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Silanvernetzte Polyethylen-Kabelmassen (XLPE) sind eine Art von Duroplast-Isolierung, die in elektrischen Kabeln eingesetzt wird. Sie werden durch chemische Vernetzung von Polyethylenmolekülen mit Silanverbindungen hergestellt, wodurch die lineare Molekularstruktur des Polyethylens in ein dreidimensionales Netzwerk umgewandelt wird. Dieses Verfahren verbessert die thermische Stabilität, die mechanische Festigkeit und die elektrischen Eigenschaften des Materials und macht es somit für verschiedene Anwendungen geeignet, von der Niederspannungs- bis zur Hochspannungsübertragung und für Automobilsysteme.

Verarbeitungsherausforderungen und Lösungen für silanvernetzte XLPE-Kabelverbundwerkstoffe

Die Herstellung von silanvernetzten Polyethylen-Kabelverbundwerkstoffen (XLPE) steht vor entscheidenden technischen Herausforderungen, darunter die Kontrolle der Vorvernetzung, die Optimierung der thermischen Schrumpfung, die Anpassung des Kristallinitätsgrades und die Prozessstabilität. Jüngste Fortschritte in der Materialwissenschaft und den Produktionsmethoden tragen dazu bei, diese Hürden zu überwinden und die Produktqualität sowie die Verarbeitungsausbeute deutlich zu verbessern.

1. Vorvernetzung und Vermeidung von Anbrennen

 Herausforderung:Beim Sioplas-Verfahren kann Feuchtigkeitseinwirkung während des Mischens und Extrudierens der Komponenten A und B vorzeitige Hydrolyse- und Kondensationsreaktionen auslösen. Dies führt zu unkontrollierter Vorvernetzung, was eine höhere Schmelzviskosität, schlechte Fließfähigkeit, raue Oberflächen und beeinträchtigte Isolationseigenschaften wie eine niedrigere Durchschlagspannung zur Folge hat.

Lösung:

Integration von Schmierstoffadditiven:EinbeziehungMasterbatches auf Silikonbasis, wie zum BeispielSILIKEs silikonbasiertes VerarbeitungsadditivLYPA-208C verbessert effektiv den Schmelzefluss, reduziert die Schmelzehaftung an Schnecken und Düsen und verhindert effektiv die Vorvernetzung, ohne die endgültige Vernetzungsqualität zu beeinträchtigen.

Silikonadditiv LYPA-208Cbesitzt eine starke Anti-Vorvernetzungswirkung, ohne die endgültige Vernetzungsqualität zu beeinträchtigen.

Das Silikon-Masterbatch LYPA-208C beseitigt Oberflächenfehler wie „Haifischhaut“ und verbessert die Oberflächenglätte.

Das Silikonadditiv LYPA-208C reduziert das Extrusionsdrehmoment deutlich und verhindert eine Motorüberlastung.

Siloxan-Additive LYPA-208Csteigert die Stabilität der Extrusionslinie und die Ausstoßrate

Optimierung des Temperaturgradienten:Die Anwendung segmentierter Extrusionszylindertemperaturen zwischen 140 °C und 180 °C trägt dazu bei, lokale Überhitzung zu minimieren. Die Reduzierung der Verweilzeit in Hochtemperaturzonen verringert zudem das Risiko einer vorzeitigen Vernetzung.

Zweistufige Verarbeitung:Durch die Anwendung eines zweistufigen Verfahrens, bei dem Silan vor der Extrusion auf Polyethylen aufgepfropft wird, werden die mit der Inline-Pfropfung verbundenen Probleme gemildert und somit die Wahrscheinlichkeit einer Vorvernetzung während der Extrusion im Vergleich zu einstufigen Verfahren verringert.

2. Optimierung der Wärmeschrumpfungsleistung

Herausforderung:Übermäßiges Schrumpfen der Isolierschicht birgt das Risiko von Strukturverformungen und elektrischen Ausfällen, die mit der Kristallorientierung und der Abkühlungsdynamik zusammenhängen.

Lösungen:

Mehrstufige Kühlsysteme:Durch die Anwendung einer Abfolge von Heiß-, Warm- und Kaltwasserkühlungsstufen wird die Kristallisationsgeschwindigkeit verlangsamt, thermische Gradienten werden effektiv kontrolliert und die Schrumpfung reduziert.

Extrusionsparameter-AnpassungDer Einsatz von Extrudern mit hohem Längen-Durchmesser-Verhältnis (≥ 30:1) verlängert die Schmelzeverweilzeit und unterdrückt unerwünschte Kristallisation. Die Verwendung von Kompressionsdüsen für kleinere Kabel (≤ 6 mm²) minimiert die orientierungsbedingte Kristallisation und reduziert so die Schrumpfung zusätzlich.

Materialauswahl:Die Verwendung von zweistufigem, silanvernetztem Polyethylen ermöglicht eine feinere Steuerung des Kristallisationsverhaltens und trägt so zu einer verbesserten thermischen Stabilität bei.

3. Ausgewogenheit zwischen Kristallinität und mechanischen Eigenschaften

Herausforderung:Hohe Kristallinität führt zu Sprödigkeit, während unzureichende Kristallisation die Wärmebeständigkeit beeinträchtigt.

Lösungen:

Schmelztemperaturregelung:Durch Erhöhung der Schmelztemperatur auf 190°C–210°C bei gleichzeitiger Verlängerung der Haltezeit wird die Kristallkeimbildung reduziert, allerdings ist eine sorgfältige Steuerung erforderlich, um eine vorzeitige Vernetzung zu verhindern.

Katalysator-Masterbatch-Design:Durch den Einsatz der Doppelschneckenextrusion wird eine gleichmäßige Verteilung der Organozinnkatalysatoren gewährleistet und das Zusammenspiel zwischen Vernetzung und Kristallinität optimiert, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern.

4. Verbesserung der Prozessstabilität

Herausforderung:Die Empfindlichkeit gegenüber Prozessschwankungen führt zu Instabilitäten des Extrusionsdrucks und Oberflächenfehlern.

Lösungen:

Ausrüstungsmodernisierungen:Durch den Einsatz von Doppelkegel-Trommelmischsystemen wird eine homogene Dispersion der Silanadditive gewährleistet, wobei die Mischdauer 2,5 Stunden übersteigt, um eine optimale Konsistenz zu erreichen.

Echtzeitüberwachung:Die kontinuierliche Überwachung von Schneckenstrom und Drehzahl ermöglicht eine schnelle Anpassung der Temperatureinstellungen und der Werkzeugreinigungsprotokolle und gewährleistet so stabile Verarbeitungsbedingungen.

Branchentrends und Zukunftsaussichten der XLPE-Kabelherstellung

Die Integration eines zweistufigen Verfahrens in Kombination mit funktionellen Additiven wie silikonbasierten Masterbatches hat sich als führende Strategie zur Bewältigung von Verarbeitungsherausforderungen bei der Herstellung von XLPE-Kabeln etabliert. Diese Innovationen haben in Pilotanwendungen die Produktionsausbeute um 10–20 % gesteigert und die Zuverlässigkeit von XLPE-Kabeln in der Energieübertragung und der Automobilindustrie verbessert. Zukünftig konzentrieren sich die Hersteller auf die Forschung und Entwicklung adaptiver Kühltechnologien und intelligenter Prozesssteuerungen, um die Materialeigenschaften von XLPE weiter zu optimieren und der steigenden Nachfrage nach Hochleistungskabeln gerecht zu werden.

Durch die Anwendung dieser fortschrittlichen Verarbeitungsstrategien und Materialinnovationen können die Hersteller die Effizienz und Qualität der XLPE-Kabelproduktion deutlich steigern und so die Lieferung erstklassiger Produkte gewährleisten, die den sich wandelnden Anforderungen moderner elektrischer Anwendungen gerecht werden.

For the method to optimize XLPE cable processing and surface performance, contact SILIKE Tel: +86-28-83625089 or via email: amy.wang@silike.cn, or visit the website  www.siliketech.com to learn more. Chengdu SILIKE Technology Co., Ltd – A pioneering Chinese silicone additive specialist with many years of expertise in  wire and cable compounds.

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