过氧化物交联
发布时间：
2022-11-26
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过氧化物交联法是一种通过添加交联剂来引发交联的方法。其主要优点是适用于生产各种电压等级和各种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)
蒸汽交联制造技术是从橡胶连续硫化技术背景发展而来的最“古老”的交联方法之一。该方法采用压力为15～20kg/cm2、温度为180～200℃的过热热水蒸汽作为加热和加压介质来交联聚乙烯。蒸汽交联于1957年由GE成功研制。日本住友电气工业株式会社于1959年引进该技术，1960年开始生产。
由于水蒸气与交联管内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，绝缘层内的水蒸气达到饱和状态并形成微孔，进而导致分支放电。这是这种方法的致命弱点。此外，交联管内的压力与温度直接相关。要提高温度，必须同时提高压力。每提高10℃，压力就要增加5kg，这在实践中是不可能的。此外，蒸汽交联每小时需要200～300kg蒸汽，相当于200～300kW的电能。因此，自60年代以来，出现了一些新的干法交联工艺。
2. 红外交联法 (RCP) 和干法交联
红外交联法，也称为热辐射交联法(RCP)，是由日本住友电气工业株式会社于1967年发明的一种干法交联工艺。
早在1937年，法国通用电气公司(GE)就获得了利用红外线交联聚合物的专利，用于橡胶制品的硫化。1961年，美国葛雷(W. Gray)获得了利用红外线照射制造聚乙烯薄膜的专利。日本住友电气工业株式会社受到上述两项专利的启发，于1966年6月申请了一项专利，该专利是在导体上挤压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的惰性气体进行辐射加热，使聚乙烯发生交联反应。
1967年4月，住友电气工业株式会社又申请了一项专利，提出整个交联组由辐射加热部分、冷却部分和水冷部分组成，辐射加热部分分为两个区域，每个区域可以独立控制温度。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，在其他国家RCP工艺被通用电加热干法交联工艺所取代，称为CCV悬挂式交联工艺
加热和预冷部分用氮气保护。在加热交联管中，氮气的主要作用是作为传热介质，保护聚乙烯表面在较高温度下免受氧化降解，对绝缘层施加压力，使之不产生或少产生气隙，流动的氮气还可以带走冷却水汽化和交联反应中过氧化物分解产生的大量水分。
氮气在预冷部分的主要作用是预冷电缆绝缘芯的表面，使芯线表面以较低的温度进入水冷部分，从而防止芯线淬火和水侵入绝缘层。由于采用电加热，可以通过提高温度来提高生产速度。在交联聚乙烯绝缘中，含水量仅为0.018%，而蒸汽交联的含水量为O.29%；交流和冲击击穿强度比蒸汽交联高50%；最大场强可达7kV/mm，而蒸汽交联仅为5kV/mm。
3. 长轴承模具 (MDCV) 交联
长轴承模具交联法由阿纳康达电线电缆公司(Ana.conda)于1959年发明，同年获得专利，称为MCP工艺。后来，由于电线电缆行业的激烈竞争，该公司退出了交联聚乙烯电缆制造的竞争，这项新工艺没有得到实际应用。1971年，大日本电线株式会社和三菱石油化学株式会社合作从阿纳康达公司购买专利，使该方法得以实现，称为MDCV工艺。1973年，大日本电线株式会社申请了MDCV工艺的专利。MDCV的原意是“三菱一日连续交联法”，技术意义是长轴承模具交联工艺方法。
MDCV法采用水平交联管。该交联管紧密安装在挤出机头上。挤出模具长达20米。挤出绝缘芯时，管内充满润滑油，聚乙烯在此模具中交联。
MDCV法的特点是投资少，占地面积小，能稳定生产大截面电缆，生产速度与CCV交联组相当，产品质量显著提高，电缆的交流击穿场强比蒸汽交联电缆高60%～70%。但当需要生产不同规格的电缆时，需要更换整个长轴承模具，灵活性不强，因此在世界上推广速度不快。
4. 加压熔融盐交联 (PLCV) 工艺
该方法最初由意大利Careillo公司发明。1976年8月，该公司与英国通用工程公司合作，研究用于制造交联聚乙烯绝缘电力电缆。1977年，通用工程公司的Gerald Smaa_rt发表了这项工作，并将第一套设备卖给了英国BICC公司。PLCV系统中使用的盐，与橡胶硫化LCM法中使用的盐一样，是由53%硝酸钾、40%亚硝酸钠和7%硝酸钠组成的无机盐混合物。
这种混合物在145～150℃熔化，性能直到540℃仍然稳定。熔融盐交联管是密封的，并加3～4个大气压的压力，熔融盐温度为200～250℃。冷却段也加压。熔融盐段长度为40m，冷却段长度为20m。熔融盐的传热性好，因此生产速度快。产品质量好，生产成本为槽式硫化的31%～34%，耗电量为蒸汽连续硫化的14.5%。该工艺现在更多地用于橡胶护套生产线。
5. 硅油交联 (FZCV) 工艺
1979年，日本藤仓电线株式会社的镰田贞吉等人发明了硅油交联（FZCV）法。该方法使用加压硅油作为加热和冷却介质。在硅油压力下，电缆可以悬浮在硅油中，无需擦拭导管和偏心。硅油的压力和温度可以循环利用。藤仓电线株式会社于1979年开始使用两台FZCV装置生产275kV XLPE电缆，一举解决了大截面XLPE电缆悬挂式交联组生产中的高压技术难题。虽然FZCV装置的成本较高，但仍比建造铁塔和交联设备更经济。
上述交联方法中，均为外部加热交联方法。西德G.门奇（G. Mench，1975年）提出采用导体加热法缩短交联时间。他通过实验验证，每1毫米厚的聚乙烯绝缘层，交联时间约为1分钟。这样，只能通过降低出线速度或增加交联长度来实现。如果用1000安培的电流将导体温度提高到200℃，则交联时间缩短20%。
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