Сшиваемая полимерная композиция для изоляции жил гибких силовых кабелей Российский патент 2024 года по МПК C08L23/08 C08K3/18 C08K3/26 C08K3/34 C08K3/36 C08K5/14 C08K5/103 C08K5/52 H01B3/34 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к производству гибких кабельных изоляций, эксплуатирующихся в экстремальных погодных условиях в условиях Крайнего Севера.

Уровень техники

Известна полимерная композиция на основе полипропилена (А.С. SU 988841, опубл. 15.01.1983), включающая дополнительно термоэластопласт - тройной сополимер дивинилового эфира диэтиленгликоля с уретангликолем и полиэтиленадипинатом с молекулярной массой 10000-100000 (2-5%), а также блок-сополимер бутадиена со стиролом (5-8%) с молекулярной массой 200000, обладающая морозостойкостью минус 61°С.

К недостаткам композиции относится малая доступность тройного сополимера дивинилового эфира диэтиленгликоля с уретангликолем и полиэтиленадипинатом, а также недостаточная морозостойкость композиции.

Известна резиновая смесь (Патент RU 2747539, опубл. 06.05.2021) на основе бутадиен-нитрильных каучуков БНКС-28 АМН и БНКС-18 АМН, хлорированного термопластичного полиолефина Керапрен 1018 и наполнителей: диоксида кремния БС-120 и технического углерода П-803. В состав композиции также входят антиоксиданты диафен ФП (IPPD) и ацетонанил. Для пластификации смеси используют дибутилсебацинат. В качестве сшивающего агента используют органический пероксид марки Perkadox 14-40 (ди-трет-бутил-перокси-изопропилбензол на носителе). Смесь готовили на вальцах. Вулканизацию материала проводят в прессе при давлении 7,4 МПа и температуре 170°С.

В качестве недостатков полученного материала следует отметить использование потенциально опасных хлорсодержащего каучука, азотсодержащих антиоксидантов. Использование в качестве основного наполнителя технического углерода не позволяет получать белую и цветную кабельную изоляцию. Также недостатком является способ получения образцов на вальцах, что снижает производительность и ограниченность использования предлагаемой технологии. Предлагаемая резиновая смесь обладает недостаточной морозостойкостью (минус 61°С).

Ближайшим аналогом является ударопрочная морозостойкая композиция (Патент RU 2323232 опубл. 27.04.2008) на основе изотактического полипропилена и поли-1-октена с характеристической вязкостью в пределах от 4,0 до 12,0 дл/г, 0,1-0,5 мас.%.

Основным недостатком технического решения является невысокая морозостойкость (минус 60°С) и использование стабилизатора Тинувин 327, который содержит в своей структуре органический азот, при окислении образующий канцерогенные нитрозосоединения, и органический хлор, также являющийся нежелательным при получении безопасных материалов.

Раскрытие изобретения

Техническая задача направлена на создание гибкого полимерного композиционного материала с морозостойкостью минус 70°С, применение которого позволяет значительно повысить эксплуатационные характеристики, увеличить механическую прочность и сохранить гибкость силовых кабелей в условиях суровых климатических зон.

Заявленный технический результат обеспечивается за счет состава сшиваемой полимерной композиции на основе сополимера этилен-н-октена, содержащей, в мас.%:

сополимер этилена и 1-октена POE LC 670 56,0-60,0 линейный полиэтилен низкой плотности LLDPE PE UL 814 14,0-18,0 блок-сополимер стирол-этиленбутилен-стирол
SEBS YH-503 12,0-18,0 карбонат кальция КМ-2S 2,0-8,0 диоксид кремния Аэросил А-175 2,0-5,0 γ-аминопропилтриметоксисилан 0,30-0,50 винил-триметоксисилан 0,50-1,50 ди-трет-бутилпероксид 0,30-0,80 пероксид бензоила 0,20-0,40 пентаэритритолтетракис-[3-[3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил] пропионат 0,20 трис (2,4-ди-трет-бутилфенил) фосфит 0,20 дибутил-дилаурат олова 0,15-0,25

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими примерами, которые представлены в таблице 1 (см. в графической части), с различными процентными содержаниями ингредиентов в предлагаемой композиции. В таблице 2 (см. в графической части) приведены физические параметры предлагаемого изобретения.

Осуществление изобретения

За базовую полимерную основу взят сополимер этилена и 1-октена POE LC 670 с морозостойкостью минус 50°С. В качестве модифицирующих каучуков использовали каучук - блок-сополимер стирол-этиленбутилен-стирол SEBS YH-503, который отличается повышенной термостабильностью - более 200°С, хорошо совместимый с сополимером этилена и 1-октена. Использовали линейный полиэтилен низкой плотности марки LLDPE UL 814. В качестве наполнителей были использованы карбонат кальция Микрокальцит КМ-2S, который позволяет добиваться стабильных результатов по тепловой деформации при растяжении, а также диоксид кремния А-175, предварительно модифицированный γ-аминопропилтриметоксисиланом, имеющий высокую пористость. В качестве сшивающего агента использовали винил-триэтоксисилан, в качестве низкотемпературного и высокотемпературного компонентов пероксидной сшивающей системы использовали, соответственно, ди-трет-бутилпероксид и пероксид бензоила. В качестве добавок, ингибирующих процесс сшивки, использовали пентаэритритолтетракис-[3-[3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил] пропионата (применяли Ирганокс 1010), являющийся фенольным антиоксидантом, и в качестве фосфитного антиоксиданта использовали трис(2,4-ди-трет-бутилфенил) (Иргафос 168). В качестве катализатора сшивания использовали дибутилдилаурат олова.

Экспериментальная часть

Компоненты сшиваемой полимерной композиции загружались в смеситель горячего смешения при следующей последовательности (температура не более 40°С).

Осуществлялась загрузка полимеров и каучуков, которые перемешивались в течение двух минут, добавлялись наполнители с последующим перемешиванием в течение двух минут. Сшивающий агент добавлялся непосредственно в смеситель совместно с минеральными пористыми наполнителями, обработанными γ-аминопропилтриметоксисиланом с целью гидрофобизации поверхности, которые предотвращают преждевременное испарение сшивающего агента с поверхности композиции при смешении. Также добавление минерального наполнителя позволяет добиваться стабильных результатов по тепловой деформации на растяжение. Перемешивание осуществляли в течение пяти минут. Полученную смесь помещали в загрузочный бункер линии компаундирования. Получали гранулят маточной смеси.

Катализатор для сшиваемой полимерной композиции готовили отдельно по следующей методике: линейный полиэтилен низкой плотности марки LLDPE UL 814 в количестве 97 массовых частей и дибутилдилаурат олова в количестве 3 массовых частей смешивали в смесителе при температуре не выше 30°С, далее смесь помещалась в загрузочный бункер линии компаундирования. Получали гранулят катализатора.

Далее проводилась наработка образцов для определения необходимых показателей.

Образец смешивался с катализатором сшивки в соотношении 95:5 и 93:7 и производилась наработка опытного образца в виде лент толщиной 2 мм

и шириной 20-30 мм. Наработку лент производили при скорости экструзии 2 м/мин, что соответствует времени нахождения полимера в экструдере 90 секунд. Ленты подвергались сшивке в среде горячей воды (90-95°С) в течение трех часов. Из полученной сшитой ленты вырубались образцы лопаток, часть из которых бралась для проведения испытаний для определения прочности и удлинения на разрыв. Часть лопаток отправлялась на определение тепловой деформации при растяжении при следующих условиях: температура окружающей среды – 250°С, растягивающее напряжение – 0,2 МПа, время испытаний – 10 минут.

Далее образцы испытывались на морозостойкость согласно ГОСТ 17491-80 «Кабели, провода и шнуры с резиновой и пластмассовой изоляцией и оболочкой».

Выбор комплекса инициаторов радикальной сшивки в предлагаемом соотношении ди-трет-бутилпероксида и пероксида бензоила обеспечивает более полное и равномерное расходование сшивающего агента и снижение их суммарной концентрации.

Катализатор силанольной сшивки дибутилдилаурат олова обеспечивает взаимодействие силанольных групп сшивающего агента с водой. Концентрация катализатора связана с концентрацией сшивающего агента соотношением 1: 4 – 1: 5 масс.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими примерами, которые представлены в таблице 1, с различными процентными содержаниями ингредиентов в предлагаемой композиции.

В таблице №2 приведены физические параметры предлагаемого изобретения.

Экспериментальные испытания предлагаемой сшивной полимерной композиции, приведенные в таблицах 1 и 2, показали, что ее использование для изоляции жил гибких силовых электрических кабелей позволит значительно повысить эксплуатационные характеристики, увеличить механическую прочность и сохранить гибкость в условиях суровых климатических зон. Полученные сшиваемые полимерные композиции также соответствуют требованиям ГОСТ 24334-2020 «Кабели силовые для нестационарной прокладки» (таблица 10, требования к изоляции из этиленпропиленовой резины).

Из приведенных в таблице 2 данных следует, что состав заявленной сшиваемой полимерной композиция позволяет повысить морозостойкость, которая составляет минус 70°C. Указанные диапазоны содержания компонентов следует признать оптимальными. Именно в этих пределах достигается наилучшее качество композиции, как с точки зрения физических свойств, так и с точки зрения их стабильности и воспроизводимости.

Использование компонентов вне заявляемых количеств или их смесей приводит к ухудшению характеристик композиций.

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к производству гибких кабельных изоляций, эксплуатирующихся в экстремальных погодных условиях в условиях Крайнего Севера. Полимерная композиция на основе сополимера содержит следующие компоненты, мас.%: сополимер этилена и 1-октена POE LC 670 56,0-60,0, линейный полиэтилен низкой плотности LLDPE PE UL 814 14,0-18,0, блок-сополимер стирол-этиленбутилен-стирол SEBS YH-503 12,0-18,0, карбонат кальция КМ-2S 2,0-8,0, диоксид кремния Аэросил А-175 2,0-5,0, γ-аминопропилтриметоксисилан 0,30-0,50, винил-триметоксисилан 0,50-1,50, ди-трет-бутилпероксид 0,30-0,80, пероксид бензоила 0,20-0,40, пентаэритритолтетракис-[3-[3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил] пропионат 0,20, трис (2,4-ди-трет-бутилфенил) фосфит 0,20, дибутил-дилаурат олова 0,15-0,25. Технический результат - повышение морозостойкости до минус 70°C. 2 табл.

Сшиваемая полимерная композиция для изоляции жил гибких силовых кабелей на основе сополимера этилен-н-октена, отличающаяся тем, что содержит следующие компоненты, мас.%:

сополимер этилена и 1-октена POE LC 670 56,0-60,0 линейный полиэтилен низкой плотности LLDPE PE UL 814 14,0-18,0 блок-сополимер стирол-этиленбутилен-стирол SEBS YH-503 12,0-18,0 карбонат кальция КМ-2S 2,0-8,0 диоксид кремния Аэросил А-175 2,0-5,0 γ-аминопропилтриметоксисилан 0,30-0,50 винил-триметоксисилан 0,50-1,50 ди-трет-бутилпероксид 0,30-0,80 пероксид бензоила 0,20-0,40 пентаэритритолтетракис-[3-[3,5-ди-трет-бутил-4- гидроксифенил] пропионат 0,20 трис (2,4-ди-трет-бутилфенил) фосфит 0,20 дибутил-дилаурат олова 0,15-0,25