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Silanvernetzte Polyethylen-Kabelverbindungen (XLPE) sind eine Art duroplastischer Isolierung für Elektrokabel. Sie werden durch die chemische Vernetzung von Polyethylenmolekülen mithilfe von Silanverbindungen hergestellt, wodurch die lineare Molekularstruktur des Polyethylens in ein dreidimensionales Netzwerk umgewandelt wird. Dieser Prozess verbessert die thermische Stabilität, die mechanische Festigkeit und die elektrischen Eigenschaften des Materials und macht es für verschiedene Anwendungen geeignet, von der Nieder- und Hochspannungsübertragung bis hin zu Fahrzeugsystemen.

Herausforderungen und Lösungen bei der Verarbeitung silanvernetzter XLPE-Kabelverbundwerkstoffe

Die Herstellung von Kabelverbundwerkstoffen aus silanvernetztem Polyethylen (XLPE) ist mit kritischen technischen Herausforderungen verbunden, darunter die Kontrolle der Vorvernetzung, die Optimierung der thermischen Schrumpfung, die Anpassung der Kristallinität und die Verbesserung der Prozessstabilität. Jüngste Fortschritte in der Materialwissenschaft und den Produktionsmethoden überwinden diese Hürden und verbessern die Produktqualität und die Verarbeitungserträge deutlich.

1. Vorvernetzung und Scorching-Minderung

 Herausforderung:Beim Sioplas-Verfahren kann Feuchtigkeitseinwirkung während der Mischung und Extrusion der Teile A und B vorzeitige Hydrolyse- und Kondensationsreaktionen auslösen. Dies führt zu einer unkontrollierten Vorvernetzung, was zu einer höheren Schmelzviskosität, schlechter Fließfähigkeit, rauen Oberflächen und beeinträchtigten Isolationseigenschaften wie einer niedrigeren Durchschlagsspannung führt.

Lösung:

Integration von Schmierstoffadditiven:EingliederungMasterbatches auf Silikonbasis, wie zum BeispielSILIKEs silikonbasiertes VerarbeitungsadditivLYPA-208C verbessert effektiv den Schmelzfluss, reduziert die Schmelzhaftung an Schnecken und Matrizen und verhindert effektiv die Vorvernetzung, ohne die endgültige Vernetzungsqualität zu beeinträchtigen.

Silikonadditiv LYPA-208Cverfügt über eine starke Anti-Vorvernetzungsleistung, ohne die endgültige Vernetzungsqualität zu beeinträchtigen.

Silikon-Masterbatch LYPA-208C beseitigt Oberflächendefekte wie „Haifischhaut“ und verbessert die Oberflächenglätte

Das silikonbasierte Additiv LYPA-208C reduziert das Extrusionsdrehmoment deutlich und verhindert eine Motorüberlastung

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

Temperaturgradientenoptimierung:Die Implementierung segmentierter Extrusionszylindertemperaturen zwischen 140 °C und 180 °C trägt dazu bei, lokale Überhitzungen zu minimieren. Die Verkürzung der Verweilzeit in Hochtemperaturzonen verringert das Risiko einer vorzeitigen Vernetzung zusätzlich.

Zweistufige Verarbeitung:Durch den Einsatz eines zweistufigen Verfahrens, bei dem vor der Extrusion Silan auf Polyethylen gepfropft wird, werden die mit der Inline-Pfropfung verbundenen Drücke verringert und dadurch die Wahrscheinlichkeit einer Vorvernetzung während der Extrusion im Vergleich zu einstufigen Ansätzen reduziert.

2. Optimierung der thermischen Schrumpfleistung

Herausforderung:Bei übermäßiger Schrumpfung der Isolierschicht besteht die Gefahr struktureller Deformationen und elektrischer Ausfälle, die mit der kristallinen Ausrichtung und der Abkühlungsdynamik zusammenhängen.

Lösungen:

Mehrstufige Kühlsysteme:Durch die Verwendung einer Abfolge von Abkühlungsphasen mit heißem, warmem und kaltem Wasser wird die Kristallisationsrate verlangsamt, wodurch Wärmegradienten wirksam gesteuert und die Schrumpfung verringert wird.

Anpassung der Extrusionsparameter: Der Einsatz von Extrudern mit einem hohen Längen-Durchmesser-Verhältnis (≥30:1) verlängert die Schmelzeverweilzeit und unterdrückt so unerwünschte Kristallisation. Der Einsatz von Kompressionsdüsen für kleinere Kabel (≤6 mm²) minimiert die orientierungsbedingte Kristallisation und kontrolliert so zusätzlich die Schrumpfung.

Materialauswahl:Die Verwendung von zweistufig silanvernetztem Polyethylen ermöglicht eine feinere Kontrolle des Kristallisationsverhaltens und trägt zu einer verbesserten thermischen Stabilität bei.

3. Ausgleich von Kristallinität und mechanischen Eigenschaften

Herausforderung:Eine hohe Kristallinität führt zu Sprödigkeit, während eine unzureichende Kristallisation die Wärmebeständigkeit beeinträchtigt.

Lösungen:

Schmelztemperaturregelung:Durch Erhöhen der Schmelztemperatur auf 190–210 °C und längere Verweilzeiten wird die Kristallisationskeimbildung verringert. Um eine vorzeitige Vernetzung zu verhindern, ist jedoch eine sorgfältige Handhabung erforderlich.

Katalysator-Masterbatch-Design:Durch die Verwendung einer Doppelschneckenextrusion wird eine gleichmäßige Dispersion 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 Oberflächendefekten.

Lösungen:

Ausrüstungs-Upgrades:Durch den Einsatz von Doppelkegel-Trommelmischsystemen wird eine homogene Dispersion der Silanzusätze gewährleistet. Die Mischdauer beträgt mehr als 2,5 Stunden, um eine optimale Konsistenz zu erreichen.

Echtzeitüberwachung:Durch die kontinuierliche Überwachung des Schneckenstroms und der Drehzahl können Temperatureinstellungen und Formreinigungsprotokolle umgehend angepasst werden, wodurch stabile Verarbeitungsbedingungen aufrechterhalten werden.

Branchentrends und Zukunftsaussichten der XLPE-Kabelherstellung

Die Integration der zweistufigen Verarbeitung in Kombination mit funktionalen Additiven wie silikonbasierten Masterbatches hat sich als führende Strategie zur Bewältigung der Verarbeitungsprobleme bei der Herstellung von VPE-Kabeln erwiesen. Diese Innovationen haben die Produktionsausbeute in Pilotanwendungen um über 10 bis 20 % gesteigert und die Zuverlässigkeit von VPE-Kabeln in der Energieübertragung und im Automobilsektor verbessert. Zukünftig konzentrieren sich Hersteller auf die Forschung und Entwicklung adaptiver Kühltechnologien und intelligenter Prozesssteuerungen, um die Leistungsfähigkeit von VPE-Materialien weiter zu verbessern und der wachsenden Nachfrage nach Hochleistungskabeln gerecht zu werden.

Durch die Übernahme dieser fortschrittlichen Verarbeitungsstrategien und Materialinnovationen können Hersteller die Effizienz und Qualität der XLPE-Kabelproduktion deutlich verbessern und so die Lieferung hochwertiger Produkte sicherstellen, 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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Ganz gleich, ob Sie die Produktionseffizienz optimieren, eine Vorvernetzung in XLPE verhindern, Oberflächendefekte wie „Haifischhaut“ beseitigen, die Oberflächenästhetik verbessern oder Ausfallzeiten reduzieren möchten: SILIKE Silikon-Masterbatches bieten den Leistungsvorsprung, den Ihre XLPE-Kabelleitung benötigt.