Studio del processo di reticolazione di isolamenti in PE-X per cavi elettrici

Il polietilene (PE) è il materiale plastico sintetico più diffuso e comunemente impiegato nell’industria manifatturiera. Tale polimero appartiene alla categoria delle resine termoplastiche e si presenta come un solido trasparente/bianco con ottime proprietà isolanti ed elevata stabilità chimica. La sua versatilità e il suo costo ridotto lo rendono il materiale migliore per produzioni industriali quali: isolamento di cavi elettrici, film, tubazioni e contenitori alimentari, oltre che per altre innumerevoli applicazioni. La resistenza e la conservazione delle proprietà dielettriche ad elevate temperature, rappresenta il limite più importante del polietilene, e per questo motivo viene impiegato il processo di reticolazione, il quale consente di modificare la natura termoplastica del polimero ottenendo un materiale con una temperatura operativa a lungo termine più elevata. L’ottenimento dell’XLPE (polietilene reticolato) può avvenire con diverse tecniche ed è classificabile sulla base della tipologia di legami formati nel processo di reticolazione, conseguentemente all’utilizzo o meno di agenti reticolanti. Tale processo è inoltre fortemente influenzato dall’esposizione del materiale a temperature e umidità elevate, successivamente all’estrusione. Questa tesi presenta un'analisi dettagliata delle caratteristiche del polietilene reticolato mediante metodo Monosil basato sull’impiego di agenti reticolanti silanici (reticolazione chimica) ad iniziazione perossidica. Il progetto di tesi si basa su un'ampia revisione della letteratura scientifica e tecnica, analizzando gli studi e le ricerche esistenti che hanno indagato il polietilene reticolato come isolante per cavi elettrici, e su una successiva approfondita analisi sperimentale focalizzata sullo studio della cinetica del processo di reticolazione. Particolare attenzione è rivolta alla pratica industriale correlata al metodo Monosil, il quale consente di ottenere il materiale isolante in un'unica estrusione, differentemente dal metodo Sioplas. L’evoluzione strutturale del materiale conseguente all’impiego di tale tecnica industriale si basa su reazioni sequenziali di graffaggio, idrolisi e condensazione con formazione di un network di legami silossanici Si-O-Si, responsabili del miglioramento delle proprietà del materiale esposto a temperature elevate. I risultati presenti in questo lavoro sono stati tutti ottenuti con un progetto di stage presso il dipartimento tecnico di ricerca e sviluppo de La Triveneta Cavi S.p.a. che dal 1965 è una delle più importanti realtà nel mercato europeo della produzione di cavi bassa e media tensione destinati al settore industriale, domestico, della distribuzione di energia e delle tecnologie rinnovabili. Presso i laboratori LTC, con l’ausilio di strumentazioni analitiche di ultima generazione è stata monitorata l’evoluzione del polietilene reticolato con silano, monitorando i risultati ottenuti mediante reticolazione forzata o al naturale in termini di caratteristiche meccaniche, determinazione di frazione insolubile, test di allungamento a caldo HST e spettrofotometria in trasformata di Fourier, su composizioni a quantità variabile di miscela silanica. Particolare attenzione è stata rivolta alle condizioni ambientali di reticolazione, replicando quanto avviene nelle linee di produzione su scala di laboratorio e approfondendo l’osservazione dei tempi di reticolazione in funzione delle variabili di processo. I risultati ottenuti dimostrano come la reticolazione dipenda fortemente dall’esposizione del materiale alla presenza di umidità e a temperature elevate. Le proprietà finali ottenute sui campioni prodotti, inoltre, testimoniano l’efficacia e la valenza industriale del PEX.