Silan-vernetzte Kabelcompounds

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 Abtropfen der Isolation. Durch eine Vernetzung des Polyethylens (PEX 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 eingesetzt. Die silanvernetzenden Kabel Compounds werden auch als PEX-b oder Sioplas® bezeichnet.

Der Sioplas® Prozess wurde im Jahre 1968 von Midland Silicones (heute Dow) entwickelt. In einem zweistufigen Verfahren wird in einem ersten Prozessschritt eine mit Peroxid aktivierte Pfropfung des Vinylsilans auf die Polymerketten realisiert. Im zweiten Schritt wird das gepfropfte Compound zusammen mit einem Katalysator-Masterbatch auf konventionellen Extrudern zum Kabel extrudiert. Der Vernetzungsvorgang geschieht offline in einer Wasser- oder Dampfumgebung. Seit der Verfahrens-Entwicklung werden für den ersten Schritt und die Herstellung des Katalysator-Masterbatches BUSS Ko-Kneter eingesetzt.

Für den Einsatz in Kabelisolations-Anwendungen bis zu Spannungen von 10 kV haben sich silanvernetzende Kabel Compounds auf PE Basis global als die wirtschaftlichsten erwiesen und werden in grossen Mengen hergestellt.

Weiße Rohmasse aus silanvernetzenden Kabel Compounds hergestellt mit der BUSS Compoundier-Technologie
Blaue Kabelenden mit Isolierung aus silanvernetzenden Kabel Compounds, die mit einem BUSS Compounder produziert worden sind.
Kabelstück mit mehreren Lagen Isolierung aus silanvernetzenden Kabel Compounds
Kabelende mit verschieden Schichten an Kabelisolation als Beispiel für silanvernetzende Kabel Compounds

Anforderungen an die Aufbereitung

Das Verfahren der Pfropfung erfordert eine gezielte Prozessführung hinsichtlich Temperaturprofils und der Verweilzeit. Die flüssige Silan-Peroxid-Mischung wird mittels einer gravimetrishcen Membran- oder Kolbendosierpumpe in die Polymerschmelze dosiert und intensiv distributiv vermischt. Die Silan-Moleküle werden über eine radikalische Pfropfung mit den Polymerketten verbunden. Dieser Vorgang erfordert einen bestimmten zeitlichen Ablauf bei entsprechenden Temperaturen.

In diesem reaktiven Compoundierprozess sind die folgenden Eigenschaften des BUSS Ko-Kneter innerhalb der Compoundieranlage zur Produktion von silanvernetzenden Kabel Compounds von zentraler Bedeutung: Die Silan-Peroxid-Mischung kann an der verfahrenstechnisch optimalen Position direkt in den Schmelzepool eingespritzt werden. Die unmittelbar einsetzende distributive Verteilung erlaubt eine hohe und gleichmässige Pfropfungsausbeute und minimierte Scorching-Effekte im Vergleich mit alternativen Systemen. Das Silanvernetzungsverfahren kann jederzeit durch Compound-Temperaturmessungen im Prozessraum überwacht werden. Dies erlaubt eine Online-Qualitätssicherung und Regelung. Der Druckaufbauschritt wird mit einer Vordruck-geregelten Schmelzepumpe umgesetzt, die eine Unterwassergranulierung für die Formgebung speist. So können die unabhängig optimiert werden. Das aufklappbare Gehäuse des BUSS Ko-Kneters sichert einen schnellen Zugang und hohe Verfügbarkeit des Systems. All diese Kompetenzen zusammen sind das Plus der BUSS Compoundier-Technologie im Produktionsverfahren von silanvernetzenden Kabel Compounds.

Verschiedene Kabel mit Kabelisolierung als Beispiel für mit BUSS Compoundern hergestellte silanvernetzende Kabel Compounds

Der modulare und dadurch anpassbare Aufbau der ganzen Compoundieranlage und die breit abgestützte BUSS Verfahrensexpertise machen den BUSS Ko-Kneter seit der Entwicklung des Verfahrens zur ersten Wahl für das Compoundieren von silanvernetzenden Kabel Compounds für Kabelisolation und bieten höchste Investitionssicherheit.

Typisches Anlagenlayout für die Aufbereitung von silanvernetzte Kabelcompounds

Typisches Anlagenlayout für die Compoundierung von silanvernetzenden Kabel Compounds

BUSS Compoundiersysteme für silanvernetzte Kabelcompounds bieten folgende spezifische Vorteile

  • 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.

  • Temperaturüberwachung 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.

  • 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.

  • Hohe Zahl an Mischzyklen
    Auf den mehrflügeligen BUSS Ko-Knetern wird eine hohe Zahl an Mischzyklen erzielt. Die neuen, einzigartigen Schneckengeometrien ermöglichen eine maximale Teilung und Neufaltung der Compounds, mit zahllosen Umschichtungen und hervorragendem Mischen über eine sehr kurze Verfahrenslänge.

  • Präzise Temperaturführung
    Der BUSS Ko-Kneter in der Silankabelcompoundiertechnik und -anlage erlaubt eine präzise Temperaturführung aufgund einer kontrollierten Energieeinleitung und gleichförmigen, moderaten Scherraten, sowie deren Temperaturüberwachung durch Thermoelemente, die in von Polymer umgebenen, hohlgebohrten Knetbolzen an relevanten Positionen entlang des Verfahrensteils montiert sind.

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