Композиция на основе синтетического каучука для заполнения кабелей

Изобретение относится к композиции на основе этиленпропиленового или этиленпропилендиенового каучука и сополимера этилена и октина и используется в качестве междужильного заполнителя в электрических кабелях и проводах. Готовят композицию, включающую, мас.ч.: каучук - 100, сополимер этилена и октина - 25-55, парафин - 50-170, стеариновую кислоту - 4-30, дибутилфталат - 4-25, мел - 500-1600. Композиция может содержать дополнительно тригидрат алюминия - 180-270 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука. Изобретение позволяет повысить электрические, физические и технологические характеристики материалов для заполнения кабельных изделий.

 

Композиция (резиновая смесь) на основе этиленпропиленового или этиленпропилендиенового каучука и сополимера этилена и октина используется в качестве междужильного заполнителя в электрических кабелях и проводах. Заполнение применяют в том случае, если необходимо изготовить кабель круглой формы, а также для удобства разделки кабеля при монтаже.

Известен близкий по существенным признакам и назначению аналог композиции на основе синтетического каучука - материал для заполнения междужильного пространства ООО “ЭТИОЛ” (свидетельство на полезную модель РФ №13847, регистрационный номер заявки 99127823/20, дата подачи 29.12.1999).

Данная резиновая смесь представляет собой композицию, состоящую из этиленпропиленового каучука, мела, талька, парафина, сэвилена и, возможно, других компонентов.

Признаки аналога, совпадающие с существенными признаками заявленной композиции:

- этиленпропиленовый каучук;

- природный мел, тальк, парафин.

Сочетание компонентов резиновой смеси определяет такой важный для материала заполнения показатель, как отсутствие склонности к адгезии (слипанию) к оболочке и материалу изоляции. При заполнении междужильного пространства материалом аналога может происходить слипание резиновой смеси и материала изоляции (в основном, поливинилхлоридный пластикат), что может привести к нарушению изоляции и повреждению жил кабеля при монтаже кабеля (разделке для подключения).

Заявленное изобретение решает задачу по повышению электрических, физических и технологических характеристик материалов для заполнения кабельных изделий, что приводит к следующему техническому результату:

- отсутствие адгезии материала заполнения к материалу изоляции (поливинилхлоридный пластикат), что дает возможность легко, без повреждения изоляции токопроводящей жилы осуществлять разделку кабеля при монтаже кабельных линий;

- низкое дымо- и газовыделение, отсутствие галогенов в дыме при возгорании;

- высокая твердость гранул, что дает возможность хранить композицию долгое время, при этом она не слеживается и не теряет товарного вида;

- за счет дополнительного включения заполнителя в центре сердечника кабеля обеспечивается продольная влагонепроницаемость кабеля;

- за счет подобранных компонентов улучшаются физико-химические свойства композиции: повышается индекс текучести расплава, повышается кислородный индекс, что снижает вероятность возгорания и повышает стойкость кабельных изделий к нераспространению горения, повышается гибкость кабеля в целом за счет повышенной гибкости резиновой смеси;

- отсутствует миграция частиц (молекул) материала изоляции или оболочки (поливинилхлоридного пластиката) в материал заполнения и наоборот, что соответственно обеспечивает неизменность массы заполнения и массы изоляции (оболочки), и в этом случае кабельное изделие с применением заполнения из заявленной композиции приобретает такие качества, как долговечность, длительный срок службы изделия;

- улучшаются электрические характеристики резиновой смеси, а именно, повышается сопротивление композиции, что в случае дефекта или повреждения изоляции токопроводящей жилы позволит заполнению из заявленной смеси обеспечивать изолирующий эффект по отношению к токопроводящей жиле (не пропускать ток) и, соответственно, поддерживать изделие в работоспособном состоянии, а высокое сопротивление материала заполнения повышает степень электробезопасности при монтаже и эксплуатации кабеля.

Данный технический результат достигается сочетанием следующих ингредиентов (качественным составом), отличающим заявленную композицию от аналогичных компаундов.

Полимеры:

- этиленпропиленовый или этиленпропилендиеновый каучук, продукт сополимеризации этилена с пропиленом

- сополимер этилена и октина.

Наполнители:

- природный мел

- тригидрат алюминия.

Мягчители (пластификаторы):

- дибутилфталат

- парафин

- стеариновая кислота.

Описание ингредиентов композиции на основе синтетического каучука. Каучук СКЭП или СКЭПТ. ТУ 38.103252-92. Основа резиновой смеси. Определяет физико-химические и электрические свойства. Каучук СКЭП является продуктом совместной полимеризации этилена (СН₂=СН₂) с пропиленом (СН₃-СН=СН₂). Структурная формула этилен-пропиленового каучука:

Плотность этилен-пропиленового каучука составляет 0,85 - 0,863 г/см³. Удельная теплоемкость каучука около 0,52 кал/г× град, удельная теплопроводность 8,5× 10^-4 кал/см× сек× град.

Наряду с двойными этиленпропиленовыми каучуками выпускаются тройные (СКЭПТ), содержащие небольшие количества (0,9-2,0 мол.%) диенов. Тройные сополимеры имеют строение:

Резиновые смеси на основе этиленпропиленового или этиленпропилендиенового каучука влагостойки, газонепроницаемы, имеют высокие электрические характеристики, повышенную теплостойкость и стойкость к агрессивным средам. В разработанной смеси имеет 100,0 массовых частей.

Сополимер этилена и октина торговой марки Engage (производитель DuPont Dow elastomers). Рабочие температуры от -35 до +165° С. Индекс расплава 190° С/2,16 г/10 мин, плотность 0,870 г/см³, вязкость по Муни 1-4 при 121° С, твердость по Шору А 23, максимальное напряжение при растяжении 10,3 МПа, максимальное удлинение при разрыве 820%.

Преимущества: хорошая тепловая, погодная и озоновая устойчивость, низкая усадка, хорошая заполняемость и перерабатываемость, дисперсность. В разработанной смеси имеет от 25 до 55 массовых частей.

Мягчители (пластификаторы). Вещества, которые повышают пластичность композиции на основе каучука. Оказывают положительное влияние на физико-химические и механические свойства резины. При введении мягчителей сокращается время изготовления резиновой смеси, снижается ее температура, улучшается распределение порошкообразных ингредиентов в каучуке, облегчается шприцевание и формование смеси вследствие увеличения ее текучести, а также улучшается качество поверхности изоляции и оболочки.

В заявленной композиции присутствуют следующие мягчители (пластификаторы):

Парафин. ГОСТ 23683-89. Представляет собой смесь твердых насыщенных углеводородов общей формулы С_n Н_2n+₂. Чистый парафин - бесцветная масса. Плотность 0,90 г/см³, температура плавления 52-54° С. Парафин не растворим в воде, но хорошо растворяется в бензине, бензоле, хлороформе и многих других органических растворителях. Парафин является также физическим противостарителем резины, который, выпотевая на поверхность изоляции, образует пленку, защищающую резину от воздействия кислорода или озона. Предназначен для улучшения технологических свойств резиновых смесей. В композиции составляет от 50 до 170 массовых частей.

Дибутилфталат. ГОСТ 8728-88. С₆Н₄(СООС₄Н₉)₂ - эфир бутилового спирта и фталевой кислоты. Плотность 1,05 г/см³, температура кипения 336-342° С. Предотвращает миграцию пластификаторов из ПВХ пластикатов. В данной композиции его содержится от 4 до 25 массовых частей.

Стеариновая кислота. ГОСТ 6484-96. Плотность 0,96 г/см³. Стеариновая кислота, являясь хорошим мягчителем, одновременно облегчает диспергирование наполнителей и других ингредиентов в каучуке, снижает температуру композиции в процессе изготовления и шприцевания, а также улучшает качество поверхности изоляции и оболочки. В присутствии стеариновой кислоты клейкость композиций уменьшается. В заявленной композиции составляет от 4 до 30 массовых частей.

Наполнители. Вводят в состав резиновых композиций с целью улучшения технологических свойств смесей, придания необходимых физико-механических и электроизоляционных свойств, снижения себестоимости.

В качестве наполнителей в композиции присутствуют:

Мел природный марки ММО, ММС - 1; 2. ГОСТ 12085-88. Состоит преимущественно из СаСО₃, содержание которого обычно составляет 96-99%. Посторонними примесями являются, в основном, полуторные окислы алюминия и железа. Плотность колеблется в пределах от 2,6 до 2,8 г/см³. Легкая диспергируемость мела в резиновой смеси обуславливается, прежде всего, слабой цементацией и малой механической прочностью составляющих его частиц. Мел природный мало гигроскопичен и практически не растворяется в воде. В композиции составляет от 500 до 1600 массовых частей.

Тригидрат алюминия. Аl(ОН)₃, Аl₂О₃·3Н₂О. Повышает кислородный индекс композиции. В композиции составляет от 180 до 270 массовых частей.

Количественный состав данной композиции на основе синтетического каучука, влияющий на достижение технического результата, в массовых частях:

Этиленпропиленовый или этиленпропилендиеновый каучук –100

Сополимер этилена и октина - 25-55

Парафин - 50-170

Стеариновая кислота - 4-30

Дибутилфталат - 4-25

Мел - 500-1600

Тригидрат алюминия - 180-270

Физико-химические характеристики резиновой смеси:

- вязкость по Муни при 100° С - 25-35

- плотность, кг/м³ - 1,78× 10³-2,05× 10³

- кислородный индекс - 27-45

Электрические показатели композиции:

- удельное объемное сопротивление, Ом× м - более 8× 10¹²

- электрическая прочность, МВ/м - более 25

Механические показатели композиции:

- предел прочности при растяжении, МПа - более 2,5

- относительное удлинение в процентах - более 50

- твердость по Шору, А - более 70

Как частный случай выполнения заявленной модели рассмотрим крайние значения количественных интервалов состава композиции, в массовых частях:

Этиленпропиленовый или этиленпропилендиеновый каучук - 100

Сополимер этилена и октина - 25

Парафин – 50

Стеариновая кислота – 4

Дибутилфталат – 4

Мел – 500

Тригидрат алюминия - 270

Физико-химические характеристики резиновой смеси:

- вязкость по Муни при 100° С - 35

- плотность, кг/м³ - 1,80× 10³

- кислородный индекс - 45

Электрические показатели композиции:

- удельное объемное сопротивление, Ом× м - 8× 10¹²

- электрическая прочность, МВ/м - 30,5

Механические показатели композиции:

- предел прочности при растяжении, МПа - 2,5

- относительное удлинение в процентах - 105

- твердость по Шору, А - 86

Этиленпропиленовый или этиленпропилендиеновый каучук - 100

Сополимер этилена и октина - 55

Парафин - 170

Стеариновая кислота - 30

Дибутилфталат - 25

Мел - 1600

Тригидрат алюминия - -

Физико-химические характеристики резиновой смеси:

- вязкость по Муни при 100° С - 25

- плотность, кг/м³ - 1,78× 10³

- кислородный индекс - 28,5

Электрические показатели композиции:

- удельное объемное сопротивление, Ом× м - 8× 10¹²

- электрическая прочность, МВ/м - 30,5

Механические показатели композиции:

- предел прочности при растяжении, МПа - 2,5

- относительное удлинение в процентах - 70

- твердость по Шору, А - 82

Приведем пример получения композиции на основе синтетического каучука для заполнения междужильного пространства электрических кабелей и проводов в заявленном соотношении. Изготовление резиновой композиции (смеси) осуществляется в цеховых условиях на установленном отечественном и зарубежном оборудовании.

Содержание технологического процесса по изготовлению заявленной композиции:

- Подготовка материалов: синтетический каучук освобождается от упаковки, режется на куски, соответствующие размерам загрузочного отверстия резиносмесителя, и транспортируется к дозировочным весам. Подача мела в подающие бункера с просушиванием осуществляется на сепарационной установке. Стеариновая кислота, парафин подаются в упаковке поставщика.

- Материалы взвешиваются и дозируются. Взвешивание происходит на платформенных рычажных весах. Мел взвешивается на автоматических весах типа 4 ДПК-80. Количество подготовленных материалов должно соответствовать рецепту заявленной смеси, в массовых частях:

Этиленпропиленовый или этиленпропилендиеновый каучук -100

Сополимер этилена и октина - 50

Парафин - 164

Стеариновая кислота - 24

Дибутилфталат - 22

Мел - 1515

- Материалы загружаются в закрытый резиносмеситель типа РСВД 270/20, где происходит смешение, по ленточному транспортеру для осуществления следующих операций:

1) загрузки каучука и сополимера этилена и октина и вальцевания;

2) загрузки 1/3 мела природного, парафина, стеариновой кислоты и перемешивания;

3) загрузки 1/3 мела и перемешивания;

4) загрузки 1/3 мела, дибутилфталата и перемешивания;

5) выгрузки смеси и перехода к следующему замесу.

Начальная температура камеры резиносмесителя - 70-80° С.

- Температура выгружаемой смеси - 90-100° С.

- Фильтрованная смесь разрабатывается на листовальных вальцах.

- Производится срез резиновой ленты с листовальных вальцов для переработки на грануляторе.

- Резиновая смесь по ленточному транспортеру поступает в загрузочную воронку экструдера, в процессе экструдии происходит фильтрование резиновой смеси через комплект сеток. После фильтрования смесь проходит через формующую решетку с отверстиями.

- С другой стороны решетки на подвижной станине подведен гранулятор с вращающимися ножами, которые нарезают выходящую из решетки резиновую смесь на гранулы. Гранулят подхватывается потоком воды, подача которой к гранулятору осуществляется по трубе и поступает к центрифуге.

- Слипшиеся гранулы удаляются через уловитель агломерата, вода через сетку стекает в бак, а гранулы поступают в центрифугу. После удаления остатков воды гранулы по направляющим лопастям, установленным в центрифуге, поступают в приемную трубу и далее - в контейнер.

- Из бака вода поступает в теплообменник и после охлаждения до заданной температуры насосом подается к гранулятору. - Гранулированная резиновая смесь может сразу использоваться в производстве или храниться длительное время без слипания гранул.

Для использования готовая композиция на основе синтетического каучука подается лентой в загрузочную воронку экструдера, где, продвигаясь по зонам, нагревается до температуры 90° С для последующего наложения на изолированные поливинилхлоридным пластикатом токопроводящие жилы.

Заявленная композиция найдет широкое применение в электротехнической промышленности, а именно для производства кабелей и проводов. За счет того, что заявленная композиция позволяет достичь указанного выше технического результата, композиция на основе синтетического каучука для заполнения позволит отечественным кабелям ни в чем не уступать кабелям зарубежных производителей и достойно конкурировать с ними на мировом рынке кабельной продукции.

1. Композиция на основе синтетического каучука для заполнения кабелей, включающая парафин и мел, отличающаяся тем, что содержит в качестве синтетического каучука этиленпропиленовый или этиленпропилендиеновый каучук, и дополнительно - сополимер этилена и октина, стеариновую кислоту, дибутилфталат при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Этиленпропиленовый или этиленпропилендиеновый каучук 100

Сополимер этилена и октина 25-55

Парафин 50-170

Стеариновая кислота 4-30

Дибутилфталат 4-25

Мел 500-1600

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что содержит дополнительно тригидрат алюминия 180-270 мас.ч. на 100 мас.ч. этиленпропиленового или этиленпропилендиенового каучука.