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過(guò)氧化物交聯(lián)

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2022-11-26

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過(guò)氧化物交聯(lián)法是通過(guò)加入交聯(lián)劑而引發(fā)交聯(lián)的方法。它主要優(yōu)點(diǎn)是適合各種電壓等級(jí)和各種截面的交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜生產(chǎn)，特別是35kV及以上的中高壓電纜。

1．蒸汽交聯(lián)(SCP)

蒸汽交聯(lián)制造技術(shù)是以橡皮連續(xù)硫化技術(shù)為背景演化而來(lái)的一種最“古老”的交聯(lián)方法。此方法是以壓力為15～20kg/cm2，溫度180～200℃的過(guò)熱水蒸汽為加熱和加壓媒質(zhì)，使聚乙烯實(shí)現(xiàn)交聯(lián)。蒸汽交聯(lián)是美國(guó)GE公司于1957年研究成功的。日本住友電氣公司于1959年引進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù)，并于1960年投產(chǎn)。

由于水蒸汽在交聯(lián)管內(nèi)直接與熔融狀態(tài)的聚乙烯接觸，水份會(huì)向絕緣內(nèi)滲透擴(kuò)散。在電纜冷卻過(guò)程中，絕緣內(nèi)部的水蒸汽達(dá)到飽和狀態(tài)而形成微孔，繼而引發(fā)樹(shù)枝放電。這是此方法的致命弱點(diǎn)。此外交聯(lián)管內(nèi)的壓力與溫度直接相關(guān)。要提高溫度，必須同時(shí)增大壓力。溫度每升高10℃，壓力將要增大5kg，這實(shí)際上是不可能的。況且，蒸汽交聯(lián)每小時(shí)需要蒸汽200～300公斤，折合電能200～300kW。于是，六十年代起，又出現(xiàn)了一些新的干式交聯(lián)工藝。

2．紅外線交聯(lián)法(RCP)與干式交聯(lián)

紅外線交聯(lián)法也叫做熱輻射交聯(lián)法(RCP)，是日本住友電氣公司于1967年發(fā)明的一種干式交聯(lián)工藝。

用紅外線使聚合物交聯(lián)的方法，早在1937年法國(guó)通用電氣公司(GE)就已取得了專利，用于橡膠制品硫化。1961年美國(guó)格雷(w．R．Grace)取得了用紅外線輻照法制造聚乙烯薄膜的專利。日本住友電氣公司從上述兩件專利受到啟發(fā)，1966年6月申請(qǐng)了一件專利，是在導(dǎo)體上擠包一層含有有機(jī)過(guò)氧化物交聯(lián)劑的交聯(lián)聚乙烯，再加2kg/cm2以上壓力的惰性氣體輻射加熱，使聚乙烯發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。

1967年4月，住友電氣公司又申請(qǐng)了一份專利，提出整個(gè)交聯(lián)機(jī)組由輻射加熱部分、予冷卻部分和水冷卻部分組成，輻射加熱部分分成兩個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域能各自獨(dú)立控制溫度。在長(zhǎng)期交聯(lián)反應(yīng)過(guò)程中，交聯(lián)管內(nèi)壁形成了一層過(guò)氧化物沉積的黑色污垢，這就是一層自然形成的紅外線發(fā)射的黑體，在其它國(guó)家RCP工藝就為一般電熱干式交聯(lián)工藝所代替，稱CCV懸掛式交聯(lián)工藝

加熱和預(yù)冷卻部分用氮?dú)獗Ｗo(hù)。在加熱交聯(lián)管內(nèi)，氮?dú)獾闹饕饔檬亲鳛閭鳠崦劫|(zhì)，保護(hù)聚乙烯在較高溫度下表面不發(fā)生氧化降解，對(duì)絕緣施加壓力可使不發(fā)生或少發(fā)生氣隙，流動(dòng)的氮?dú)膺€可帶走大量的由冷卻水揮發(fā)出來(lái)的水分和交聯(lián)反應(yīng)中過(guò)氧化物分解出來(lái)的水分。

在預(yù)冷卻部分氮?dú)獾闹饕饔檬菍?duì)電纜絕緣線芯表面進(jìn)行預(yù)冷卻，使線芯表面在較低的溫度下進(jìn)入水冷卻部分，從而防止線芯驟冷和水侵入絕緣內(nèi)。由于采用電加熱，故可以用提高溫度的方法提高生產(chǎn)速度。交聯(lián)聚乙烯絕緣中，含水量?jī)H為0．018％，而蒸汽交聯(lián)的含水量達(dá)O．29％；交流和沖擊擊穿強(qiáng)度比蒸汽交聯(lián)高50％；最大場(chǎng)強(qiáng)可達(dá)7kV／mm，而蒸氣交聯(lián)只有5kV／mm。

3．長(zhǎng)承模(MDCV)交聯(lián)

長(zhǎng)承模交聯(lián)是美國(guó)阿納康達(dá)電線電纜公司(Ana．conda)于1959年發(fā)明的，同年便申請(qǐng)了專利，稱為MCP工藝。后來(lái)由于電線電纜行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)十分激烈，該公司退出了交聯(lián)聚乙烯電纜制造競(jìng)爭(zhēng)，而使這種新工藝未能付諸實(shí)用。1971年大日本電線電纜公司和三菱石油化學(xué)公司合作，購(gòu)買了阿納康達(dá)公司的專利，使此法得以實(shí)現(xiàn)，稱為MDCV工藝。1973年大日日本電線電纜公司申請(qǐng)了MDCV工藝的專利。MDCV的原文含義是“三菱一大日連續(xù)交聯(lián)法”，而技術(shù)上的含義是長(zhǎng)承模交聯(lián)工藝法。

MDCV法采用水平式交聯(lián)管。此交聯(lián)管緊裝在擠出機(jī)頭上。擠出模子長(zhǎng)達(dá)20米。擠出絕緣線芯時(shí)，向管內(nèi)充入潤(rùn)滑油，并使聚乙烯在此模具內(nèi)發(fā)生交聯(lián)。

MDCV法的特點(diǎn)是設(shè)備投資少。占地面積小，能穩(wěn)定地生產(chǎn)大截面電纜，生產(chǎn)速度與CCV交聯(lián)機(jī)組相當(dāng)，產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高，電纜的交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)比蒸汽交聯(lián)電纜高60％～70％。不過(guò)，當(dāng)需要生產(chǎn)不同規(guī)格的電纜時(shí)，要更換整個(gè)長(zhǎng)承模，靈活性不強(qiáng)，因此在世界上推廣不快。

4．加壓熔鹽交聯(lián)(PLCV)工藝

此方法最初是由意大利卡萊羅公司(Careillo)發(fā)明。1976年8月，該公司與英國(guó)通用工程公司合作研究，使之用于制造交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜。1977年英國(guó)通用工程公司的杰拉樂(lè)德·斯馬特(Gerald Smaa_rt)發(fā)表了這項(xiàng)成果，并向英國(guó)BICC公司出售了第一臺(tái)設(shè)備。PLCV系統(tǒng)中所用的鹽與橡皮硫化的LCM法所用的鹽一樣，是由53％的硝酸鉀、40％的亞硝酸鈉和7％的硝酸鈉組成的無(wú)機(jī)鹽混合物。

這種混合物在145～150℃時(shí)熔化，直到540℃時(shí)，性能仍然穩(wěn)定。熔鹽交聯(lián)管是密封的，并加3—4大氣壓的壓力，熔鹽溫度200～250℃。冷卻段也采用加壓方式。熔鹽段長(zhǎng)度40m，冷卻段長(zhǎng)20m。熔鹽的傳熱性好，故生產(chǎn)速度快。產(chǎn)品質(zhì)量好，生產(chǎn)成本為罐式硫化的31～34％，耗電量為蒸汽連續(xù)硫化的14．5％。該工藝現(xiàn)已較多地用在橡套生產(chǎn)線中。

5．硅油交聯(lián)(FZCV)工藝

1979年、日本藤倉(cāng)電線公司的鹿間貞吉等人發(fā)明了硅油交聯(lián)(FZCV)。此方法用加壓硅油作為加熱和冷卻媒質(zhì)。在硅油的壓力作用下，電纜可懸浮在硅油中而不致擦管和偏芯。硅油的壓力和溫度可循環(huán)使用。藤倉(cāng)電線公司于1979年開(kāi)始用兩臺(tái)FZCV機(jī)組生產(chǎn)275kV交聯(lián)聚乙烯電纜，一舉解決了用懸掛式交聯(lián)機(jī)組生產(chǎn)大截面交聯(lián)聚乙烯電纜高壓技術(shù)問(wèn)題。雖然FZCV機(jī)組的成本較高，但仍比建造立塔和交聯(lián)設(shè)備經(jīng)濟(jì)。

在上述交聯(lián)方法中，均為外部加熱式交聯(lián)方法。1975年西德的門奇(G．Menger)提出通過(guò)導(dǎo)體加熱法來(lái)縮短交聯(lián)時(shí)間。他用實(shí)驗(yàn)證明，每1毫米厚的聚乙烯絕緣，交聯(lián)時(shí)間約1分鐘。這樣，只有減慢出線速度或增大交聯(lián)管長(zhǎng)度才行。若用1000安培的電流使導(dǎo)體溫度升高到200℃，則交聯(lián)時(shí)間縮短20％。

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