja za običajne nizkonapetostne navzkrižno-napetostne kable.
Postopek navzkrižnega-povezovanja z obsevanjem je v glavnem primeren za proizvodnjo posebnih nizko{1}}napetostnih-navzkrižno povezanih kablov, kot so kabli jedrske kakovosti, kabli za visoko delovno temperaturo (dolgotrajna-delovna temperatura lahko doseže 150 stopinj), navzkrižno-povezane nizkodimne halogenske-neognjevarne-žice in kabli itd. Zaradi vpliva materialne tehnologije in prodora sevanja Y-žarkov postopek navzkrižnega-vezovanja obsevanja ni primeren za izdelavo srednjenapetostnih in (ultra)visokonapetostnih kablov.
Tehnologija UV zamreženja je še ena nova tehnologija zamreženja, razvita po kemičnem zamreževanju in zamreževanju z obsevanjem. Je neodvisno razvit tehnološki inovacijski dosežek in ima neodvisne pravice intelektualne lastnine na Kitajskem. Načelo ultravijoličnega zamreženja je uporaba poliolefina kot glavne surovine in dodajanje ustrezne količine fotoiniciatorja. Z obsevanjem z ultravijolično svetlobo fotoiniciator absorbira specifične valovne dolžine ultravijolične svetlobe, da ustvari proste radikale poliolefinov, ki so nato podvrženi vrsti hitrih reakcij polimerizacije, da proizvedejo zamrežene poliolefine s tri-dimenzionalno mrežno strukturo. To je odprlo novo pot za proizvodnjo premreženih kablov in je bilo vključeno v proizvodnjo nizko-napetostnih premreženih kablov. Naslednje predstavlja predvsem kemično zamreženje.
1, Peroksidno zamreženje
Metoda zamreževanja s peroksidom je metoda indukcije zamreževanja z dodajanjem zamreževalnih sredstev. Primeren je predvsem za proizvodnjo napajalnih kablov z izolacijo iz prečno povezanega polietilena z nazivnimi napetostnimi nivoji 10 kV in več ter različnimi preseki.
(1) Parno zamreženje (SCP)
Tehnologija zamreženja s paro je najstarejša metoda zamreževanja, ki se je razvila iz tehnologije kontinuirane vulkanizacije gume. Ta metoda uporablja paro pri določenem tlaku in temperaturi kot medij za ogrevanje in tlačenje za zamreženje polietilena. Parno zamreženje je leta 1957 uspešno raziskalo podjetje GE, podjetje Sumitomo Electric Company na Japonskem pa je to tehnologijo uvedlo leta 1959 in začelo proizvajati leta 1960.
V zgodnji fazi je bila kot medij uporabljena nasičena para, tlak in temperatura znotraj prečno-povezujoče cevi pa sta bila neposredno povezana. Da bi povečali temperaturo pare, je bilo potrebno hkrati povečati tlak pare. Za vsakih 10 stopinj dviga temperature bi se tlak povečal za približno 5 kg, zaradi česar bi bilo težko doseči dovolj visoko temperaturo in visoko porabo energije; Kasneje je bil razvit za zvišanje temperature pare s segrevanjem navzkrižno-povezane stene cevi (znano kot pregreta para, ki ne zahteva povečanja tlaka za zvišanje temperature), ki se večinoma uporablja v enotah za vulkanizacijo gume. Zaradi neposrednega stika med vodno paro in staljenim polietilenom znotraj križno-povezane cevi bo vlaga prodrla in difundirala v izolacijo. Med procesom ohlajanja kabla vodna para znotraj izolacije doseže nasičenost in tvori mikropore, ki lahko po zagonu sprožijo razelektritev. To je usodna slabost te metode. Tako so se od leta 1960 pojavili nekateri novi postopki suhega zamreženja.
(2) Metoda infrardečega zamreženja (RCP) in suho zamreževanje
Metoda infrardečega zamreženja, znana tudi kot metoda zamreževanja s toplotnim sevanjem (RCP), je postopek suhega zamreženja, ki ga je leta 1967 izumilo podjetje Sumitomo Electric Company na Japonskem.
Metodo zamreženja polimerov z infrardečim sevanjem je že leta 1937 patentiral General Electric (GE) v Franciji za vulkanizacijo izdelkov iz gume. Leta 1961 je WR Grace iz Združenih držav pridobil patent za proizvodnjo polietilenske folije z metodo infrardečega obsevanja. Podjetje Sumitomo Electric na Japonskem se je zgledovalo po zgornjih dveh patentih in prijavilo patent junija 1966, v katerem je bila plast zamreženega polietilena, ki je vsebovala organsko peroksidno sredstvo za zamreževanje, ekstrudirana na prevodnik in segreta s sevanjem v inertnem plinu pri tlaku več kot 2 kg/cm², da bi sprožila reakcijo zamreženja v polietilenu. Aprila 1967 je podjetje Sumitomo Electric Company prijavilo še en patent, ki je predlagal, da je celotna povezovalna enota sestavljena iz sevalnega grelnega dela, hladilnega dela in vodnega hlajenega dela. Odsek sevalnega ogrevanja je razdeljen na dve coni, vsaka cona pa lahko neodvisno nadzoruje temperaturo. Med dolgotrajno-reakcijo navzkrižnega{16}}povezovanja se je na notranji steni navzkrižne-povezovalne cevi oblikovala plast črne umazanije, odložene s peroksidom, ki je naravno oblikovano črno telo, ki oddaja infrardeče sevanje. S tehnološkim napredkom je postopek RCP postopoma nadomestil splošni postopek suhega navzkrižnega-vezovanja električnega ogrevanja. Trenutno se široko uporabljata tehnologija vzmetenja zamreženja in tehnologija zamreževanja stolpov VCV.
Grelni in predhladilni deli so zaščiteni z dušikovim plinom. V grelni navzkrižni -cevi je glavna funkcija dušika, da deluje kot premog za prenos toplote in ščiti površino polietilena pred oksidacijo in degradacijo pri višjih temperaturah. Hkrati se na izolacijo izvaja zadosten pritisk, da se prepreči ali zmanjša nastanek zračnih rež med postopkom navzkrižnega-vezovanja. Pretok dušika lahko odnese tudi veliko količino vode, ki je izhlapela iz hladilne vode, ter vode in hlapnih snovi, ki se razgradijo iz peroksidov med reakcijo navzkrižnega povezovanja. Glavna funkcija dušika v odseku za predhodno hlajenje je predhodno hlajenje površine jedra izolacije kabla, kar omogoča, da površina jedra vstopi v odsek za vodno hlajenje pri nižji temperaturi, s čimer se prepreči notranja napetost izolacije, ki jo povzroči nenadno ohlajanje jedra in vpliva na kakovost izdelka. Zaradi uporabe električnega ogrevanja lahko hitrost proizvodnje povečamo s povišanjem temperature. Pri izolaciji iz zamre-polietilena je vsebnost vlage pri metodi suhega zamreževanja le 0,018 %, medtem ko vsebnost vlage pri metodi zamre-parnega povezovanja doseže 0,29 %. Preizkusi so pokazali, da sta prelomna trdnost izmeničnega toka in udarna prelomna trdnost izolacije s suhim-navzkrižnim povezovanjem višji od tistih pri parnem navzkrižnem-metodi povezovanja.
Proizvodna oprema za suho{0}}navzkrižno povezovanje vključuje predvsem dve vrsti: viseče navzkrižne-enote in navpične stolpne navzkrižne-enote. VCV navpična stolpna navzkrižna-enota uporablja metodo navpičnega iztiskanja, ki je bolj ugodna za nadzor ekscentričnosti debele izolacije.
(3) Dolgotrajno navzkrižno-povezovanje plesni (MDCV).
Zamreženje v dolgi obliki je izumilo podjetje Anaconda Wire and Cable Company leta 1959 in ga istega leta patentiralo, poznano kot postopek MCP. Kasneje se je podjetje zaradi ostre konkurence v industriji žic in kablov umaknilo iz tekmovanja za proizvodnjo žic in kablov iz navzkrižno-polietilena, kar je preprečilo praktično uporabo tega novega postopka. Leta 1971 sta Daihatsu Electric Wire and Cable Company in Mitsubishi Petrochemical Company sodelovali pri nakupu patentov od Anaconda Corporation, kar je omogočilo izvajanje te metode, znane kot MDCVI Art. Leta 1973 je podjetje Daiichi Electric Wire and Cable Company zaprosilo za procesni patent za MDCV. Prvotni pomen MDCV je "metoda neprekinjenega zamreženja Mitsubishi Daiichi", medtem ko je njegov tehnični pomen postopek zamreževanja z dolgimi matricami.
Metoda MDCV uporablja vodoravno navzkrižno-povezano cev, ki je nameščena znotraj glave ekstruderja. Kalup za iztiskanje je dolg 20 metrov. Pri ekstrudiranju izoliranega jedra žice se mazivo napolni v cev, da zamreži polietilen v tem kalupu.
Značilnosti metode MDCV so nizke naložbe v opremo, majhen odtis, stabilna izdelava kablov velikega preseka, proizvodna hitrost, primerljiva s povezovalnimi-enotami CCV, stabilna in zanesljiva kakovost izdelka. Poljska jakost AC preboja kablov, izdelanih s tem postopkom, je od 60 % do 70 % večja kot pri parnih navzkrižno povezanih kablih. Ko pa gre za proizvodnjo kablov različnih specifikacij, je treba zamenjati celoten dolg podporni kalup, fleksibilnost pa ni močna, zato ni bil široko uporabljen.
(4) Postopek zamreževanja s staljeno soljo (PLCV).
To metodo je prvotno izumilo italijansko podjetje Careillo. Avgusta 1976 je podjetje sodelovalo z General Engineering v Združenem kraljestvu, da bi raziskalo uporabo navzkrižno povezanih napajalnih kablov z izolacijo iz polietilena. Leta 1977 je Gerard Smart iz British General Engineering Company objavil ta dosežek in prodal prvo opremo britanskemu podjetju BICC. Sol, uporabljena v sistemu PLCV, je enaka tisti, ki se uporablja pri LCM metodi vulkanizacije gume. Na primer, formula staljene soli je mešanica anorganske soli, sestavljena iz 53 % kalijevega nitrata, 40 % natrijevega nitrita in 7 % natrijevega nitrata. Ta zmes se topi pri 145 stopinjah ~150 stopinjah in ostane stabilna do 540 stopinj. Križno-povezana cev s staljeno soljo je zatesnjena. Med postopkom izdelave kabla se običajno uporablja tlak (3-4) atmosfere, temperatura staljene soli pa je med 200 in 250 stopinjami. Hladilni del uporablja tudi tlačno metodo. Zaradi visoke specifične teže mešanice staljene soli je problem vlečenja težkih kablov rešen. Ob upoštevanju različnih dejavnikov je ta postopek sprejet v proizvodni liniji za vulkanizacijo gumijastih tulcev in je še posebej primeren za proizvodnjo težkih gumijastih kablov.
(5) Postopek zamreženja s silikonskim oljem (FZCV).
Leta 1979 so Sadayoshi Kashima in drugi iz Fujikura Electric Wire Company na Japonskem izumili postopek zamreženja s silikonskim oljem (FZCV), ki uporablja silikonsko olje pod pritiskom kot material za ogrevanje in hlajenje premoga. Pod pritiskom silikonskega olja lahko kabel obesite v silikonskem olju brez drgnjenja ali ekscentričnosti. Silikonsko olje je mogoče reciklirati. Podjetje Tengcang Electric Wire je leta 1979 začelo proizvajati 275 kV križno povezane polietilenske kable z dvema enotama FZCV, s čimer je učinkovito rešilo visokonapetostni tehnični problem kablov velikega preseka križno povezanih polietilenskih kablov-. Zaradi visokih investicijskih stroškov ni bil široko promoviran in uporabljen.
V zgornjih postopkih kemičnega navzkrižnega-povezovanja so se ob upoštevanju različnih dejavnikov viseče navzkrižne-enote in stolpne navzkrižne-enote široko uporabljale pri proizvodnji plastičnih srednjenapetostnih in (ultra)visokonapetostnih električnih kablov. Pri zgornjih metodah zamreženja so vse metode zamreževanja z zunanjim ogrevanjem. Leta 1975 je G. Menger iz Zahodne Nemčije predlagal uporabo ogrevanja prevodnika za skrajšanje časa zamreženja. Eksperimentalno je dokazal, da je za vsak milimeter debele polietilenske izolacije čas zamreženja približno 1 minuta. Zato je to mogoče doseči le z upočasnitvijo hitrosti žice ali povečanjem dolžine cevi za zamreženje. Če se za dvig temperature prevodnika na 200 stopinj uporabi tok 1000 amperov, se čas navzkrižne-veze skrajša za 20 %. Trenutno številne proizvodne enote-za navzkrižno povezovanje uporabljajo tehnologijo predgretja prevodnikov, ki učinkovito izboljša učinkovitost proizvodnje in koristi kakovosti izolacije.
2, zamreževanje silana
Zamreženje s silanom, znano tudi kot zamreženje s toplo vodo, je predlagal in razvil Dow Corning leta 1960. Znano je tudi kot metoda Sioplas, ki je postopek zamreževanja s cepljenjem silana. Izvaja se v dveh korakih, cepljenju in iztiskanju, in se imenuje dvo-stopenjsko zamreženje s silanom. Prvi korak je, da tovarna izolacijskih materialov cepi in ekstrudira silansko sredstvo za zamreževanje na osnovni material na ekstruderju, nastali delci pa se imenujejo material A (material za cepljenje). Hkrati je na voljo tudi osnovni material za katalizator in barvilo, imenovan material B. Drugi korak je, da zmešate materiale A in B v določenem razmerju (npr. razmerje A:B 95:5), jih ekstrudirate na vodnik kabla na običajnem ekstruderju in jih nato postavite v navzkrižno-povezovalni bazen z vročo vodo pri 80 stopinj ~95 stopinj ali v parno sobo, da dokončate navzkrižno-povezovanje. Ta postopek ima nizke investicijske stroške in se lahko obdeluje z uporabo običajnih ekstruderjev. Cena materiala je zmerna in se pogosto uporablja.
Obstajajo pa tudi naslednje pomanjkljivosti:
(1) Cepljeni polietilen je nagnjen k zgodnjemu navzkrižnemu -povezovanju z vlago v zraku, kar skrajša čas skladiščenja, ki je običajno šest mesecev.
(2) Mešanica cepljenega polietilena in masterbatch katalizatorja ima na splošno čas skladiščenja največ 3 ure, zato jo je treba med mešanjem ekstrudirati.
(3) Zaradi več korakov mešanja je dvo{1}}stopenjska metoda nagnjena k nečistočam in se uporablja predvsem pri izdelavi izolacije za kable pod 10 kV.
Da bi presegli omejitve Sioplasa, sta leta 1977 BICC iz Združenega kraljestva in Maillefer iz Švice sodelovala pri razvoju eno-postopka zamreženja silana, znanega tudi kot postopek Monosil, ki temelji na dvo-stopenjski metodi, ki jo je izumil Dow Corning. Hkrati meri in meša materiale na osnovi polietilena, antioksidante in tekoči silan, pri čemer združuje reakcijo cepljenja in postopek dodajanja katalizatorja ter uporablja ekstruder z razmerjem med dolžino in premerom 30:1 za iztiskanje izolacije na vodnik kabla. Cepljenje in ekstrudiranje izolacijskega sloja sta končana v enem koraku, zato se imenuje eno-stopenjska metoda. Ima najnižje stroške materiala, zmanjša možnost onesnaženja z nečistočami in lahko močno podaljša obdobje skladiščenja materialov. Vendar ta postopek zahteva večjo naložbo v opremo kot dvo{10}}stopenjska metoda in zahteva sistem za dovajanje tekočega silana.
Z razvojem materialne tehnologije je mogoče doseči tudi uporabo eno{0}}stopenjske tehnologije zamreževanja silana z enakomernim mešanjem materialov na osnovi polietilena, antioksidantov in tekočega silana vnaprej z uporabo mešalnika z visoko-hitrostjo in pod določenimi pogoji, ki omogočajo dodanim antioksidantom in tekočemu silanu, da popolnoma prodrejo. Nato lahko uporabite navadne ekstruderje za dokončanje cepljenja in iztiskanja v enem zamahu. Med postopkom iztiskanja je treba temperaturo materiala strogo nadzorovati, zahteve glede temperature materiala pa morajo biti visoke, da se zagotovi dokončanje cepljenja silana med postopkom iztiskanja. Jedro ekstrudirane izolacijske žice je treba postaviti v bazen za zamreženje s toplo vodo ali parno sobo za zamreženje; Če je temperatura materiala med postopkom iztiskanja prenizka in cepljenje ni končano, se izolacija po iztiskanju ne bo mogla zamrežiti.
V osemdesetih letih prejšnjega stoletja je japonsko podjetje Lingclone razvilo kopolimerizacijo na podlagi prednosti dvo-in eno-stopenjske metode. Metoda kopolimerizacije je tudi silanski kopolimerni monomer etilen trimetoksisilan, vendar z drugačnim postopkom. Ta postopek ne cepi organosilana na polimerne verige, ampak med postopkom polimerizacije uvede silan, ki ga je mogoče hidrolizirati, da se proizvede silanski kopolimer, ki ga je enostavno obdelati. Metoda vključuje kopolimerizacijo etilena s kopolimernimi monomeri silana v visoko-tlačnem reaktorju. Ključno pri tem procesu je, da morajo izbrani kopolimerni monomeri vsebovati nenasičeno skupino, ki lahko reagira z etilenom in tvori polimerne verige. Struktura kopolimera etilen silana in cepljene spojine Sioplas je v bistvu enaka.
Zaradi dejstva, da se proizvodnja silanskih kopolimerov izvaja v reakcijski posodi, lahko zagotovi visoko čistočo in se tudi izogne problemu kontaminacije z ostanki peroksida med cepljenjem. Glavna prednost kopolimerov silana je, da se med reakcijo polimerizacije doseže pravilna porazdelitev zamrežene rešetke zaradi enkratnega{2}}vnosa monomerov kopolimera silana, zato je zahtevana količina silana nižja od tiste, ki je potrebna za spojine, cepljene s silanom. Zaradi naprednega in edinstvenega postopka kopolimerizacije ima proizvedeni silansko zamreženi polietilenski material naslednje prednosti:
(1) Dobra stabilnost pri skladiščenju, s časom skladiščenja, ki običajno presega eno leto, kar je boljše od materialov za cepljenje.
(2) Med predelavo zamreženega polietilena z metodo kopolimerizacije je primešanih zelo malo prostih snovi in nečistoč, kar izboljša izolacijo kabla.
(3) Lahko se ekstrudira na običajnem ekstruderju z dobro stabilnostjo proizvodnega procesa.
Kasneje sta bila zaporedno razvita-enostopenjski-postopek v trdni fazi in postopek strjevanja s silanom. Prvostopenjski-fazni-proces trdne faze vključuje infiltracijo in absorpcijo silana v materiale na osnovi PE prek nosilcev, kot so bele saje. Postopek strjevanja silana je namenjen izboljšanju metode dovajanja silana. Tekoči silan se lahko adsorbira na porozni polipropilen ali PE plastiko, da se tvori trden silan. Oba postopka izhajata iz-metod enega koraka.
Z napredkom materialne tehnologije, ki temelji na dvo-stopenjski tehnologiji zamreževanja silana, je bil uveden izolacijski material iz samozamreženega polietilena s silanom (znan tudi kot izolacijski material iz zamreženega polietilena pri sobni temperaturi). Njegovo načelo je izboljšati masterbatch katalizatorja (material B) z dodajanjem sestavljenih sredstev za proizvodnjo vode in učinkovitih katalizatorjev. Po mešanju materiala za cepljenje (material A) in katalitičnega materiala (material B) in njunem ekstrudiranju jih je mogoče na splošno zamrežiti, potem ko so (2-7) dni postavljeni v zaprtih prostorih (če je temperatura okolja visoka in je čas namestitve kratek), brez potrebe po zamreževanju v bazenu za zamreževanje s toplo vodo ali parni sobi. Stroški materiala so visoki, vendar so bili zaradi priročnosti proizvodnje v določeni meri tudi uporabljeni.
Ob upoštevanju značilnosti različnih procesov zamreževanja silana, materialnih stroškov in drugih dejavnikov se široko uporablja eno-zamreženje silana in dvo{1}}stopenjsko zamreženje silana. Med njimi dvo{3}}stopenjski postopek zamreženja s silanom zaradi zaključka reakcije cepljenja materiala A zahteva nizko temperaturo iztiskanja za izolacijo jedra žice, kar vodi do spreminjanja specifikacij za proizvodnjo. Enostopenjski -postopek zamreženja s silanom ima nizke stroške materiala, cepljenje in iztiskanje pa je mogoče dokončati v enem zamahu. Zahtevana temperatura ekstrudiranja je visoka in cepljenja ni mogoče dokončati, če temperatura materiala ne ustreza zahtevam. Ekstruder je nastavljen na visoko temperaturo, pogosti izklopi in spremembe specifikacij pa lahko povzročijo klinker, zaradi česar je primeren za proizvodnjo dolgih kabelskih žil.
