Плотность полиэтиленовой изоляции кабеля

Полиэтиленовая изоляция

Полиэтилен — основной, наиболее распространенный материал из большой группы органических полимерных материалов — полиолефинов. Полиэтилен получают тремя способами: при высоком давле­нии (1000—2 000 ат • и температуре 150—200° С) в присутствии кис­лорода в качестве катализатора; при среднем давлении (30—60 ат и температуре 130—270° С) в присутствии окиси молибдена или оки­си хрома, нанесенных на окись алюминия; при низком давлении (3—4 ат и температуре 70° С) в присутствии триэтилалюминия и четыреххлористого титана.

Для изоляции и оболочек кабелей и проводов применяется ком­позиция полиэтилена, выпускаемая по ГОСТ 16336–70. Эти компози­ции могут быть выполнены на базе полиэтилена низкой плотности, получаемого полимеризацией этилена при высоком давлении в труб­чатых реакторах и в реакторах с перемешивающим устройством с применением инициаторов радикального типа, и полиэтилена вы­сокой плотности, получаемого при низком давлении с применением комплексных металлоорганических катализаторов. Композиция по­лиэтилена выпускается со стабилизаторами и другими добавками. На основе базовых марок высшего и первого сорта полиэтилена низкой плотности 10203–003, 10702–020, 15303–003 и 17802–015 и рецептур до­бавок 01, 02, 04, 05, 09 и 10 выпускаются композиции полиэтилена для кабельной промышленности. Композиции полиэтилена высокой плотности выпускаются на основе базовых марок полиэтилена 20406–007 и 20606–012 и рецептур добавок 07—12, 19 и 21.

Обозначение базовых марок полиэтилена состоит из наименова­ния материала — полиэтилен и двух численных значений (через ти­ре). Первая цифра первого численного значения (1) указывает, что полиэтилен получен в процессе полимеризации этилена в трубчатых реакторах или в реакторах с перемешивающим устройством с при­менением инициаторов радикального типа при высоком давлении; первая цифра (2) первого численного значения указывает, что по­лиэтилен получен в процессе полимеризации этилена в присутствии комплексных металлоорганических катализаторов при низком дав­лении. Вторая и третья цифры первого числового значения обозна­чают порядковый номер базовой марки полиэтилена. Четвертая циф­ра первого численного значения указывает степень гомогенизации полиэтилена (цифра 0 указывает, что полиэтилен усреднен холодным смещением). Пятая цифра первого числового значения условно определяет группу плотности полиэтилена: цифра 2 соответствует плотности полиэтилена 0,910—0,919 г/см3; цифра 3 — 0,920 — 0,929 г/см’6 и цифра 6 — 0,950—0,959 г/см3. Второе цифровое значе­ние базовой марки полиэтилена, написанное через тире, указывает десятикратное значение показателя текучести расплава полиэтилена: 003 соответствует показателю 0,3 г/10 мин, 020 — показателю 20 г/10 мин и т. д.

Условное обозначение базовой марки полиэтилена: полиэтилен 10203–003, сорт 1-й, ГОСТ 16336–70 (полиэтилен низкой плотности, полученный в реакторах с перемешивающим устройством, порядко­вый номер марки —02, усредненный холодным смешением, плотностью 0,920—0,929 г/см3 и со средним показателем текучести рас­плава 0,3 г/10 мин).

Обозначение композиции полиэтилена состоит из наименования.материала полиэтилен, трех первых цифр обозначении базовой марки полиэтилена, номера рецептуры добавок, написанного через тире, и буквы К, обозначающей применение композиции полиэтилена в ка­бельной промышленности. После обозначения марки композиции по­лиэтилена указывается сорт. Пример условного обозначения компо­зиции полиэтилена низкой плотности базовой марки 10203–003 с до­бавками в соответствии с рецептурой 05: полиэтилен 102-05 К, сорт 1-й, ГОСТ 16336–70.

Марки композиций полиэтилена

Для неокрашенной изоляции рекомендуются композиции поли­этилена 102-01 К, 153-01 К, 178-01 К, 107-01 К, 204-08 К и 206-08 К, для окрашиваемой и неокрашиваемой изоляции — композиции всех ба­зовых марок с добавками 02 К, 04 К, 05 К, 07 К, 19 К и 21 К. Для све­тостойкой изоляции рекомендуются все базовые марки с добавками 09 К и 11 К, а для оболочек кабелей — полиэтилен всех базовых ма­рок с добавками 10 К и 12 К.

Основные свойства композиций полиэтилена для кабельной про­мышленности по ГОСТ 16338–70 приведены в табл. 1–10.

Полиэтилен низкой плотности размягчается при температуре око­ло 105°С, а полиэтилен высокой плотности — около 140° С. Пробив­ная напряженность полиэтилена снижается при температуре выше 60° С, tgδ и ε мало зависят от частоты и температуры. Влагопроницаемость полиэтилена высокой плотности в 3 раза меньше, чем полиэтилена низкой плотности. Полиэтилен инертен по отношению к большей части агрессивных сред; при комнатной температуре не растворим ни в одном из известных растворителей. При температуре 70° С и выше полиэтилен растворяется в четыреххлористом углеро­де, хлороформе, толуоле и ксилоле. Некоторые органические сильнополярные жидкости могут вызвать его растрескивание. Полиэтилен индекса расплава 0,3 г/10 мин и менее практически стоек к растрес­киванию, Наличие в полиэтилене низкомолекулярных фракций снижает его стойкость к растрескиванию. Предел текучести полиэтиле­на низкой плотности 95—115 кгс/см2, а полиэтилена высокой плот­ности — 250 кгс/см2.

Введение в полиэтилен органических перекисей (дикумила и др.) с последующей вулканизацией или действие ионизирующих излучений приводит к образованию поперечных связей, переводящих его из термопластичного состояния в термореактивное. В этом состоянии полиэтилен не плавится при повышении температуры и не растрески­вается под влиянием различных сред. Вулканизированный полиэти­лен незначительно деформируется при 150°С.

Введением в полиэтилен соединении фтора и хлора или добавок окиси сурьмы п сурьмяно-органических соединений снижается горе­ние полиэтилена (самозатухающий полиэтилен). Наибольшее рас­пространение получили хлорированный и хлорсульфированный полиэтилены.

Композиции полиэтилена с полиизобутиленом, ацетиленовой са­жей и стеариновой кислотой используют в качестве полупроводящих экранов кабелей с полиэтиленовой изоляцией.

Композиции полиэтилена со стабилизирующими добавками явля­ются основным материалом для изоляции радиочастотных кабелей, подводных кабелей связи в больших длинах, кабелей дальней связи, кабелей городской связи и сигнально-блокировочных кабелей, а так­же широко используют для изоляции силовых и контрольных кабе­лей. Полиэтилен высокой плотности (низкого давления) применяют для изоляции кабелей управления, монтажных кабелей и проводов, кабелей для лифтов, проводов для геофизических работ и др. Для изоляции радиочастотных кабелей рекомендуется полиэтилен, полу­чаемый в трубчатых реакторах марки 178-01 К и в автоклавных ре­акторах марки Г07-01 К.

Основные свойства композиций полиэтилена для кабельной промышленности но ГОСТ 16338-70

С целью получения низких значений емкости радиочастотных кабелей и кабелей связи применяют воздушно-пластмассовую изо­ляцию. На внутренний проводник радиочастотного кабеля или жилу кабеля связи накладывают полиэтиленовую спираль круглого или прямоугольного сечения. Подбором диаметра корделя или ширины прямоугольной спирали и шагом их наложения достигается требуе­мая емкость. Поверх спирали накладывают трубку из полиэтилена.

К коаксиальных кабелях связи применяют изоляцию из поли­этиленовых дисков, отлитых непосредственно на внутренний провод­ник пли нанизанных на него заранее вырубленных из ленты диа­метром 9,6 мм, толщиной около 2 мм на расстоянии 20—40 мм.

Баллонная изоляция представляет собой полиэтиленовую труб­ку толщиной стенки 0,2—0,3 мм с периодическими (через 7—12 мм) пережимами или пережимами по спирали, образуемыми с помощью корделя, наложенного поверх трубки. Такой вид изоляции приме­няют в малогабаритных коаксиальных и симметричных высокочастот­ных кабелях дальней связи.

Пористую полиэтиленовую изоляцию ячеистой структуры плот­ностью 0,38—0,42 г/см2, образующуюся при бурном газовыделении во время нагревания полиэтилена, содержащего 1% порофора (азодинитрил-изомасляной кислоты), применяют в коаксиальных радио­частотных кабелях, кабелях дальней и городской связи.

После несложной процедуры регистрации Вы сможете пользоваться всеми сервисами и создать свой веб-сайт.

Источник

Сравнительная оценка плотности и стабильности химической сетки полиэтиленовой изоляции кабельных изделий при термомеханическом воздействии

Известно, что ведущую роль в формировании свойств СПЭ при повышенных температурах играет плотность пространственной химической сетки. При этом в соответствии с требованиями МЭК 60502 (60540) качество сшивания определяется не по величине плотности сетки, а на основании величины относительного удлинения под действием напряжения 0,2 МПа в течение 15 мин при 200°С (не более 175%).

Преимуществом этого метода для оценки качества кабельных изделий является то, что наряду с определением степени сшивания он позволяет оценить также и работоспособность сетки, то есть ее стабильность во времени при термомеханическом воздействии.

Представляло интерес выяснить влияние плотности сетки на ее стабильность при одновременном воздействии температуры и механического напряжения.

Объектами исследования служили промышленные образцы кабельной изоляции из СПЭ ведущих заводов России, изготовленные по технологии пероксидной, силанольной и радиационной сшивки.

Механические испытания при различных температурах проведены на приборе для структурно-механических испытаний полимеров «СМИП-РХТУ» (рис. 1) [2] (свидетельство об аттестации в системе Госстандарта РФ Ростест-Москва №3649 от 11.09.97) позволяющем производить испытания как в режиме постоянного напряжения (σ = const), так и в режиме постоянной нагрузки (Р = const).

Подготовку образцов к испытаниям и измерение их геометрических размеров проводили в соответствии с ГОСТ 25018-81 «Кабели, провода и шнуры. Методы определения механических показателей изоляции и оболочки». Использовали образцы в виде лопаточек. Длина рабочего участка составляла (10±1) или (20±1) мм, ширина –2—4 мм, толщина не менее 0,8 мм.

Для экспресс-контроля степени сшивания ПЭ на базе термомеханического метода исследования применительно к требованиям МЭК разработана методика оценки плотности пространственной сетки n_c [2, 3]. На основании термомеханических исследований (рис. 2) установлено, что при температуре более 120°С сшитый полиэтилен находится в равновесном высокоэластическом состоянии, в котором кристаллическая структура ПЭ практически разрушена и деформированию образца препятствуют только химические связи сетки.

Величину плотности сетки оценивали на приборе СМИП-РХТУ при Т=1300С в режиме ступенчатого увеличения нагрузки по уравнению высокоэластичности 2:

где: n_c — число молей отрезков цепи между узлами сетки в единице объема (моль/см3);
σ — условное напряжение (кгс/см 2 );
λ — степень растяжения, в долях;
T — температура (°K);
R — универсальная газовая постоянная (84,84 кгс см/моль °K).

В соответствии с требованиями МЭК на приборе СМИП-РХТУ проводили оценку тепловой деформации при Т = 200°С в режиме ползучести (0,2 МПа, 15 мин) и оценивали остаточную деформации после снятия нагрузки (рис. 3).

Значения термомеханических свойств образцов кабельной изоляции из СПЭ различных заводов изготовителей приведены в таблице.

Видно, что промышленные образцы СПЭ различных заводов изготовителей существенно отличаются друг от друга по значению тепловой деформации и плотности сетки даже при одном способе сшивания. При этом наибольшие различия наблюдаются для силанольного способа.

Между значениями тепловой деформации и значениями плотности сетки существует закономерная связь (рис. 4). При этом образцы с плотностью сетки менее 4 10 -5 моль/см 3 не удовлетворяют требованиям МЭК по тепловой деформации (не более 175%). Целесообразно было сравнить значения плотности сетки, рассчитанные по величине тепловой деформации при 200°С и определенные методом ступенчатого нагружения при 130°С.

Как следует из данных рис. 5, в диапазоне изменения плотности сетки (7 – 11) 10 -5 моль/см 3 значения nc при 130 и 200°С практически совпадают (отношение nc 200 / n_c 130 близко к 1,0). Уменьшение же отношения n_c 200 / n_c 130 при меньших и больших значениях плотности сетки, очевидно, связано с процессами разрушения во времени при термомеханическом воздействии. Таким образом, независимо от способа сшивания наиболее стабильная структура сетки СПЭ обеспечивается в диапазоне значений n_c = (7 – 11) 10 -5 моль/см 3 .

Известно, что сшивание полиэтилена при пероксидном, силанольном и радиационном способе происходит в различных температурных условиях. Представляло интерес выяснить, различается ли структура и работоспособность сетки при этих способах сшивания.

Видно (рис. 6), что при одинаковых значениях плотности сетки прочность ПЭ, сшитого пероксидным способом, выше, чем при радиационном и силанольном методах. Видимо, это связано с влиянием температуры сшивания на регулярность сетки.

При пероксидном способе температура сшивания выше температуры плавления (Т_пл) ПЭ. В этом случае пространственная сетка образуется в однородном расплаве полимера и является, видимо, более регулярной.

При силанольном и радиационном способе сшивание идет при температурах ниже Т_пл и образование сетки идет в гетерогенной системе — главным образом в аморфных областях между кристаллитами ПЭ [6]. Поэтому при этих способах сшивания образующаяся сетка менее однородна и имеет меньшую несущую способность.

Таким образом, использование термомеханического метода на базе прибора СМИП-РХТУ позволяет не только оценить степень сшивания и работоспособность сетки, но и получать техническую информацию о качестве СПЭ в соответствии с требованиями МЭК.

Литература
1. Композиционные материалы на основе сшивающихся полиолефинов. Обзорная информация. / Евдокимов Е.И., Кузьмин Ю.Г., Барутенок Р.И. и др. М.: НИИТЭХИМ, 1976. 37 с.
2. Образцов Ю.В. — Силовые кабели среднего напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена. Кабели и провода. 2001. № 6.
3. Лямкин Д.И. Механические свойства полимеров: учеб. пособие. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2000. 64 с.
4. Боев М.А., Лямкин Д.И., Мисюк К.Г., Скакун Е.В. Термомеханический метод оценки параметров сетки сшитых полимеров. Кабельная техника, 1996, № 10 (248), С. 8—14.
5. Трелоар Л. Физика упругости каучука. / Пер. с англ. М.: Издатинлит, 1953. 240 с.
6. Замотаев П.В. Определение параметров сетчатой структуры сшитого ПЭ. // Пласт. массы. 1984. №11. С.10—13.
7. Сирота А.Г. Модификация структуры и свойств полиолефинов. Л.: Химия, 1984. 152 с.

Нашли ошибку? Выделите и нажмите Ctrl + Enter

Источник