北京朝阳电缆厂分享电力电缆的交联方法

北京朝阳电缆厂分享电力电缆的交联方法
交联绝缘虽然种类繁多，但主要分为物理交联和化学交联。物理交联又称辐照交联，一般适用于绝缘厚度较薄的低压电缆。中高压电缆一般采用过氧化物交联，即将线性分子进行化学交联并转化为立体网络结构。化学交联可分为过氧化物交联和硅烷接枝交联。辐照聚乙烯的交联度约为70%，而化学交联的交联度为70-90%。
1） 辐照交联
1960年，rachem开发了辐射交联电缆。这种方法不需要添加交联剂。20世纪50年代初，美国发现了利用放射性同位素、反应堆废料、反应堆辐射本身以及电子加速器产生的能量来交联聚乙烯。结果表明，北京朝阳电缆厂只有电子加速器产生的高能射线才具有足够的强辐射功率和辐射效率，才能用于电线电缆的制造。
对聚合物链上若干自由基的辐照称为聚合物链上若干自由基的辐照。这种接触非常活跃，可以交叉连接两个或多个线性分子。辐照交联一般适用于绝缘厚度较薄的低压电缆。其主要优点如下：
（1） 速度快，占地面积小；
（2） 可加工材料有很多种，如PE、PVC、CPE、PP等，几乎所有的聚合物都有；
（3） 产品具有较好的耐热性、耐磨性和较高的电气性能，可阻燃；
（4） 低功耗。
但也存在一些问题
（1） 设备一次性投资大；
（2） 反复辐照后，电缆弯曲次数过多，不适合10kV及以上电缆。主要适用于电力设备电缆，也适用于小截面电缆和10kv-10kv架空电缆。
（3） 设备运转率低。
2） 过氧化物交联
过氧化物交联是一种添加交联剂的交联方法。其主要优点是适用于各种电压等级和截面的交联聚乙烯绝缘电力电缆，特别是35kV及以上的中高压电缆。
1蒸汽交联（SCP）
蒸汽交联技术是在橡胶连续硫化技术基础上发展起来的古老的交联方法之一。该方法以压力为15-20kg/cm2，温度180-200℃的过热蒸汽作为加热和加压介质，实现聚乙烯的交联。1957年，通用电气公司成功地开发了蒸汽交联技术。住友电气公司于1959年引进这项技术，并于1960年投入。
由于水蒸气与交联管中的熔融聚乙烯直接接触，水会渗透并扩散到绝缘层中。在电缆冷却过程中，绝缘层中的水蒸气达到饱和状态，形成微孔，形成分支放电。这是这种方法的致命弱点。歧管中的温度与压力直接相关。在升温的同时，**提高压力。温度每升高10℃，压力就会增加5公斤，这实际上是不可能的。此外，蒸汽交联每小时需要200-300千克蒸汽，相当于200-300千瓦的电能。因此，自20世纪60年代以来，出现了一些新的干法交联工艺。
2红外交联（RCP）和干法交联
红外交联，又称热辐射交联（RCP），是住友电气公司1967年发明的一种干法交联工艺。
用红外线交联聚合物的方法在1937年被通用电气用于橡胶制品的硫化。1961年，w.r.grace获得了红外辐射聚乙烯薄膜的。受上述两项的启发，日本住友电气株式会社于1966年6月申请了一项，即在导体上挤出一层含有有机过氧化物交联剂的交联聚乙烯，然后加入压力大于2kg/cm2的惰性气体辐射加热，使聚乙烯交联。
1967年4月，住友电气公司申请了另一项，提出整个交联单元由辐射加热部分、预冷部分和水冷部分组成。辐射加热部分分为两个区域，每个区域可独立控制温度。在长期交联反应过程中，交联管内壁形成一层由过氧化物沉积的黑色污垢，这是一层自然形成的红外发射黑体。在国外，RCP工艺被普通的电热干法交联工艺所取代，称为CCV悬浮交联法
加热和预冷部件用氮气保护。在加热交联管中，氮气的主要作用是作为传热介质，保护聚乙烯表面在高温下不发生氧化降解。施加在绝缘层上的压力可以防止或减少气隙的发生。流动的氮气还可以带走大量冷却水挥发的水和交联反应中过氧化物分解的水。
在预冷部分，氮气的主要作用是对电缆绝缘芯线表面进行预冷，使芯线表面能以较低的温度进入水冷部分，防止芯线突然冷却和水侵入绝缘层。由于采用电加热，提高温度可以提高速度。结果表明，交联聚乙烯绝缘的含水率仅为0.018%，而蒸汽交联绝缘的含水率为0.29%，交流击穿强度和冲击击穿强度比蒸汽交联高50%，场强为7kv/mm，而蒸汽交联的场强仅为5kV/mm。
三。Mdcv交联
长模交联是由ana发明的。康达在1959年。同年，该公司申请了一项名为MCP工艺的。后来，由于电线电缆行业竞争激烈，公司退出了交联聚乙烯电缆制造的竞争，这一新工艺没有付诸实施。1971年，日本电线电缆公司与三菱石化公司合作，购买了蟒蛇公司的，实现了这一方法，即mdcv法。1973年，日本电线电缆公司申请了mdcv工艺。mdcv的原意是“三菱dairi连续交联法”，其技术含义是长模交联工艺。
Mdcv法采用水平交联管。交联管紧密地安装在挤出机机头上。挤出模具长20米。挤压绝缘芯时，管道内填充润滑油，聚乙烯在模具中交联。
Mdcv法具有设备投资少的特点。占地面积小，可稳定大截面电缆。交联速度等于交联单元的速度。产品质量明显提高。电缆的交流击穿场强比蒸汽交联电缆高60%-70%。然而，北京朝阳电缆厂当需要不同规格的电缆时，更换整个长轴承模具是不灵活的，因此在国际上没有迅速的推广。
4加压熔盐交联工艺
这种方法初是由意大利的卡里略发明的。1976年8月，公司与英国通用工程公司合作研究并应用于XLPE绝缘电力电缆的制造。1977年，通用电气公司的杰拉尔德·斯马亚（Gerald Sma）公布了这一结果，并将**台设备卖给了BICC。PLCV系统中使用的盐是由53%的硝酸钾、40%的亚硝酸钠和7%的硝酸钠组成的无机盐混合物。
混合物在145-150℃熔化，在540℃保持稳定。熔盐交联管密封，施加3～4大气压，熔盐温度200～250℃。冷却段也加压。熔盐段长度40m，冷却段长度20m，熔盐传热良好，速度快。产品质量好，成本为罐式硫化的31-34%，电耗为蒸汽连续硫化的14.5%。该工艺已广泛应用于橡胶套线。
5Fzcv工艺
1979年，日本藤仓电线公司等发明了硅油交联剂。该方法使用加压硅油作为加热和冷却介质。在硅油的压力下，电缆可以悬浮在硅油中，而不会摩擦管芯。硅油的压力和温度可以循环使用。藤仓电线公司于1979年开始275kv交联聚乙烯电缆，采用两台fzcv机组，解决了用悬挂式交联机组大型交联聚乙烯电缆的高压技术难题。虽然fzcv装置的成本较高，但仍然比建造垂直塔和交联设备更经济。
在上述交联方法中，均为外加热交联法。1975年，西德G.Menger提出用传导加热法缩短交联时间。他用实验证明，每1毫米厚的聚乙烯绝缘层，交联时间约为1分钟。这样，只需降低出口速度或增加交联管长度即可。当导体温度提高到200℃时，交联时间缩短20%。
在预冷部分，氮气的主要作用是对电缆绝缘芯线表面进行预冷，使芯线表面能以较低的温度进入水冷部分，防止芯线突然冷却和水侵入绝缘层。由于采用电加热，提高温度可以提高速度。结果表明，交联聚乙烯绝缘的含水率仅为0.018%，而蒸汽交联绝缘的含水率为0.29%，交流击穿强度和冲击击穿强度比蒸汽交联高50%，场强为7kv/mm，而蒸汽交联的场强仅为5kV/mm。
三。Mdcv交联
长模交联是由ana发明的。康达在1959年。同年，该公司申请了一项名为MCP工艺的。后来，由于电线电缆行业竞争激烈，公司退出了交联聚乙烯电缆制造的竞争，这一新工艺没有付诸实施。1971年，日本电线电缆公司与三菱石化公司合作，购买了蟒蛇公司的，实现了这一方法，即mdcv法。1973年，日本电线电缆公司申请了mdcv工艺。mdcv的原意是“三菱dairi连续交联法”，其技术含义是长模交联工艺。
Mdcv法采用水平交联管。交联管紧密地安装在挤出机机头上。挤出模具长20米。挤压绝缘芯时，管道内填充润滑油，聚乙烯在模具中交联。
Mdcv法具有设备投资少的特点。占地面积小，可稳定大截面电缆。交联速度等于交联单元的速度。产品质量明显提高。电缆的交流击穿场强比蒸汽交联电缆高60%-70%。然而，当需要不同规格的电缆时，更换整个长轴承模具是不灵活的，因此北京朝阳电缆厂在国际上没有迅速的推广。
4加压熔盐交联工艺
这种方法初是由意大利的卡里略发明的。1976年8月，公司与英国通用工程公司合作研究并应用于XLPE绝缘电力电缆的制造。1977年，通用电气公司的杰拉尔德·斯马亚（Gerald Sma）公布了这一结果，并将**台设备卖给了BICC。PLCV系统中使用的盐是由53%的硝酸钾、40%的亚硝酸钠和7%的硝酸钠组成的无机盐混合物。
混合物在145-150℃熔化，在540℃保持稳定。熔盐交联管密封，施加3～4大气压，熔盐温度200～250℃。冷却段也加压。熔盐段长度40m，冷却段长度20m，熔盐传热良好，速度快。产品质量好，成本为罐式硫化的31-34%，电耗为蒸汽连续硫化的14.5%。该工艺已广泛应用于橡胶套线。
5Fzcv工艺
1979年，日本藤仓电线公司等发明了硅油交联剂。该方法使用加压硅油作为加热和冷却介质。在硅油的压力下，电缆可以悬浮在硅油中，而不会摩擦管芯。硅油的压力和温度可以循环使用。藤仓电线公司于1979年开始275kv交联聚乙烯电缆，采用两台fzcv机组，解决了用悬挂式交联机组大型交联聚乙烯电缆的高压技术难题。虽然fzcv装置的成本较高，但仍然比建造垂直塔和交联设备更经济。
在上述交联方法中，均为外加热交联法。1975年，西德G.Menger提出用传导加热法缩短交联时间。他用实验证明，每1毫米厚的聚乙烯绝缘层，交联时间约为1分钟。这样，只需降低出口速度或增加交联管长度即可。当导体温度提高到200℃时，交联时间缩短20%。
3、 硅烷交联
硅烷交联，也称为温水交联，是由道康宁公司于1960年提出并开发的，也称为sioplas工艺。它将接枝和挤出分为两个步骤。**步，绝缘材料厂将硅烷交联剂与基材在挤出机上接枝并挤出造粒。这种材料称为材料a，也提供催化剂的母体，着色剂材料B称为材料B。**步是将材料a和B按95:5的比例混合。在普通挤出机中挤压在电缆导体上，在70℃～90℃温水中交联。也可在蒸汽室交联。该工艺投资成本低，可采用普通挤出机加工，且原料价格适中，应用广泛。
但它有以下缺点：（1）接枝聚乙烯易与空气中的水分交联，缩短了贮存时间，一般为半年。（2） 接枝聚乙烯与催化剂母粒混合物的贮存寿命一般小于3h，因此需要同时混合挤出。（3） 两步法只能用于10kV及以下电缆绝缘的制造，因为多次混合容易使杂质混合。
为了克服sioplas的局限性，1977年，BICC和瑞士Maillefer公司在道康宁公司发明的两步法的基础上，合作发明了一种一步法硅烷交联工艺，也称为单晶硅法。它同时测量并混合聚乙烯基材、抗氧剂和液体硅烷，即将接枝反应和添加催化剂的过程结合起来，用长径比为30:1的挤出机将绝缘层挤压在电缆导体上，即：，绝缘层的接枝和挤出是一步完成的，故称之为一步法。其材料成本，杂质污染的几率降低，可大大提高材料的贮存寿命。北京朝阳电缆厂但该工艺难度大，设备投资比两步法工艺大，需要配备一套液态硅烷进料系统。
20世纪80年代，日本三菱克隆公司利用两步法和一步法的优点，开发出了共聚法。共聚方法也采用硅烷共聚单体乙烯基三甲氧基硅烷，但所用工艺不同。本发明的方法不是将有机硅烷接枝到聚合物链上，而是在聚合过程中引入可水解的硅烷，易于加工的硅烷共聚物。该方法是在高压反应器中使乙烯与硅烷共聚单体共聚。这一过程的关键在于，所选的共聚单体**含有能与乙烯反应的聚合物链的不饱和基团。乙烯基硅烷共聚物与sioplas接枝物的结构基本相同。
由于硅烷共聚物是在反应器中制造的，它确保了高清洁度，并避免了在接枝过程中过氧化物残留物的污染。硅烷共聚物更重要的优点是，由于硅烷共聚单体的一次性输入，交联晶格分布规则，所需的硅烷量比硅烷接枝物低。由于先进独特的共聚工艺。所制备的硅烷交联聚乙烯具有以下优点：
（1） 具有良好的贮存稳定性，贮存时间一般在一年以上，而接枝产物仅能维持6个月。
（2） 在共聚交联聚乙烯过程中，由于游离物和杂质较少，提高了电缆的绝缘性能和机械性能。
（3） 在普通挤出机上加工时，气体产生量少，成型稳定性好。
随后，又相继发展了固相一步法和硅烷固化法。固相一步法是通过白炭黑等载体将硅烷吸附到聚乙烯基体中。固化硅烷工艺是为了改善硅烷的进料方式，液态硅烷可以吸附在多孔聚丙烯塑料或聚乙烯塑料中形成固化的硅烷。两者都是一步推导出来的。近，市场上出现了50%共聚物和50%基材的共混物，在中国也了广泛的应用。
目前，硅烷交联法的方法有七种，其中衍生出三种。在这七种方法中，除单晶硅一步法工艺设备投资较大、共聚物材料价格较高外，其余均可采用原设备，北京朝阳电缆厂具有工艺简单、收率高、成本低等优点。