PL222449B1

PL222449B1 - Method of homogeneus cross-linking made of polyolefines of electric cables and conductors insulations and shields, using the electron beam

Info

Publication number: PL222449B1
Application number: PL405025A
Authority: PL
Inventors: Zbigniew Zimek; Grażyna Przybytniak; Andrzej Nowicki; Karol Roman
Original assignee: Inst Chemii I Techniki Jądrowej
Priority date: 2013-08-07
Filing date: 2013-08-07
Publication date: 2016-07-29
Also published as: PL405025A1

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób jednorodnego sieciowania wykonanych z poliolefin izolacji i osłon przewodów i kabli elektrycznych przy wykorzystaniu wiązki elektronów, w szczególności wykonanych z polietylenu, jego kopolimerów z innymi polimerami i/lub polimerów lub kopolimerów podstawionych monomerów winylowych, z wykorzystaniem urządzenia do wielokrotnego przewijania przewodów/kabli pod wiązką szybkich elektronów z akceleratora oraz dwóch bębnów zapewniających ich zorientowany przesuw. Sposób polega na tym, że kabel o całkowitej średnicy od 1 do 10 mm, żyle metalowej o sumarycznej średnicy od 0,5 do 7,5 mm, grubości izolacji od 0,1 do 2,5 mm i grubości osłony od 0,05 do 1,5 mm, napromieniowuje się dwustronne wiązką elektronów, stosując nawijanie kabli na bębny urządzenia przewijającego w naprzemiennych kierunkach, w kształt zbliżony do cyfry "8" lub równolegle, ewentualnie podnoszony do płaszczyzny przewijania przy pomocy dodatkowych rolek, gładkich lub rowkowanych, przy szybkości przewijania kabla pod wiązką od 10 do 25 m/min, stosując energię elektronów w przedziale 0,5 do 5 MeV i rozbieżność (rozogniskowanie) wiązki w przedziale od 0° do 45° i sumaryczną dawkę zaabsorbowaną w izolacji od 85 do 110 kGy, przy czym co najmniej jeden z bębnów wyposażony jest we własny napęd z możliwością regulacji szybkości obrotów. Natomiast kable/przewody przewijane są pomiędzy bębnami, niezależnie od kierunku, w określonej geometrii i stałym położeniu (odległości) względem wylotu wiązki z akceleratora, a kabel/przewód przewijany jest z bębna na bęben bezpośrednio lub podnoszony do płaszczyzny przewijania przy pomocy dodatkowych rolek, gładkich lub rowkowanych. Zastosowaną metodą osiąga się rozrzut stopnia usieciowania na obwodzie kabla nie przekraczający 10%.The subject of the invention is a method of uniform cross-linking of insulation and sheaths of electrical wires and cables made of polyolefins using an electron beam, in particular those made of polyethylene, its copolymers with other polymers and/or polymers or copolymers of substituted vinyl monomers, using a device for repeated rewinding of wires/ cables under the beam of fast electrons from the accelerator and two drums ensuring their oriented movement. The method consists in a cable with a total diameter of 1 to 10 mm, a metal conductor with a total diameter of 0.5 to 7.5 mm, an insulation thickness of 0.1 to 2.5 mm and a sheath thickness of 0.05 to 7.5 mm. 1.5 mm, is irradiated with a double-sided electron beam, winding the cables on the reels of the rewinding device in alternating directions, in a shape similar to the figure "8" or in parallel, optionally lifted to the rewinding plane using additional rollers, smooth or grooved, at the rewinding speed cable under the beam from 10 to 25 m/min, using electron energy in the range of 0.5 to 5 MeV and beam divergence (defocusing) in the range from 0° to 45° and the total dose absorbed in the insulation from 85 to 110 kGy, with at least one of the drums is equipped with its own drive with the possibility of adjusting the rotation speed. However, cables/wires are rewound between the drums, regardless of direction, in a specific geometry and constant position (distance) relative to the beam outlet from the accelerator, and the cable/wire is rewound from the drum to the drum directly or lifted to the rewinding plane using additional smooth rollers. or grooved. The method used achieves a spread of the degree of cross-linking around the cable circumference not exceeding 10%.

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 222449 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 405025 ^{(51) Int.Cl.} (12) PATENT DESCRIPTION (19) PL (11) 222449 (13) B1 (21) Application number: 405025 ^{(51) Int.Cl.}

B29C 35/08 (2006.01) B29C 71/04 (2006.01) H01B 13/00 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 07.08.2013B29C 35/08 (2006.01) B29C 71/04 (2006.01) H01B 13/00 (2006.01) (22) Date of notification: 07/08/2013

Sposób jednorodnego sieciowania wykonanych z poliolefin izolacji i osłon przewodów i kabli elektrycznych przy wykorzystaniu wiązki elektronówA method of homogeneous cross-linking of polyolefin insulations and sheaths of electric wires and cables using an electron beam

(73) Uprawniony z patentu: INSTYTUT CHEMII I TECHNIKI JĄDROWEJ, Warszawa, PL (73) The right holder of the patent: INSTITUTE OF NUCLEAR CHEMISTRY AND TECHNOLOGY, Warsaw, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: 16.02.2015 BUP 04/15 (43) Application was announced: 16.02.2015 BUP 04/15 (72) Twórca(y) wynalazku: (72) Inventor (s): (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: (45) The grant of the patent was announced: ZBIGNIEW ZIMEK, Warszawa, PL GRAŻYNA PRZYBYTNIAK, Warszawa, PL ANDRZEJ NOWICKI, Warszawa, PL KAROL ROMAN, Warszawa, PL ZBIGNIEW ZIMEK, Warsaw, PL GRAŻYNA PRZYBYTNIAK, Warsaw, PL ANDRZEJ NOWICKI, Warsaw, PL KAROL ROMAN, Warsaw, PL 29.07.2016 WUP 07/16 29.07.2016 WUP 07/16 (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Iwona Brodowska (74) Representative: item. stalemate. Iwona Brodowska

PL 222 449 B1PL 222 449 B1

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób sieciowania izolacji i osłon przewodów i kabli elektrycznych, przy pomocy wiązki przyspieszonych w akceleratorze elektronów, zapewniający równomierną gęstość usieciowania tworzywa stosowanego jako izolacja, osłona, bądź na inne elementy niemetaliczne kabla. Sposób ten umożliwia osiągnięcie równomiernego usieciowania zarówno powłoki, jak i izolacji przewodów elektrycznych na całym obwodzie, w tym dla kabli o średnicach od 3 mm do 20 mm.The subject of the invention is a method of cross-linking the insulation and sheaths of electric wires and cables, with the use of an electron beam accelerated in an accelerator, ensuring uniform cross-linking density of the material used as insulation, sheath or other non-metallic elements of the cable. This method makes it possible to achieve uniform cross-linking of both the sheath and the insulation of electric wires along the entire circumference, including cables with diameters from 3 mm to 20 mm.

Na powłoki i izolacje kabli niskich i średnich napięć powszechnie stosowany jest polichlorek winylu (PVC plastyfikowany, polwinit). Od lat 80-tych polwinit jest stopniowo zastępowany przez polietylen (PE), jego kopolimery lub też inne poliolefiny. Główną przyczyną jest fakt wydzielania przez polichlorek winylu silnie trujących gazów w trakcie procesu palenia. W porównaniu z polichlorkiem winylu, polietylen posiada znacznie mniejszą przepuszczalność wody (10-krotnie), lepsze własności fizyczne (większą twardość, wyższą temperaturę pracy oraz mniejszy ciężar właściwy). Polietylen w 2,5% domieszkowany sadzą jest w dużym stopniu odporny na szkodliwy wpływ ekspozycji na promieniowanie ultrafioletowe i widzialne (UV-Vis) przez okres ok. 40 lat, wykazuje bardzo dobre własności elektryczne - charakteryzuje się niską stałą dielektryczną, w niewielkim stopniu zależną od częstotliwości, małą stratnością dielektryczną i wysoką rezystywnością. Jednak nie wszystkie właściwości polietylenu o dpowiadają wysokim wymaganiom stawianym obecnie przewodom elektrycznym. Polietylen jest łatwopalny, topi się i kapie w trakcie palenia, a w związku z tym rozprzestrzenia płomień. Wykazuje również zbyt niską maksymalną temperaturę pracy w zastosowaniach, gdzie wymagana jest bardzo wysoka, jakość izolacji i zachowanie szczególnych warunków bezpieczeństwa. Charakterystykę polietylenu znacznie poprawia jego usieciowanie polegające na wytworzeniu poprzecznych wiązań między łańcuchami polimeru metodą chemiczną albo fizyczną (radiacyjną).Polyvinyl chloride (plasticized PVC, PVC) is commonly used for coatings and insulation of low and medium voltage cables. Since the 1980s, PVC has been gradually replaced by polyethylene (PE), its copolymers or other polyolefins. The main reason is the release of highly poisonous gases by polyvinyl chloride during the burning process. Compared to polyvinyl chloride, polyethylene has a much lower water permeability (10 times), better physical properties (higher hardness, higher operating temperature and lower specific weight). 2.5% of polyethylene doped with soot is largely resistant to the harmful effects of exposure to ultraviolet and visible radiation (UV-Vis) for about 40 years, shows very good electrical properties - it is characterized by a low dielectric constant, slightly dependent on on frequency, low dielectric loss and high resistivity. However, not all the properties of polyethylene meet the high requirements currently imposed on electric cables. Polyethylene is flammable, will melt and drip when burned and therefore spread flame. It also has a too low maximum operating temperature in applications where very high insulation quality and the maintenance of special safety conditions are required. The characteristics of polyethylene are significantly improved by its cross-linking consisting in the creation of cross-links between the polymer chains by chemical or physical (radiation) methods.

Wyroby z polietylenu sieciowanego mają własności elektryczne równie dobre jak polietylen naturalny, wykazując równocześnie większą odporność na temperaturę, wyższą odporność na tlen, ozon, promieniowanie UV oraz większą odporność chemiczną na działanie kwasów, zasad i rozpus zczalników organicznych, w tym smarów i olejów. Wyroby te nie wykazują tendencji do pękania pod wpływem naprężeń i środowisk ciekłych.Products made of cross-linked polyethylene have electrical properties as good as natural polyethylene, showing at the same time greater resistance to temperature, higher resistance to oxygen, ozone, UV radiation and greater chemical resistance to acids, bases and organic solvents, including greases and oils. These products do not show a tendency to crack under the influence of stresses and liquid media.

Znane są różne metody sieciowania polietylenu, w tym metoda chemiczna przy zastosowaniu nadtlenków, silanów i podobnych reaktywnych składników, jak również metoda fizyczna polegająca na zastosowaniu promieniowania jonizującego.Various methods of cross-linking polyethylene are known, including a chemical method using peroxides, silanes, and similar reactive components, as well as a physical method involving the use of ionizing radiation.

Ze względu na właściwości dielektryczne izolacji, znacznie korzystniejsze od sieciowania chemicznego przy pomocy nadtlenków i innych reaktywnych składników izolacji, jest zastosowanie sieciowania izolacji przy pomocy promieniowania jonizującego: wiązki szybkich elektronów albo w ograniczonym stopniu promieniowaniem gamma. Ze względu na konieczność dostarczenia w trakcie sieciowania do całej objętości izolacji i innych wykonanych z tworzywa elementów kabli, czy przewodów znaczących ilości energii wskutek absorpcji promieniowania jonizującego, do przeprowadzenia tego procesu wykorzystuje się głównie akceleratory elektronów, jako zdolne do dostarczenia w jednostce czasu znacząco większych ilości energii niż w źródłach gamma.Due to the dielectric properties of the insulation, it is much more advantageous than chemical cross-linking with peroxides and other reactive components of the insulation to cross-link the insulation with ionizing radiation: fast electron beams or, to a limited extent, gamma radiation. Due to the need to supply significant amounts of energy to the entire volume of insulation and other plastic elements of cables or wires during cross-linking due to the absorption of ionizing radiation, electron accelerators are mainly used to carry out this process, as they are capable of delivering significantly larger amounts per unit of time. energy than gamma sources.

Ogólnie, proces radiacyjnego sieciowania izolacji kabli i przewodów polega na ich wielokrotnym przewijaniu przez obszar gdzie dociera wiązka elektronów uformowana i przyspieszona w akceleratorze. Typowe schematy instalacji do radiacyjnej modyfikacji kabli i przewodów elektrycznych przedstawiono na fig. 1. Proces prowadzony jest w sposób ciągły a przewijanie kabli i przewodów elektrycznych najczęściej odbywa się w „ósemkę” (fig. 1.1) lub równolegle (fig. 1.11). Wiązka elektronów jest przemiatania poprzecznie do kierunku przewijania przewodów.Generally, the process of radiation cross-linking of cable and wire insulation consists in repeatedly winding them through the area where the electron beam, formed and accelerated in the accelerator, reaches the area. Typical diagrams of installations for radiation modification of electric cables and wires are shown in Fig. 1. The process is carried out in a continuous manner and the rewinding of electric cables and wires is most often performed in "figure eight" (Fig. 1.1) or in parallel (Fig. 1.11). The electron beam is sweeping transversely to the direction of the winding.

Głównym elementem instalacji technologicznej jest zespół przewijania kabli w obszarze wyprowadzenia wiązki elektronów. Składa się on zwykle z dwóch rowkowanych bębnów, z których typowo napędzany jest tylko jeden, po których przewody przewijane są ze szpuli (bębna) zdawczej na szpulę odbiorczą. Zależnie od średnicy przewodów i szerokości wiązki elektronów z akceleratora, ilość ro wków waha się od około 20 do ponad 100. Ze względu na prowadzenie dwustronnego napromieniowania wiązką elektronów kable nawijane są na bębny urządzenia przewijającego w naprzemiennych kierunkach, w kształt zbliżony do cyfry „8”. Ten sposób prowadzenia kabli pod wiązką umożliwia dwustronne napromienianie izolacji przewodów, gdyż kabel napromieniowany z jednej strony w trakcie przewijania w jednym kierunku, np. z bębna napędowego na bęben bierny, zostaje napromieniowany z drugiej strony podczas przewijania w drugim kierunku, z bębna biernego na napędowy. Napromieniowanie sztywnych kabli i przewodów elektrycznych wymaga równoległego ich prowadzenia dla uzyPL 222 449 B1 skania efektu dwustronnego napromieniowania (fig. 1.11) i polega na prowadzeniu kabla pomiędzy bębnami urządzenia przewijającego pod wiązką bez ich krzyżowania w kształcie ósemki. Kable, z jednego bębna na drugi, gdy oba bębny obracają się w tym samym kierunku, prowadzone są poziomo w linii prostej, natomiast w drodze powrotnej przesuwają się po dwóch dodatkowych żłobkowanych rolkach umieszczonych w ten sposób, że wymuszają ich ruch w płaszczyźnie przechodzącej przez płaszczyznę kabli przewijanych bezpośrednio pomiędzy bębnami lub w niewielkiej odległości od tej płaszczyzny. Po tych samych rolkach, ale w oddzielnych rowkach, przesuwają się kable przewijane pomiędzy bębnami bezpośrednio. W rezultacie takiego rozwiązania, kable przewijane są w obu kierunkach w jednej płaszczyźnie i w jednakowej odległości od wylotu wiązki przyspieszonych elektronów z akceleratora. W celu uniknięcia możliwości splątania kabli, z których każdy przesuwa się w kierunku przeciwnym niż sąsiedni, są one dodatkowo rozdzielone dwoma grzebieniami z prętów, ewentualnie obracających się, o przekroju okrągłym, umieszczonymi po obu stronach dodatkowych rolek. W celu skompensowania nieuniknionych różnic w długości kolejnych nawojów kabla pomiędzy bębnami urządzenia przewijającego, bęben bierny wykonany jest nie jako jednolity, ale w postaci umieszczonych na osi oddzielnych rolek o dużej średnicy, przy czym każda z rolek posiada tylko jeden rowek do prow adzenia kabla i służy do przewijania jednego tylko nawoju kabla. Każda z tych rolek, w trakcie przesuwu kabla, obraca się niezależnie od innych.The main element of the technological installation is the cable rewinding unit in the area of the electron beam exit. It usually consists of two grooved drums of which only one is typically driven, on which the wires are wound from the take-up reel (drum) to the take-up reel. Depending on the diameter of the wires and the width of the electron beam from the accelerator, the number of grooves varies from about 20 to more than 100. Due to the two-sided electron beam irradiation, the cables are wound on the drums of the rewinding device in alternating directions, in a shape similar to the number "8" . This method of guiding the cables under the bundle enables two-sided irradiation of the insulation of the wires, because the cable irradiated on one side during winding in one direction, e.g. from the driving drum to the passive drum, is irradiated on the other side when winding in the other direction, from the passive drum to the driving drum. . Irradiation of rigid cables and electric wires requires parallel routing to obtain the effect of double-sided irradiation (Fig. 1.11) and consists of guiding the cable between the reels of the rewinding device under the bundle without their eight-shaped crossing. Cables, from one drum to the other, when both drums rotate in the same direction, run horizontally in a straight line, while on the way back they slide on two additional grooved rollers arranged in such a way that they force their movement in a plane passing through the plane cables wound directly between the drums or at a short distance from this plane. On the same reels, but in separate grooves, the cables winding between the drums move directly. As a result of this solution, the cables are rewound in both directions in one plane and at the same distance from the accelerator electron beam outlet. In order to avoid the possibility of entanglement of the cables, each of which slides in the opposite direction to the adjacent ones, they are additionally separated by two rods, possibly rotating, with a circular cross section, placed on both sides of additional rollers. In order to compensate for the unavoidable differences in the length of the successive bundles of the cable between the reels of the rewinding device, the passive drum is made not uniform, but in the form of separate rolls of large diameter arranged on the axis, each of the rolls having only one groove for guiding the cable and serving for rewinding one cable bundle only. Each of these rollers rotates independently of the others as the cable travels.

Usytuowanie przewodów pod wiązką elektronów w ich poprzecznym przekroju przedstawiono na fig. 2.The location of the wires under the electron beam in their cross-section is shown in Fig. 2.

Taki sposób sieciowania radiacyjnego izolacji kabli wiązką elektronów z akceleratora ujawnia szereg opisów patentowych, wśród których można wymienić opisy o numerach: US 2 858 442 z 1958 r., US 3 564 238 z 1971 r., US 3 330 748 z 1978 r., US 4 252 413 z 1981 r., US 4 482 811 z 1984 r., US 4 521 445 z 1985 r., opis chiński nr CN 102 280 209 A z 2011 r.Such a method of radiation crosslinking of cable insulation with an electron beam from an accelerator is disclosed in a number of patents, including those with the following numbers: US 2,858,442 of 1958, US 3,564,238 of 1971, US 3,330,748 of 1978, US 4,252,413 of 1981, US 4,482,811 of 1984, US 4,521,445 of 1985, Chinese description no. CN 102 280 209 A of 2011.

Dokładne pomiary stopnia usieciowania izolacji w kablach wykazały, że w takiej konfiguracji urządzenia do sieciowania izolacji dla niektórych typów kabli, zwłaszcza tych o dużej średnicy, a także kabli o dużej sztywności, złożonych z żył metalowych o dużym przekroju pojawiają się problemy związane z jednorodnością stopnia usieciowania izolacji na obwodzie kabla, co ilustruje fig. 3.Accurate measurements of the degree of cross-linking of the insulation in the cables have shown that in this configuration of the insulation cross-linking device for some types of cables, especially those with large diameter, as well as for cables with high stiffness, composed of metal conductors with a large cross-section, problems with the uniformity of the degree of cross-linking arise insulation around the perimeter of the cable, as shown in Fig. 3.

Głównymi przyczynami tej nieprawidłowości są:The main causes of this anomaly are:

- pochłanianie elektronów wiązki przez wykonane z metalu (miedzi, aluminium) żyły wewnątrz kabla, jak również ich odbijanie od powierzchni metalu,- absorption of the beam electrons by wires made of metal (copper, aluminum) inside the cable, as well as their reflection from the metal surface,

- nieprawidłowe układanie się kabla podczas przewijania pod wiązką, wynikające zwykle z jego dużej sztywności, powoduje, że przewijany pod oknem akceleratora kabel, niezależnie od kierunku przewijania pomiędzy bębnami urządzenia, układa się zawsze tą samą stroną w kierunku wiązki,- incorrect laying of the cable during winding under the bundle, usually resulting from its high stiffness, causes that the cable winded under the accelerator window, regardless of the direction of winding between the drums of the device, is always placed with the same side towards the bundle,

- wskutek rozbieżności wiązki elektronów ukazanej na fig. 2, kable znajdujące się na brzegach bębna urządzenia do przewijania pod wiązką są częściowo przesłaniane przez sąsiednie przewody.- due to the divergence of the electron beam shown in Fig. 2, the cables located on the edges of the rewinder drum under the beam are partially obscured by adjacent conductors.

Najłatwiej, tego typu nieprawidłowości wyeliminować stosując napromieniowywanie kabli przy pomocy wiązki podzielonej na dwa strumienie (takie rozwiązanie nazywane jest czterostronnym napromieniowywaniem kabli/przewodów), dzięki odpowiedniej konstrukcji układu odchylania wiązki wyprowadzanej z akceleratora, lub nawet zastosowanie dwóch akceleratorów, co umożliwia bardziej symetryczne napromienianie przewijanych przewodów nie dwóch lecz z czterech stron. Tego typu rozwiązania przedstawiono przykładowo w amerykańskim opisie patentowym nr US 4 121 086 z 1978 r., w którym zaprezentowano podział wiązki elektronów na 3 strumienie.The easiest way to eliminate this type of irregularities is by irradiating cables with a beam divided into two streams (such a solution is called four-way irradiation of cables / wires), thanks to the appropriate design of the deflection system of the beam output from the accelerator, or even the use of two accelerators, which allows for more symmetrical irradiation of the winding wires not on two but on four sides. Solutions of this type are presented, for example, in US 4,121,086 of 1978, which presents the division of the electron beam into 3 streams.

Jednak stosowanie tego typu konstrukcji jest związane z bardzo dużym skomplikowaniem aparatury, a w przypadku stosowania 2 akceleratorów - dodatkowo podwojeniem kosztów aparaturowych.However, the use of this type of structure is associated with a very high complexity of the equipment, and in the case of using 2 accelerators - additionally doubling the equipment costs.

Okazało się jednak, że można otrzymać bardziej równomierne napromieniowanie izolacji kabli na ich obwodzie poprzez wybór odpowiednich parametrów klasycznego rozwiązania sposobu przewijania kabli pod wiązką przyspieszonych elektronów.It turned out, however, that it is possible to obtain a more uniform irradiation of the insulation of cables along their circumference by selecting the appropriate parameters of the classic solution of the method of winding cables under the beam of accelerated electrons.

Sposób jednorodnego sieciowania wykonanych z poliolefin izolacji i osłon przewodów i kabli elektrycznych przy wykorzystaniu wiązki elektronów, w szczególności wykonanych z polietylenu, jego kopolimerów z innymi polimerami i/lub polimerów lub kopolimerów podstawionych monomerów win ylowych, z wykorzystaniem urządzenia do wielokrotnego przewijania przewodów/kabli pod wiązką szybkich elektronów z akceleratora oraz dwóch bębnów zapewniających ich zorientowany przesuw, według wynalazku polega na tym, że kabel o całkowitej średnicy od 1 do 10 mm, żyle metalowej o sumarycznej średnicy od 0,5 do 7,5 mm, grubości izolacji od 0,1 do 2,5 mm i grubości osłony od 0,05 do 1,5 mm, napromieniowuje się dwustronnie wiązką elektronów, stosując nawijanie na bębny kabli urządzenia przewijającego w naprzemiennych kierunkach, w kształt zbliżony do cyfry „8” lubA method of homogeneous cross-linking of insulation and sheathing of electric wires and cables made of polyolefins using an electron beam, in particular made of polyethylene, its copolymers with other polymers and / or polymers or copolymers of substituted vinyl monomers, using a device for multiple winding of wires / cables underneath a beam of fast electrons from the accelerator and two drums ensuring their oriented movement, according to the invention, the cable with a total diameter from 1 to 10 mm, a metal wire with a total diameter from 0.5 to 7.5 mm, insulation thickness from 0, 1 to 2.5 mm and a sheath thickness of 0.05 to 1.5 mm, are irradiated on both sides with the electron beam, by winding the cable drums of the rewinding device in alternating directions, in a shape similar to the figure "8", or

PL 222 449 B1 równolegle, ewentualnie podnosząc do płaszczyzny przewijania przy pomocy dodatkowych rolek, gładkich lub rowkowanych, przy szybkości przewijania kabla pod wiązką od 10 do 25 m/min, stosując energię elektronów w przedziale 0,5 do 5 MeV i rozbieżność (rozogniskowanie) wiązki w przedziale od 0° do 45° i sumaryczną dawkę zaabsorbowaną w izolacji od 85 do 110 kGy, przy czym co najmniej jeden z bębnów wyposażony jest we własny napęd z możliwością regulacji szybkości obrotów, nat omiast kable/przewody przewijane są pomiędzy bębnami, niezależnie od kierunku, w określonej geometrii i stałym położeniu (odległości) względem wylotu wiązki z akceleratora, a kabel/przewód przewijany jest z bębna na bęben bezpośrednio lub podnoszony do płaszczyzny przewijania przy pomocy dodatkowych rolek, gładkich lub rowkowanych.PL 222 449 B1 parallel, possibly lifting to the scroll plane by means of additional rollers, smooth or grooved, at a cable rewinding speed under the bundle from 10 to 25 m / min, using electron energy in the range of 0.5 to 5 MeV and divergence (defocus) bundles in the range from 0 ° to 45 ° and the total dose absorbed in the insulation from 85 to 110 kGy, at least one of the drums is equipped with its own drive with adjustable speed of rotation, and the cables / wires are wound between the drums, independently from the direction, in a specific geometry and a fixed position (distance) in relation to the beam outlet from the accelerator, and the cable / wire is wound from the drum onto the drum directly or lifted to the rewinding plane by means of additional rolls, smooth or grooved.

Sposób według wynalazku polega na właściwej optymalizacji procesu i ścisłego powiązania parametrów wiązki elektronów z konstrukcją (wymiarami) kabli i przewodów elektrycznych oraz charakterystyką urządzenia do przewijania kabli i przewodów elektrycznych.The method according to the invention consists in the proper optimization of the process and the close connection of the parameters of the electron beam with the structure (dimensions) of cables and electric wires and the characteristics of the device for rewinding electric cables and wires.

Zasadniczym problemem optymalizacji procesu obróbki radiacyjnej jest maksymalne wykorzystanie wiązki elektronów przy zachowaniu możliwie dużej jednorodności procesu napromieniania. Rozkład przestrzenny wiązki elektronów na wyjściu akceleratora określony jest w pierwszym rzędzie przez parametry układu przemiatania wiązki oraz zjawisko rozproszenia wiązki w powietrzu w istotny sposób zależne od energii elektronów. Wykorzystywana jest przy tym określona geometria przemiatanej wiązki przyspieszonych elektronów, tak jak na fig. 2.1, przy czym optymalny kąt rozbieżności wią zki zależy od konstrukcji/budowy kabla i geometrii jego rozmieszczenia w obszarze gdzie dociera wią zka elektronów.The main problem of the optimization of the radiation treatment process is the maximum use of the electron beam while maintaining the highest possible uniformity of the irradiation process. The spatial distribution of the electron beam at the accelerator output is primarily determined by the parameters of the beam sweeping system and the beam scattering phenomenon in the air, significantly dependent on the electron energy. A specific geometry of the swept beam of accelerated electrons is used, as in Fig. 2.1, the optimum beam divergence angle depending on the design / structure of the cable and the geometry of its arrangement in the area where the electron beam arrives.

Rozkład dawki po obwodzie kabli i przewodów elektrycznych jest funkcją zależną kąta przemiatania wiązki, jak również jej rozbieżności określonej przez parametry akceleratora oraz efekt rozpraszania wiązki przy przejściu przez folię wyjściową akceleratora oraz w powietrzu między folią wyjściową a powierzchnią napromieniowanych obiektów. Przy czym rozkład dawki po obwodzie dla poszczególnych warstw napromieniowanego cylindrycznego obiektu dla określonej wartości promienia zależy od energii kinetycznej strumienia elektronów. Rozkład dawki głębinowej jest funkcją promienia R dla danego kierunku określonego wartością kąta φ w zakresie 360°.The dose distribution along the circumference of cables and electric wires is a function of the beam sweep angle as well as its divergence determined by the accelerator parameters and the beam scattering effect when passing through the accelerator output foil and in the air between the output foil and the surface of irradiated objects. The dose distribution along the circumference for individual layers of the irradiated cylindrical object for a given radius value depends on the kinetic energy of the electron beam. The depth dose distribution is a function of the radius R for a given direction determined by the value of the angle φ in the range of 360 °.

Na wymiary poprzeczne wiązki (jej rozbieżność) mają wpływ następujące czynniki: warunki ogniskowania wiązki w obszarze próżniowym akceleratora, siły kulombowskie zależne od prądu wiązki w impulsie, rozproszenie wiązki w materiale okna wyjściowego, a w pierwszym rzędzie rozproszenie wiązki w powietrzu wysoce zależne od energii elektronów. Rozbieżność wiązki elektronów jest funkcją wartości energii elektronów. Wykorzystanie optymalnej wartość rozbieżności wiązki daje wyniki zbliżone do napromieniowania 4-stronnego.The transverse dimensions of the beam (its divergence) are influenced by the following factors: beam focusing conditions in the accelerator vacuum region, Coulomb forces depending on the beam current in the pulse, beam scattering in the exit window material, and in the first place beam scattering in the air highly dependent on the electron energy. Electron beam divergence is a function of the electron energy value. The use of the optimal value of the beam divergence gives results similar to 4-sided irradiation.

Za pomocą symulacji komputerowej metodą Monte Carlo obliczono rozkład dawki po obwodzie w warstwie izolacji przewodu elektrycznego (średnica przewodu 10,1 mm, grubość warstwy osłony 0,3 mm, grubość warstwy izolacji 1,0 mm, średnica żyły miedzianej 7,5 mm, energia wiązki elektronów 1,75 MeV, średni prąd wiązki 10 mA, liniowe przemiatanie wiązki, szerokość przemiatania 40 cm, maksymalny kąt przemiatania 13°, prędkość przewijania 10 cm/s). Wyniki wskazały, że rozbieżność wiązki w istotny sposób wpływa na jednorodność rozkładu dawki, gdyż dla rozbieżności wiązki wyn oszącej 0 deg stosunek dawki maksymalnej Dmax do dawki minimalnej Dmin (Dmax/Dmin) wynosił 1,312, zaś dla rozbieżności wiązki 30 deg Dmax/Dmin = 1,138 dla napromieniowania dwustronnego.Using the computer simulation with the Monte Carlo method, the dose distribution along the circumference in the electric wire insulation layer was calculated (wire diameter 10.1 mm, sheath layer thickness 0.3 mm, insulation layer thickness 1.0 mm, copper wire diameter 7.5 mm, energy electron beam 1.75 MeV, average beam current 10 mA, linear beam sweep, sweep width 40 cm, maximum sweep angle 13 °, scroll speed 10 cm / s). The results showed that the beam divergence significantly influenced the homogeneity of the dose distribution, because for the beam divergence of 0 deg, the ratio of the maximum dose Dmax to the minimum dose Dmin (Dmax / Dmin) was 1.312, and for the beam divergence 30 deg Dmax / Dmin = 1.138 for two-sided irradiation.

Sposób według wynalazku i otrzymane rezultaty sieciowania izolacji kabli przedstawiono w poniższych przykładach.The method according to the invention and the results of crosslinking of the cable insulation are presented in the examples below.

P r z y k ł a d IP r z k ł a d I

Procesowi sieciowania poddawany był kabel o całkowitej średnicy 10,1 mm, żyle metalowej w ykonanej z 264 drucików miedzianych pokrytych cyną o sumarycznej średnicy 7,5 mm, grubości izolacji 1,0 mm i grubości osłony 0,3 mm. Stosowano 28 nawojów kabla pomiędzy bębnami urządzenia przewijającego. W urządzeniu przewijającym bęben napędowy o średnicy 630 mm wykonany był jako jednolity, natomiast bęben bierny składał się z 28 niezależnych kół pasowych o średnicy 630 mm i grub ości 26 mm obracających się na oddzielnych łożyskach. Dwustronne napromieniowanie wiązką elektronów kabli uzyskano stosując nawijane na bębny urządzenia przewijającego w naprzemiennych kierunkach, w kształt zbliżony do cyfry „8” według schematu przedstawionego na fig. 1.1. Szybkość przewijania pod wiązką wynosiła 20 m/min, stosowano wiązkę rozbieżną o kącie rozwarcia 30°, sumaryczna dawka zaabsorbowana w izolacji zmierzona dozymetrem foliowym wynosiła 110 kGy. Jednorodność stopnia usieciowania zmierzono wyznaczając zawartość usieciowanego polimeru (frakcję żelową według PN-EN 579/2001) oddzielnie dla izolacji i dla osłony, dzieląc ich odcinki obwodowo naThe cross-linking process was performed on a cable with a total diameter of 10.1 mm, a metal conductor made of 264 tin-plated copper wires with a total diameter of 7.5 mm, insulation thickness 1.0 mm and sheath thickness 0.3 mm. There were 28 windings of cable between drums of the rewinder. In the rewinding device, the driving drum with a diameter of 630 mm was made uniform, while the passive drum consisted of 28 independent pulleys with a diameter of 630 mm and a thickness of 26 mm rotating on separate bearings. The two-sided electron beam irradiation of the cables was obtained by using alternating directions wound on the reels of the rewinding device, in a shape similar to the digit "8" according to the diagram shown in Fig. 1.1. The speed of rewinding under the beam was 20 m / min, a divergent beam with an angle of incidence of 30 ° was used, the total dose absorbed in the insulation measured with a foil dosimeter was 110 kGy. The homogeneity of the degree of cross-linking was measured by determining the content of cross-linked polymer (gel fraction according to PN-EN 579/2001) separately for the insulation and for the cover, dividing their sections circumferentially into

PL 222 449 B1 części. Dla izolacji otrzymano zawartość frakcji żelowej zmieniającą się w granicach od 55% do 60% (Dmax/Dmin = 1,09), natomiast dla osłony frakcja żelowa wynosiła od 62% do 68% (Dmax/Dmin = 1,10).PL 222 449 B1 part. For isolation, the content of the gel fraction ranged from 55% to 60% (Dmax / Dmin = 1.09), while for the shield, the gel fraction ranged from 62% to 68% (Dmax / Dmin = 1.10).

P r z y k ł a d IIP r z x l a d II

Procesowi sieciowania poddawany był kabel o całkowitej średnicy 9,2 mm, żyle metalowej wykonanej z 7 profilowanych drutów aluminiowych o sumarycznej średnicy 6,5 mm, grubości izolacji 0,65 mm i grubości osłony 1,2 mm. Stosowano 28 nawojów kabla pomiędzy bębnami urządzenia przewijającego. Konstrukcja urządzenia przewijającego była identyczna jak przedstawiona na fig. 1.11. Bęben napędowy i bierne koła pasowe obracały się w tym samym kierunku. W jednym kierunku kabel przewijany był bezpośrednio z bębna na bęben, natomiast w drugim kabel za pośrednictwem dodatkowych rolek był przesuwany ku górze tak, że w obu kierunkach kable poruszały się w tej samej płaszczyźnie. Przed splątaniem się kabli zabezpieczały szczelinowe grzebienie.The cross-linking process was performed on a cable with a total diameter of 9.2 mm, a metal conductor made of 7 profiled aluminum wires with a total diameter of 6.5 mm, an insulation thickness of 0.65 mm and a sheath thickness of 1.2 mm. There were 28 windings of cable between drums of the rewinder. The construction of the rewinding device was identical to that shown in Fig. 1.11. The drive drum and idler pulleys rotated in the same direction. In one direction, the cable was wound directly from the drum onto the drum, while in the other, the cable was moved upwards by means of additional rollers, so that in both directions the cables moved in the same plane. They prevented the cables from tangling up with slotted combs.

Szybkość przewijania pod wiązką wynosiła 18 m/min, stosowano wiązkę rozbieżną o kącie ro zwarcia 10°, sumaryczna dawka zaabsorbowana w izolacji zmierzona dozymetrem foliowym wynosiła 100 kGy. Jednorodność stopnia usieciowania zmierzono wyznaczając zawartość usieciowanego polimeru (frakcję żelową według PN-EN 579/2001) oddzielnie dla izolacji i dla osłony, dzieląc ich odcinki obwodowo na 8 części. Dla izolacji otrzymano zawartość frakcji żelowej zmieniającą się w granicach od 50% do 58% (Dmax/Dmin = 1,16), natomiast dla osłony frakcja żelowa wynosiła od 56% do 63% (Dmax/Dmin = 1,13).The speed of rewinding under the beam was 18 m / min, a divergent beam with a short circuit angle of 10 ° was used, the total dose absorbed in the insulation was 100 kGy measured with a foil dosimeter. The homogeneity of the degree of cross-linking was measured by determining the content of cross-linked polymer (gel fraction according to PN-EN 579/2001) separately for insulation and for the cover, dividing their sections circumferentially into 8 parts. For the isolation, the content of the gel fraction ranged from 50% to 58% (Dmax / Dmin = 1.16), while for the shield, the gel fraction ranged from 56% to 63% (Dmax / Dmin = 1.13).

P r z y k ł a d IIIP r x l a d III

Proces sieciowania prowadzono jak w przykładzie II, ale zmieniono kąt rozbieżności wiązki przyspieszonych elektronów na 15°, bez zmiany innych parametrów. Pomiar zaabsorbowanej dawki wykazał pochłonięcie 95 kGy. Dla izolacji otrzymano zawartość frakcji żelowej zmieniającą się w granicach od 49% do 55% (Dmax/Dmin = 1,12), natomiast dla osłony frakcja żelowa wynosiła od 54% do 60% (Dmax/Dmin = 1,11) (wg PN-EN 579/2001).The cross-linking process was carried out as in Example 2, but the accelerated electron beam divergence angle was changed to 15 ° without changing other parameters. Measurement of the absorbed dose showed an absorbed of 95 kGy. For isolation, the gel fraction content ranged from 49% to 55% (Dmax / Dmin = 1.12), while for the shield, the gel fraction ranged from 54% to 60% (Dmax / Dmin = 1.11) (according to PN -EN 579/2001).

P r z y k ł a d IVP r x l a d IV

Procesowi sieciowania poddawany był kabel o całkowitej średnicy 3,2 mm, pojedynczej żyle metalowej wykonanej z drutu miedzianego pokrytego cyną o średnicy 0,5 mm, grubości izolacji 1,0 mm i grubości osłony 0,35 mm. Stosowano 68 nawojów kabla pomiędzy bębnami urządzenia przewijającego. Stosowany był schemat prowadzenia kabla pod wiązką elektronów przedstawiony w przykładzie I, z taką różnicą, że oba bębny: napędowy i bierny były wykonane jako jednolite. Szybkość przewijania pod wiązką wynosiła 50 m/min, stosowano wiązkę rozbieżną o kącie rozwarcia 10°, sumaryczna dawka zaabsorbowana w izolacji zmierzona dozymetrem foliowym wynosiła 120 kGy. Jednorodność stopnia usieciowania zmierzono wyznaczając zawartość usieciowanego polimeru (frakcję żelową według PN-EN 579/2001) oddzielnie dla izolacji i dla osłony, dzieląc ich odcinki obwodowo na 4 części. Dla izolacji otrzymano zawartość frakcji żelowej zmieniającą się w granicach od 50% do 55% (Dmax/Dmin = 1,10), natomiast dla osłony frakcja żelowa wynosiła od 58% do 62% (Dmax/Dmin = 1,07).The cross-linking process was carried out on a cable with a total diameter of 3.2 mm, a single metal conductor made of tin-plated copper wire with a diameter of 0.5 mm, insulation thickness of 1.0 mm and a sheath thickness of 0.35 mm. There were 68 windings of cable between drums of the rewinder. The scheme of cable routing under the electron beam was used as shown in Example 1, with the difference that both the drive and passive drums were made uniform. The speed of rewinding under the beam was 50 m / min, a divergent beam with an angle of incidence of 10 ° was used, the total dose absorbed in the insulation, measured with a foil dosimeter, was 120 kGy. The homogeneity of the degree of cross-linking was measured by determining the content of cross-linked polymer (gel fraction according to PN-EN 579/2001) separately for insulation and for the cover, dividing their sections circumferentially into 4 parts. For isolation, the content of the gel fraction ranged from 50% to 55% (Dmax / Dmin = 1.10), while for the shield, the gel fraction ranged from 58% to 62% (Dmax / Dmin = 1.07).

Claims

Patent claims

1. The method of homogeneous cross-linking of insulation and sheathing of electric wires and cables made of polyolefins using an electron beam, in particular made of polyethylene, its copolymers with other polymers and / or polymers or copolymers of substituted vinyl monomers, using a device for multiple winding of wires / cables under the bundle of fast electrons from the accelerator and two drums ensuring their oriented movement, characterized by a cable with a total diameter from 1 to 10 mm, a metal wire with a total diameter from 0.5 to 7.5 mm, insulation thickness from 0.1 up to 2.5 mm and a sheath thickness from 0.05 to 1.5 mm, irradiated with a double-sided beam of electrons, using coiled cables on the drums of the rewinding device in alternate directions, in a shape similar to the number "8" or parallel, possibly lifted to the plane rewinding with the help of additional rolls, smooth or grooved, at the speed of rewinding the cable under the bundle from 10 to 25 m / min, using electron energy in the range 0.5 to 5 MeV and beam divergence (defocus) in the range from 0 ° to 45 ° and the cumulative dose absorbed in isolation from 85 to 110 kGy, with at least one of drums are equipped with their own drive with adjustable speed of rotation, while cables / wires are wound between the drums, regardless of the direction, in a specific geometry and a fixed position

(Distances) to the beam exit from the accelerator, and the cable / wire is wound from the drum onto the drum directly or lifted to the winding plane by means of additional rolls, smooth or grooved.

2. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the irradiation process is carried out with the use of an electron beam sweeping across the rewound cable / wire, and the electron beam irradiation zone is centrally located and covers all wire sections between the drums.

3. The method according to p. The method according to claim 1 or 2, characterized in that comb-shaped separators are used to prevent entanglement of cables / wires, separating the individual sections of wires / cables between the drums from each other.

4. The method according to p. The method of claim 1 or 2, characterized in that depending on the internal structure and the structure of the irradiated conductor / cable, the electron energy is selected in the range of 0.5 to

5 MeV, and the divergence (defocus) of the beam is in the range of 0 ° to 45 °, preferably in the range of 10 ° to 40 °.

PL 222 449 B1

Drawings

I. il.

Fig. 1

General diagram of cross-linking of insulation of wires and electric cables using a swept beam of accelerated electrons: I - diagram of a system for rewinding wires and cables into "figure eight"; II diagram of parallel rewinding of electric wires and cables

PL 222 449 B1

Cross-linking degree |%] 70

A. B.

Fig. 3

Correct (A) and incorrect (B) distribution of the degree of cross-linking of insulation along the circumference of a cable with an outer diameter of 12 mm.

fig 2

Diagram of wire irradiation with a swept beam of accelerated electrons transverse (I). The electron beam is swept across the rewinding cables and wires. Next to it is a photo of an exemplary scrolling device in a figure eight (II) view