ТПУ Эластоллан ® - высококачественная изоляция для кабелей и проводов

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.

Химическая структура

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.

Механические свойства

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 свойства

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

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

Устойчивость к различным температурам

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.

Стойкость к гидролизу

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%.

Озон

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.

Химическая устойчивость

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.

Огнестойкость

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.

Излучение

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).

Штекерные соединения и разъемы из ТПУ Эластоллан

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.

Некоторые области применения ТПУ Эластоллан

Заключение

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"