со спектром, лаиболее близким к спектру солнечной радиации, влажности, иногда тумана и дождя.

При длительном атмосферном старении пластикатов их характеристики изменяются, в частности заметно снижаются относительное удлинение при разрыве и температура хрупкости.

При прокладке кабеля с поливинилхлоридными оболочками в грунте и воде параметры пластиката изменяются довольно значительно. Несмотря на то что в этом случае пластикат не подвергается воздействию солнечной радиации, наличие влаги приводит к потере пластификаторов. Кроме того, в почве содержатся различные химические элементы и микроорганизмы, которые также влияют на старение пластиката. Электрическое сопротивление изоляции и разрушающее напряжение при разрыве в течение 6 лет пребывания в воде торфе и черноземе возрастают, относительное удлинение при растяжении несколько снижается, а температура хрупкости становится даже выше 0° С.

Определить ресурс изоляции на основе поливинилхлорида ного пластиката можно, если исходить из того, что при достижении некоторого критического значения какого-либо параметра материала происходит нарушение его целостности [7]. В этом случае представляется возможным вместо длитель ных испытаний пластиката на старение определять ту или иную его характеристику и прогнозировать ее изменение во времени, установив закономерности, которые лежат в основе этого изменения.

При эксплуатационных условиях старение пластиката определяется диффузионной десорбцией пластификатора, протекающей во времени по экспоненциальному закону

ттов

{1.1

где Wo и т -начальная и текущая массы образца; к- постоянная; г-время; w = 0,625.

Справедливость (2.2) подтверждена экспериментально, а также анализом результатов испытаний образцов после естественного хранения в течение времени до 25 лет.

Диффузионная десорбция пластификатора приводит к по вышению температуры хрупкости и снижению физико-меха нических характеристик пластиката. При потере массы из-за десорбции пластификатора в пределах 20-25% нарушается целостность материала и, как следствие, происходит пробой изоляции. Поэтому ресурс поливинилхлоридной электрическо" изоляции можно рассчитать следующим образом:

3600

(7o + aAG„„-

(2.3

где А:пр-экспериментальное значение постоянной скорости десорбции; G, а, h - коэффициенты, постоянные для данного типа пластиката; AG„cx. АСдоп-потеря массы материала в исходном и предельном состояниях.

2.4. ФТОРОПЛАСТЫ

Фторопласты-это полимеры, образованные из мономеров, содержащих фтор. Производство их, начатое в конце 40-х - начале 50-х годов, постоянно расширялось, к настоящему времени изготовляется несколько десятков типов фторопластов, многие из которых имеют несколько различных марок. Постоянно растет и ассортимент кабелей с црименением фторопо-лимеров. Это, прежде всего, провода и кабели повышенной нагревостойкости для авиационно-космической техники и радиоэлектроники. В радиочастотных кабелях используют прекрасные диэлектрические свойства фторполимеров; в ряде кабельных изделий, особенно малогабаритных, используют высокие механические свойства ряда фторполимеров, в других случаях - химостойкость, негорючесть и радиационную стойкость. По этим причинам фторопласты находят широкое применение в монтажных проводах, радиочастотных кабелях, кабелях и проводах высокого напряжения, бортовых проводах, многожильных монтажных кабелях и кабелях управления, кабелях для геофизических исследований, для атомных электростанций и др. [4].

Наиболее широко применяется политетрафторэтилен (ПТФЭ), имеющий структурную формулу ( -CF2 -СРг - и являющийся продуктом полимеризации тетрафторэтилена. В кабельной промышленности используют ПТФЭ в виде порошков, суспензий и пленок. Молекулярная масса ПТФЭ может составлять от 4-10* до 10. Степень кристалличности после полимеризации достигает 93-98%, а после переработки в зависимости от молекулярной массы и режима охлаждения она обычно составляет 50-85%.

Поливинилиденфторид (ПВДФ) получают полимеризацией винилиденфторида ( -CFj -СН2 -)„. Степень кристалличности составляет 60-80%. ПВДФ - типичный термопластичный полимер, перерабатываемый методом экструзии; он наиболее жесткий и самый прочный из всех фторполимеров с высокой стойкостью к истиранию. Применяемый в кабельной промышленности модифицированный ПВДФ отличается меньшей степенью кристалличности (около 30%), лучшей технологичностью и морозостойкостью.

Сополимеризацией гексафторпропилена с тетрафторэтиле-ном получают фторированный этиленпропилен (ФЭП) со следующей структурной формулой:

.( CP, CF,-)-(-CF,-CF-)-

CFj Jp

Это также термопластичный полимер, применяемый в кабельной промышленности как в виде экструдируемого материала, так и в виде пленок и суспензий. ФЭП объединяет в себе высокие диэлектрические свойства ПТФЭ и способность эк-струдиро ваться.

Широкое применение в кабельной промышленности нашел сополимер этилена и тетрафторэтилена (ЭТФЭ), который имеет следующее строение: [-CF2 -CFj -СНг -CHj-]„. Степень кристалличности ЭТФЭ зависит от количественного соотношения мономера в сополимере и регулярности чередования мономерных звеньев и обычно составляет 40-60%. ЭТФЭ, уступая ПТФЭ и ФЭП по своим диэлектрическим свойствам, превосходит их по механическим свойствам и радиационной стойкости. Его можно перерабатывать методом экструзии.

Перспективным материалом является сополимер тетрафторэтилена с перфтор-(алкилвиниловыми) эфирами (ПФА), в котором сочетаются хорошие диэлектрические свойства, нагревостойкость и химическая стойкость ПТФЭ со способностью экструдироваться. Строение молекулы характеризуется следующей формулой:

( CF,-CF,-)„-( CF,-CF-)

Важнейшие свойства фторполимеров, применяеых в кабельной промышленности, приведены в табл. 2.6.

Следует отметить, что благодаря высокой энергии связи С-F, составляющей 625 кДж/моль, что почти в 2 раза выше, чем связи С-С (351 кДж/моль), полностью фторированные полимеры обладают высокой стойкостью к воздействию повышенных температур и практически не подвержены старению при температуре, ниже предельно допустимой. Поэтому они не содержат термостабилизаторов. Однако водородсодер-жащие фторполимеры подвержены тепловому старению, а при переработке возможны процессы деструкции. Заметим также, что перестройка структуры, происходящая при воздействий повышенной температуры, а также внутренние напряжения в изоляции обусловливают склонность некоторых фторполимеров к растрескиванию. 40

Таблица 2.6. Важиейшие свойства фтораоламеров

Таблица 2.7. Перечень термопластичных фторполимеров, применяемых в кж-

бельвой промышленности

Фторполимеры выпускают и применяют в кабельной технике в виде суспензий, порошков, гранул и пленок. Суспензии используют для изготовления изоляции обмоточных проводов, электропроводящих и окрашивающих слоев поверх изоляции, пропитки стеклонитей, стеклолент и оплетки из стекловолокон. Нанесение суспензий осуществляют методом окунания с последующей сушкой и запечкой (или оплавлением для термопластичных фторполимеров).

Порошок ПТФЭ, получаемый в результате полимеризации, при нагреве выше температуры плавления не переходит в вязкотекучее состояние, что делает невозможным переработку его на экструдерах, обычно применяемых для переработки термопластов, для его переработки требуются специальные методы. Для изготовления изоляции проводов применяются специальные сорта ПТФЭ: фторопласт-4Д (ГОСТ 14906-77) и его модификация - фторопласт-4ДМ (ТУ 6-05-041-336-71). Предварительно смешением порошка с бензином получают пасту, используемую для переработки на плунжерных прессах.

Перечень термопластичных фторполимеров, применяемых в кабельной промышленности дан в табл. 2.7. Эти материалы перерабатывают как обычные термопласты методом экструзии с учетом ряда особенностей, о которых будет сказано ниже.

Таблица 2.8. Основш>1е технологические свойства термопластичных фторполимеров

Показатель

Температура расплава при переработке, °С Вязкость расплава при экструзии, Па с Критическая скорость сдвига, с~

Плотность расплава, кг/м

315-400 10-10

5-70 .

)

1470-1510

ЭТФЭ

280-350 10-10 100-3000 1286-1330

ПВДФ

190-270 10-10* 100-500 1300-1350

350-420

10 20-60 1470-1510

Пленочные материалы можно получать из различных фторполимеров. Наибольшее распространение в кабельной промышленности получили пленки из фторопласта-4. Такую пленку получают методом строжки предварительно отпрессованных из порошка и спеченных цилиндрических заготовок. После строжки пленку прокатывают между валками для придания необходимых свойств. Если степень ориентации при прокате не превышает 1,3, то получают так называемую неориентированную пленку, которая при нагреве не изменяет своих геометрических размеров. Если же степень ориентации составляет 1,8-2,3, то получают ориентированную пленку, усадка которой при нагревании может достигать 40%. Широкое применение для изготовления монтажных проводов получила так называемая сырая каландрованная лента (СКЛ) из фторопласта-4Д. Она представляет собой не подвергнутую спеканию пленку, изготовляемую экструзионно-каландровым способом. Ее накладывают на жилу в незапеченном (сыром) виде с последующей термообработкой.

Технологические свойства фторопластовых порошков, суспензий и пленок освещены ниже при рассмотрении технологии их переработки. В данном параграфе остановимся только н

дг,(Па)

-фтороплаь te5)«r Го

4МБ (температура расплава 280= С); г-х™„ласг 2М

лимеров [9]. Первой особенностью являются более высокие п сравнению с полиэтиленом и ПВХ температуры переработк и бо;п>шая вязкость расплава (табл. 2.8). Кривые течения некоторьиД термопластичных фторполимеров приведены на рис. 2.8. Следу ющей особенностью этих материалов являются относительнс низкие критические скорости сдвига, ограничивающие скорост! экструзии. Приведенные в табл. 2.8 данные следует рассматриватхД как ориентировочные, так как они существенно зависят как о , конкретной марки материала, так и от режимов переработки. Следующей особенностью этих материалов является близость температур переработки к температуре разложения. Это следует учитывать как путем ограничения заданных температур, так и путем устранения застойных зон в экструдере. При термодеструкции ухудшаются свойства изоляции, усиливается выделение газообразных продуктов разложения, загрязняющих 42

окружающую среду, вызывающих астеи экструдера и образующих

коррозию пузыри

фторопласт-

металлических

Пп г.-"-!- " "".ралгчлциА пузыри В ИЗОЛЯЦИИ

„ ..........---------дываю?«х Р""-"™™ фторполимер

характерных особенностях переработки термопластичных фторпо-И пр„„„ токопроводящую жилу методом тоубки тг. опллс.г

---------- ----- -----------------------------------Ш венное значение имеет способность----- ™ сущест-

площади

площади п2ПечГгсеч?„Т" -отношением

настй инструХтГ. " « формующей

*иг в пределах";-; "Тдо""Ж" -/мз:Т§?ет2То" пГоТг " ™ 40

путем, оно

-1500

2.5. ПОЛИАМИДЫ

"д"ржТщихТ7сГвнГ"" гетероцепных полимеров, "" CONH °f °«нои цепи макромолекулы амидные труп ONH. В кабельной технике применяют различные ™пы