Kryžminis ryšys - linijinių polietileno molekulių pavertimas trimačiu-tinklo struktūra fiziniais arba cheminiais metodais, taip pagerinant jų mechanines ir šilumines savybes. Yra du pagrindiniai kryžminio-izoliacijos tipai: fizinis kryžminis-sujungimas ir cheminis kryžminis{5}}jungimas.
Fizinis kryžminis susiejimas, taip pat žinomas kaip švitinimas, paprastai tinka žemos{0}}tampos kabeliams, kurių izoliacijos storis yra plonas.
Cheminis kryžminis-sujungimas daugiausia skirstomas į du tipus: peroksido-sujungimą ir silano skiepijimo kryžminį-jungimą. Tarp jų, peroksido kryžminis sujungimas
Švitinimo kryžminio-sujungimo procesas daugiausia tinka gaminant specialius žemos-įtampos kryžminius-kabelius, pvz., branduolinio lygio kabelius, aukštos darbinės temperatūros kabelius (ilgalaikė darbinė temperatūra gali siekti 150 laipsnių), kryžminių-mažų dūmų halogeninių{6} laidų technologiją ir kt. y-spinduliavimo prasiskverbimas, švitinimo kryžminio-sujungimo procesas nėra tinkamas vidutinės ir (ypač) aukštos įtampos kabeliams gaminti.
UV kryžminimo technologija yra dar viena nauja kryžminio susiejimo technologija, sukurta po cheminio kryžminimo ir švitinimo. Tai technologinių naujovių pasiekimas, sukurtas savarankiškai ir turi nepriklausomas intelektinės nuosavybės teises Kinijoje. Ultravioletinio kryžminimo principas yra naudoti poliolefiną kaip pagrindinę žaliavą ir pridėti atitinkamą kiekį fotoiniciatoriaus. Švitinant ultravioletine šviesa, fotoiniciatorius sugeria tam tikrus ultravioletinės šviesos bangos ilgius, kad susidarytų laisvieji poliolefino radikalai, kurie po to patiria daugybę greitų polimerizacijos reakcijų, kad susidarytų kryžminiai poliolefinai, turintys trijų -matmenų tinklo struktūrą. Tai atvėrė naują kelią kryžminių kabelių gamybai ir buvo įtraukta į žemos -tampos kryžminių kabelių gamybą. Toliau daugiausia pristatomas cheminis kryžminis ryšys.
1, peroksido kryžminimas
Peroksido kryžminio sujungimo metodas yra kryžminimo sužadinimo metodas, pridedant kryžminimo agentų. Jis daugiausia tinka kryžminių-polietileno izoliuotų maitinimo kabelių, kurių vardinė įtampa yra 10 kV ir aukštesnė, ir įvairių skerspjūvio zonų gamybai.
(1) Garų susiejimas (SCP)
Garų skersinio susiejimo gamybos technologija yra seniausias kryžminio susiejimo metodas, išsivystęs iš gumos nuolatinio vulkanizavimo technologijos. Šis metodas naudoja tam tikro slėgio ir temperatūros garus kaip kaitinimo ir slėgio terpę polietilenui susieti. 1957 m. GE sėkmingai ištyrė garų susiejimą, o Japonijos Sumitomo Electric Company šią technologiją pristatė 1959 m., o gamybą pradėjo 1960 m.
Ankstyvajame etape kaip terpė buvo naudojami prisotinti garai, o slėgis ir temperatūra kryžminio{0}}vamzdžio viduje buvo tiesiogiai susiję. Norint padidinti garų temperatūrą, tuo pačiu metu reikėjo padidinti ir garų slėgį. Kiekvienam 10 laipsnių temperatūros padidėjimui slėgis padidėtų maždaug 5 kg, todėl būtų sunku pasiekti pakankamai aukštą temperatūrą ir sunaudoti daug energijos; Vėliau jis buvo sukurtas siekiant padidinti garo temperatūrą kaitinant skersai sujungtą vamzdžio sienelę (žinoma kaip perkaitintas garas, kuriam nereikia didinti slėgio, kad padidėtų temperatūra), daugiausia naudojamas gumos vulkanizavimo įrenginiuose. Dėl tiesioginio vandens garų ir išlydyto polietileno sąlyčio kryžminio-vamzdžio viduje drėgmė prasiskverbs ir pasklis į izoliaciją. Kabelio aušinimo metu izoliacijos viduje esantys vandens garai prisisotina ir suformuoja mikroporas, kurios, pradėjus eksploatuoti, gali sukelti šakų iškrovą. Tai yra lemtinga šio metodo silpnybė. Taigi, pradedant nuo septintojo dešimtmečio, atsirado keletas naujų sauso kryžminimo procesų.
(2) Infraraudonųjų spindulių susiejimo metodas (RCP) ir sausas kryžminimas
Infraraudonųjų spindulių kryžminimo metodas, dar žinomas kaip šiluminės spinduliuotės susiejimo metodas (RCP), yra sausas kryžminimo procesas, kurį 1967 m. išrado Japonijos Sumitomo Electric Company.
Polimerų sujungimo infraraudonaisiais spinduliais metodas buvo patentuotas dar 1937 metais General Electric (GE) Prancūzijoje, skirtas gumos gaminių vulkanizavimui. 1961 m. JAV WR Grace gavo patentą polietileno plėvelei gaminti naudojant infraraudonųjų spindulių metodą. Japonijos „Sumitomo Electric Company“ įkvėpė pirmiau minėti du patentai ir 1966 m. birželio mėn. pateikė paraišką dėl patento, kuriame ant laidininko buvo išspaustas kryžminio -polietileno sluoksnis, kurio sudėtyje yra organinio peroksido, ir kaitinamas spinduliuote inertinėse dujose esant didesniam nei 2 kg/cm² slėgiui, kad sukeltų polietileno reakciją. 1967 m. balandžio mėn. „Sumitomo Electric Company“ pateikė paraišką dėl kito patento, siūlydama, kad visas kryžminio{12}}jungimo įrenginys sudarytas iš radiacinio šildymo, aušinimo ir vandens aušinimo sekcijos. Radiacinio šildymo sekcija yra padalinta į dvi zonas, ir kiekviena zona gali savarankiškai valdyti temperatūrą. Vykstant ilgalaikei-sujungimo{16}}reakcijai, ant kryžminio-vamzdžio vidinės sienelės susiformavo juodo purvo sluoksnis su peroksidu, kuris yra natūraliai susiformavęs juodas kūnas, skleidžiantis infraraudonąją spinduliuotę. Dėl technologinės pažangos RCP procesas palaipsniui buvo pakeistas bendru elektriniu šildymo sausu kryžminiu{19}}jungimo procesu. Šiuo metu plačiai naudojama pakabos kryžminimo technologija ir VCV bokšto kryžminio susiejimo technologija.
Šildymo ir aušinimo dalys yra apsaugotos azoto dujomis. Šildymo kryžminio susiejimo vamzdyje pagrindinė azoto funkcija yra veikti kaip šilumos perdavimo anglis ir apsaugoti polietileno paviršių nuo oksidacijos ir skilimo aukštesnėje temperatūroje. Tuo pačiu metu izoliacijai taikomas pakankamas slėgis, kad būtų išvengta arba sumažintas oro tarpų susidarymas kryžminio sujungimo proceso metu. Tekantis azotas taip pat gali nunešti didelį kiekį vandens, išgarinto iš aušinimo vandens, ir vandens bei lakiųjų medžiagų, suskaidytų iš peroksidų kryžminio sujungimo reakcijos metu. Pagrindinė azoto funkcija išankstinio aušinimo sekcijoje yra iš anksto atvėsinti kabelio izoliacijos šerdies paviršių, leidžiantį šerdies paviršiui patekti į vandens aušinimo sekciją esant žemesnei temperatūrai, taip užkertant kelią izoliacijos vidiniam įtempimui, kurį sukelia staigus šerdies aušinimas ir turi įtakos gaminio kokybei. Naudojant elektrinį šildymą, gamybos greitį galima padidinti pakėlus temperatūrą. Kryžminio-polietileno izoliacijoje sauso kryžminio{10}}sujungimo metodo drėgnis yra tik 0,018%, o garų kryžminimo{12}}metodo drėgmės kiekis siekia 0,29%. Bandymai parodė, kad sausojo kryžminio sujungimo metodo izoliacijos kintamosios srovės stipris ir atsparumas smūgiams yra didesni nei garų kryžminimo metodo.
Sauso kryžminio-sujungimo gamybos įrangą daugiausia sudaro du tipai: pakabinami kryžminiai-sujungimo įrenginiai ir vertikalieji bokštiniai kryžminiai-sujungimo įrenginiai. VCV vertikalaus bokšto kryžminio-sujungimo mazgas taiko vertikalaus ekstruzijos metodą, kuris yra palankesnis storos izoliacijos ekscentriškumo valdymui.
(3) Ilgalaikis pelėsinis (MDCV) kryžminis susiejimas
Ilgos formos kryžminimą 1959 m. išrado Anaconda Wire and Cable Company ir tais pačiais metais užpatentavo, žinomą kaip MCP procesas. Vėliau, dėl aršios konkurencijos laidų ir kabelių pramonėje, įmonė pasitraukė iš konkurencijos dėl kryžminių -polietileninių vielų ir kabelių gamybos, o tai neleido praktiškai pritaikyti šio naujo proceso. 1971 m. „Daihatsu Electric Wire and Cable Company“ ir „Mitsubishi Petrochemical Company“ bendradarbiavo, kad iš „Anaconda Corporation“ nupirktų patentus, leidžiančius įgyvendinti šį metodą, žinomą kaip MDCVI str. 1973 m. Daiichi Electric Wire and Cable Company pateikė MDCV proceso patento paraišką. Pradinė MDCV reikšmė yra „Mitsubishi Daiichi Continuous Crosslinking Method“, o jo techninė reikšmė yra Long Die Crosslinking Process Method.
Taikant MDCV metodą naudojamas horizontalus kryžminis{0}}vamzdis, įtaisytas ekstruderio galvutės viduje. Ekstruzijos formos ilgis yra 20 metrų. Ekstruduojant izoliuotą vielos šerdį, į vamzdelį pilamas tepalas, kad sujungtų polietileną šioje formoje.
MDCV metodo ypatybės yra mažos investicijos į įrangą, mažas plotas, stabili didelių sekcijų kabelių gamyba, gamybos greitis, panašus į CCV kryžminius{0}}jungimo įrenginius, stabili ir patikima gaminio kokybė. Kabelių, pagamintų naudojant šį procesą, kintamosios srovės gedimo lauko stipris yra 60–70 % didesnis nei garų kryžminių{4}}laidų. Tačiau kai reikia gaminti skirtingų specifikacijų kabelius, reikia pakeisti visą ilgą atraminę formą, o lankstumas nėra stiprus, todėl jis nebuvo plačiai naudojamas.
(4) Slėgio išlydytos druskos kryžminimo (PLCV) procesas
Šį metodą iš pradžių išrado italų kompanija Careillo. 1976 m. rugpjūčio mėn. įmonė bendradarbiavo su „General Engineering“ JK, siekdama ištirti, kaip naudoti kryžminius -polietileno izoliuotus maitinimo kabelius. 1977 m. Gerardas Smartas iš britų generalinės inžinerijos kompanijos paskelbė šį pasiekimą ir pardavė pirmąją įrangą britų BICC kompanijai. PLCV sistemoje naudojama tokia pati druska kaip ir gumos vulkanizavimo LCM metodu. Pavyzdžiui, išlydytos druskos formulė yra neorganinės druskos mišinys, sudarytas iš 53 % kalio nitrato, 40 % natrio nitrito ir 7 % natrio nitrato. Šis mišinys lydosi 145–150 laipsnių temperatūroje ir išlieka stabilus iki 540 laipsnių. Išlydyta druska sujungta{15}}vamzdis sandariai uždarytas. Kabelių gamybos proceso metu paprastai naudojamas (3–4) atmosferų slėgis, o išlydytos druskos temperatūra yra nuo 200 laipsnių iki 250 laipsnių. Aušinimo sekcijoje taip pat naudojamas slėgio metodas. Dėl didelio išlydytos druskos mišinio savitojo svorio išsprendžiama sunkių kabelių vilkimo problema. Atsižvelgiant į įvairius veiksnius, šis procesas yra pritaikytas guminių movų vulkanizavimo gamybos linijoje ir ypač tinka sunkių guminių kabelių gamybai.
(5) Silikoninės alyvos susiejimo (FZCV) procesas
1979 m. Sadayoshi Kashima ir kiti iš Fujikura Electric Wire Company Japonijoje išrado silikoninės alyvos kryžminimo procesą (FZCV), kuriame kaip anglies šildymo ir aušinimo medžiaga naudojama suslėgta silikoninė alyva. Esant silikoninės alyvos slėgiui, kabelį galima pakabinti silikoninėje alyvoje be trynimo ar ekscentriškumo. Silikoninę alyvą galima perdirbti. 1979 m. „Tengcang Electric Wire Company“ pradėjo gaminti 275 kV kryžminius{5}}polietileninius kabelius, naudodama du FZCV įrenginius, efektyviai išspręsdama aukštos įtampos techninę didelio skersinio-pjūvio-polietileno kabelių problemą. Dėl didelių investicinių išlaidų jis nebuvo plačiai reklamuojamas ir naudojamas.
Aukščiau pateiktuose cheminiuose kryžminio{0}}jungimo procesuose, atsižvelgiant į įvairius veiksnius, pakabinami kryžminiai-jungimo įrenginiai ir bokšto kryžminio-jungimo įrenginiai buvo plačiai naudojami gaminant plastikinius vidutinės ir (ypač) aukštos įtampos maitinimo kabelius. Taikant aukščiau pateiktus kryžminio susiejimo metodus, visi yra išorinio šildymo kryžminimo metodai. 1975 metais G. Mengeris iš Vakarų Vokietijos pasiūlė naudoti laidinį šildymą, kad sutrumpėtų skersinio susiejimo laikas. Jis eksperimentiškai įrodė, kad kiekvienai 1 milimetro storio polietileno izoliacijai skersinio susiejimo laikas yra apie 1 minutę. Todėl tai galima pasiekti tik sulėtinus vielos greitį arba padidinus kryžminio vamzdžio ilgį. Jei laidininko temperatūrai pakelti iki 200 laipsnių naudojama 1000 amperų srovė, kryžminio sujungimo laikas sutrumpėja 20 %. Šiuo metu daugelyje kryžminių{17}}gamybinių padalinių taikoma laidinio išankstinio šildymo technologija, kuri efektyviai pagerina gamybos efektyvumą ir pagerina izoliacijos kokybę.
2, silano kryžminimas
Silano kryžminimas, dar žinomas kaip šilto vandens kryžminis jungimas, buvo pasiūlytas ir sukurtas Dow Corning 1960 m. Jis taip pat žinomas kaip Siopla metodas, kuris yra silano skiepijimo kryžminimo procesas. Tai atliekama dviem etapais – skiepijimu ir ekstruzija, ir vadinama dviejų-pakopų silano skersiniu susiejimu. Pirmasis žingsnis yra izoliacinių medžiagų gamykla skiepyti ir išspausti silano skersinius ryšius sudarantį agentą ant pagrindinės medžiagos ekstruderyje, o susidariusios dalelės vadinamos A medžiaga (skiepijimo medžiaga). Tuo pačiu metu taip pat pateikiama pagrindinė medžiaga katalizatoriui ir dažikliui, vadinama B medžiaga. Antrasis veiksmas yra sumaišyti A ir B medžiagas tam tikru santykiu (pvz., A: B santykis 95:5), išspausti jas ant kabelio laidininko įprastu ekstruderiu, o tada įdėti į karšto vandens kryžminį baseiną 80–95 laipsnių kampu arba garų pirtyje, kad užbaigtumėte kryžminį{13}}jungimą. Šis procesas turi mažas investicijų sąnaudas ir gali būti apdorotas naudojant bendruosius ekstruderius. Medžiagos kaina yra vidutinė ir buvo plačiai naudojama.
Tačiau yra ir šių trūkumų:
(1) Skiepytas polietilenas yra linkęs anksti susijungti su oro drėgme, todėl sutrumpėja saugojimo laikas, kuris paprastai yra šeši mėnesiai.
(2) Skiepytojo polietileno ir katalizatoriaus pagrindinio mišinio mišinio laikymo laikas paprastai yra ne ilgesnis kaip 3 valandos, todėl maišant jį reikia išspausti.
(3) Dėl kelių maišymo etapų dviejų{1}}pakopų metodas yra linkęs į priemaišas ir daugiausia naudojamas gaminant izoliaciją kabeliams, kurių įtampa mažesnė nei 10 kV.
Siekdami įveikti Sioplas apribojimus, 1977 m. BICC iš JK ir Maillefer iš Šveicarijos bendradarbiavo kurdami vieno{1}}pakopio silano skersinio susiejimo procesą, dar žinomą kaip Monosil procesas, pagrįstą Dow Corning išrastu dviejų{2} etapų metodu. Jis matuoja ir maišo polietileno pagrindo medžiagas, antioksidantus ir skystą silaną vienu metu, derindamas skiepijimo reakciją ir katalizatoriaus pridėjimo procesą, ir naudoja ekstruderį, kurio ilgio ir skersmens santykis yra 30:1, kad izoliacija būtų išspausta ant kabelio laidininko. Izoliacijos sluoksnio skiepijimas ir išspaudimas užbaigiami vienu žingsniu, todėl jis vadinamas vieno-veiksmo metodu. Jis turi mažiausią medžiagų kainą, sumažina priemaišų užteršimo tikimybę ir gali labai pailginti medžiagų laikymo laiką. Tačiau šis procesas reikalauja didesnių investicijų į įrangą nei dviejų{10}}pakopų metodas ir reikalinga skysto silano padavimo sistema.
Tobulėjant medžiagų technologijoms, vieno -pakopinio silano skersinio susiejimo technologiją taip pat galima pritaikyti iš anksto tolygiai sumaišius polietileno pagrindu pagamintas medžiagas, antioksidantus ir skystą silaną naudojant didelio greičio maišytuvą ir sudėjus juos tam tikromis sąlygomis, kad pridėti antioksidantai ir skystas silanas galėtų visiškai prasiskverbti. Tada įprastus ekstruderius galima naudoti skiepijimui ir ekstruzijai užbaigti vienu ypu. Ekstruzijos proceso metu medžiagos temperatūra turi būti griežtai kontroliuojama, o medžiagos temperatūros reikalavimai turi būti aukšti, kad būtų užtikrinta, jog ekstruzijos proceso metu būtų atliktas silano skiepijimas. Išspausta izoliacinės vielos šerdis turi būti dedama į šilto vandens kryžminimo baseiną arba garų kambarį kryžminiam sujungimui; Jei ekstruzijos metu medžiagos temperatūra yra per žema ir skiepijimas nebaigtas, izoliacija po ekstruzijos negalės susijungti.
Devintajame dešimtmetyje Japonijos įmonė „Lingclone“ sukūrė kopolimerizaciją, pagrįstą dviejų{1}}pakopų ir{2}}vieno žingsnio metodų pranašumais. Kopolimerizacijos metodas taip pat yra silano kopolimero monomeras etileno trimetoksisilanas, tačiau taikant kitą procesą. Šio proceso metu organinis silanas neskiepijamas į polimero grandines, o polimerizacijos proceso metu įvedamas hidrolizuojamas silanas, kad būtų gautas lengvai apdorojamas silano kopolimeras. Šis metodas apima etileno kopolimerizavimą su silano kopolimero monomerais aukšto slėgio reaktoriuje. Šio proceso esmė yra ta, kad pasirinktuose kopolimero monomeruose turi būti nesočiųjų grupių, kurios gali reaguoti su etilenu ir sudaryti polimero grandines. Etileno silano kopolimero ir Sioplast skiepų junginio struktūra iš esmės yra tokia pati.
Dėl to, kad silano kopolimerai gaminami reakcijos inde, tai gali užtikrinti aukštą švarą ir taip pat išvengti peroksido likučių užteršimo problemos skiepijimo metu. Pagrindinis silano kopolimerų privalumas yra tas, kad vykstant polimerizacijos reakcijai dėl vienkartinio silano kopolimero monomerų-įvedimo pasiekiamas reguliarus kryžminių-gardelių pasiskirstymas, todėl reikalingas silano kiekis yra mažesnis nei reikia silano skiepytiems junginiams. Dėl pažangaus ir unikalaus kopolimerizacijos proceso pagaminta silanu susieto polietileno medžiaga turi šiuos privalumus:
(1) Geras laikymo stabilumas, kai laikymo laikas paprastai viršija vienerius metus, o tai yra geriau nei skiepijimo medžiagos.
(2) Apdorojant susietą polietileną kopolimerizacijos metodu, į jį susimaišo labai mažai laisvų medžiagų ir priemaišų, taip pagerinant kabelio izoliacijos savybes.
(3) Jis gali būti išspaustas įprastu ekstruderiu, turinčiu gerą gamybos proceso stabilumą.
Vėliau iš eilės buvo sukurti kietojo{0}}fazės-pakopos procesas ir kietėjimo silano procesas. Kietojo -fazės-veiksmo procesas apima silano įsiskverbimą ir absorbciją į PE pagrindu pagamintas medžiagas per nešiklius, tokius kaip balta suodžiai. Kietėjimo silano procesu siekiama pagerinti silano padavimo būdą. Skystas silanas gali būti adsorbuojamas ant porėto polipropileno arba PE plastiko, kad susidarytų kietas silanas. Abu procesai yra išvesti naudojant vieno-veiksmo metodus.
Tobulėjant medžiagų technologijoms, pagrįsta dviejų{0}}pakopų silano skersinio susiejimo technologija, buvo pristatyta silanu susieto polietileno izoliacinė medžiaga (taip pat žinoma kaip silaninė kambario temperatūros tinklinio polietileno izoliacinė medžiaga). Jo principas yra pagerinti pagrindinį katalizatoriaus mišinį (B medžiagą), pridedant sudėtinių vandens gamybos agentų ir efektyvių katalizatorių. Sumaišius skiepijamą medžiagą (A medžiaga) ir katalizinę medžiagą (B medžiaga) ir jas išspaudus, jas paprastai galima surišti po 2–7 dienų (jei aplinkos temperatūra aukšta ir įdėjimo laikas trumpas) patalpoje patalpoje, nereikalaujant kryžminimo šilto vandens kryžminimo baseine ar garinėje. Medžiagos kaina yra didelė, tačiau dėl gamybos patogumo tam tikru mastu ji taip pat buvo pritaikyta.
Atsižvelgiant į skirtingų silano skersinio susiejimo procesų ypatybes, medžiagų sąnaudas ir kitus veiksnius, vieno{0}}pakopų silano kryžminimo ir dviejų-pakopų silano kryžminimas buvo plačiai naudojamas. Be to, dviejų -pakopų silano skersinio susiejimo procesas, pasibaigus medžiagos A skiepijimo reakcijai, reikalauja žemos vielos šerdies izoliacijos ekstruzijos temperatūros, dėl kurios keičiasi gamybos specifikacijos. Vieno-veiksmo silano skersinio susiejimo procesas kainuoja mažai, o skiepijimas ir ekstruzija gali būti užbaigti vienu kartu. Ekstruzijos temperatūros reikalavimas yra didelis, o skiepijimas negali būti baigtas, jei medžiagos temperatūra neatitinka reikalavimų. Ekstruderyje nustatyta aukšta temperatūra, todėl dažnai išjungus ir keičiant specifikacijas gali susidaryti klinkeris, todėl jis tinkamas ilgų kabelių gyslų gamybai.
