ТЕРМОУСАЖИВАЕМЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ КОЖУХ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ КАБЕЛЬНЫХ МУФТ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК H01R4/72 

Изобретение относится к изоляционным полимерным материалам и технологическим процессам получения полимерных термоусаживаемых изделий, имеющих клеевой подслой, в частности, к способам получения полимерных термоусаживаемых защитных герметизирующих кожухов соединительных муфт высоковольтных кабелей.

Разработаны соединительные и концевые термоусаживаемые муфты на основе радиационно-сшитых полимерных материалов и способы их получения, включающие процессы: формование полимерной заготовки, радиационное сшивание заготовки изделия, ориентированная деформация изделия при повышенной температуре, нанесение клея расплава на поверхность изделия. В состав муфт входят различные термоусаживаемые полимерные трубки с клеевым подслоем, междужильные полимерные распорки, герметики, регуляторы напряженности электрического поля, термоусаживаемые перчатки, соединители, заземлители, полимерные заполнители пустот.

Современные термоусаживаемые муфты на основе радиационно-сшитых полимеров находят широкое применение в высоковольтных кабельных сетях, поскольку обладают рядом достоинств: требуют мало времени для выполнения монтажных работ, обеспечивают надежное соединение силовых многожильных кабелей с рабочим напряжением до 30 кВ даже при эксплуатации во влажном грунте.

Для обеспечения высоких изолирующих свойств термоусаживаемых муфт необходимо выполнить следующие основные условия:

Во-первых, для напряжений 10 кВ и выше необходимо, чтобы внешний защитный кожух, изготовленный из полимерной композиции, имел кратность усадки не менее 3 для обеспечения требуемого междужильного изолирующего промежутка в месте соединения и усадки на кабель;

Во-вторых, обжимное усилие, создаваемое внешним защитным кожухом в момент термической усадки при монтаже муфты, должно быть максимально возможным для ликвидации зазоров и пустот в изолирующем пространстве, поскольку эти дефекты приводят к резкому снижению эксплуатационных свойств;

В-третьих, для обеспечения прочного, монолитного с хорошей герметичностью соединения кабелей внешний защитный кожух должен иметь хорошее сцепление с клеем-расплавом.

Обеспечить в процессе изготовления защитного кожуха соединительных муфт высокий уровень указанных свойств одновременно достаточно сложно, поскольку при выполнении операции образования пространственно-сшитой сетки из макромолекул полимера (композиции на основе полиолефина) путем воздействия ионизирующего излучения способность к растяжению при термическом раздуве, усилие при термической усадке и величина адгезии к клеевому подслою при напылении расплава клея изменяются по-разному при увеличении поглощенной дозы излучения. Так, при увеличении степени сшивания полимера его способность к удлинению и величина адгезии уменьшаются, в то время как усилие усадки возрастает примерно пропорционально величине поглощенной дозы.

Широкое применение получило производство термоусаживаемых кожухов из радиационно-сшитых полиэтиленовых труб с применением гамма-облучения в инертной среде до поглощенных доз 100-150 кГр (В.К.Князев, Н.А.Сидоров. Облученный полиэтилен в технике. М.: Химия, 1974, 376 с.). Изделия, полученные по данной технологии, обеспечивают набор свойств, достаточный для изготовления соединительных муфт, работающих до напряжения в сети 1 кВ, поскольку имеют либо незначительную кратность усадки, либо незначительное усилие при усадке, кроме того, уровень поглощенной дозы свыше 10 кГр значительно снижает адгезию к клею-расплаву.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ радиационного сшивания в присутствии ацетилена (Европейский патент ЕР 0145475 А2, 19.06.1984), при котором значительно снижается требуемая для сшивания поглощенная доза. Можно ожидать, что термоусаживаемые кожухи, изготовленные из кабельного ПЭ 153-10К, будут обладать хорошими значениями кратности и усилия усадки, но обеспечить высокие показатели адгезии к клею расплаву при таких степенях сшивания поверхности изделия, а значит обеспечить надежную герметичность соединения кабелей при напряжении 10-30 кВ данный способ не может.

Задачей настоящего изобретения является разработка полимерного кожуха, одновременно обеспечивающего высокие показатели как по адгезии к клею-расплаву, так и высокую кратность и усилие при усадке. Техническим результатом является термоусаживаемый полимерный кожух для соединительных муфт высоковольтных кабелей, у которого степень сшивания полимера распределена таким образом, что внутренние слои изделия имеют высокую степень сшивания, обеспечивая тем самым высокие термомеханические параметры при раздуве и усадке, а наружные слои имеют низкую степень сшивания, обеспечивая высокую адгезию к клею-расплаву, наносимому на поверхность кожуха путем напылению клея в расплавленном состоянии, а также способ получения такого кожуха.

Поставленная задача решается тем, что внешний защитный полимерный радиационно-сшитый термоусаживаемый кожух с клеевым подслоем для соединительных муфт имеет внутренние слои полимера с высокой степенью сшивания и обеспечивает достаточное обжимное усилие при кратности усадки не менее 3, а внешние слои имеют низкую степень сшивания и обеспечивают хорошую адгезию с клеевым подслоем, получаемым напылением на поверхность кожуха клея в расплавленном состоянии.

А способ получения термоусаживаемого полимерного кожуха соединительных кабельных муфт состоит из формования, радиационного сшивания, высокотемпературного ориентирования с созданием остаточных внутренних радиальных деформационных напряжений в стенках изделия, охлаждения и нанесения клеевого подслоя путем напыления расплава клея, облучения отформованной заготовки гамма-излучением радионуклида кобальт-60 на воздухе при комнатной температуре после предварительной выдержки при температуре до 100°С в среде смеси газов азота и ацетилена в течение нескольких часов.

Примеры

Полимерная заготовка с толщиной стенки 4 мм и выше перед гамма-облучением насыщается ацетиленом при повышенной температуре в течение промежутка времени, обеспечивающем насыщение внутренних слоев заготовки ацетиленом до равновесной концентрации, определяемой парциальным давлением газа и его растворимостью при выбранной температуре, а облучение заготовки после насыщения ацетиленом проводится на воздухе.

Пример 1. Полимерная заготовка из кабельного полиэтилена 153-10К с толщиной стенки 6 мм помещалась в герметичный стальной реактор, в объем реактора напускали газовую смесь, состоящую из ацетилена и азота в соотношении 1 к 2 при общем давлении 1,2·10⁵ Па, повышали температуру в реакторе до 80°С и выдерживали заготовки в течение 20 часов, затем реактор охлаждали и заготовки облучали на гамма-установке на воздухе при мощности поглощенной дозы 0,4 Гр с^-1 до поглощенной дозы 45 кГр. Получаемый термоусаживаемый кожух имеет степень сшивания внутренних слоев не менее 55%, а наружных не более 25%.

Пример 2. Полимерную заготовку из композиции на основе сэвилена с толщиной стенки 5,5 мм, приготовленную до облучения аналогично Примеру 1, облучали на воздухе до поглощенной дозы 60 кГр.

Результаты реализации способа для сэвиленовой композиции приведены на чертеже, где показано, что внутренние слои получаемого термоусаживаемого кожуха имеют значительно более высокую степень сшивки, чем наружные слои. Внутренние слои имеют степень сшивания не менее 55%, а наружные не более 25%. При этом термоусадочные свойства кожуха обеспечиваются внутренними слоями, в то время как практически несшитый внешний слой обеспечивает высокую адгезию к клею-расплаву.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к изоляционным полимерным материалам и к способу получения полимерного радиационно-сшитого термоусаживаемого кожуха с клеевым подслоем для соединительных муфт. Техническим результатом изобретения является получение кожуха для соединительных муфт высоковольтных кабелей, у которого степень сшивания полимера распределена таким образом, что внутренние слои изделия имеют высокую степень сшивания, обеспечивая таким образом высокие термомеханические параметры при раздуве и усадке, а наружные слои имеют низкую степень сшивания, обеспечивая высокую адгезию к клею. В полимерном кожухе с толщиной стенки от 4 до 6 мм создается неравномерная по толщине кожуха пространственная сетка из полимерных цепей, сшитых преимущественно с помощью поливиниленовых мостиков, таким образом, чтобы степень сшивки во внутренних слоях достигала значения 55-65%, а во внешних слоях 20-25% путем предварительного насыщения заготовки ацетиленом при повышенной температуре и последующей радиационной обработке на воздухе при комнатной температуре гамма-лучами радионуклида кобальт-60. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Внешний защитный полимерный радиационно сшитый термоусаживаемый кожух с клеевым подслоем для соединительных муфт, выполненный из полиэтиленовой или сэвиленовой кабельной композиции, отличающийся тем, что внутренние слои кожуха имеют степень сшивания не менее 55% и обеспечивают достаточное обжимное усилие при кратности усадки не менее 3, а внешние слои кожуха имеют степень сшивания не более 25% и обеспечивают хорошую адгезию с клеевым подслоем, получаемым напылением на поверхность кожуха клея в расплавленном состоянии, при этом перед радиационным сшиванием заготовку кожуха предварительно выдерживают при температуре 80-100°С в среде смеси газов азота и ацетилена в течении времени, обеспечивающем насыщение внутренних слоев заготовки ацетиленом до равновесной концентрации.2. Способ получения термоусаживаемого полимерного кожуха соединительных кабельных муфт по п.1, включающий формование заготовки кожуха из полиэтиленовой или сэвиленовой кабельной композиции, радиационное сшивание, высокотемпературное ориентирование с созданием остаточных внутренних радиальных деформационных напряжений в стенках кожуха, охлаждение и нанесение клеевого подслоя на поверхность кожуха путем напыления расплава клея, отличающийся тем, что отформованную заготовку кожуха подвергают облучению гамма-излучением радионуклида кобальт-60 на воздухе при комнатной температуре после предварительной выдержки заготовки при температуре 80-100°С в среде смеси газов ацетилена и азота в соотношении 1 к 2, при общем давлении 1,2·10⁵ Па, в течение времени, обеспечивающем насыщение внутренних слоев заготовки ацетиленом до равновесной концентрации.3. Способ по п.2, отличающийся тем, что облучение гамма-излучением радионуклида кобальт-60 проводят при мощностях дозы не менее 0,4 Гр·с^-1.4. Способ по п.2, отличающийся тем, что заготовку из полиэтиленовой кабельной композиции облучают до величины поглощенной дозы 45 кГр.5. Способ по п.2, отличающийся тем, что заготовку из сэвиленовой кабельной композиции облучают до величины поглощенной дозы 60 кГр.