Новые высокотемпературные провода SuperLinx
Выпускаются небольшими партиями/ длинами, с маркировкой и окраской
Автор: П.А. Прима, инженер-физик, ООО "Эластоимпэкс"
Термопластичный полиуретан (ТПУ) широко известен в кабельной промышленности с начала 60-х годов. С течением времени он зарекомендовал себя как отличный материал для кабельной изоляции. В 1985 году ТПУ включен в VDE 0250 часть 818 в качестве изоляционного материала под аббревиатурой PUR. В ноябре 1995 года этот стандарт изменили на VDE 0282, часть 10. Сейчас действует стандарт HD 22.10 S1 CENELEC (Европейский комитет по стандартизации в области электротехники и электроники). Все страны-члены CENELEC приняли этот документ в качестве государственного стандарта. В данной статье свойства ТПУ будут рассмотрены на примере материалов под торговой маркой Эластоллан ® (Elastollan ®), которые производит фирма "Elastogran GmbH" (город Lemforde, Германия). Это предприятие располагает более чем 30-летним "ноу-хау" в области производства полиуретанов. "Elastogran GmbH" не только производит термопластичные полиуретаны, но также разрабатывает, производит и реализует различные полиуретановые системы, а также и специальные ячеистые эластомеры. Elastogran GmbH входит в группу предприятий BASF.
Термопластичный полиуретан ТПУ Эластоллан принадлежит к классу продуктов термопластичных эластомеров ТПЭ . На основе своих деформационно-механических свойств эта группа материалов занимает промежуточное положение между термопластами и сшитыми эластомерами. ТПУ обладает почти такой же эластичностью как и резина. Эластоллан перерабатывается на традиционных экструзионных и литьевых установках с применением, по необходимости, красителей и других специальных добавок, допускает многократную вторичную переработка материала.
Термопластичный полиуретан получают в результате реакции полиприсоединения диизоционатов с полиолами и короткоцепными диолами. В зависимости от используемого полиола получают полиуретан на основе простых или сложных полиэфиров. В кабельной промышленности используются полиуретаны на основе простых полиэфиров из-за их повышенной устойчивости к микроорганизмам и гидролизу. Именно эти ТПУ соответствуют стандартам CENELEC.
В настоящее время производятся различные марки термопластичных полиуретанов с твердостью от 55 ед. по Шору А (с пластификатором), или, соответственно, 80 ед. по Шору А (без пластификатора) до 75 ед. по Шору Д. Для кабельных оболочек используются, преимущественно, мягкие типы ТПУ в диапазоне от 75 до 95 ед. по Шору А.
Существуют специальные трудно воспламеняющиеся галогенонесодержащие материалы, например, Эластоллан 1185 А 10 FHF. В маркировке таких продуктов используется индекс FHF(Flame resistant Halogen Free).
В таблице 1 приведены значения механических свойств кабельных марок ТПУ на основе простых полиэфиров.
Электрические в свойства ТПУ (табл. 2) сравнимы со свойствами других изолирующих материалов (ПВХ-пластикат, резина). Рекомендуется использование ТПУ в качестве изоляции контрольных, сигнальных и силовых кабелей и других специальных кабелей в диапазоне напряжений до 1000 В, за исключением высокочастотных проводов, где ТПУ не следует применять в качестве первичной изоляции из-за повышенных диэлектрических потерь.
Таблица 1
Свойство |
Единица измерения |
DIN/ISO |
Эластоллан |
||||||
1175 AW |
1185 A |
1185 A FHF |
1195 A |
1154 D |
1154 D FHF |
1164 D |
|||
Твердость |
Шор А Шор D |
53505 868 |
75 |
87 36 |
89 37 |
96 48 |
53 |
58 |
64 |
Плотность |
g/cm3 |
53479 1183 |
1,14 |
1,12 |
1,23 |
1,15 |
1,17 |
1,27 |
1,18 |
Предел прочности при растяжении |
MPa |
53504 37 |
40 |
45 |
35 |
55 |
50 |
30 |
50 |
Относительное удлинение при разрыве |
% |
53504 37 |
700 |
600 |
600 |
500 |
450 |
350 |
350 |
Сопротивление раздиру |
N/mm |
53515 34 |
40 |
70 |
60 |
100 |
150 |
110 |
190 |
Истирание |
mm3 |
53516 4649 |
45 |
25 |
35 |
25 |
20 |
30 |
20 |
Таблица 2
Свойство |
Стандарт IEC |
Эластоллан 1185 A |
Эластоллан 1154 D |
Диэлектрическая прочность, Ed |
60243-1 |
32 кВ/мм |
36 кВ/мм |
Удельное объемное сопротивление, d |
60093 |
1012 Ом·см |
1014 Ом·см |
Диэлектрическая проницаемость, r при 50 Гц при 103 Гц при 106 Гц |
60250 |
7,5 7,2 6,1 |
6,3 5,9 4,9 |
Коэффициент диэлектрических потерь, tan при 50 Гц при 103 Гц при 106 Гц |
60250 |
0,063 0,026 0,081 |
0,036 0,038 0,060 |
В соответствии со стандартом ISO 6722, о котором часто упоминают в автомобильном производстве и который был разработан при участии Комитета по автомобильным стандартам Германии (FAKRA) специально для автомобильных кабелей, изолирующие материалы подразделяются на 6 температурных классов. Классу С соответствует температурный интервал от -40°C до +125°C. В каждом случае соответствующие эксперименты проводятся на готовых проводах. ТПУ успешно проходит испытание на скручивание при -40°C и на пребывание в течение 3000 часов при +125°C. Дополнительным требованиям стандарта ISO 6722 отвечают соответствующие марки ТПУ.
В кабельной промышленности чаще всего используется значение 20000 часов 2,3 года для определения длительности эксплуатации. Согласно этому критерию для ТПУ можно задать температуру эксплуатации приблизительно 110°С.
При наружном применении изоляция кабеля должна иметь устойчивость к гидролизу. Как правило, гидролитическое разложение усиленно развивается с возрастанием температуры. ТПУ на основе простых полиэфиров демонстрирует очень хорошую устойчивость к гидролизу. Даже при постоянном хранении продукта в воде с температурой 800°С спустя 20 тыс. часов удлинение ТПУ при разрыве составляет 300%.
Из-за своего строения озон является очень активным веществом и легко реагирует с органическими субстанциями. Трещины, образовавшиеся в результате воздействия озона, хорошо известны, особенно по сшитым материалам. ТПУ и без стабилизаторов обладает отличной устойчивостью к озону. Испытание согласно VDE 0472/часть 805 имеет оценку "без трещин, уровень 0". Эластичность полностью сохраняется, твердость поверхности не увеличивается.
ТПУ проявляет хорошую устойчивость к минеральным маслам, жирами без примеси воды, биомаслам, насыщенным углеводородам. Например, даже после хранения образцов в биомасле в течение одного года при 80 С, удлинение при разрыве составило 500%. При этом прочность при растяжении все еще остается более 10 Н/мм2.
Несмотря на то, что ТПУ имеет хорошую устойчивость ко многим химически активным веществам, рекомендуется проверить поведение ТПУ в каждом конкретном случае.Так, высокополярные органические растворители диметилформамид ДМФ и тетрогидрофуран ТГФ полностью растворяют термопластичный полиуретан.
Трудно воспламеняющийся, галогенонесодержащий ТПУ при соответствующей конструкции кабеля выдерживает испытания на воспламеняемость, установленные VDE 0472 параграф 804, тип испытаний B и UL VW 1. ТПУ выполняет норму FMVSS 302 без использования дополнительных добавок от воспламенения. Для стандартных типов Эластоллана испытания ASTM D 2863 определяет LOI (Limiting Oxygen Index) - 23-25% , огнезащищенные исполнения (FHF) имеют LOI - 29%. Требования DIN 57472 параграф 813, касающиеся токсичности выделяющихся при горении газов, выполняются практически всеми ТПУ Эластоллан.
По устойчивости к действию излучений высокой энергии (альфа, бетта, гамма - излучений) Эластоллан превосходит большинство других пластмасс. В ряде случаев кабель с изоляцией из ТПУ повергается излучению высокой энергии. Это касается соединительных проводов в рентгеновских или медицинских приборах, которые стерилизуются при помощи гамма-излучений. Кроме того, они используются для проводов на атомных станциях. ТПУ даже после чрезвычайно большой дозы, составляющей 5000 кГр/ч, имеет приемлемые свойства (удлинение при разрыве приблизительно 100%, прочность при растяжении около 12 Н/мм2).
Особое внимание следует обратить на возможность использования ТПУ в штекерных соединениях. Здесь требуется большая износостойкость, точность размеров, устойчивость к различным температурам и химическим веществам. Кроме того, необходима большая сила зажима в сочетании с абсолютной водонепроницаемостью. Идеальным вариантом выбора в качестве материала для штекерного соединения является ТПУ. Для производства таких штекерных соединений возможна переработка ТПУ на обычных установках для литья под давлением.
Производство кабелей и шлангов
|
В автомобилестроении
|
Благодаря уникальным свойствам, ТПУ Эластоллан является идеальным материалом для производства надежных эластичных высококачественных и специальных видов кабеля. Отличные механические свойства, превосходная устойчивость к атмосферным воздействиям, к маслам, жирам и химическим веществам позволяют классифицировать Эластоллан как идеальный материал для оболочки эластичных проводов, подвергающихся высоким нагрузкам. Эта совокупность свойств позволяет использовать этот материал в сложных условиях эксплуатации, например, в кабелях для сейсмографических исследований (в том числе для регионов с очень холодным климатом), гибких проводах для автоматических приборов и промышленных роботов. Кабели с применением Эластоллана легко выдерживают суровые условия на стройках, в горном деле, на буровых платформах.
П.А. Прима, инженер-физик, ООО "Эластоимпэкс"