交联工艺学 第三章 过氧化物交联设备与工艺

1、交联工艺学,第三章过氧化物交联设备与工艺,过氧化物交联机理,化学反映把低密度聚乙烯、过氧化物交联剂和抗氧剂等混合并加热，过氧化物分解为活性很高的游离基，游离基夺取聚乙烯分子中的氢原子，使聚乙烯主链的某些碳原子变为活性游离基并相互结合，产生C-C交联键，形成网状的大分子结构。整个交联过程必须在高温高压下进行，以增加反应速度，压缩绝缘中的气隙尺寸。交联工艺要素：材料的活性、交联温度、压力和时间。,过氧化物交联机理,绝缘工艺基本要求：（1）绝缘无微孔，水含量低采用全干式交联和冷却系统。高压超高压电缆采用气冷，中压电缆可采用闭路循环系统进行水冷。（2）层间界面光滑避免绝缘加速老化和水树现象的产生。（3

2、）较好的同心度导体与护层横截面应同轴对称。当然只是相对而言，没有绝对的对称。,过氧化物交联机理,绝缘工艺基本要求：（3）较好的同心度电缆不圆的原因：挤出后绝缘料由于重力作用下垂；材料在机头内流动分布不均匀；加热和冷却段从管子到电缆表面有热传导；立塔中温度未冷却时就经过转向导轮。保持同心度的措施：在挤出过程中要充分混合，分料器路要对称，机头温度分布要均匀。高加热区温度分布均匀，电缆尽量置于管子的中心位置，电缆在交联管中进行适当的旋转，保证热传导均匀。通过电缆冷却状态的计算，保证经过导轮的电缆温度足够低，避免在转向导轮上造成变形。,过氧化物交联机理,绝缘工艺基本要求：（4）杂质控制高压电缆杂质控制

3、相当严格：,超净绝缘料,全封闭式材料处理系统净化室,超净料自动下料装置,高效过滤网,机头杂质扫描检测装置,记录杂质的大小、个数、位置、距离,过氧化物交联机理,绝缘工艺基本要求：（5）减少绝缘内的机械应力采用在线松弛装置，把冷却后的电缆再加热，消除热应力。适当降低交联温度，加长预冷管长度，减慢冷却速度，使绝缘向导体中心收缩，消除绝缘与导体间的应力。（6）除去绝缘中的气体35kV及以下的绝缘电缆，线芯交联完成后，只需在常温下放置一段时间即可。110kV、220kV及以上电缆，应把线芯送进烘房进行除气。,交联设备与辅助设备概述,交联生产线的布置方式目前主要有悬链式和立塔式。悬链式（CCV）：挤塑机在

4、较高平台上，交联管呈悬链线状，装有悬垂控制器，避免电缆擦管，最高能生产220kV电缆。,交联设备与辅助设备概述,立塔式（VCV）：挤塑机在立塔顶部，牵引和收线装置在地面，交联管垂直于地面，电缆不会因重力发生擦管、绝缘下垂变形、偏心等，是生产高压超高压电缆的理想方式，但基建投资相当高。见右图。,交联设备与辅助设备概述,交联机组基本组成（1）挤塑机和机头（挤塑成型、三层共挤）（2）交联管（加热、冷却）（3）储线器（便于换盘和导体连接）（4）上下牵引装置及悬链传感器（5）导体预热装置（预热可缩短交联时间）（6）上封闭器、下封闭器（7）扭绞器（使导体绞合更紧、旋转消除偏芯）（8）氮气系统（9）工艺控制

5、软件（监控、报警）（10）材料处理和传送系统（11）电气系统及控制系统（12）电缆外径和偏芯测量仪（13）绝缘料杂质扫描监测系统（14）在线应力消除装置,挤塑机和机头,挤塑机工作原理：利用特定形状的螺杆在加热的机筒中旋转，将由料斗送来的塑料向前挤压，使塑料均匀地塑化，通过机头和不同形状的模具，把塑料挤制成各种形状的制品。挤塑机基本结构：挤压系统、传动系统和加热冷却系统。（1）挤压系统：螺杆：由高强度、耐热、耐腐蚀的合金钢制成，作用是把塑料向前推进，产生压力并搅拌，旋转时使塑料产生摩擦热，使塑料熔化，并将融体送入机头挤出。机头：是成型部件，主要由过滤装置（多孔板和筛网）、连接管、分流器、模芯座、

6、模具等组成。,挤塑机和机头,（2）传动系统：三个必要环节：原动力、变速器、减速器。类型：交流整流电动机、直流电动机。作用：控制螺杆匀速、变速，从而控制绝缘厚度。（3）加热冷却系统加热：螺杆转速恒定时，机身温度是影响出胶量的主要因素。挤塑机大多采用电阻器加热，具有外形尺寸小、质量轻，装置方便、传热效果好等优点，但温度波动较大。冷却：缓解温度过高。分为机筒冷却、机头冷却、螺杆冷却和料斗冷却。冷却方法有水冷和风冷两种。,挤塑机和机头,挤塑机螺杆参数挤塑机的重要参数有直径、长径比、压缩比、螺距、螺槽宽度、螺旋角等。（1）直径D：挤塑机的大小规格通常用螺杆直径来表示，如65、90、150等。直径越大，出

7、胶量越大。挤出量近似和螺杆直径平方成正比。三层共挤的螺杆大小一般为：内屏65，绝缘150，外屏90。（2）长径比L/D，长径比大，有利于塑化充分，挤出料密实，但也不能太大，否则将产生过分塑化，引起先期交联。长径比一般在2025之间较适宜。,挤塑机和机头,机头由过滤网、分流器、模具等组成。（1）过滤网作用：将塑料的螺旋运动变为直线运动；增加料流阻力，使制品更加密实；滤出料流中的杂质，防止未塑化的塑料进入机头。分流板：采用不锈钢，上面的孔眼分布为中间疏，边缘密，以使塑料经过分流板后流速相等。分流板到螺杆头部距离应适当。过滤网的细度为20120目，层数为15层，根据原料性能和机头类型选择。（2）分流

8、器：将料流分成若干股，又重新汇合，然后进入模芯模套挤出成型。分流器应尽量避免死角。,挤塑机和机头,机头（3）模具及其选择为使物料从分流器流向模芯和模套，要尽量保持模芯模套之间形成的空间逐渐缩小，并使流速加快且无障碍，形成流线型流动状态。,挤塑机和机头,（3）模具及其选择模具角度的选择：角是模套内壁与中心轴的夹角，角是模芯外壁与中心轴的夹角，。角一般为2030，角一般为3045。承线长度（定径长度）的选择定径比=定径长度/模套孔径。定径比大，则阻力大，挤出料表面光滑且紧密，基础直径稳定；但太长又会影响挤出量，严重时会引起脱节，故一般取0.51.0。,挤塑机和机头,（3）模具及其选择模芯模套孔径的

9、选择为避免对导体表面划伤或拉断，一般模芯孔径应比导体外径大0.30.7mm，对于超大截面的导体，也可适当放大一些。模套孔径要大于标称挤出外径，实际的模套直径可以按挤包层的厚度进行选择。,悬链式交联管,悬链形式分为全悬链式和半悬链式。全悬链式：电缆始终不与管壁接触。全干式交联工艺在气体中交联和冷却，线芯进入冷却段时，绝缘尚未固化到一定程度，不宜与管壁接触，故采用全悬链式。半悬链式：加热段和过渡段，电缆不与管壁接触；冷却段采用直线形式，允许电缆与管壁接触。半干式交联工艺采用水冷却，故可采用半悬链式。加热段加热段一般分为六个加热区，可以根据工艺要求分别进行控制。对于加热管总的要求是升温要快，一般希望

10、在15分钟内管壁能从室温升高到400。加热方式靠钢管直接加热或间接加热。,悬链式交联管,气体交联-气体冷却系统氮气既用于加热区做保护媒质，又用于冷却区作为冷却媒质。气体冷却效果不太好，生产效率低。气体交联-水冷却系统包括加热段、隔离预冷段和水冷却段。经过预冷段之后，线芯冷却到100以下。电缆中心控制在悬链式交联生产线中，为避免电缆擦管，须进行中点控制，目前主要采用由感应线圈及电阻组成的非接触式悬垂控制器。当绝缘线芯位于交联管中心位置时，桥路平衡，输出值为0；偏离越大，输出值越大。,悬链式交联管,CCV生产线的同步控制CCV生产线开机要点：同步控制。（1）上下牵引速度相同；（2）挤塑机出胶量与线

11、速度搭配得当；（3）挤塑机电机、上下牵引电机需保持同步。（4）注意悬垂控制器的反馈信息。,挤出工艺,影响挤出的设备因素（1）螺杆转速。在一定转速范围内，出胶量与螺杆转速成正比关系。提高转速可提高生产效率。（2）螺杆尺寸螺杆直径：出胶量与螺杆直径的平方成正比关系，增大直径可增加出胶量。螺槽深度：固体输送段、均化段对出胶量的影响不同，所以应通过计算得出螺槽深度的最佳值。螺杆长径比：长径比增加，均化段长度增加，使倒流和漏流减少，能提高生产能力。螺纹升角：均化段最大流动率的螺纹升角为30。螺杆与机筒的间隙：间隙增大，出胶量会明显减少，设备长期使用磨损会使间隙增大，所以应修复或更换螺杆。机头反压力：反压

12、力会使生产能力降低，但反压力的存在有利于塑料的塑化，提高制品质量。,挤出工艺,影响挤出的人为因素（1）温度控制塑料挤出过程中，物态的转变以及物料流速都取决于温度，因此温度是塑料挤出工艺中最重要的工艺参数。温度决定原则：挤出物的最终温度应大于物料的熔化温度；上限温度不高于塑料的最高稳定温度；挤出温度应低于交联剂的分解温度。（2）螺杆转速控制提高螺杆转速有利于提高生产率，但当超范围提速时，必须相应地提高温度或控制机头压力，才能保证挤出效果。,挤出工艺,模具及调整（1）挤出线径并不等于模套孔径（冷却收缩、消压膨胀）。（2）模具尺寸：模芯孔径=芯线孔径+放大值模套孔径=模芯孔径+2*绝缘厚度+放大值（

13、3）模芯模套配合形式：挤压式、挤管式、半挤管式。,挤出工艺,模具及调整（3）模芯模套配合形式挤压式适用于挤包绝缘，优点是挤包层紧密结实、表面平整；缺点是挤出线芯弯曲性能不好，对配模准确性要求高。挤管式适用于挤包护套，优点是挤包层厚度均匀，线芯弯曲性能好，能节省材料，配模简便，能挤包扇形等绝缘层。缺点是挤包层不紧密，制品表面有芯线痕迹。半挤管式与挤管式大体相同，只是模套承线稍短，模角略小，适用于要求包紧力大的护套。交联机组操作步骤见我公司的635kV三层共挤干法交联机组工艺操作规程。,质量缺陷及排除,塑化不好（1）所有塑料塑化不好适当提高机身温度。（2）局部塑化不好检查机身、机颈和机头，确定原因部位，适当提高温度。焦粒清理滤网和机头、调整温度。表面“桔皮”降低交联管温度、调整线速度。波浪纹（1）适当放大模芯尺寸；（2）下密封不宜太紧，密封口应有少量的水流出；（3）严格控制水