Печать
Опубликовано: 02 апреля 2014 02 апреля 2014
Просмотров: 5515 5515

 Сшитый полиэтилен (XLPE, cross-linked polyethylene), т.е. имеющий поперечные связи в структуре, отличается более высокой нагревостойкостью по сравнению с  термопластичным полиэтиленом, при этом электрические характеристики у них одинаковые. Это обуславливает широкое распространение сшитого полиэтилена в качестве изоляции силовых кабелей.

 

Существуют два разных способа сшивания полиэтилена:

1.  Радиационный метод, при котором ионизирующее излучение вызывает образование в материале макрорадикалов, при их взаимодействии друг с другом образуется «сшитая» структура.

2.При химическом методе активные макрорадикалы возникают в результате реакции молекул полиэтилена с неустойчивыми органическими соединениями. Различают пероксидное сшивание – взаимодействие в этом случае происходит с перекисями, либо силанольное – с силаносодержащими веществами.

В кабельной промышленности в основном используется химический метод сшивки.

 

Пероксидное сшивание.

При этой технологии на специальных наклонных или вертикальных линиях происходит непрерывное трёхслойное экструзионное наложение изоляции – полупроводящего экрана по жиле, собственно изоляции и полупроводящего экрана по изоляции – с последующей их сшивкой в вулканизационной трубе при температуре 250-3000С в среде инертного газа (азота). Азот при высокой температуре и давлении не окисляет и не приводит к деградации изоляции.

 

Пероксиды, в основном перекись дикумила, вводятся в полиэтилен перед процессом экструзии, либо непосредственно во время нее. В вулканизационной трубе, под действием тепла, в полиэтилене происходит распад перекиси с образованием двух радикалов:

 


 

Эти радикалы, взаимодействуют с молекулами полиэтилена, отрывая у них атом водорода, в результате чего образуется макрорадикал:

 


 

Образование поперечных связей (непосредственно «сшивка») происходит при взаимодействии соседних макрорадикалов:

 


 

 При этом методе сшивания образуются побочные продукты деления, в основном ацетофенон и метил. Они либо испаряются со временем, либо удаляются при помощи дегазации в термокамере. Остающиеся после удаления побочных продуктов воздушные пустоты ухудшают электрические характеристики XLPE, но большинство пустот имеет размеры, которые не вызывают резкого снижения долговечности кабелей.

 

Силанольное сшивание.

При силанольной сшивке в полимерные цепочки полиэтилена вводятся химические соединения на основе силана, формирующие поперечные связи только под воздействием воды (пар или горячая вода). Технологический процесс разделен на две этапа – экструзии изоляции на обычной горизонтальной линии и ее последующего сшивания в водяной среде.

Рассмотрим процесс сшивки винилтриметоксисиланом:

 

 

 

Реакция проходит обычно в присутствии перекиси дикумила, что обеспечивает отрыв атома водорода от молекулы полиэтилена при температуре 160-1700С:

 


 

Далее в присутствии воды и катализатора протекает реакция гидролиза и сшивка:

 


 

Этот метод значительно дешевле по сравнению с пероксидной технологией.

 

Принципиальным отличием от пероксидного сшивания является наличие в получаемом сшитом полиэтилене продуктов деления реакции, которые образуют поперечные связи в материале. Кроме этого, сшивка в водной среде может приводить к последующему образованию водных триингов в изоляции. Являясь инородными, все эти включения будут приводить к ускоренному старению изоляции кабелей.

В настоящее время, основываясь на многолетних исследованиях и опыте эксплуатации, ведущие специалисты считают, что кабели на номинальное напряжение 10 кВ при четком соблюдении технологии силанольной сшивки не уступают кабелям с пероксидно-сшитой изоляцией. Но параллельно этому существует другое мнение, что при массовом производстве невозможно добиться стабильных параметров полиэтилена с силанольной сшивкой, поскольку производитель должен четко соблюдать время выдержки изоляции в водной среде, которое зависит от ее толщины, ни в коем случае не сокращая его, иначе это негативно скажется на электрических свойствах XLPE. И более надежной эксперты все же признают изоляцию из пероксидно-сшитого полиэтилена. С применением данной технологии производят кабели на напряжение 6-500 кВ.