МАТЕРИАЛ ЗАЩИТНЫЙ КАБЕЛЬНЫЙ Российский патент 2004 года по МПК D06M13/02 H01B3/20 H01B3/48 

Изобретение относится к области производства защитных и антикоррозионных материалов, получаемых путем пропитки тканевой основы антисептическими и антикоррозионными составами и предназначенных для защиты кабелей.

Известен битумсодержащий материал для защиты кабелей:

- лента битуминированная по ТУ 16-91426.0052.006, год ввода 1992, г. Петропавловск, респ. Казахстан.

Материал получают путем нанесения на упаковочную ткань расплавленной битумной композиции с последующим охлаждением и разрезкой на ленты определенной ширины. Основные характеристики данного материала:

Толщина, мм 1,3-1,5

Содержание битумной массы, % 55-65

Готовый материал имеет неравномерную пропитку битумной массой, повышенную толщину битумного слоя и высокую липкость, что существенно затрудняет его использование по прямому назначению.

Известен также битумсодержащий материал для защиты кабелей Мба-50 на основе упаковочной ткани по патенту №2083624, Россия и ТУ 84-07509103.414-94, год ввода 1994, Россия. Данный битумсодержащий материал получают путем пропитки ткани-основы раствором битумно-полимерной композиции в органическом растворителе (нефрасе) и последующей термообработки материала до полного удаления растворителя. Пропитка ткани осуществляется на специальной пропиточной машине. Полотно тканевой основы проходит с фиксированной скоростью через пропиточную ванну с раствором битумно-полимерной композиции, отжимные валки и сушильную камеру.

Для поддержания концентрации паров растворителя ниже нижнего предела взрываемости в камере сушки обеспечивается приток воздуха вентилятором большой производительности. Скорость протяжки материала исходя из производительности вентилятора и сушильной камеры составляет не более 5 метров в минуту. При этом температура в сушильной камере составляет 100-130°С, продолжительность сушки - 6-10 мин. После пропитки полотно материала разрезается на ленты с обрезкой кромок, которые идут в отходы до 20% от площади полотна.

Недостатками аналога являются:

- повышенная пожаро- и взрывоопасность при производстве данного материала из-за большого содержания в пропиточном составе нефраса (более 50%) и высокой температуры на стенках сушильной камеры (более 150°С);

- ухудшение экологии за счет значительных выбросов в атмосферу паров растворителя (нефраса);

- высокие трудо- и энергозатраты при низкой производительности (2-3 м/мин);

- значительная деформация рулонов готового материала в процессе их хранения, что существенно уменьшает срок хранения материала, затрудняет его резку на ленты и приводит к увеличению отходов;

- повышенная липкость и нестабильность характеристик материала в разных партиях;

- недостаточная грибостойкость;

- ослабление кромок ленты после резки рулона, что приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик материала;

- наличие значительных отходов при резке рулонов материала на ленты.

Наиболее близким, принятым за прототип является битумсодержащий материал для защиты кабелей по патенту №2131445, Россия, на основе волокнистого материала (крепированной бумаги), пропитанного сначала раствором антисептика (нафтената меди или продукта конденсации полиэтиленполиамина со смоляными кислотами или синтетическими жирными кислотами) в минеральном масле с нанесением поверх битума.

При этом в качестве антисептика может быть использован продукт конденсации полиэтиленполиамина с канифолью, а в качестве минерального масла - кабельное масло.

Битумсодержащий материал по прототипу изготавливается по следующей технологии.

Крепированная бумага, в рулонах целиком или разрезанная на бобины, пропитывается раствором антисептика в минеральном масле путем размотки бумаги из рулонов или бобин и пропускания ее через пропиточную ванну с отжимными валками или в закрытой емкости (автоклаве) при температуре 80-150°С в течение 0,5-24 ч в зависимости от диаметра и ширины рулона бумаги и вязкости состава. Затем производится удаление излишков пропиточного состава из рулонов бумаги отжатием на центрифуге. Крепированная бумага, пропитанная раствором антисептика в минеральном масле и разрезанная на ленты, накладывается на металлическую оболочку кабеля и проливается с обеих сторон битумным расплавом.

Недостатками прототипа являются:

- малая толщина и низкие физико-механические показатели: прочность, износоустойчивость, влагостойкость и, как следствие, ограниченное использование данного защитного материала - только в защитной подушке между металлической оболочкой и стальной броней кабеля;

- высокие энергозатраты при пропитке материала;

- наличие значительных отходов при резке рулонов материала на ленты.

Технической задачей изобретения является разработка универсального защитного кабельного материала на волокнистой основе для внутренних (подушка) и наружных защитных покровов кабеля, пропитанного наполнителем с добавками, не уступающего прототипу по грибостойкости, но более прочного, износоустойчивого и влагостойкого, обеспечивающего получение высококачественного пропитанного материала и защитных покровов кабеля на его основе при минимальных затратах сырья, энергоносителей, трудовых затратах и отсутствии отходов.

Технический результат достигается тем, что в качестве волокнистой основы используют ячеистую тканевую ленту из одно- или двуниточной пряжи из лубяных или смесевых волокон линейной плотностью 200-400 текс, полотняного переплетения с усиленными кромками, при соотношении количества нитей по основе и утку на единицу длины, равном 0,6-1,3, в качестве наполнителя используют жидкие нелетучие или малолетучие низковязкие нефтепродукты, в качестве антисептика - продукт взаимодействия производных амина с жирными кислотами или их кубовыми остатками и в качестве поверхностно-активного вещества - первичные или кубовые амины при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Наполнитель 12-36

Антисептик 2-6

Поверхностно-активное вещество 0,2-0,5

Лента Остальное

Общими признаками прототипа и предлагаемого технического решения являются наличие волокнистой основы, пропитанной жидким нелетучим или малолетучим нефтепродуктом (минеральным маслом) с антисептиком - продуктом конденсации производного амина (полиэтиленполиамина) с синтетическими жирными кислотами.

В то же время предложенный материал отличается от известного конструкцией волокнистой основы, использованием более широкого перечня нелетучих или малолетучих низковязких нефтепродуктов, а также более широкого класса антисептиков кроме нафтената меди и продукта взаимодействия полиэтиленполиамина со смоляными кислотами и дополнительным содержанием поверхностно-активного вещества.

Преимущества изобретения:

- высокая механическая прочность, жесткость и износоустойчивость;

- высокая влагостойкость;

- высокие эксплуатационные характеристики и грибостойкость материала;

- высокое качество пропитки при низком содержании наполнителя;

- высокая технологичность;

- минимальные затраты на пропитку материала при высокой производительности;

- отсутствие отходов;

- низкая стоимость.

Лента может быть изготовлена из растительных (лен, джут, пенька, кенаф, хлопок и т.д.), или синтетических (полиэфир, полиамид, вискоза и т.д.), или минеральных (стекло, базальт и т.д.), или смесевых волокон. Ширина ленты 40-90 мм определяется конструкцией, размерами и маркой кабеля, а также конструкцией лентообмотчика.

Ограничения на выбор пряжи для тканевой основы защитного кабельного материала накладывают марка и назначение кабеля, условия эксплуатации кабеля, характеристики защитного материала (ленты): прочность и относительное удлинение в машинном направлении, жесткость, пропитываемость и т.д., технологические параметры изготовления ленты, а также характеристики защитного покрова: толщина, прочность, морозостойкость, адгезия к металлической оболочке или броне и т.д.

Для силовых бронированных кабелей с бумажной пропитанной изоляцией всем этим требованиям в наибольшей степени отвечает пряжа из лубяных волокон по ГОСТ 10078-85, год ввода 1985, например джутовая или льняная пряжа линейной плотностью 200-400 текс. За характеристику линейной плотности пряжи принята условная единица текс, определяемая по ГОСТ 6611.1-73, год ввода 1973, как отношение массы точечной пробы пряжи в граммах к длине этой точечной пробы (50 м), умноженное на 1000.

Лента из джутовой или льняной пряжи имеет хорошую смачиваемость, достаточно высокую пористость, необходимую для качественной пропитки наполнителем, хорошую адгезию к металлической оболочке кабеля и броне, высокую удельную прочность, морозостойкость и жесткость. Использование других материалов для защитной кабельной ленты ухудшает ее технологичность и снижает качество защитных покровов кабеля.

Линейная плотность пряжи для изготовления защитной ленты определяется параметрами защитного покрова кабеля: толщиной покрова, количеством слоев ленты, толщиной и прочностью ленты, а также технологическими возможностями лентоткацких станков.

Уменьшение линейной плотности пряжи приводит к улучшению технологичности прядения и качества пропитки ленты, но при этом снижается разрывная нагрузка и повышается расход ленты в защитных покровах кабеля. Увеличение линейной плотности пряжи резко снижает технологичность и качество прядения ленты, ухудшает качество ее пропитки.

Конструкция защитной ленты выбиралась из условия обеспечения максимальной жесткости и прочности ленты, необходимых для улучшения качества намотки ленты на кабель, при минимальной массе погонного метра ленты (ячеистая лента с максимальным просветом между нитями пряжи до 3 мм).

Учитывались также при выборе конструкции ленты минимальная усадка по ширине ленты при ее намотке на кабель и простота изготовления. Всем этим требованиям удовлетворяет самое простое в тканевом производстве полотняное переплетение, в котором продольные (основа) и поперечные (уток) нити ленты расположены перпендикулярно друг другу.

Количество нитей по основе и утку ленты на единицу длины выбирается по следующим критериям:

- ширина ленты 40-90 мм;

- вес квадратного метра ленты не более 300 г;

- максимальная прочность и жесткость ленты;

- технологические возможности лентоткацких станков.

С учетом этих критериев выбиралось оптимальное соотношение количества нитей по основе и утку ленты на единицу длины, равное 0,6-1,3.

При изготовлении ленты на челночных станках соотношение количества нитей по основе и утку равно 0,9-1,3, а на бесчелночных - 0,6-0,8, при этом на челночных станках основа и уток ленты выполняются из однониточной пряжи, а на бесчелночных станках основа выполняется из однониточной пряжи, а уток - из двуниточной пряжи. По технологическим соображениям основа ленты выполняется из пряжи с линейной плотностью 280-400 текс, а уток - из пряжи с линейной плотностью 200-280 текс.

Уменьшение и увеличение соотношения количества нитей по основе и утку на единицу длины приводит к уменьшению жесткости и завышению массы ленты, что снижает ее эксплуатационные характеристики и увеличивает расход сырья.

Усиление кромок ленты достигается за счет увеличения на кромках количества нитей основы.

В качестве наполнителя предлагается использовать жидкие нелетучие или малолетучие низковязкие (в отличие от прототипа) нефтепродукты: низковязкие минеральные масла, керосин, дизельное топливо, печное топливо и т.д.

Из масел могут быть использованы индустриальные масла марки И-5А, И-8А по ГОСТ 20799-88, год ввода 1988, трансформаторное масло по ГОСТ 10121-76, год ввода 1976, конденсаторное масло по ГОСТ 5775-85, год ввода 1985, веретенное масло по ГОСТ 1642-75, год ввода 1975, их смеси и отработанные масла после их очистки и обезвоживания. Ограничения на выбор наполнителя накладывают растворимость в нем добавок, вязкость, токсичность, кислотность, летучесть, стоимость.

За характеристику вязкости наполнителя принята условная вязкость, определяемая в соответствии с ГОСТ 8420-74, год ввода 1974, Россия, с замером времени непрерывного истечения в секундах определенного объема наполнителя через калибровочное сопло диаметром 4 мм вискозиметра типа ВЗ-246.

Для ускорения и облегчения процесса пропитки наполнитель должен иметь условную вязкость не более 15 сП при (20±0,5)°С по вискозиметру ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм, минимальную летучесть при температуре до 80°С, должен быть недорогим, нейтральным (рН≈7), нетоксичным, без резкого запаха, должен хорошо растворять добавки, не изменяя их свойств.

В наибольшей степени всем этим требованиям соответствует трансформаторное масло до и после отработки, широко используемое в электротехнической промышленности.

В качестве добавок в пропиточный состав предлагается использовать антисептики для придания материалу и защитным покровам кабеля грибостойкости, ингибиторы коррозии для защиты металлической оболочки кабеля и брони от коррозии и поверхностно-активные вещества для увеличения проникающей способности пропиточного состава и смачиваемости тканевой основы.

Ограничения на выбор антисептика накладывают его степень антимикробной и антигрибковой защиты кабелей, совместимость с пропиточным составом и битумом (растворимость), токсичность, вязкость (в случае использования пропиточных составов на основе жидких нефтепродуктов), химическая нейтральность по отношению к тканевой основе, наполнителю, другим добавкам, а также к элементам кабеля, стоимость. Антисептик должен обеспечивать грибостойкость защитной ленты и защитных покровов кабеля на ее основе. При этом степень биологического обрастания грибами ленты не должна превышать двух баллов по ГОСТ 9.048-89, год ввода 1989. Антисептик не должен вызывать или поддерживать коррозию металлической оболочки кабеля и брони.

Исследованиями ОАО "ВНИИКП" установлено, что наиболее известный антисептик в кабельной промышленности нафтенат меди, принятый по прототипу, при определенных условиях может вызывать или усиливать коррозию металлической оболочки кабеля (алюминий и свинец), поэтому применение данного антисептика для пропитки элементов защитных покровов кабелей запрещено Решением Ассоциации "Электрокабель" и Госстандарта России от 01.07.98 г. К тому же нафтенат меди является высокотоксичным и дорогостоящим продуктом, который не производится в России. Нафтенат меди выпадает в осадок при длительном хранении пропиточного состава (нафтенат меди 15% + кабельное масло 75%) в варочных котлах. По этим причинам нафтенат меди не может быть использован в данном изобретении.

Антисептический состав АС-2 по ТУ 2416-007-05773103-98, год ввода 1998, Россия, представляет собой продукт конденсации полиэтиленполиамина со смоляными кислотами таллового пека, принятый по прототипу. Данный антисептик серийно выпускается в России.

Недостатки антисептика АС-2:

- антисептик не растворяется в жидких нефтепродуктах и выпадает в осадок при остывании пропиточной массы при температуре 20-30°С;

- антисептик АС-2 существенно увеличивает вязкость пропиточного состава.

По этим причинам антисептик АС-2 также не может быть использован для пропитки предлагаемой защитной тканевой ленты.

По результатам испытаний в ОАО "Камкабель" на стойкость к воздействию плесневых грибов по ГОСТ 9.048-89 образцов антисептированной джутовой ленты установлено, что антисептики на основе производных амина и смоляных кислот (талловый пек, талловое масло, канифоль) не обеспечивают требуемую грибостойкость джутовой ленты.

Установлено также, что грибостойкость ленты из лубяных волокон в пределах нормы 0-2 балла по ГОСТ 9.048-89 обеспечивается при использовании антисептиков на основе продуктов взаимодействия производных амина: полиэтиленполиамин по ТУ 6-02-594-85, год ввода 1985, Россия, триэтаноламин по ТУ 6-02-916-79, год ввода 1979, Россия, лапромол 294 по ТУ 6-05-1681-80, год ввода 1980, Россия, и других производных амина с аналогичными характеристиками, с жирными кислотами, в том числе натуральными и синтетическими высшими насыщенными жирными кислотами, например стеариновой, пальмитиновой, и их кубовыми остатками, в том числе кубовым остатком синтетических жирных кислот по ТУ 38.1071231-89, год ввода 1989, Россия, ненасыщенными и полиненасыщенными жирными кислотами, например олеиновой (ненасыщенная жирная кислота), линолевой и линоленовой (полиненасыщенные жирные кислоты), и их кубовыми остатками, в том числе кубовым остатком жирных кислот подсолнечного масла - соапстоком по ТУ 10-04-02-80-91, год ввода 1991, Россия.

Антисептики на основе производных амина и чистых жирных кислот или их смесей хорошо растворяются в жидких нефтепродуктах.

Использование данных антисептиков для пропитки защитной ленты из лубяных волокон возможно, но экономически не целесообразно.

Для пропитки ленты может быть использован антисептический состав АСК-1 по ТУ 84-07509103.489-98, год ввода 1998, Россия, представляющий собой продукт взаимодействия смеси высших жирных кислот с содержанием атомов углерода С21 и выше с аминными производными, например продукт взаимодействия лапромола 294 или триэтаноламина с кубовым остатком синтетических жирных кислот.

Антисептик АСК-1 имеет следующие недостатки:

- грибостойкость ленты с данным антисептиком обеспечивается на верхнем пределе (2 балла по ГОСТ 9.048-89);

- нестабильность основных характеристик (вязкость, растворимость в жидких нефтепродуктах, наличие осадка), обусловленная завышенным содержанием примесей (неомыляемых веществ и смолистых продуктов конденсации и полимеризации) в кубовом остатке синтетических жирных кислот;

- антисептик АСК-1 является высоковязким продуктом, поэтому существенно увеличивает вязкость пропиточного состава и ухудшает его технологичность;

- антисептик изготавливается из дефицитного и дорогостоящего сырья.

По этим причинам антисептик АСК-1 может быть использован для пропитки защитной ленты только в ограниченных количествах.

В наибольшей степени перечисленным выше требованиям к антисептику для защитного кабельного материала удовлетворяет продукт взаимодействия триэтаноламина с соапстоком, разработанный авторами данного изобретения.

Данный антисептик является низковязким жидким продуктом, хорошо совмещается и растворяется без осадка во всех нефтепродуктах, включая минеральные масла, полугудрон, керосин, дизельное топливо и битумы, технологичен, не растворяется в воде.

Благодаря высокому показателю общей щелочности (до 10%) и содержанию природных растительных фунгицидов антисептик обладает мощными антимикробными и антигрибковыми свойствами. Грибостойкость защитного материала с данным антисептиком составляет 0-1 баллов по ГОСТ 9.048-89.

Установлено также, что антисептик является активным ингибитором коррозии черных (сталь) и цветных (свинец, алюминий) металлов.

Данный антисептик изготавливается из недефицитного и недорогого отечественного сырья.

В качестве поверхностно-активного вещества (ПАВ), позволяющего существенно увеличить проникающую способность пропиточного состава и смачиваемость ленты, могут быть использованы нерастворимые в воде первичные (дистиллированные) амины по ТУ 2413-047-00480689-95, год ввода 1995, Россия, или кубовые амины по ТУ 2413-012-00203795-98, год ввода 1998, Россия, которые хорошо совмещаются и растворяются во всех нефтепродуктах, а также усиливают антигрибковые и антикоррозионные свойства антисептика.

Предлагаемый авторами защитный кабельный материал изготавливается по следующей технологии.

Тканевая основа в виде ленты изготавливается на специальных лентоткацких станках (челночных или бесчелночных) и перематывается в ролики. Далее лента пропитывается раствором антисептика и ПАВ в жидких нефтепродуктах, например трансформаторном масле традиционным способом: путем размотки ленты из ролика и пропускания ее через пропиточную ванну с отжимными валками или пропитки роликов целиком в емкости с последующим отжимом излишков пропиточного состава на центрифуге.

Содержание пропиточного состава в готовом материале доводится с помощью отжима до 14-42,5% по массе. Нижняя граница содержания пропиточного состава определяется технологическими возможностями отжима. Увеличение содержания пропиточного состава в материале выше верхней границы приводит к существенному ухудшению эксплуатационных характеристик материала и защитного покрова кабеля из-за разжижения битумной прослойки покрова маслом.

Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется следующим примером.

В таблице приведены варианты составов нескольких образцов кабельного защитного материала, включая состав материала по прототипу, а также их основные характеристики.

Для изготовления образцов защитного материала использовалась опытная лента шириной 70 мм из однониточной пряжи линейной плотностью 280 текс.

Как видно из таблицы, физико-механические характеристики предлагаемого материала существенно превосходят аналогичные характеристики прототипа. В то же время новый материал более технологичен и обладает повышенной грибостойкостью.

При этом оптимальное содержание компонентов в материале, мас.%:

Наполнитель 12-36

Антисептик 2-6

ПАВ 0,2-0,5

Лента Остальное

Уменьшение содержания наполнителя затруднительно по технологическим соображениям. Увеличение содержания наполнителя приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик материала.

Уменьшение содержания антисептика приводит к снижению грибостойкости материала, а увеличение содержания антисептика приводит к снижению технологичности пропиточного состава и удорожанию материала.

Уменьшение содержания ПАВ приводит к неравномерной пропитке материала антисептиком и битумом в составе кабеля, увеличение содержания ПАВ приводит к снижению технологичности пропиточного состава (увеличению его вязкости) и нецелесообразно по экономическим соображениям.

Опытным путем также установлено несущественное влияние марок наполнителя (жидких нелетучих или малолетучих низковязких нефтепродуктов) на основные характеристики материала.

Материал защитный кабельный прошел всесторонние испытания в ОАО "Камкабель". Налажен выпуск данного материала.

Изобретение относится к области производства защитных и антикоррозионных материалов, получаемых путем пропитки тканевой основы антисептическими и антикоррозионными составами и предназначенных для защиты кабелей. Материал в качестве тканевой основы содержит тканевую ячеистую ленту из одно- или двуниточной пряжи из лубяных или смесевых волокон линейной плотностью 200-400 текс, полотняного переплетения с усиленными кромками при соотношении количества нитей по основе и утку на единицу длины, равном 0,6-1,3, пропитанную составом, включающим 12-36 мас.% жидких нелетучих или малолетучих низковязких нефтепродуктов в качестве наполнителя, 2-6 мас.% продукта взаимодействия производных амина с жирными кислотами или их кубовыми остатками в качестве антисептика и 0,2-0,5 мас.% первичных или кубовых аминов в качестве поверхностно-активного вещества. Новый материал высокотехнологичен и обладает повышенной грибостойкостью особенно при использовании джутового волокна и пропиточного состава на основе трансформаторного масла и продукта взаимодействия триэтаноламина с соапстоком. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Материал защитный кабельный, выполненный из тканевой основы в виде ячеистой ленты из одно- или двуниточной пряжи из лубяных или смесевых волокон линейной плотностью 200-400 текс, полотняного переплетения с усиленными кромками при соотношении количества нитей по основе и утку на единицу длины, равном 0,6-1,3, пропитанной составом, включающим жидкие нелетучие или малолетучие низковязкие нефтепродукты в качестве наполнителя, продукт взаимодействия производных амина с жирными кислотами или их кубовыми остатками в качестве антисептика и первичные или кубовые амины в качестве поверхностно-активного вещества при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Наполнитель 12 - 36

Антисептик 2 - 6

Поверхностно-активное вещество 0,2 - 0,5

Лента Остальное