Окрашивание силанольно-сшиваемых композиций: как выбор красителя влияет на процесс сшивки?

Авторы и источники / Правообладателям

На примере реального кейса IPG

При производстве силовых кабелей одним из распространенных полиолифинов является силанольносшиваемая композиция. Это композиция на основе полиэтилена, которая подвергается сшивке в паровой или водяной бане по силанольнопривитым группам, что придаёт готовому изделию (кабелю) улучшенные свойства по сравнению с обычным полиэтиленом - такие, как повышенная термостойкость и долговечность.

Поскольку процесс сшивки требует строгого соблюдения технологических условий, для его успешного протекания необходимо учитывать все факторы, способные повлиять на результат, в том числе такие второстепенные компоненты, как добавки и красители. Ошибочно полагать, что для качественной сшивки достаточно только правильно соблюдать условия хранения, пропорции катализатора и обеспечивать правильные условия технологического процесса. На практике – использование неподходящих добавок или красителей могут привести к нестабильной сшивке.

С подобной ситуацией столкнулся один из клиентов Интернешнл Пластик Гайд (IPG) – АО «МЕТАКЛЭЙ».

АО «МЕТАКЛЭЙ» — российский производитель полимерных композиций, продукция которого применяется в трубной, кабельной и строительной промышленности. Одним из основных направлений является производство компаундов для оболочек и изоляции кабельно-проводниковой продукции.

Компания занимает лидирующие позиции на российском рынке: её материалы применяются на крупнейших кабельных заводах России и стран ЕврАзЭС. Производственная площадка расположена в Карачеве (Брянская область), где выпускается более 80 000 тонн компаундов в год. Так же имеется крупная лаборатория по исследованию и испытанию полимеров ООО «Метаклэй Исследования и Разработки», расположенная в Инновационном центре «Сколково» в Москве.

Ситуация

Одним из ключевых продуктов для кабельного рынка, в линейке АО «МЕТАКЛЭЙ» являются силанольносшиваемые композиции на основе полиолефинов.

В начале 2025 года у компании возникла проблема с одним из крупных клиентов. При окрашивании силанольносшиваемой композиции Компаунд 0-12 в смеси с катализатором Компаунд 0-51 производства АО «МЕТАКЛЭЙ» завод сталкивался с проблемой недостаточной сшивки компаундов, что выражалось в неудовлетворительных результатах теста на тепловую деформацию.

Перед АО «МЕТАКЛЭЙ» стояла стратегическая задача: сохранить клиента и выявить причину несоответствия.

Решение

На совместной встрече IPG и АО «МЕТАКЛЭЙ» в ИЦ Сколково, где расположена испытательная лаборатория ООО «Метаклэй Исследования и Разработки», технический директор по кабельному направлению отметил, что проблема с сшивкой окрашенных композиций является актуальной при применении основного материала (компаунд 0-12) с катализатором 0-51К (кислотный катализатор, аналог Borealis), разработанный специалистами АО «МЕТАКЛЭЙ» для ускорения времени сшивки в 3 раза и, возможности сшивания композиции в воздушной среде. Также было отмечено, что проблема со сшивкой ярко выражено проявляется для жёлтого, зелёного и чёрного цветов кабельно-проводниковой продукции, так как эти цвета наиболее часто используются для окрашивания кабельной оболочки и изоляции в массе.

Экспертная вставка 1

Сшивка силанольносшиваемых композиций осуществляется под действием влаги и в присутствии кислотного катализатора (рассматриваемый нами тип катализатора), который обеспечивает образование связей.

Для успешного протекания процесса необходимо соблюдать ряд условий: активный катализатор, отсутствие факторов, нейтрализующих или разрушающих его активность.Правильные пигменты вырвжвются в природе самого пигмента,, а так же и помола, дисперсностиуровень влажности окрашивающего концентрата и содержание в нём неорганического наполнителя, такого как МЕЛ.

Специалисты IPG предположили, что проблема возникала из-за использования клиентом обычных красителей вместо специально разработанных красителей, учитывающих природу катализатора и параметры производства кабеля и процесса сшивки.

Обычные красители содержат пигменты, не предназначенные для данного процесса сшивки, и помимо пигмента, могут содержать меловой наполнитель. 

Экспертная вставка 2

Компоненты обычных красителей вступают в реакцию с кислотным катализатором, разрушая его. В результате процесс сшивки силанольносшиваемой основы и кислотного катализатора происходил нестабильно или не происходил вовсе, что приводило к несоответствию кабельно-проводниковой продукции по физико-механическим свойствам, предусмотренным нормативной документацией. Общеизвестные стандартные концентраты для окрашивания термопластичных полиэтиленовых композиций (мастербачи), как уже упоминалось, содержат пигменты, не предназначенные для процесса сшивки, и еще могут содержать в составе мел, который имеет щелочную реакцию – всё это деактивирует катализатор. 

Оба эти фактора отрицательно влияют на процесс сшивки. Это подтверждается тестами на тепловую деформацию.

Решение

Основной задачей стало убеждение клиента, что применение специальных красителей, совместимых с силанольносшиваемыми композициями, критически важно для обеспечения полноценного процесса сшивки и сохранения всех заявленных свойств материала.

Специалистами ООО «Метаклэй Исследования и Разработки» были проведены аналитические исследования нескольких типов кабельных красителей, полученных на кабельных заводах. Отчёт отдела аналитики указывал в том числе и на содержание мелового наполнителя, в диапазоне до 20%.

Специалисты IPG предложили нашли решение в короткий срок, и предложили использовать специально разработанные красители для силанольносшиваемых композиций торговой марки PROVODBATCH, которые составляют регулярный складской запас компании IPG.

Для тестирования были предоставлены образцы красителей:

• Жёлтого RAL1021 PROVODBATCH YELLOW CXLPE0R1021
• Чёрного RAL 9005 PROVODBATCH BLACK CXLPE0R9005
• Зелёного RAL 6018 PROVODBATCH GREEN CXLPE0R6018

Испытания

В течение месяца специалисты АО «МЕТАКЛЭЙ» провели испытания красителей на производственной площадке в г. Карачев на лабораторном кабельном экструдере, сечение 1,5 мм², толщина изоляции 0,9 мм. Было проведено сравнительное тестирование красителей IPG и обычных красителей других производителей, чтобы оценить их влияние на процесс сшивки.

Степень сшивки определялась с помощью Hot Set Test – метода оценки тепловой деформации. Для оценки степени сшивки полиэтилена измерялись относительное удлинение и остаточная деформация при температуре 200 °C и нагрузке 0,2 МПа.

Основные требования к кабелям включают предельные значения тепловой деформации при нагрузке (не более 175 %) и остаточной деформации (не более 15 %). ГОСТ 31996 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66 кВ».

Тестирование проводилось на 3-х образцах:

Образец № 1 — композиция с добавлением красителя ТМ PROVODBATCH.

Образцы № 2 и № 3 — окрашенные обычными красителями Производителя № 2 и Производителя № 3.

Результаты показали, что образцы № 2 и № 3 разрушались на первой и второй минуте в рабочей зоне, тогда как образец № 1 продемонстрировал тепловую деформацию при нагрузке 95 % и остаточную деформацию 5 %, что полностью соответствовало нормам ГОСТ. Это подтвердило, что процесс сшивки прошёл полностью, кабель обладает заявленными свойствами повышенной термостойкости и может использоваться по назначению.

Результаты

Сравнительные испытания доказали, если производитель кабеля хочет получить гарантированный результат, для окрашивания силанольносшиваемых композиций в смеси с кислотным катализатором - необходимы только специальные красители. Это позволило обеспечить стабильный процесс сшивки и гарантировать соответствие материалов требованиям стандартов.

Один из крупных потребителей кабельных композиций продолжил закупку силанольносшиваемых композиций, убедившись в их качестве и надёжности.

АО «МЕТАКЛЭЙ» также отмечает, что в ходе испытаний красителей ТМ PROVODBATCH при использовании силанольносшиваемой основы Компаунд 0-12 в смеси с оловянным катализатором, а также ЭПР силанольносшиваемого компаунда в смеси с катализатором (Метален К-31+Метален К-501) имеют наиболее стабильные показатели по сшивке при полосовом окрасе и при сплошном окрасе кабельно-проводниковой продукции.

При использовании концентратов красителей ТМ PROVODBATCH за счёт высокого содержания красящего пигмента, итоговый процент ввода красителя в композиции меньше, чем при использовании их аналогов, в 1,5-2 раза, с ярко выраженным окрашенным визуальным эффектом.

Кабельный завод получил не только гарантированный результат по качеству, но и экономию за счёт уменьшенного расхода красителей.

АО «МЕТАКЛЭЙ» рекомендует к использованию красители ТМ PROVODBATCH как наиболее стабильные мастербачи при работе с силанольносшиваемыми композициями.