Tính chất hóa học của liên kết chéo: Liên kết chéo là gì?
Liên kết chéo là một quá trình hóa học trong đó các chuỗi polymer polyethylene (PE) liên kết với nhau thông qua các liên kết cộng hóa trị - thường là các liên kết carbon-carbon (C-C) - để hình thành một mạng ba chiều. PE tuyến tính bao gồm các chuỗi polymer độc lập, trong khi PE đã liên kết chéo (XLPE) tạo thành một ma trận liên kết, tăng cường độ ổn định nhiệt, cơ học và hóa học, làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng ở nhiệt độ cao và áp lực cao.
So sánh các quy trình liên kết chéo: Hóa học so với Bức xạ liên kết chéo
Có hai kỹ thuật liên kết chéo phổ biến được sử dụng trong sản xuất cáp XLPE: liên kết chéo hóa học và liên kết chéo bức xạ. Liên kết chéo hóa học liên quan đến việc thêm peroxide hoặc hợp chất silane mà khi được kích hoạt bởi nhiệt độ hoặc độ ẩm, bắt đầu hình thành liên kết giữa các chuỗi PE. Liên kết chéo bức xạ sử dụng các chùm electron năng lượng cao để phá vỡ liên kết và tạo ra các vị trí phản ứng cho việc hình thành mạng. Trong khi các phương pháp hóa học cho phép điều chỉnh tỷ lệ liên kết chéo và được sử dụng rộng rãi trong các cáp trung và cao thế, liên kết bức xạ cung cấp quy trình sạch hơn và đồng nhất hơn nhưng yêu cầu đầu tư vốn cao hơn và thường gặp hơn trong các ứng dụng điện áp thấp.
| Quy trình | Phương pháp | Lợi ích | Nhược điểm |
|---|---|---|---|
| Liên kết chéo hóa học | Phụ gia Peroxide hoặc Silane | Đã được thiết lập tốt, có thể mở rộng, khả năng điều chỉnh mật độ liên kết chéo | Cần nhiệt và gia nhiệt sau, có thể thải các sản phẩm phụ |
| Liên kết chéo bức xạ | Chùm electron | Không hóa chất, quy trình nhanh, cấu trúc đồng nhất | Chi phí thiết bị cao, giới hạn trong các phần cáp mỏng hơn |
So sánh khả năng chịu nhiệt theo quy trình:
| Loại XLPE | Nhiệt độ hoạt động liên tục (°C) | Nhiệt độ quá tải ngắn hạn (°C) |
|---|---|---|
| XLPE liên kết chéo Peroxide | 90 | 130 |
| XLPE liên kết chéo Silane | 85 | 120 |
| XLPE liên kết chéo Bức xạ | 105 | 150 |
Mối quan hệ giữa mức độ liên kết chéo và xếp hạng nhiệt độ
Mức độ liên kết chéo - thường được biểu thị dưới dạng tỷ lệ phần trăm nội dung gel - là yếu tố quyết định chính về khả năng chịu nhiệt của vật liệu. Mật độ liên kết chéo cao hơn hàm ý sự rối loạn phân tử mạnh hơn và khả năng kháng lại biến dạng dưới nhiệt cao hơn. Ví dụ, các mẫu XLPE với mức độ liên kết chéo 65%, 75% và 85% đã được thử nghiệm ở 135°C trong 168 giờ. Sức bền kéo còn lại của chúng được đo ở 70%, 85% và 92%, tương ứng. IEC 60502-1 khuyến nghị ít nhất 75% nội dung gel cho hiệu suất đáng tin cậy dưới áp lực nhiệt. Ngoài ra, mức độ liên kết chéo cao hơn cải thiện độ kéo dài khi đứt và giảm tỷ lệ lão hóa nhiệt, kéo dài tuổi thọ cáp trong các môi trường khắc nghiệt.
Xếp hạng nhiệt độ gây nhầm lẫn: Sử dụng lâu dài so với quá tải ngắn hạn
Xếp hạng nhiệt độ có thể bị hiểu sai. Ví dụ, một cáp được xếp hạng UL 125°C được thiết kế để sử dụng liên tục ở 125°C nhưng có thể chịu đựng đến 150°C trong những đợt ngắn. Tuy nhiên, việc tiếp xúc kéo dài với 150°C sẽ tăng tốc độ suy thoái, giảm độ linh hoạt và có thể gây nứt cách điện, dẫn đến sự cố sớm nếu không được tính toán hợp lý trong thiết kế hoặc thông số kỹ thuật.
Tầm quan trọng của việc chọn quy trình liên kết chéo dựa trên môi trường ứng dụng
Trong một dự án năng lượng gió ở miền bắc Trung Quốc, nhiệt độ âm đã gây co lại nhiệt trong các lớp cách điện của cáp có mức độ liên kết chéo không đủ. Sự co lại đã kéo lớp cách điện ra khỏi dây dẫn, cuối cùng dẫn đến sự cố phân cực và ngắn mạch. Sự cố này nhấn mạnh nhu cầu quan trọng cần phải phù hợp phương pháp và mức độ liên kết chéo với các áp lực môi trường và cơ học cụ thể tại địa điểm dự án.
Kết luận và khuyến nghị
Chọn cáp XLPE có mức độ liên kết chéo ít nhất 75%, và phù hợp phương pháp liên kết chéo với môi trường ứng dụng của bạn. Kiểm tra các chứng nhận và yêu cầu dữ liệu về nội dung gel và hiệu suất lão hóa nhiệt.
