СПОСОБ РАДИАЦИОННОГО СШИВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИОЛЕФИНОВ Российский патент 2006 года по МПК C08J3/28 C08F8/50 

Изобретение относится к области радиационной модификации полимеров и может быть использовано при производстве нагревостойких нефтепогружных кабелей, труб, термоусаживающихся пленок и трубок.

Известен способ сшивания полимеров [Э.Э.Финкель, Р.П.Брагинский. Нагревостойкие провода и кабели с радиационно-модифицированной изоляцией. Москва: Энергия, 1975, стр.13-16, 1] под воздействием ионизирующего излучения.

В промышленном масштабе интервал поглощенных доз, необходимый для сшивания, составляет 100-1000 КГр [1, стр.133], [Э.Э.Финкель, Г.К.Мещанов, В.Л.Ауслендер. Развитие электронно-лучевой технологии в электроизоляционной и кабельной технике. Электротехника, №11, 1996, стр.26-39].

Одним из существенных недостатков описанного в литературе способа радиационного сшивания полиолефинов является ухудшение ряда физико-механических свойств полимерного материала в результате выгорания антиокислительных добавок в полимере под воздействием ионизирующего излучения, что в итоге приводит к ухудшению ресурса работоспособности изделий.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ, описанный [Берлянт С.М. и др. Радиационное сшивание полиэтиленовой изоляции кабельных изделий в укрупненных масштабах. Атомная энергия. 1966, вып.1, стр.64-66]. Для облучения проводов и кабелей с полимерной изоляцией авторы использовали кобальтовый облучатель. Радиционно-химический аппарат для облучения представлял собой кольцевую цилиндрическую полость, в которую вставляли катушку с намотанным на нее проводом (кабелем). Эту полость герметизировали и после вакуумирования заполняли инертным газом, например гелием. Для создания равномерного поля поглощенных доз аппарат вращали вокруг оси. Необходимая для сшивки полимера (полиэтилена) поглощенная доза составляла 1000 КГр.

Основными недостатками способа прототипа являются:

- низкий ресурс работы облученных изделий за счет ухудшения их физико-механических свойств в результате воздействия высоких доз ионизирующего излучения;

- высокая энергоемкость процесса вследствие высокой дозы, необходимой для сшивания полимеров.

Эти недостатки устраняются тем, что в предлагаемом способе радиационного сшивания изделия из полиолефинов облучают в среде ненасыщенных углеводородов с длиной цепи С2-С12.

Перед облучением изделия из полиолефинов можно выдерживать в среде ненасыщенных углеводородов с длиной цепи С2-С12.

Для безопасности процесса целесообразно смешивать газообразные ненасыщенные углеводороды с азотом.

Предлагаемый способ позволяет при сравнительно малых поглощенных дозах ионизирующего излучения увеличить эффективность сшивания полиолефинов.

В процессе облучения в результате диффузии ненасыщенные углеводороды с длиной цепи С2-С12 проникают в объем изделия из полиолефина. Под воздействием ионизирующего излучения в результате радиолиза в объеме полиолефина образуются макрорадикалы, способные взаимодействовать как между собой, так и с молекулами растворенных в аморфной фазе полимера низкомолекулярными ненасыщенными углеводородами с преимущественным образованием межмолекулярных связей (сшивок).

Это позволяет осуществлять сшивание полиолефинов при более низких поглощенных дозах.

Использование ненасыщенных углеводородов с длиной цепи более С12 затрудняет процесс их диффузии в полиолефин и снижает производительность процесса.

В качестве источника ионизирующего излучения для реализации данного способа могут быть использованы гамма-установки, ускорители электронов или радиационные контуры АЭС.

При использовании гамма установок предпочтительно проводить облучение в среде ненасыщенных углеводородов.

При использовании ускорителей электронов перед облучением изделия из полиолефинов предпочтительно дополнительно выдерживать в среде указанных углеводородов.

Процесс насыщения полиолефинов ненасыщенными углеводородами с ростом давления и температуры ускоряется. Однако высокие значения давления могут привести к разрушению полимерных изделий в результате декомпрессии. Температуру нагрева не целесообразно поднимать выше 0,8 Тпл. (Тпл. - температура плавления полиолефина), т.к. возможны необратимые формоизменения изделий.

Полимерные изделия облучали в присутствии ненасыщенных углеводородов либо непосредственно перед облучением дополнительно выдерживали их в этой среде.

Для насыщения полимерных изделий использовали ненасыщенные углеводороды (алкены и/или алкины) с длиной цепи С2-С12.

Заявляемый способ был опробован на различных изделиях из полиолефинов (кабель, муфты, пленки, трубки и т.д.), выполненных из следующих материалов: полиэтилен высокой и низкой плотности, полипропилен, сополимеры и блок-сополимеры пропилена, блок-сополимеры этилена с пропиленом, сополимеры этилена и винилацетата.

В качестве примера для радиационной сшивки полиолефинов по указанному способу был взят нефтепогружной кабель с полиэтиленовой изоляцией диаметром D=10 мм и длиной 6 км, намотанный на барабан высотой 850 мм и диаметром 1400 мм.

Барабан с намотанным на него кабелем загружали в радиационно-химический аппарат, представляющий собой стальную цилиндрическую емкость. Емкость после промывки азотом заполняли ненасыщенными углеводородами. В качестве углеводородов использовали ацетилен, этилен или их смесь, пентен как наиболее доступные и дешевые газы при температуре 20-80°С и избыточном давлении 1-5 атм. Применялись и другие среды, например октен, децен, находящиеся в жидкой фазе, при указанных выше условиях.

Ресурс работоспособности кабеля оценивали по измерению периода индукции окисления методом дифференциально-сканирующей калориметрии (ДСК) в изотермических условиях при температуре 160-200°С в токе кислорода. Испытания образцов кабеля, изготовленного по нашему способу и способу-прототипу, показали, что ресурс кабеля, облученного в предлагаемых нами средах, на порядок выше, чем кабеля, облученного в вакууме или в среде инертного газа (т.е. по способу прототипа), см. таблицу 1.

Таблица 1.№ образцовПериод индукции окисления, минЗаявленный способСпособ прототип120016225020327023

Эффективность процесса радиационной сшивки кабельных изделий определяли путем измерения гель-фракции.

Образцы кабельной жилы из полиэтилена высокой плотности (ПЭВП) и блок-сополимера этилена с пропиленом (БС) облучали в различных газовых средах и измеряли гель-фракцию при поглощенных дозах 30 кГр и 60 кГр. Результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2.СредаГель-фракция, %30 кГр60 кГрПЭВПБСПЭВПБСПо способу прототипа в среде гелия36244228Этилен (газ)65507268Ацетилен (газ)59436556Пентен (газ)50416149Децен (жидкость)42335138

Изобретение относится к области радиационной модификации полимеров и может быть использовано при производстве нагревостойких нефтепогружных кабелей, труб, термоусаживающихся пленок и трубок. Способ радиационного сшивания изделий из полиолефинов заключающийся в том, что изделия облучают в среде ненасыщенных углеводородов с длиной цепи C₂-C₁₂. Технический результат состоит в том, что при сравнительно малых поглощенных дозах ионизирующего излучения увеличивается эффективность сшивания полиолефинов. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ радиационного сшивания изделий из полиолефинов, отличающийся тем, что изделия облучают в среде ненасыщенных углеводородов с длиной цепи C₂-С₁₂.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед облучением изделие из полиолефинов выдерживают в среде ненасыщенных углеводородов с длиной цепи С₂-С₁₂.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что ненасыщенные углеводороды с длиной цепи С₂-C₁₂ используются в смеси с азотом.