Композиция для изготовления оболочек кабелей Российский патент 2024 года по МПК C08L25/04 C08K3/04 C08K3/26 C08K3/14 C08L23/06 C08L23/12 

Область техники

Изобретение относится к кабельной технике, а именно к термопластичным материалам, предназначенным для кабельной промышленности, и может быть использовано для изготовления изоляции и оболочек кабелей. Предлагаемая композиция для изготовления оболочек кабелей, представляет собой материал, выпускаемый в виде гранул.

Уровень техники

Известна термостойкая электроизоляционная композиция, содержащая полидиметилвинилсилоксановый каучук, кремнеземный наполнитель, полиорганогидридсилоксан, катализатор отверждения на основе платины и в качестве термостабилизатора содержит 1,2-дигидроксиантрахинон (RU 2445329, МПК C08L 83/04, С08K 3/36, С08K 5/08, С08K 13/02, опубл. 20.03.2012).

Данная композиция обладает низким значением прочностных характеристик.

Известна кремнийорганическая электроизоляционная гидрофобная композиция для высоковольтных изоляторов, содержащая силиконовый низкомолекулярный каучук марки СКТН, твердый наполнитель в виде гидрата оксида алюминия и сажи ацетиленовой, жидкий наполнитель в виде низкомолекулярной кремнийорганической жидкости марки 119-215, отвердитель в виде метилтриацетоксисилана или катализатор, а также органический растворитель марки «сольвент нефтяной» (RU 2496167, МПК Н01В 3/46, Н01В 17/02, Н01В 17/50, H01B 19/00, опубл. 20.10.2013).

Известная композиция обладает низким значением прочностных характеристик, а также отличается по способу изготовления и нанесения покрытия.

Известна термопластичная эластомерная композиция на основе каучука, содержащая полиолефин, вулканизующую систему, активатор вулканизации, стеариновую кислоту, масло и наполнитель (US 4130535, МПК C08L 23/02, C08L 23/16, опубл.19.12.1978).

Однако известная термопластичная эластомерная композиция при использовании имеет следующие недостатки: недостаточный показатель текучести расплава (5,8 г/10 мин при температуре 210 °С и нагрузке 10,6 кгс), что приводит к потере способности перерабатываться литьем под давлением и экструзией; увеличенная до 1,2-1,3 г/см³ плотность; узкий интервал твердости изготовленных изделий (61-91 усл. ед. Шор А); недостаточная способность наполнения маслом; низкий предел прочности при растяжении и большое остаточное удлинение после разрыва.

Известна термопластичная эластомерная композиция, состоящая из (А) - полипропилена в количестве 12-39 мас. %, (В) - полиэтилена низкой плотности в количестве 1-8 мас. %, (С) - этилен-пропилен-диенового маслонаполненного каучука в количестве 60-80 мас. %, содержащего 25-150 мас.ч. (м)-масла на 100 мас. ч. каучука, серу и ускорители вулканизации. Получение композиции осуществляют полной динамической вулканизацией смеси (А)+(В)+(С) серой в сочетании с первичным ускорителем из класса тиазолов или сульфенамидов и вторичным из класса тиурамсульфидов, тиокарбонатов или алкилтиофосфатов (RU 2069217, МПК C 08L 23/16, C08J 3/24, опубл. 20.11.1996).

Известная термопластичная эластомерная композиция обладает низкой поверхностной твердостью изделий, стойкостью к истиранию (износу), а также низкой стойкостью к царапанию, что препятствует широкому применению этого материала.

Известна эластомерная композиция, содержащая этилен-пропилен-диеновый каучук (А), полипропилен изотактический (В), полиорганосилоксан (С), мягчитель - парафиновое масло (D) до 50 частей на 100 частей компонента А, инициатор радикалов - 2,5-Диметил-2,5-ди(трет-бутилперокси)гексан от 0,2 до 3 частей на 100 частей компонента (А), соагент вулканизации - дивинилбензол (F) от 0,1 до 5 частей на 100 частей компонента А, оксид кремния SiO2(G) от 0,01 до 3 частей на 100 частей компонента А. Композиция содержит (А) в количестве от 1 до 99 частей, компонента (В) содержит от 1 до 99 частей, содержащая полиорганосилоксана (С) с вязкостью при 25 °С, равной 5000 сантистокс, составляет от 0,01 до 2,0 частей на 100 частей компонентов А+В. Композицию получают с помощью 2-шнекового эструдера (диаметр шнеков 40 мм, отношение длины шнеков к диаметру шнеков равно 47). Впрыск масла производится в середину цилиндра экструдера. Температура цилиндра экструдера составляет 220 °С. Получают изделия методом литья под давлением при температуре расплава 200-230 °С (US 6417271, МПК C08J 3/22, C08L 23/04, C08L23/10, C08L83/04, опубл. 09.07.2002).

Недостатком аналога является низкая поверхностная твердость изделия, низкая стойкость к царапанию, а также низкая адгезия лакокрасочных материалов при поверхностном окрашивании изделия, поскольку композиция содержит антиадгезионную добавку - полиорганосилоксан.

Наиболее близкой к заявленному изобретению является композиция, содержащая компоненты: от 30 до 65 мас. % стирол-этилен-бутадиен-стирол (СЭБС), от 5 до 20 весовых процентов полипропилена, от 5 до 15 весовых процентов полиолефинаэластомер (POE), от 13 до 40 весовых процентов антипирена, от 2 до 10 весовых процентов обугливающего агента, от 0,5 до 5 весовых процентов антипирена, от 0,1 до 6 весовых процентов компатилизатора, от 0,1 до 2 весовых процентов антиоксигена и от 0,01 до 2 массовых процента технологической добавки (2011-01-26 Публикация CN101955626A).

Недостатком данной композиции (прототипа) является недостаточные по современным требованиям прочностные и электрические характеристики.

Раскрытие сущности изобретения

Технический результат заключается в получении композиции, соответствующей по показателям качества ГОСТ 24334-2020, подвергающейся вторичной переработке, используемой для изготовления оболочек кабелей, работающих в диапазоне температур от минус 60 до плюс 75 °С при номинальном напряжении не более 0,66 кВ, а также оболочек кабелей силовых для нестационарной прокладки, предназначенных для присоединения передвижных машин, механизмов и оборудования к электрическим сетям и к передвижным источникам электрической энергии на номинальное напряжение не более 450/750 В переменного тока частотой до 400 Гц.

Сущность изобретения заключается в том, что композиция для изготовления оболочек кабелей включает стирол-этилен-бутадиен-стирольный каучук с содержанием стирола 33 мол. %, углерод технический, полипропилен изотактический, линейный полиэтилен низкой плотности с показателем текучести расплава 2,5-3,5 г/10 мин, мелкодисперсный карбонат кальция с максимальным размером частиц 10 мкм, масло индустриальное, антиоксидант, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

стирол-этилен-бутадиен-стирольный каучук с содержанием стирола 33 мол. % 20-30 углерод технический 1-5 полипропилен изотактический 5-15 линейный полиэтилен низкой плотности с показателем текучести расплава 2,5-3,5 г/10 мин 30-40 мелкодисперсный карбонат кальция с максимальным размером частиц 10 мкм 20-30 масло индустриальное 10-20 антиоксидант 0,1-0,5

Осуществление изобретения

Композиция для изготовления оболочек кабелей в виде гранул включает стирол-этилен-бутадиен-стирольный каучук с содержанием стирола 33 мол. %, углерод технический, полипропилен изотактический, линейный полиэтилен низкой плотности с показателем текучести расплава 2,5-3,5 г/10 мин, мелкодисперсный карбонат кальция с максимальным размером частиц 10 мкм, масло индустриальное, антиоксидант, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

стирол-этилен-бутадиен-стирольный каучук с содержанием стирола 33 мол. % 20-30 углерод технический 1-5 полипропилен изотактический 5-15 линейный полиэтилен низкой плотности с показателем текучести расплава 2,5-3,5 г/10 мин 30-40 мелкодисперсный карбонат кальция с максимальным размером частиц 10 мкм 20-30 масло индустриальное 10-20 антиоксидант 0,1-0,5

При приготовлении композиции кабельной применяют следующие материалы:

1) Стирол-этилен-бутадиен-стирольный каучук - это резиноподобный материал. Диапазон рабочих температур СЭБС (SEBS): от -50 / -40 до +90 / +140 °С. СЭБС обладает хорошей эластичностью и мягкостью, озоностойкостью, выносливостью к влиянию атмосферных явлений, стойкостью к воздействию ультрафиолетовых лучей и старению, вызываемому данными факторами.

2) Полиолефины – позволяют перерабатывать материал на типовом экструзионном оборудовании:

- Линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE). Основными преимуществами линейного полиэтилена низкой плотности является высокая химическая стойкость; высокие эксплуатационные характеристики, как при достаточно высоких, так и низких температурах; высокая стойкость к растрескиванию; улучшенная стойкость к проколам.

- Полипропилен. Добавка полипропилена улучшает свойства материалов на основе СЭБС двумя способами: во-первых, улучшается перерабатываемость, особенно в комбинации с технологичными маслами. Парафиновые масла предпочтительны, поскольку, по сравнению с нафтеновыми маслами, они более совместимы с центральными поли(этилен-бутиленовыми) сегментами СЭБС блок-сополимеров. Следует избегать ароматических масел. Во-вторых, при переработке компаундов при высоком сдвиговом усилии и последующем быстром охлаждении (например, литьем под давлением или экструзией), смесь полипропилена и СЭБС/масла образует две непрерывные фазы. Полипропиленовая фаза характеризуется относительно высокой для кристаллической фазы температурой плавления (приблизительно 165 °С) и нерастворима. Эта непрерывная полипропиленовая фаза повышает устойчивость компаунда к воздействию растворителей и значительно повышает верхнюю температуру эксплуатации.

3) Наполнители – способствуют технологичности переработки, минимизируют усадку продукта. Мелкодисперсный кальцит выступает в качестве модификатора перерабатываемости минеральных наполнителей. В данной композиции может быть использован мелкодисперсный кальцит в виде мела или микромрамора.

4) Масла-мягчители – обеспечивают термоэластопластам дополнительную эластичность, твердость. Может применяться следующая марка индустриального масла: И-20А.

5) Антиоксиданты – стабилизирует химические процессы термоэластопластов. Могут применяться следующие марки: «1010»: Richnox 1010P, Evernox 10, Irganox 1010, Chinox 1010.

6) Углерод технический используется в качестве УФ-стабилизатора – замедляет процесс разрушения термоэластопластов от УФ-излучения. Может применяться следующая марка: П-701.

Способ приготовления композиции для изготовления оболочек кабелей следующий.

Сыпучие компоненты последовательно подаются в высокоскоростной смеситель: карбонат кальция, антиоксиданты и технический углерод, затем полиолефины, каучук. Включают валы смешивания, далее вводят индустриальное масло. Смешение зависит от типа смесителя и продолжается до тех пор, пока не будет получено равномерное распределение смазочно-стабилизационного комплекса в смеси. Так как в рецептуре присутствует полипропилен с температурой плавления 160-168 °С, выгрузку массы следует осуществлять в 180 °С.

По достижении равномерного распределения, смесь подается в компаундирующий экструдер, из которого затем подается в экструдер-гранулятор. В табл. 1 показан температурный режим экструдера для грануляции.

В связи с введением ГОСТ 24334-2020 термоэластопласты уступают резиновым смесям по физико-механическим показателям. Основной показатель физико-механических испытаний, по которому уступает термоэластопласт параметрам ГОСТ 24334-2020, является прочность при разрыве. Заявленная композиция для изготовления оболочек кабелей может быть подвергнута вторичной переработке, в чем заключается преимущество перед использованием резиновых смесей.

Количественные параметры заявленной композиции для изготовления оболочек кабелей:

- удельное объемное электрическое сопротивление при температуре 20 °С, Ом⋅см, не менее 1,0⋅10¹⁴;

- прочность при разрыве, МПа, не менее 10,0;

- относительное удлинение при разрыве, %, не менее 550;

- показатель текучести расплава при температуре 190 °С вес груза 5 кг, г/10 мин, не менее 5,0;

- плотность, г/см³, не более 1,25;

- температура хрупкости, °С, не выше минус 40;

- сопротивление раздиру, Н/мм, не менее 9,0 для оболочки;

- потеря массы при сушке, % не более 0,3;

- тангенс угла диэлектрических потерь, не более 0,02;

- диэлектрическая проницаемость, не более 3,0;

- электрическая прочность, МВ/м, не менее 25.

Таким образом, заявленное изобретение позволяет создать композицию, соответствующую всем современным требованиям по качеству.

Примеры осуществления изобретения

Пример 1

Композиция для изготовления оболочек кабелей в виде гранул включает следующие компоненты, мас. %:

стирол-этилен-бутадиен-стирольный каучук с содержанием стирола 33 мол. % 24 углерод технический 2,85 полипропилен изотактический 8 линейный полиэтилен низкой плотности с показателем текучести расплава 2,5-3,5 г/10 мин 31 мелкодисперсный карбонат кальция с максимальным размером частиц 10 мкм 20 масло индустриальное 14 антиоксидант 0,15

При данном соотношении компонентов были получены следующие физико-механические показатели: прочность при разрыве 15,3 МПа, относительное удлинение при разрыве 688 %.

Пример 2

Композиция для изготовления оболочек кабелей в виде гранул включает следующие компоненты, мас. %:

стирол-этилен-бутадиен-стирольный каучук с содержанием стирола 33 мол. % 20 углерод технический 2 полипропилен изотактический 7 линейный полиэтилен низкой плотности с показателем текучести расплава 2,5-3,5 г/10 мин 34,170 мелкодисперсный карбонат кальция с максимальным размером частиц 10 мкм 20 масло индустриальное 16,630 антиоксидант 0,2

При данном соотношении компонентов были получены следующие физико-механические показатели: прочность при разрыве 13,3 МПа, относительное удлинение при разрыве 688 %.

Пример 3

Композиция для изготовления оболочек кабелей в виде гранул включает следующие компоненты, мас. %:

стирол-этилен-бутадиен-стирольный каучук с содержанием стирола 33 мол. % 29 углерод технический 2 полипропилен изотактический 6 линейный полиэтилен низкой плотности с показателем текучести расплава 2,5-3,5 г/10 мин 20,9 мелкодисперсный карбонат кальция с максимальным размером частиц 10 мкм 27 масло индустриальное 15 антиоксидант 0,1

При данном соотношении компонентов были получены следующие физико-механические показатели: прочность при разрыве 12,7 МПа, относительное удлинение при разрыве 635 %.

Таблица 1

«голова» Зона 3 Зона 2 Зона 1 Температура, °С 135 135 135 140

Изобретение относится к композиции, а именно к термопластичным материалам, предназначенным для кабельной промышленности, и может быть использовано для изготовления изоляции и оболочек кабелей. Композиция для изготовления оболочек кабелей включает стирол-этилен-бутадиен-стирольный каучук с содержанием стирола 33 мол. %, углерод технический, полипропилен изотактический, линейный полиэтилен низкой плотности с показателем текучести расплава 2,5-3,5 г/10 мин, мелкодисперсный карбонат кальция с максимальным размером частиц 10 мкм, масло индустриальное, антиоксидант при следующем соотношении компонентов, мас. %: стирол-этилен-бутадиен-стирольный каучук с содержанием стирола 33 мол. % - 20-30, углерод технический - 1-5, полипропилен изотактический - 5-15, линейный полиэтилен низкой плотности с показателем текучести расплава 2,5-3,5 г/10 мин - 30-40, мелкодисперсный карбонат кальция с максимальным размером частиц 10 мкм - 20-30, масло индустриальное - 10-20, антиоксидант - 0,1-0,5. Технический результат изобретения заключается в получении композиции, соответствующей по показателям качества ГОСТ 24334-2020, подвергающейся вторичной переработке, используемой для изготовления оболочек кабелей, работающих в диапазоне температур от минус 60 до плюс 75 °С при номинальном напряжении не более 0,66 кВ, а также оболочек кабелей силовых для нестационарной прокладки, предназначенных для присоединения передвижных машин, механизмов и оборудования к электрическим сетям и к передвижным источникам электрической энергии на номинальное напряжение не более 450/750 В переменного тока частотой до 400 Гц. 1 табл., 3 пр.

Композиция для изготовления оболочек кабелей, включающая стирол-этилен-бутадиен-стирольный каучук с содержанием стирола 33 мол. %, углерод технический, полипропилен изотактический, линейный полиэтилен низкой плотности с показателем текучести расплава 2,5-3,5 г/10 мин, мелкодисперсный карбонат кальция с максимальным размером частиц 10 мкм, масло индустриальное, антиоксидант при следующем соотношении компонентов, мас. %:

стирол-этилен-бутадиен-стирольный каучук с содержанием стирола 33 мол. % 20-30 углерод технический 1-5 полипропилен изотактический 5-15 линейный полиэтилен низкой плотности с показателем текучести расплава 2,5-3,5 г/10 мин 30-40 мелкодисперсный карбонат кальция с максимальным размером частиц 10 мкм 20-30 масло индустриальное 10-20 антиоксидант 0,1-0,5