Perché il polietilene reticolato (XLPE) è il materiale dominante nell’isolamento di cavi e fili
Il polietilene reticolato (XLPE) ha ampiamente sostituito il PVC e il PE convenzionale come materiale isolante di riferimento per i cavi elettrici a bassa, media e alta tensione. Il processo di reticolazione trasforma il polietilene termoplastico in una rete tridimensionale, garantendo una resistenza termica, una resistenza meccanica, una resistenza chimica e un'affidabilità a lungo termine superiori che il polietilene non reticolato non è in grado di eguagliare.
I perossidi organici sono gli agenti di reticolazione standard del settore per l’isolamento in XLPE, poiché si decompongono alla temperatura di estrusione generando radicali liberi che creano legami carbonio-carbonio tra le catene di PE. Questo articolo tratta la selezione dei perossidi, la cinetica di reticolazione e le linee guida applicative per i produttori di cavi e fili.
Panoramica sul processo di reticolazione dell’XLPE
| Fase del processo | Temperatura | Ruolo del perossido |
|---|---|---|
| Miscelazione | 90–120 °C | Aggiunta del perossido (non deve decomporsi) |
| Estrusione (strato isolante) | 120–160 °C | Il perossido inizia a decomporsi |
| Polimerizzazione (tubo CV / vapore / azoto) | 150–200 °C | Il perossido si decompone completamente, la reticolazione si completa |
| Raffreddamento | 20–60 °C | Verifica del contenuto di gel (obiettivo >80%) |
Gradi chiave di perossido per XLPE
1. Perossido di dicumile (Perodox DCP)
Il perossido di reticolazione per XLPE più utilizzato. La sua temperatura di emivita di 1 ora, pari a circa 171 °C, si adatta bene alle temperature tipiche dei tubi CV (vulcanizzazione continua) (160–190 °C).
- Forma: in polvere, granulare o rivestito su un riempitivo inerte
- Dosaggio: 1,5–2,5 phr (parti per cento di resina)
- Applicazioni: cavi elettrici a bassa e media tensione (≤35 kV)
2. 2,5-dimetil-2,5-di(terz-butilperossi)esano (Perodox 101)
Un perossido di dialchile bifunzionale con eccellente resistenza allo scorch. La sua struttura simmetrica fornisce due siti radicalici per molecola, rendendolo altamente efficiente per pareti isolanti più spesse dove è richiesta una penetrazione profonda della reticolazione.
- Forma: Liquido (facile da iniettare)
- Dosaggio: 1,0–2,0 phr
- Applicazioni: cavi a media e alta tensione (≥35 kV); sistemi a doppia polimerizzazione silano-XLPE
3. Perossido di cumile terz-butilico (Perodox 119)
Temperatura di decomposizione più bassa (~162 °C per 1 h t½), adatto a composti isolanti termosensibili o a processi CV a bassa temperatura.
Parametri di prestazione della reticolazione
| Parametro | Metodo di prova | Valore tipico target XLPE |
|---|---|---|
| Contenuto di gel | ASTM D2765 | >80% (bassa tensione); >85% (media/alta tensione) |
| Densità di reticolazione | Rapporto di rigonfiamento (toluene) | Ottimizzato per classe di tensione |
| Tempo di bruciatura (ts2) | ASTM D2084 (MDR) | >8 min alla temperatura di lavorazione |
| Rigidità dielettrica | IEC 60243 | >20 kV/mm |
| Resistenza termica a lungo termine | IEC 60216 | >90 °C (valore nominale continuo) |
Domande frequenti
D: Qual è il dosaggio ottimale di perossido per l’isolamento in XLPE?
R: Il dosaggio tipico è di 1,5–2,5 phr di perossido attivo. I cavi ad alta tensione richiedono un contenuto di gel più elevato, il che potrebbe richiedere un dosaggio leggermente superiore. Si raccomanda vivamente di effettuare uno screening in laboratorio con MDR (reometro a matrice mobile) prima della produzione su larga scala.
D: È possibile utilizzare iniziatori azoici al posto dei perossidi organici per l’XLPE?
R: No. Gli iniziatori azoici si decompongono a temperature più basse (70–100 °C) e rilasciano sottoprodotti gassosi di azoto, che creano vuoti nell’isolamento che degradano gravemente le proprietà dielettriche. I perossidi organici sono gli unici agenti reticolanti approvati dal settore per i cavi elettrici in XLPE.
D: Come posso prevenire i “guasti ai cavi” causati da una reticolazione incompleta?
R: Monitorare il contenuto di gel secondo la norma ASTM D2765 per ogni lotto di produzione. Assicurarsi che la temperatura del tubo CV sia controllata in modo uniforme. Utilizzare un perossido con cinetica di decomposizione comprovata alla temperatura di processo. Perodox DCP e Perodox 101 sono prodotti collaudati nel settore per l’XLPE.
D: I cavi reticolati con perossidi sono riciclabili?
R: L’XLPE reticolato termicamente non è lavorabile per fusione. Tuttavia, l’XLPE macinato può essere utilizzato come riempitivo in nuovi composti o in applicazioni non isolanti. Si tratta di un’area attiva di ricerca e sviluppo per la sostenibilità dei cavi.
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