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Os compostos de polietileno reticulado com silano (XLPE) são um tipo de isolamento termofixo usado em cabos elétricos. São produzidos por meio da reticulação química de moléculas de polietileno com compostos de silano, que transformam a estrutura molecular linear do polietileno em uma rede tridimensional. Esse processo aprimora a estabilidade térmica, a resistência mecânica e as propriedades elétricas do material, tornando-o adequado para diversas aplicações, desde transmissão de energia de baixa e alta tensão até sistemas automotivos.

Desafios e soluções de processamento para materiais compostos de cabos XLPE reticulados com silano

A fabricação de materiais compostos para cabos de polietileno reticulado com silano (XLPE) enfrenta desafios técnicos críticos, incluindo o controle da pré-reticulação, a otimização da retração térmica, o ajuste da cristalinidade e a estabilidade do processo. Avanços recentes na ciência dos materiais e nas metodologias de produção estão superando esses obstáculos, melhorando significativamente a qualidade do produto e o rendimento do processo.

1. Pré-reticulação e mitigação do efeito de queimadura

 Desafio:No processo Sioplas, a exposição à umidade durante a mistura e extrusão das Partes A e B pode desencadear reações prematuras de hidrólise e condensação. Isso leva a uma pré-reticulação descontrolada, resultando em maior viscosidade da massa fundida, baixa fluidez, superfícies rugosas e propriedades de isolamento comprometidas, como menor tensão de ruptura.

Solução:

Integração de aditivos lubrificantes:Incorporandomasterbatches à base de silicone, comoAditivo de processamento à base de silicone da SILIKELYPA-208C melhora eficazmente o fluxo de fusão, reduz a adesão do material fundido às roscas e matrizes e previne eficazmente a pré-reticulação sem afetar a qualidade final da reticulação.

Aditivo de silicone LYPA-208CPossui forte desempenho anti-pré-reticulação sem afetar a qualidade da reticulação final.

O masterbatch de silicone LYPA-208C elimina defeitos superficiais como "pele de tubarão" e melhora a suavidade da superfície.

O aditivo à base de silicone LYPA-208C reduz significativamente o torque de extrusão e previne a sobrecarga do motor.

Aditivos de siloxano LYPA-208CAumenta a estabilidade da linha de extrusão e a taxa de produção.

Otimização do gradiente de temperatura:A implementação de temperaturas segmentadas no cilindro de extrusão, entre 140 °C e 180 °C, ajuda a minimizar o superaquecimento localizado. A redução do tempo de permanência em zonas de alta temperatura diminui ainda mais o risco de reticulação prematura.

Processamento em duas etapas:O uso de um método em duas etapas, no qual o silano é enxertado no polietileno antes da extrusão, alivia as pressões associadas ao enxerto em linha, reduzindo assim a probabilidade de pré-reticulação durante a extrusão em comparação com as abordagens de etapa única.

2. Otimização do desempenho da retração térmica

Desafio:A contração excessiva da camada isolante acarreta riscos de deformação estrutural e falhas elétricas, relacionados à orientação cristalina e à dinâmica de resfriamento.

Soluções:

Sistemas de refrigeração multiestágios:A utilização de uma sequência de estágios de resfriamento com água quente, morna e fria diminui as taxas de cristalização, controlando eficazmente os gradientes térmicos e reduzindo a contração.

Ajuste dos parâmetros de extrusãoO uso de extrusoras com alta relação comprimento/diâmetro (≥30:1) prolonga o tempo de retenção do material fundido, suprimindo a cristalização indesejada. A utilização de matrizes de compressão para cabos menores (≤6mm²) minimiza a cristalização induzida pela orientação, controlando ainda mais a contração.

Seleção de materiais:A adoção de polietileno reticulado com silano em duas etapas permite um controle mais preciso sobre o comportamento de cristalização, contribuindo para uma melhor estabilidade térmica.

3. Equilíbrio entre cristalinidade e propriedades mecânicas

Desafio:A alta cristalinidade causa fragilidade, enquanto a cristalização insuficiente compromete a resistência térmica.

Soluções:

Controle da temperatura de fusão:Elevar a temperatura de fusão para 190°C–210°C com tempos de permanência prolongados reduz a nucleação de cristais, embora seja necessário um controle cuidadoso para evitar a reticulação prematura.

Design do Masterbatch Catalisador:A utilização da extrusão de dupla rosca garante a dispersão uniforme dos catalisadores organoestânicos, otimizando a interação entre a reticulação e a cristalinidade para melhorar as propriedades mecânicas.

4. Aprimorando a estabilidade do processo

Desafio:A sensibilidade às flutuações do processo desencadeia instabilidade na pressão de extrusão e defeitos na superfície.

Soluções:

Melhorias nos equipamentos:A implementação de sistemas de mistura em tambor de duplo cone garante a dispersão homogênea dos aditivos de silano, com tempos de mistura superiores a 2,5 horas para atingir a consistência ideal.

Monitoramento em tempo real:O monitoramento contínuo da corrente e da velocidade de rotação da rosca permite ajustes rápidos nas configurações de temperatura e nos protocolos de limpeza do molde, mantendo condições de processamento estáveis.

Tendências da indústria e perspectivas futuras da fabricação de cabos XLPE

A integração do processamento em duas etapas, combinada com aditivos funcionais, como masterbatches à base de silicone, emergiu como uma estratégia líder para superar os desafios de processamento na fabricação de cabos XLPE. Essas inovações, segundo relatos, aumentaram o rendimento da produção em mais de 10 a 20% em aplicações piloto, aprimorando a confiabilidade dos cabos XLPE nos setores de transmissão de energia e automotivo. Olhando para o futuro, os fabricantes estão se concentrando em pesquisa e desenvolvimento de tecnologias de resfriamento adaptativo e controles de processo inteligentes para refinar ainda mais o desempenho do material XLPE, atendendo à crescente demanda por cabos de alto desempenho.

Ao adotar essas estratégias avançadas de processamento e inovações em materiais, os fabricantes podem aumentar significativamente a eficiência e a qualidade da produção de cabos XLPE, garantindo a entrega de produtos superiores que atendam às demandas em constante evolução das aplicações elétricas modernas.

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