Peroxid-vernetzte Kabelcompounds (XLPE-a)

Die Polyethylene (PE) weisen hervorragende Isolationseigenschaften auf. Ein temporärer Temperaturanstieg, z.B. durch eine Lastspitze in der Anwendung als Kabelisolation, kann jedoch zu einem kompletten Funktionsausfall führen: Die relativ tiefen Erweichungs- bzw. Schmelzbereiche führen zu einem thermo-mechanischen Versagen oder sogar einem Abtropfen der Isolation. Durch eine Vernetzung des Polyethylens (PEX oder XLPE steht für cross-linked PE) kann aus dem thermoplastischen Werkstoff ein Duroplastischer gemacht werden. Dieser kann bei deutlich höheren Betriebstemperaturen eingesetzt werden, hat bessere mechanische Eigenschaften, ist beständiger gegen organische Flüssigkeiten und erlaubt oft dünnere Wandstärken. Es werden verschiedene Vernetzungsmethoden bei der Herstellung von peroxidisch vernetzten Kabelcompounds eingesetzt.

Typische Anwendungen

Die peroxidisch vernetzten Kabelcompounds werden auch als PEX-a bezeichnet. Das Verfahren wurde in den 60erJahren patentiert und wird seither in der Kabelindustrie eingesetzt. Basispolymer, Peroxid und Additive werden in einem ersten Schritt unter Einhaltung von Prozesstemperaturen unter 130°C intensiv vermischt. Der Vernetzungsvorgang geschieht unter Druck und Temperatur auf einer sogenannten CV (Continuous Vulcanisation)-Linie direkt nach der Verarbeitung. Aufgrund dieses relativ aufwändigen Verfahrens wird diese Technologie vor allem für Hochleistungs-Kabel eingesetzt. Durch die Entwicklung von water tree beständigen Formulierungen und Verfahren wurden XLPE Kabelcompounds in zunehmenden Massen zum Werkstoff der Wahl für Mittelspannungs (MV)- und Hochspannungs (HV)-Isolationen für Wechselspannungsanwendungen. Für den Hochspannungs-Einsatz im Gleichstrombereich sind sie die bevorzugte Materialwahl. Für die Energieversorgung von Städten werden mehr und mehr Freileitungen durch Erdkabel ersetzt bzw. von Beginn an verlegt. Der Anschluss von Offshore-Windfarmen an das Netz und generell Seekabel werden sehr oft mit peroxidisch vernetzten Kabelcompounds realisiert. Für diese Märkte, die globale Megatrends abbilden, kann weiterhin mit grossen Massenvolumina und Zuwächsen gerechnet werden. Und für die Herstellung der Basis dieser Kabelisolierung, der XLPE Kabelcompounds, sind die Compoundiersysteme von BUSS der perfekte Partner.

Anforderungen an die Aufbereitung

Die Anwendungen erfordern das intensive Vermischen der Formulierungs-Komponenten bei strikter Prozessführung hinsichtlich des Temperaturprofils und hohem Reinheitsgrad von Produkt und Anlage. Für MV-Anwendungen wird das Peroxid wird direkt in die Polymerschmelze injiziert und bei tiefen Temperaturen intensiv vermischt. Das Compound wird filtriert und granuliert.

Bei HV-Anwendungen werden die Anlagenauslegung und deren Betrieb auf höchste Reinheit fokussiert: Die Basis-Polymere werden vorfiltriert, Kontaminationsquellen innerhalb und ausserhalb der Anlage werden eliminiert und in Reinraum-Atmosphäre produziert.

Die folgenden Eigenschaften des BUSS Ko-Kneters und des gesamten Compoundiersystems für XLPE Kabelcompounds sind in diesem Verfahren die Erfolgsfaktoren: Das Peroxid wird direkt in den Prozessraum eingespritzt und dank des sofort einsetzenden distributiven Mischeffekts optimal verteilt. Die moderaten und uniformen Schergeschwindigkeiten sorgen dafür, dass dies bei tiefen Prozesstemperaturen und geringstem Abbau der Polymere geschieht. Der kaskadenförmige Aufbau der Anlage erlaubt zudem das schonende Filtrieren und Granulieren des Compounds.

Die realisierten Gesamtanlagen zeigen beispielhaft die Verschmelzung der verfahrenstechnischen, maschinen- und anlagenbaulichen Expertise von BUSS als Referenz für diese Industrie.

Querschnitt eines Industriekabels mit Isolierung aus XLPE Kabelcompounds, die mit dem BUSS Compounder für peroxidisch vernetzte Kabelcompounds hergestellt wurden.

Typisches Anlagenlayout für die Aufbereitung von XLPE Kabelcompounds

Typischer Anlagenaufbau für peroxidisch vernetzbare Kabelcompounds

BUSS Compoundiersysteme für peroxidisch vernetzte Kabelcompounds bieten folgende spezifische Vorteile

  • Enges Temperaturspektrum
    Mit dem BUSS Ko-Kneter kann dank gleichförmiger, moderater Scherraten im ganzen Schneckengang ein enger, definierter Temperaturbereich eingehalten und die Temperaturspitzen anderer Systeme vermieden werden. Dies erlaubt das präzises Einhalten eines engen Temperaturspektrums über die ganze Verfahrenslänge.

  • Flüssigkeitseinspritzung an jeder Bolzenposition
    Einspritzbolzen, die im Buss Ko-Kneter an jeder Position entlang des Verfahrensteils montiert werden können, ermöglichen das Einspritzen von Flüssigkomponenten direkt in das geschmolzene Polymer an der für das Verfahren optimalen Stelle. Der Mischvorgang beginnt unmittelbar, ohne Verschmierung an der Gehäusewand, und ermöglicht einen Einmischung auf kürzester Verfahrenslänge.

  • Intensives distributives Mischen
    Der BUSS Ko-Kneter gewährleistet ein intensives verteilendes Mischen, da die Überlagerung von Rotation und Axialbewegung der Misch- und Knetschnecke Dehnströmungen bewirkt sowie eine grosse Anzahl an Scheroberflächen und dabei ein kanalübergreifendes Mischen erzeugt.

  • Temperaturkontrolle an jeder Bolzenposition
    Thermofühlerbolzen, die an jeder Position entlang des Verfahrensteils montiert werden können, ermöglichen eine optimale Temperaturkontrolle, indem die Temperaturgrenzen des jeweiligen Compounds präzise überwacht werden können. Eine hohe Genauigkeit wird dadurch sichergestellt, dass die Thermofühlerbolzen permanent von geschmolzenem Compound umgeben sind und der Einfluss der Gehäusetemperierung praktisch vernachlässigt werden kann. Dies ist ein wichtiger Bestandteil einer Online-Qualitätskontrolle.

  • Zuverlässige Skalierungs-Prozesse
    Die BUSS Skalierungs-Prozesse sind bekannt für ihre Zuverlässigkeit – vom Labor über den Pilotbetrieb bis zum Produktionsmassstab. Hauptverantwortlich dafür ist die exakte geometrische Skalierung aller relevanten Dimensionen in unterschiedlichen Baugrössen. Dies ist bei keinem anderen Schneckenmaschinen-System in dieser Form möglich. Modernste Fluiddynamik- und numerische Simulationstechnologien sowie 70 Jahre Prozesserfahrung ergänzen eine exakte Vorhersage und Gestaltung der Skalierungs-Prozesse zusätzlich.

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  • COMPEO
  • Buss Kneader technology
  • Buss Kneader Technology for Cable Compounds