Réticulation - convertissant les molécules linéaires de polyéthylène en une structure de réseau tridimensionnelle-par des méthodes physiques ou chimiques, améliorant ainsi leurs propriétés mécaniques et thermiques. Il existe deux principaux types d'isolants réticulés : la réticulation physique-et la réticulation chimique-.
La réticulation physique, également connue sous le nom de réticulation par irradiation, convient généralement aux câbles basse tension -avec une fine épaisseur d'isolation.
La réticulation chimique-est principalement divisée en deux types : la réticulation-au peroxyde et la réticulation-par greffage silane. Parmi eux, la réticulation au peroxyde-est utilisée pour l'isolation des câbles moyenne tension et (ultra) haute tension, tandis que la réticulation par greffage silane-est généralement utilisée pour les câbles réticulés basse tension conventionnels-.
Le processus de réticulation par irradiation-est principalement adapté à la fabrication de câbles spéciaux réticulés à basse tension-tension-, tels que les câbles de qualité nucléaire, les câbles à haute température de fonctionnement (la température de fonctionnement à long-terme peut atteindre 150 degrés), les fils et câbles réticulés-halogènes à faible fumée-ignifuges-, etc. En raison de l'influence de la technologie des matériaux et Pénétration du rayonnement y-, le procédé de réticulation par irradiation-n'est pas adapté à la fabrication de câbles moyenne tension et (ultra) haute tension.
La technologie de réticulation UV est une autre nouvelle technologie de réticulation développée après la réticulation chimique et la réticulation par irradiation. Il s'agit d'une réalisation d'innovation technologique développée de manière indépendante et bénéficiant de droits de propriété intellectuelle indépendants en Chine. Le principe de la réticulation ultraviolette consiste à utiliser la polyoléfine comme matière première principale et à ajouter une quantité appropriée de photoinitiateur. En irradiant avec de la lumière ultraviolette, le photoinitiateur absorbe des longueurs d'onde spécifiques de lumière ultraviolette pour générer des radicaux libres polyoléfiniques, qui subissent ensuite une série de réactions de polymérisation rapides pour produire des polyoléfines réticulées avec une structure de réseau tridimensionnelle -. Cela a ouvert une nouvelle voie pour la production de câbles réticulés et a été mis dans la fabrication de câbles réticulés basse tension-. Ce qui suit présente principalement la réticulation chimique.
1, réticulation au peroxyde
La méthode de réticulation au peroxyde est une méthode permettant d'induire la réticulation par ajout d'agents de réticulation. Il convient principalement à la fabrication de câbles d'alimentation isolés en polyéthylène réticulé avec des niveaux de tension nominale de 10 kV et plus et diverses sections transversales-.
(1) Réticulation à la vapeur (SCP)
La technologie de fabrication de réticulation à la vapeur est la méthode de réticulation la plus ancienne issue de la technologie de vulcanisation continue du caoutchouc. Cette méthode utilise de la vapeur à une certaine pression et température comme moyen de chauffage et de pressurisation pour réticuler le polyéthylène. La réticulation à la vapeur a été étudiée avec succès par GE en 1957, et la Sumitomo Electric Company au Japon a introduit cette technologie en 1959 et mise en production en 1960.
Au début, de la vapeur saturée était utilisée comme fluide, et la pression et la température à l'intérieur du tube de réticulation-étaient directement liées. Pour augmenter la température de la vapeur, il fallait en même temps augmenter la pression de la vapeur. Pour chaque augmentation de température de 10 degrés, la pression augmenterait d'environ 5 kg, ce qui rendrait difficile l'obtention d'une température suffisamment élevée et d'une consommation d'énergie élevée ; Plus tard, il a été développé pour augmenter la température de la vapeur en chauffant la paroi du tuyau réticulé (appelée vapeur surchauffée, qui ne nécessite pas d'augmentation de la pression pour augmenter la température), principalement utilisée dans les unités de vulcanisation du caoutchouc. En raison du contact direct entre la vapeur d'eau et le polyéthylène fondu à l'intérieur du tube réticulé, l'humidité s'infiltrera et se diffusera dans l'isolant. Pendant le processus de refroidissement du câble, la vapeur d'eau à l'intérieur de l'isolation atteint sa saturation et forme des micropores qui peuvent déclencher une décharge de dérivation après sa mise en service. C’est la faiblesse fatale de cette méthode. Ainsi, à partir des années 1960, de nouveaux procédés de réticulation à sec ont vu le jour.
(2) Méthode de réticulation infrarouge (RCP) et réticulation sèche
La méthode de réticulation infrarouge, également connue sous le nom de méthode de réticulation par rayonnement thermique (RCP), est un procédé de réticulation à sec inventé par Sumitomo Electric Company au Japon en 1967.
La méthode de réticulation des polymères par rayonnement infrarouge a été brevetée dès 1937 par General Electric (GE) en France pour la vulcanisation de produits en caoutchouc. En 1961, l'américain WR Grace a obtenu un brevet pour la fabrication d'un film de polyéthylène par irradiation infrarouge. Sumitomo Electric Company au Japon s'est inspirée des deux brevets ci-dessus et a déposé un brevet en juin 1966, dans lequel une couche de polyéthylène réticulé contenant un agent de réticulation au peroxyde organique était extrudée sur un conducteur et chauffée par rayonnement dans un gaz inerte à une pression de plus de 2 kg/cm² pour induire une réaction de réticulation dans le polyéthylène. En avril 1967, Sumitomo Electric Company a déposé un autre brevet, proposant que l'ensemble de l'unité de réticulation - se compose d'une section de chauffage par rayonnement, d'une section de refroidissement et d'une section de refroidissement par eau. La section de chauffage par rayonnement est divisée en deux zones, et chaque zone peut contrôler indépendamment la température. Au cours de la réaction de réticulation à long-terme-, une couche de saleté noire déposée avec du peroxyde s'est formée sur la paroi interne du tube de réticulation-, qui est un corps noir naturellement formé émettant un rayonnement infrarouge. Grâce aux progrès technologiques, le procédé RCP a progressivement été remplacé par le procédé général de réticulation à sec du chauffage électrique-. À l'heure actuelle, la technologie de réticulation en suspension et la technologie de réticulation en tour VCV sont largement utilisées.
Les parties de chauffage et de pré-refroidissement sont protégées par de l'azote gazeux. Dans le tube de réticulation chauffant-, la fonction principale de l'azote est d'agir comme un charbon de transfert de chaleur et de protéger la surface du polyéthylène de l'oxydation et de la dégradation à des températures plus élevées. Dans le même temps, une pression suffisante est appliquée à l'isolation pour empêcher ou minimiser l'apparition de lames d'air pendant le processus de réticulation. L'azote qui s'écoule peut également emporter une grande quantité d'eau évaporée de l'eau de refroidissement et de l'eau et des substances volatiles décomposées à partir des peroxydes au cours de la réaction de réticulation-. La fonction principale de l'azote dans la section de pré-refroidissement est de pré-refroidir la surface du noyau isolant du câble, permettant à la surface du noyau d'entrer dans la section de refroidissement par eau à une température plus basse, empêchant ainsi la contrainte interne de l'isolation provoquée par un refroidissement soudain du noyau et affectant la qualité du produit. Grâce à l'utilisation du chauffage électrique, la vitesse de production peut être augmentée en augmentant la température. Dans l'isolation en polyéthylène réticulé-, la teneur en humidité de la méthode de réticulation à sec-n'est que de 0,018 %, tandis que la teneur en humidité de la méthode de réticulation à la vapeur-atteint 0,29 %. Des tests ont montré que la résistance au claquage AC et la résistance aux chocs de l'isolation par méthode de réticulation à sec -sont supérieures à celles de la méthode de réticulation à la vapeur-.
L'équipement de production de réticulation sèche-comprend principalement deux types : les unités de réticulation-suspendues et les unités de réticulation à tour verticale-. L'unité de liaison croisée à tour verticale VCV-adopte une méthode d'extrusion verticale, plus propice au contrôle de l'excentricité de l'isolation épaisse.
(3) Réticulation des moisissures durables (MDCV)-
La réticulation de forme longue a été inventée par Anaconda Wire and Cable Company en 1959 et brevetée la même année, connue sous le nom de procédé MCP. Plus tard, en raison de la concurrence féroce dans l'industrie des fils et câbles, l'entreprise s'est retirée de la concurrence pour la fabrication de fils et câbles en polyéthylène réticulé, ce qui a empêché la mise en pratique de ce nouveau procédé. En 1971, Daihatsu Electric Wire and Cable Company et Mitsubishi Petrochemical Company ont collaboré pour acheter des brevets auprès d'Anaconda Corporation, permettant la mise en œuvre de cette méthode, connue sous le nom de MDCVI Art. En 1973, Daiichi Electric Wire and Cable Company a déposé une demande de brevet de procédé pour le MDCV. La signification originale de MDCV est « Méthode de réticulation continue Mitsubishi Daiichi », tandis que sa signification technique est la méthode de processus de réticulation à filière longue.
La méthode MDCV utilise un tube horizontal réticulé-, qui est installé à l'intérieur de la tête de l'extrudeuse. Le moule d'extrusion mesure 20 mètres de long. Lors de l'extrusion de l'âme métallique isolée, du lubrifiant est versé dans le tube pour réticuler le polyéthylène dans ce moule.
Les caractéristiques de la méthode MDCV sont un faible investissement en équipement, un faible encombrement, une fabrication stable de câbles de grande section, une vitesse de production comparable aux unités de réticulation -CCV, une qualité de produit stable et fiable. L'intensité du champ de claquage CA des câbles fabriqués à l'aide de ce procédé est de 60 % à 70 % supérieure à celle des câbles réticulés à vapeur-. Cependant, lorsqu'il s'agit de produire des câbles de spécifications différentes, l'ensemble du moule de support long doit être remplacé et la flexibilité n'est pas forte, il n'a donc pas été largement utilisé.
(4) Processus de réticulation au sel fondu sous pression (PLCV)
Cette méthode a été inventée par Careillo, une entreprise italienne. En août 1976, l'entreprise a collaboré avec General Engineering au Royaume-Uni pour rechercher l'utilisation de câbles électriques isolés en polyéthylène réticulé. En 1977, Gerard Smart de la British General Engineering Company publie cette réalisation et vend le premier équipement à la société britannique BICC. Le sel utilisé dans le système PLCV est le même que celui utilisé dans la méthode LCM de vulcanisation du caoutchouc. Par exemple, la formule du sel fondu est un mélange de sels inorganiques composé de 53 % de nitrate de potassium, 40 % de nitrite de sodium et 7 % de nitrate de sodium. Ce mélange fond à 145 degrés ~ 150 degrés et reste stable jusqu'à 540 degrés. Le tuyau réticulé à sel fondu-est scellé. Pendant le processus de fabrication du câble, une pression de (3-4) atmosphères est généralement appliquée et la température du sel fondu est comprise entre 200 degrés et 250 degrés. La section de refroidissement utilise également une méthode sous pression. En raison de la densité élevée du mélange de sels fondus, le problème du traînage de câbles lourds est résolu. Compte tenu de divers facteurs, ce procédé est adopté par la chaîne de production de vulcanisation de manchons en caoutchouc et est particulièrement adapté à la fabrication de câbles en caoutchouc lourds.
(5) Procédé de réticulation de l'huile de silicone (FZCV)
En 1979, Sadayoshi Kashima et d'autres de la Fujikura Electric Wire Company au Japon ont inventé le procédé de réticulation de l'huile de silicone (FZCV), qui utilise de l'huile de silicone sous pression comme matériau de chauffage et de refroidissement du charbon. Sous la pression de l'huile de silicone, le câble peut être suspendu dans l'huile de silicone sans frottement ni excentricité. L'huile de silicone peut être recyclée. Tengcang Electric Wire Company a commencé à produire des câbles en polyéthylène réticulé-de 275 kV à l'aide de deux unités FZCV en 1979, résolvant ainsi le problème technique à haute tension des câbles en polyéthylène à grande-section-liés en polyéthylène. En raison des coûts d’investissement élevés, il n’a pas été largement promu et utilisé.
Dans les processus de réticulation chimique-ci-dessus, compte tenu de divers facteurs, les unités de réticulation suspendues-et les unités de réticulation en tour-ont été largement utilisées dans la fabrication de câbles d'alimentation en plastique moyenne tension et (ultra) haute tension. Dans les procédés de réticulation ci-dessus, tous sont des procédés de réticulation par chauffage externe. En 1975, G. Menger d'Allemagne de l'Ouest a proposé d'utiliser le chauffage des conducteurs pour raccourcir le temps de réticulation. Il a prouvé expérimentalement que pour chaque isolant en polyéthylène de 1 millimètre d'épaisseur, le temps de réticulation est d'environ 1 minute. Par conséquent, ce n'est qu'en ralentissant la vitesse du fil ou en augmentant la longueur du tube de réticulation que l'on peut y parvenir. Si un courant de 1 000 ampères est utilisé pour élever la température du conducteur à 200 degrés, le temps de réticulation-est raccourci de 20 %. À l'heure actuelle, de nombreuses unités de production de réticulation -adoptent une technologie de préchauffage des conducteurs, ce qui améliore efficacement l'efficacité de la production et améliore la qualité de l'isolation.
2, réticulation silane
La réticulation au silane, également connue sous le nom de réticulation à l'eau chaude, a été proposée et développée par Dow Corning en 1960. Elle est également connue sous le nom de méthode Sioplas, qui est un processus de réticulation par greffage de silane. Elle s'effectue en deux étapes, greffage et extrusion, et est appelée réticulation silane en deux-étapes. La première étape consiste pour l'usine de matériaux isolants à greffer et à extruder l'agent de réticulation silane sur le matériau de base de l'extrudeuse, et les particules résultantes sont appelées matériau A (matériau de greffage). En même temps, un matériau mère pour catalyseur et colorant est également fourni, appelé matériau B. La deuxième étape consiste à mélanger les matériaux A et B dans un certain rapport (par exemple, rapport A : B de 95 : 5), à les extruder sur le conducteur du câble sur une extrudeuse ordinaire, puis à les placer dans une piscine de réticulation d'eau chaude-à 80 degrés ~ 95 degrés ou dans un hammam pour terminer la réticulation. Ce procédé présente un faible coût d'investissement et peut être traité à l'aide d'extrudeuses générales. Le prix du matériau est modéré et a été largement utilisé.
Mais il y a aussi les inconvénients suivants :
(1) Le polyéthylène greffé est sujet à une réticulation précoce-avec l'humidité de l'air, ce qui raccourcit la durée de stockage, qui est généralement de six mois.
(2) Le mélange de polyéthylène greffé et de mélange maître de catalyseur a généralement une période de stockage ne dépassant pas 3 heures, il doit donc être extrudé pendant le mélange.
(3) En raison des multiples étapes de mélange, la méthode en deux-étapes est sujette aux impuretés et est principalement utilisée dans la fabrication d'isolants pour câbles inférieurs à 10 kV.
Afin de surmonter les limites de Sioplas, en 1977, BICC du Royaume-Uni et Maillefer de Suisse ont collaboré pour développer un processus de réticulation du silane en une étape, également connu sous le nom de procédé Monosil, basé sur la méthode en deux étapes inventée par Dow Corning. Il mesure et mélange simultanément des matériaux à base de polyéthylène, des antioxydants et du silane liquide, combinant la réaction de greffage et le processus d'ajout de catalyseur, et utilise une extrudeuse avec un rapport longueur/diamètre de 30 : 1 pour extruder l'isolant sur le conducteur du câble. Le greffage et l'extrusion de la couche d'isolation s'effectuent en une seule étape, c'est pourquoi on l'appelle méthode en une-étape. Il présente le coût des matériaux le plus bas, réduit le risque de contamination par des impuretés et peut considérablement augmenter la période de stockage des matériaux. Cependant, ce processus nécessite un investissement en équipement plus important que la méthode en deux -étapes et nécessite un système d'alimentation en silane liquide.
Avec le développement de la technologie des matériaux, l'application de la technologie de réticulation du silane en une seule étape peut également être réalisée en mélangeant uniformément à l'avance des matériaux à base de polyéthylène, des antioxydants et du silane liquide à l'aide d'un mélangeur à grande vitesse-et en les plaçant dans certaines conditions pour permettre aux antioxydants et au silane liquide ajoutés de pénétrer complètement. Ensuite, des extrudeuses ordinaires peuvent être utilisées pour réaliser le greffage et l’extrusion en une seule fois. Pendant le processus d'extrusion, la température du matériau doit être strictement contrôlée et les exigences en matière de température du matériau doivent être élevées pour garantir que le greffage du silane est terminé pendant le processus d'extrusion. L'âme du fil isolant extrudé doit être placée dans une piscine de réticulation d'eau chaude ou dans un hammam pour la réticulation ; Si la température du matériau est trop basse pendant le processus d'extrusion et que le greffage n'est pas terminé, l'isolation après extrusion ne pourra pas se réticuler.
Dans les années 1980, la société japonaise Lingclone a développé la copolymérisation basée sur les avantages des méthodes en deux-étapes et en une-étape. La méthode de copolymérisation est également un copolymère de silane monomère éthylène triméthoxysilane, mais avec un procédé différent. Ce processus ne greffe pas d'organosilane sur des chaînes polymères, mais introduit du silane hydrolysable pendant le processus de polymérisation pour produire un copolymère de silane facilement traité. La méthode consiste à copolymériser de l'éthylène avec des monomères copolymères de silane dans un réacteur à haute -pression. La clé de ce processus est que les monomères copolymères sélectionnés doivent contenir un groupe insaturé capable de réagir avec l’éthylène pour former des chaînes polymères. La structure du copolymère d'éthylène silane et du composé de greffage Sioplas est fondamentalement la même.
Du fait que la production de copolymères de silane est réalisée dans un récipient de réaction, elle peut garantir une propreté élevée et également éviter le problème de contamination par des résidus de peroxyde lors du greffage. Le principal avantage des copolymères de silane est que pendant la réaction de polymérisation, la distribution régulière du réseau réticulé -est obtenue grâce à l'apport unique-de monomères de copolymères de silane, de sorte que la quantité requise de silane est inférieure à celle requise pour les composés greffés au silane. En raison du processus de copolymérisation avancé et unique, le matériau en polyéthylène réticulé au silane produit présente les avantages suivants :
(1) Bonne stabilité au stockage, avec une durée de stockage généralement supérieure à un an, ce qui est meilleur que les matériaux de greffage.
(2) Lors du traitement du polyéthylène réticulé -par méthode de copolymérisation, très peu de substances libres et d'impuretés sont mélangées, améliorant ainsi les performances d'isolation du câble.
(3) Il peut être extrudé sur une extrudeuse ordinaire avec une bonne stabilité du processus de fabrication.
Par la suite, un processus de-phase solide-en une étape et un processus de solidification au silane ont été développés successivement. Le processus en une étape-en phase solide-implique l'infiltration et l'absorption du silane dans des matériaux à base de PE via des supports tels que le noir de carbone blanc. Le processus de solidification du silane vise à améliorer la méthode d’alimentation en silane. Le silane liquide peut être adsorbé sur du polypropylène poreux ou des plastiques PE pour former du silane solide. Les deux processus sont dérivés de méthodes en une étape-.
Avec l'avancement de la technologie des matériaux, basée sur la technologie de réticulation du silane en deux étapes, un matériau isolant en polyéthylène auto-réticulé au silane (également connu sous le nom de matériau isolant en polyéthylène réticulé à température ambiante au silane) a été introduit. Son principe est d'améliorer le mélange maître du catalyseur (matériau B) en ajoutant des agents composites producteurs d'eau et des catalyseurs efficaces. Après avoir mélangé le matériau de greffage (matériau A) et le matériau catalytique (matériau B) et les avoir extrudés, ils peuvent généralement être réticulés après avoir été placés à l'intérieur pendant (2 à 7) jours (si la température ambiante est élevée et le temps de placement est court), sans avoir besoin de réticulation dans une piscine de réticulation d'eau chaude ou un hammam. Le coût des matériaux est élevé, mais en raison de la commodité de production, il a également été appliqué dans une certaine mesure.
Compte tenu des caractéristiques des différents processus de réticulation du silane, des coûts des matériaux et d'autres facteurs, la réticulation du silane en une-étape et la réticulation du silane en deux-étapes ont été largement utilisées. Parmi eux, le processus de réticulation du silane en deux étapes, en raison de l'achèvement de la réaction de greffage du matériau A, nécessite une faible température d'extrusion pour l'isolation de l'âme métallique, ce qui est propice à la modification des spécifications de production. Le processus de réticulation du silane en une étape-a un faible coût de matériau, et le greffage et l'extrusion peuvent être réalisés en une seule fois. L'exigence de température d'extrusion est élevée et le greffage ne peut pas être terminé si la température du matériau ne répond pas aux exigences. L'extrudeuse est réglée à une température élevée, et des arrêts fréquents et des changements de spécifications peuvent entraîner la formation de clinker, ce qui la rend adaptée à la production de longues âmes de câbles.
