Кабели с изоляцией из композиций на основе термоэластопластов

Авторы: Милованов В.Н., Навроцкий Ю.В.,Степанова И.А.,Леонов М.М. (ЗАО НФ “Электропровод”,Москва); Глуховской В.С.,д-р техн.наук,Ситникова В.В.(ВфНИИСК,Воронеж)

Изучение рынка кабельной продукции показывает устойчивый рост спроса потребителей на гибкие силовые (шланговые) провода и кабели.

В последние годы для изготовления таких кабелей все более широко применяются термоэластопласты. Это связано как с их свойствами, близкими к свойствам резин, так и с возможностью переработки на обычном экструзионном оборудовании (без вулканизации). Последнее обстоятельство дает возможность изготовителям кабелей, не имеющим специализированного резинопокрывательного оборудования, расширить свою номенклатуру за счет кабелей с термоэластопластами и составить конкуренцию кабелям с резиновой изоляцией.

Нами была выполнена разработка кабелей, аналогичных кабелям марки КГ, с использованием композиций на основе отечественных термоэластопластов, выпускаемых Воронежским филиалом НИИ Синтетического каучука (Вф НИИСК).

Cовместно с Вф НИИСК были проведены исследования ряда бутадиен- винилароматических термоэластопластов в качестве основы композиций для изоляции и для оболочки гибких силовых кабелей, выбраны материалы, наиболее пригодные для этих целей, разработаны и исследованы составы композиций [1,2,3].

Промышленная технология изготовления композиций разработана совместно с ООО “Полигран”, на композиции утверждены технические условия ТУ 2243-003-21346056-97. Изоляционной композиции присвоена марка ЭП-17, композиции для оболочки (шланговой) – ЭД-17.

В таблице 1 приведены физико-механические и электрические показатели композиций.

Таблица 1.

№ п/п	Наименование показателей	Норма		Методы испытаний
№ п/п	Наименование показателей	Марка ЭП-17	Марка ЭД-17	Методы испытаний
1	Условная прочность при растяжении, Мпа, не менее	7,0	6,0	ГОСТ 11272-80
2	Относительное удлинение при разрыве, %, не менее	400	300	ГОСТ 11272-80
3	Ускоренное тепловое старение, при: 100 ⁰С, 96час., не менее 120 ⁰С, 96час., не менее	s=6,0; g=280 s=3,5; g =200	s=5,0; g =210 s=3,0; g =130	ГОСТ 9.024-74
4	Удельное объемное электрическое сопротивление, ом*см, не менее	1х10¹³	-	ГОСТ 6433.2-71
5	Тангенс угла диэлектрических потерь, не более	0,03	-	ГОСТ 22372-77
6	Диэлектрическая проницаемость, не более	3,0	-	ГОСТ 22372-77
7	Электрическая прочность, Мв/м, не менее	22	20	ГОСТ 6433.3-71
8	Температура хрупкости, ^оС, не выше	-40	-40	По п.4.12 наст. ТУ
9	Эластичность по отскоку, ед.	40-60	40-60	СТ СЭВ 108 по п.4.15
10	Технологичность	Отсутствие пор в образцах	Отсутствие пор в образцах
11	Потеря массы при сушке,%,не более	0,3	0,3	ГОСТ 19338-90
12	Индекс расплава, Г/10мин, 190^оС, Р=5кг	2-4	5-8	ГОСТ 11645-73
13	Разброс по индексу расплава в пределах одной партии,%,не более	12	-	По п.4.4 наст.ТУ
14	Плотность, г/см³	1,0+0,05	1,0+0,05	ГОСТ 15139-69
15	Количество включений, шт., не более	15	-	По п.4.6 наст.ТУ

Для разработанных материалов были проведены исследования термостойкости: температур начала разложения, начала перехода в вязкотекучее состояние, начала окисления. Исследования проводились методами термогравиметрического и термомеханического анализа и дифференциальной сканирующей калориметрии. Соответствующие кривые для композиции ЭП-17 приведены на рис. 1, 2 и 3. Анализ полученных термограмм показывает, что температура начала активного окисления материала составляет 220^оС, а температура деструкции – 324^оС.

Из этого следует, что максимальная температура переработки композиции должна быть в пределах 200-220 ^оС.

Разработанный материал является частично кристаллическим полимером, о чем свидетельствует эндотермический пик плавления на кривой ДСК в интервале температур 60-110^оС, аналогичный пику плавления полиэтилена низкой плотности. С плавлением кристаллитов связана деформация материала под нагрузкой, которая начинает проявляться при его нагревании выше 60^оС (рис.3). При температуре выше 110^оС происходит переход материала в вязкотекучее состояние. Это позволяет считать его нагревостойкость не менее 90^оС.

C целью удешевления композиций и расширения номенклатуры кабелей были также разработаны материалы на рабочую температуру 70 ^оС.

По аналогии с вышеуказанными материалами на ОАО “Полигран” были разработаны композиции “Флексогран”, также предлагаемые для кабельной промышленности. Материалу для изоляции присвоена марка “Флексогран ДИ 101”, материалу для оболочки – “Флексогран ДМ 201”. Наши испытания показали, что физико-механические характеристики этих композиций аналогичны таковым для композиций ЭП-17 и ЭД-17, но нагревостойкость их ограничена температурой 60^оС.

На основании проведенных исследований была разработана технология переработки различных композиций на экструдерах с диаметром шнека 60 и 90 мм.

На кабели, разработанные с использованием композиций на основе термоэластопластов ВфНИИСК, нами были выпущены технические условия ТУ 16.К12-15-97 “Кабели силовые гибкие на напряжение 660В”.

Кабели предназначены для присоединения передвижных механизмов к электрическим сетям на номинальное переменное напряжение 660 В частоты до 400 Гц или постоянное номинальное напряжение 1000 В.

Марки кабелей:

КГ-М - кабель силовой гибкий с медными жилам и, с изоляцией и в оболочке из композиции на основе термоэластопласта на рабочую температуру от минус 40 ^оС до плюс 70 ^оС;

КРПТ-М – то же, на рабочую температуру от минус 40 ^оС до плюс 90 ^оС.

Число жил в кабелях от 1 до 5,сечение жил от 0,75 до 16 мм² для многожильных кабелей и от 0,75 до 50 мм² – для одножильных. Токопроводящие жилы кабеля должны соответствовать классу 5 по ГОСТ 22483-77. Изолированные жилы имеют отличительную расцветку, в т. ч. желто-зеленую.

Электрическое сопротивление изоляции жил, пересчитанное на 1 км длины кабеля и температуру 20 ^оС, должно быть не менее 100 Мом. Кабели должны выдерживать испытательное переменное напряжение частоты 50 Гц в течение 5 мин: одножильные после пребывания в воде 6 ч – 2,5 кВ, многожильные – без погружения в воду – 2,5 кВ.

Поскольку кабели предназначены для подвижного монтажа, они должны быть стойкими к многократным изгибам. Кабели с номинальным сечением основных жил 6 мм² и более должны быть стойкими к изгибам на угол ± 90 через ролики при растягивающем усилии 49 Н (5,0 кгс);при этом диаметр роликов и число циклов изгибов должно соответствовать таблице 2.

Таблица 2

Номинальное сечение основных жил, мм²	Номинальный диаметр роликов, мм	Число циклов изгиба, не менее
6,0 – 16,0	200	9000
25,0 - 50,0	200	6000

Кабели с сечением основных жил до 4 мм² включительно должны быть стойкими к многократным перегибам через систему роликов под токовой нагрузкой и выдерживать не менее 30000 циклов перегибов.Диаметр роликов и нагрузка,создающая усилие натяжения кабеля, должны соответствовать значениям,приведенным в таблице 3.

Таблица 3

Номинальное сечение основных жил, мм²	Номинальный диаметр роликов, мм	Растягивающая нагрузка Н (кгс), не менее
до 1,0 вкл.	80	10 (1,0)
св. 1,0 до 2,5 вкл.	120	15 (1,5)
4.0	200	20 (2,0)

Срок службы кабеля – не менее 4 лет с даты изготовления.

Литература

1.Патент на изобретение № 2129569 “Способ получения термоэластопластов”.
2.Патент на изобретение № 21455969 “Полимерная композиция”.
3.Ситникова В.В., Глуховской В.С., Быкова Л.Н., Данилова Л.И., Навроцкий Ю.В., Степанова И.А. “ Смеси термоэластопластов на основе стирола и a-метилстирола”.Тезисы докладов 5-й Российской научной конференции “Сырье и материалы для резиновой промышленности”.Москва,11-15.05.98.