Способ изготовления электрического провода
Владельцы патента RU 2498435:
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (RU)
Способ изготовления электрического провода предназначен для использования в авиационной, аэрокосмической, судостроительной и других отраслях промышленности. Способ изготовления электрического провода предусматривает введение в гранулят радиационно-сшиваемой композиции на основе сополимера тетрафторэтилена и этилена добавки, состоящей из смеси термостойкой кремнийорганической жидкости (КО) и термостойкого фторорганического соединения (ФО), в количестве 0,3-1,5% масс. Соотношение термостойкой кремнийорганической жидкости и термостойкого фторорганического соединения составляет от 1:3 до 3:1. Полученную смесь гранулята и добавки подают в загрузочную воронку экструдера, после чего проводят нанесение, по меньшей мере, одного слоя полученной смеси в виде изоляции на токопроводящую жилу с последующим облучением. Повышение технологичности и производительности предложенного способа за счет исключения деструкции радиационно-сшиваемой композиции при увеличении скорости ее нанесения на провод, при высоких физико-механических и электрических свойствах изоляции является техническим результатом предложенного способа. Электрическая прочность провода составляет более 70 кВ/мм. 3 табл.1, пр.
Изобретение относится к способам изготовления электрических проводов и может быть использовано в авиационной, аэрокосмической, судостроительной и других отраслях промышленности.
Известен способ изготовления электрического провода, включающий экструзию и нанесение фторполимерной композиции на основе сополимера тетрафторэтилена и гексафторпропилена на токопроводящую жилу (US, патент №7723615, H01B 7/00, 2010).
Недостатком данного способа является низкая технологичность и производительность процесса из-за высокой температуры переработки, низкой скорости процесса, что приводит к выделению летучих газообразных продуктов во время экструзии
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ изготовления электрического провода, включающий подачу радиационно-сшиваемой композиции на основе сополимера тетрафторэтилена и этилена, используемой в качестве изоляции, в экструдер и нанесение по меньшей мере одного слоя изоляции на токопроводящую жилу с последующим облучением (RU, патент №63110, H01B 11/00, 2007).
Недостатком данного способа является низкая технологичность и производительность процесса изготовления электрического провода и его качества за счет деструкции и частичной сшивки радиационно-сшиваемой композиции из-за высокой температуры и низкой скорости процесса экструзии.
Предлагаемым изобретением решается задача изготовления электрического провода с высокими техническими характеристиками. Техническим результатом является повышение технологичности и производительности процесса изготовления электрического провода и его качества за счет исключения деструкции радиационно-сшиваемой композиции путем снижения температуры в экструдере и увеличения скорости нанесения радиационно-сшиваемой композиции на токопроводящую жилу.
Технический результат достигается в способе изготовления электрического провода, включающем введение в радиационно-сшиваемую композицию на основе сополимера тетрафторэтилена и этилена, используемую в качестве изоляции, добавки, состоящей из смеси термостойкой кремнийорганической жидкости и термостойкого фторорганического соединения, в количестве 0,3-1,5% масс., подачу радиационно-сшиваемой композиции в экструдер, нанесение по меньшей мере одного слоя изоляции на токопроводящую жилу с последующим облучением, при этом соотношение термостойкой кремнийорганической жидкости и термостойкого фторорганического соединения составляет от 1:3 до 3:1.
Отличительными признаками предлагаемого способа изготовления электрического провода являются введение перед подачей в экструдер в радиационно-сшиваемую композицию на основе сополимера тетрафторэтилена и этилена добавку, состоящую из смеси термостойкой кремнийорганической жидкости и термостойкого фторорганического соединения, в количестве 0,3-1,5% масс., соотношение термостойкой кремнийорганической жидкости и термостойкого фторорганического соединения составляет от 1:3 до 3:1. Введение в радиационно-сшиваемую композицию добавки, состоящей из термостойкой кремнийорганической жидкости и термостойкого фторорганического соединения, позволяет повысить скорость экструзии и снизить температуру процесса экструзии за счет использования соединений с более высоким показателем текучести расплава. Термостойкая кремнийорганическая жидкость представляет собой низкомолекулярный силиконовый каучук, имеющий консистенцию масла и обладающий высокой химической стойкостью. Эти качества кремнийорганической жидкости позволяют увеличить смачиваемость гранул радиационно-сшиваемой композиции, повысить химическую стойкость композиции при режиме нагрева и получить смазку внутренних стенок экструдера. Термостойкое фторорганическое соединение представляет собой фторэластомер (сополимер тетрафторэтилена с диеном и/или олефином), имеющий близкую природу к полимерной основе (сополимер тетрафторэтилена и этилена) радиационно-сшиваемой композиции, что приводит к большей совместимости фторорганического соединения и полимерной основы композиции и позволяет устранить раздел фаз между этими компонентами и повысить однородность смеси. Количество добавки, равное 0,3-1,5% масс.n является оптимальным для процесса экструзии. Выбор соотношения термостойкой кремнийорганической жидкости и термостойкого фторорганического соединения составляет от 1:3 до 3:1, что является оптимальным для получения электрического провода с высокими показателями физико-механических, термических и электрических свойств, в частности, высокая стойкость к истиранию, высокая прочность при разрыве после сшивки 45 МПа, высокая термостойкость (отсутствие отслоения и усадки изоляции после выдержки при 200°C в течение 500 часов), отсутствие пробоя изоляции при напряжении 1500 В переменного тока частотой 50 Гц, высокая электрическая прочность более 70 кВ/мм.
Способ изготовления электрического провода осуществляется следующим образом.
В гранулят радиационно-сшиваемой композиции на основе сополимера тетрафторэтилена и этилена, используемой в качестве изоляции, вводят добавку, состоящую из смеси термостойкой кремнийорганической жидкости (КО) и термостойкого фторорганического соединения (ФО), в количестве 0,3-1,5% масс.Соотношение термостойкой кремнийорганической жидкости и термостойкого фторорганического соединения составляет от 1:3 до 3:1. Полученную смесь гранулята и добавки подают в загрузочную воронку экструдера. После чего проводят нанесение по меньшей мере одного слоя полученной смеси (изоляции) на токопроводящую жилу с последующим облучением.
Пример
В 1 кг гранулята радиационно-сшиваемой композиции на основе сополимера тетрафторэтилена и этилена вводили добавку в количестве 10 г. Радиационно-сшиваемая композиция представляет собой гранулы, содержащие полимерную основу - сополимер тетрафторэтилена и этилена, сшивающий агент - триаллилизоцианурат и неорганический наполнитель - двуокись титана. Добавка состоит из смеси 5 г термостойкой кремнийорганической жидкости Dow Corning 550 и 5 г термостойкого фторорганического соединения Dynamar FX 5922. Количество добавки составляет 1% масс, а соотношение термостойкой кремнийорганической жидкости и термостойкого фторорганического соединения составляет от 1:1. Полученную смесь перемешивали в смесителе со скоростью вращения не более 50 об/мин и подавали в загрузочную воронку экструдера, являющегося основным узлом экструзионной линии Kuhne, в котором осуществляется непосредственное нанесение изоляции. Основной частью экструдера является рабочий цилиндр с 7 зонами обогрева, внутри которого размещается втулка, выполненная из специальных износоустойчивых легированных сталей, которая плотно запрессована в цилиндр и обогревается при помощи нагревателей электрического или индукционного типа. Основным рабочим инструментом экструдера является шнек, который расположен внутри втулки цилиндра, закреплен консольно, имея опоры в подшипниках, рассчитанных на большие осевые нагрузки. Шнек приводится во вращение электродвигателем через редуктор. Он имеет спиральную винтовую нарезку, которая расположена на рабочей части, занимающей значительную длину. В зависимости от типа экструдера и вида перерабатываемого материала рабочая длина шнека в 20-35 раз превышает его диаметр.
Полученную смесь периодически подавали в загрузочную воронку экструдера. Вращающийся червяк захватывает подаваемый материал, который нагревается, уплотняется, расплавляется, гомогенезируется и, продвигаясь по винтовой нарезке шнека, поступает в головку экструдера, где расположен формующий инструмент (дорн и матрица), который обеспечивает наложение заданного слоя покрытия на токопроводящую жилу
В качестве токопроводящей жилы использовали медную многожильную луженую оловом проволоку номинальным сечением 0,35 мм2. На токопроводящую жилу наносили два слоя изоляции общей толщиной 0,2 мм с толщиной первого и второго слоев, соответственно, 0,098 мм и 0,102 мм. Отклонение от номинальной толщины +10%.
В таблице 1 приведены температуры по зонам обогрева для каждого слоя изоляции.
| Таблица 1 | ||||||||||
| № | Количество добавки и соотношение КО и ФО | Зоны обогрева, °C | Скорость процесса, м/мин | Примечание | ||||||
| п/п | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |||
| 1 | 0,2 | 250 | 260 | 270 | 280 | 280 | 290 | 300 | 20 | 1 слой |
| 0,5:3 | 250 | 250 | 270 | 280 | 280 | 290 | 290 | 20 | 2 слой | |
| 2 | 0,3 | 250 | 250 | 260 | 270 | 270 | 270 | 260 | 35 | 1 слой |
| 1:1 | 250 | 250 | 260 | 270 | 270 | 260 | 260 | 35 | 2 слой | |
| 3 | 1,0 | 250 | 250 | 260 | 260 | 260 | 260 | 260 | 35 | 1 слой |
| 1:3 | 250 | 250 | 260 | 260 | 260 | 260 | 250 | 35 | 2 слой | |
| 4 | 1,5 | 250 | 250 | 260 | 260 | 260 | 260 | 250 | 35 | 1 слой |
| 3:1 | 250 | 250 | 260 | 260 | 260 | 260 | 250 | 35 | 2 слой | |
| 5 | 1,7 | 250 | 260 | 260 | 280 | 280 | 290 | 290 | 23 | 1 слой |
| 3,5:1 | 250 | 260 | 260 | 280 | 280 | 290 | 290 | 23 | 2 слой |
Из таблицы 1 видно, что при оптимальных значениях количества добавки и соотношения термостойкой кремнийорганической жидкости и термостойкого фторорганического соединения, соответственно, 0,3-1,5% масс. и 1:3 до 3:1 (примеры 2-4) процесс экструзии проходит при более низких температурах и высоких скоростях по сравнению с примерами 1 и 5, где количество добавки и соотношение КО и ФО выходят за верхний и нижний пределы.
Полученный электрический провод с изоляцией подвергали облучению для сшивки изоляции на технологической линии, включающей в себя ускоритель ИЛУ-8 с энергией 1 МэВ. Доза облучения составляла 8-12 Мрад, преимущественно 9-10 Мрад.
В таблице 2 приведены результаты испытаний электрического провода после сшивки, обосновывающие выбор количества добавки.
| Таблица 2 | ||||||||
| №п/п | Кол-во добавки, масс.% | Соотношение КО и ФО | ПТР сшитого материала г/10 мин 300°C/5 кг | Внешний вид изоляции | Электр. прочность, кВ/мм | Стойкость к истиранию (игла диаметром 0,6 мм при прижимном усилии 5,9 Н) | Стойкость к изгибу, число циклов | Скорость процесса, м/мин |
| 1 | 0,2 | 1:1 | 0 | цвет изоляции белый, поверхность изоляции гладкая, встречаются отдельные утолщения в виде шишек | 68 | 750 | 900 | 20 |
| 2 | 0,3 | 1:1 | 0 | цвет изоляции белый, поверхность изоляции гладкая без изъянов и включений | 72 | 950 | 1100 | 35 |
| 3 | 1,0 | 1:1 | 0 | цвет изоляции белый, поверхность изоляции гладкая без изъянов и включений | 73 | 1000 | 1100 | 35 |
| 4 | 1,5 | 1:1 | 0 | цвет изоляции белый, поверхность изоляции гладкая без изъянов и включений | 73 | 1000 | 1100 | 35 |
| 5 | 1,7 | 1:1 | 0 | цвет изоляции белый, поверхность изоляции гладкая, встречаются небольшие наплывы | 70 | 900 | 900 | 23 |
Из таблицы 2 видно, что при введении добавки в количестве 0,3-1,5% масс. скорость процесса увеличивается на 40%-50%, улучшаются физико-механические и электрические свойства провода, поверхность изоляции гладкая без изъянов и включений. При введении добавки в количестве меньше 0,3 и больше 1,5% масс. скорость процесса уменьшается, физико-механические и электрические свойства провода значительно ниже, а поверхность изоляции имеет дефекты.
В таблице 3 приведены результаты испытаний электрического провода после сшивки, обосновывающие выбор соотношения кремнийорганической жидкости и фторорганического соединения.
| Таблица 3 | ||||||||
| №п/п | Соотно шение КО и ФО |
Кол-во добавки, масс.% | ПТР сшитого материала г/10 мин 300°C/5 кг | Внешний вид изоляции | Электр, прочность, кВ/мм | Стойкость к истиранию (игла диаметром 0,6 мм при прижимном усилии 5,9 Н | Стойкость к изгибу, число циклов | Скорость процесса, м/мин |
| 1 | 1:3 | 1,0 | 0 | цвет изоляции белый, поверхность изоляции гладкая без изъянов и включений |
71 | 820 | 1020 | 35 |
| 2 | 1:1 | 1,0 | 0 | цвет изоляции белый, поверхность изоляции гладкая без изъянов и включений |
74 | 950 | 1100 | 35 |
| 3 | 3:1 | 1,0 | 0 | цвет изоляции белый, поверхность изоляции гладкая без изъянов и включений |
73 | 980 | 1100 | 35 |
| 4 | 0,5:3 | 1,0 | 0 | цвет изоляции белый, поверхность изоляции гладкая, встречаются отдельные утолщения в виде шишек |
69 | 780 | 940 | 19 |
| 5 | 3,5:1 | 1,0 | 0 | цвет изоляции белый, поверхность изоляции гладкая, встречаются небольшие наплывы | 70 | 790 | 980 | 22 |
Из таблицы 3 видно, что при соотношении термостойкой кремнийорганической жидкости и термостойкого фторорганического соединения от 1:3 до 3:1 скорость процесса увеличивается на 35%-45%, улучшаются физико-механические и электрические свойства провода, поверхность изоляции гладкая без изъянов и включений. При соотношении термостойкой кремнийорганической жидкости и термостойкого фторорганического соединения ниже 1:3 и выше 3:1 скорость процесса уменьшается, физико-механические и электрические свойства провода значительно ниже, а поверхность изоляции имеет дефекты.
Предлагаемый способ изготовления электрического провода позволяет получить провод с высокими техническими характеристиками, повысить технологичность и производительность процесса изготовления электрического провода и его качества. Изготовленный электрический провод со сшитой изоляцией отличается высокой химической и радиационной стойкостью и может быть использован при температурах от минус 65 до 200°C.
Способ изготовления электрического провода, включающий подачу радиационно-сшиваемой композиции на основе сополимера тетрафторэтилена и этилена, используемой в качестве изоляции, в экструдер и нанесение по меньшей мере одного слоя изоляции на токопроводящую жилу с последующим облучением, отличающийся тем, что перед подачей радиационно-сшиваемой композиции в экструдер в нее дополнительно вводят добавку, состоящую из смеси термостойкой кремнийорганической жидкости и термостойкого фторорганического соединения, в количестве 0,3-1,5 мас.%, при этом соотношение термостойкой кремнийорганической жидкости и термостойкого фторорганического соединения составляет от 1:3 до 3:1.
