/
Текст
Д. Н. ДИКЕРМАН, В. С. КУНЕГИН
ПРОВОДА
И КАБЕЛИ
С ФТОРОПЛАСТОВОЙ
ИЗОЛЯЦИЕЙ
ЕЭ
МОСКВА
ЭНЕРГОИЗДАТ
1982
ББК 31.232
Д 45
УДК 621.315.2/.3:621.315.616.9
Р г ц е и з е н 1 H. И. Белоруссов
Дикерман Д. Н., Кунегин В. С.
Д 45 Провода и кабели с фторопластовой изоляцией. —
М.: Энергоиздат, 1982. — 144 с., ил.
45 к.
Приведена широкая номенклатура применяемых фторполимеров
и описаны их свойства. Даны обзор конструкций выпускаемых кабель-
ных изделий с изоляцией из фтор полимеров и их основные эксплуата-
ционные характеристики. Рассмотрены особенности технологических
процессов переработки фтор полимеров, технологического оборудования
и испытаний.
Для инженерно-технических работников, специализирующихся в
области применения и эксплуатации кабельных изделий, а также
занимающихся их разработкой и производством.
2302020000-260
Д"- 173-82
051(01)-82
ББК 31.232
6 П 2.1.06
Далий Натанович Дикерман
Владимир Сергеевич Кунегин
ПРОВОДА И КАБЕЛИ С ФТОРОПЛАСТОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
Редактор Е. Г. Федосеева
Редактор издательства Н. Б. Фомичева
Обложка художника Е. Н. Волкова
Технический редактор Л. Ф Шкилевич
Корректор 3. Б. Драновская
ИБ № 2659
Сдано в набор 21.12.81. Подписано к печати 24.03.82 Т-07845
Формат 84Х Юв’/за. Бумага типографская № 2. Гарн. шрифта литературная
Печать высокая Усл. печ. л. 7,56 Усл. кр.-отт. 7.88 Уч.-изд. л. 8,30
Тираж 12 000 экз. Заказ 8415 Цена 45 к.
Энергоиздат, 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10
Производственно-издательский комбинат ВИНИТИ
г. Люберцы, Октябрьский пр., 403
© Энергоиздат, 1982
ПРЕДИСЛОВИЕ
Увеличение выпуска нагревостойких проводов и кабе-
лей обеспечивается в первую очередь за счет расшире-
ния производства проводов и 'кабелей с фторопластовой
изоляцией.
Выпуск политетрафторэтилена — фторопласта-4 был
начат в СССР в опытно-промышленном масштабе в
1949 г., а несколько .лет спустя разработана технология
изготовления электроизоляционной строганой пленки
фторопласта-4. С середины 50-х годов кабельная про-
мышленность начала успешно применять пленку фто-
ропласта-4 для производства нагревостойких монтаж-
ных проводов и радиочастотных кабелей. Интенсивное
развитие авиационной техники, радиотехники, электро-
ники, приборостроения и т. д. потребовало создания но-
вых типов кабельных изделий, обладающих повышенной
нагревостойкостью и высокой надежностью в эксплуата-
ции. Синтез новых фторорганических полимеров (фтор-
полимеров) и их исследование показали, что наряду с
высокой нагревостойкостью они обладают отличными
электроизоляционными свойствами, высокой химостой-
костью, негорючестью и рядом других ценных свойств.
Началось интенсивное внедрение вновь созданных по-
лимеров в кабельную промышленность: разрабатыва-
лись технологические процессы их переработки, специ-
альное оборудование для изготовления кабельных из-
делий, проводились исследования проводов и кабелей.
Эти работы выполнялись в основном коллективом уче-
ных и инженеров под руководством лауреата Государ-
ственной премии Т. М. Орловича.
К настоящему времени в нашей стране выпускается
значительное количество марок фторполимеров, боль-
шинство из которых нашло применение в кабельной
технике.
Сейчас уже можно с 'полным правом говорить о но-
вом направлении в кабельной промышленности — созда-
нии нагревостойких кабельных изделий на основе фтор-
полимеров. Разумеется, фторполимеры в кабельной
технике не будут применяться в таких широких'масшта-
бах, как полиэтилен и поливинилхлоридный пластикат,
так как 'Стоимость фторполимеров значительно выше
других полимерных материалов, однако в телом ряде
случаев применение кабелей и проводов с изоляцией из
фторполимеров является экономически целесообразным,
а зачастую и единственно возможным. Обширная но-
менклатура кабельных изделий с изоляцией из фтор-
полимеров для различных условий эксплуатации, широ-
кое разнообразие приемов их изготовления требуют
систематизации накопленных материалов.
К сожалению, до сих пор нет книг, с достаточной
полнотой показывающих прогресс, достигнутый в этой
области техники. Публиковались лишь журнальные
статьи и небольшие, ставшие уже библиографической
редкостью брошюры [5, 33]; частные вопросы созда-
ния 'некоторых кабельных изделий рассмотрены в [7,
11]. В предлагаемой читателю книге сделана по сущест-
ву первая попытка обобщить накопленный к настояще-
му времени опыт создания проводов и кабелей с фторо-
пластовой изоляцией.
Материал в книге распределен между авторами сле-
дующим образом: гл. 1, 4, кроме § 23, гл. 5, кроме § 29,
написаны В. С. Кунегиным, эти параграфы и гл. 2,
кроме § 11, написаны Д. Н. Дикерманом; гл. 3 написа-
на авторами совместно; §11 (гл. 2) по просьбе 'авторов
написан канд. техн, наук Ю. Т. Лариным.
Авторы благодарны рецензенту Н. И. Белоруссову
за тщательный просмотр рукописи и за полезные сове-
ты м замечания, а также канд. химических наук
Е. Г. Федосеевой за большую работу по редактиро-
ванию.
Авторы будут признательны за все замечания и по-
желания читателей, которые 'следует 'Направлять по ад-
ресу: 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10, Энер-
гоиздат.
Авторы
ГЛАВА ПЕРВАЯ
СВОЙСТВА И НОМЕНКЛАТУРА ФТОРПОЛИМЕРОВ,
ПРИМЕНЯЕМЫХ В КАБЕЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
1. Структура и свойства фторполимеров
В настоящее время >в СССР выпускают более 20 ви-
дов и более 40 марок фторполимеров, включая термо-
пластичные материалы, каучуки, пленки, волокна, кор-
розионно-стойкие покрытия на основе суспензий и т. д.
Опытно-промышленное получение ПТФЭ (фторопла-
ста-4), одного из наиболее распространенных представи-
телей этого типа полимеров, начали в 1949 г., позднее
был осуществлен выпуск и других полимеров, на основе
фторсодержащих мономеров [1].
В кабельной промышленности применяют 5—6 ос-
новных видов фторполимеров и значительное количество
марок и разновидностей материалов, в связи с этим не-
обходимо коротко рассмотреть структуру и основные
свойства полимеров.
Структура, молекулярная масса, кристалличность —
определяют свойства фторполимеров, на основе которых
делают выбор того или иного типа для применения в
.проводах и кабелях. Для обоснованного выбора фтор-
полимеров необходимо знать основные свойства мате-
риалов и их поведение в процессе эксплуатации.
Политетрафторэтилен {ПТФЭ) имеет структурную
формулу (—CF2—-CF2—)„ и представляет собой продукт
полимеризации газообразного тетрафторэтилена. Его
(выпускают во всех высокоразвитых странах под сле-
дующими фирменными названиями: фторопласт-4 и 4Д
(СССР), тефлон, халон (США), сорефлон (Франция),
полифлон (Япония), альгофлон (Италия), хостафлон
(ФРГ) и флюон (Англия) [1].
ПТФЭ, применяемый в кабельной промышленности в
качестве пленки, получают методом суспензионной по-
лимеризации в виде рыхлых гранул диаметром 1—6 мм.
Пористость гранул составляет 80%. Для получения
пригодных к переработке порошков гранулы измельча-
ют в водной среде и сушат, получая порошок с разме-
ром частиц от 50 до 500 мкм, удельной поверхностью
до 4 м2/г н насыпной плотностью 0,2—0,8 г/см3. Мето-
дом эмульсионной полимеризации получают такие ма-
териалы, как фторопласт-4Д и суспензии фторопла-
ста-4Д, обладающие специфическим строением частиц,
средний размер которых равен 0,5 мкм. Фторопласт-4Д
перерабатывают методом экструзии, поэтому условия
реакции подбирают таким образом, чтобы получить не-
обходимую форму частиц в виде эллипса или сферы.
В результате реакции полимеризации образуется дис-
персия ПТФЭ с содержанием т 15 до 40% твердых ча-
стиц полимера.
Если такую дисперсию разбавить водой до 10%-ной
концентрации и скоагулировать 'Механическим переме-
шиванием, то после операции коагуляции и сушки по-
лучают агломераты порошка фторопласта-4Д с удель-
ной поверхностью 10—12 м2/г, насыпной плотностью по-
рядка 0,4—0,5 г/см3 ,и размером агрегированных частиц
до 500 мкм. Для получения суспензий фторопласта-4Д
реакционную среду концентрируют до 50—60% и стаби-
лизируют поверхностно активными веществами, напри-
мер ОП-7. Такая суспензия предназначена для пропитки
конструктивных элементов проводов и кабелей, выпол-
няемых из стеклянных волокон.
В зависимости от способа полимеризации получают
полимер с различной молекулярной массой. Для пле-
ночного фторопласта-4 'молекулярная масса лежит в
пределах от 4-105 до 107. Молекулярная 'Масса эмуль-
сионного ПТФЭ — фторопласта-4Д, несколько ниже и
достигает 2,5 -106—3,5-106. Степень кристалличности
ПТФЭ после полимеризации очень высока и равна 93—
98%. После термообработки степень кристалличности
колеблется от 50 до 70% и зависит от молекулярной
массы и скорости охлаждения образцов.
В случае закалки получают образцы с минимальной
степенью кристалличности, для фторопласта-4Д степень
кристалличности спеченных образцов может достигать
70—85%. ПТФЭ является практически одним из наибо-
лее термостойких применяемых в 'промышленности по-
лимеров. Максимальная температура его эксплуатации
равна 260° С [3]. При 300° С потеря массы ПТФЭ со-
ставляет всего 2-10—4%/ч; лишь при 425° С наблюдает-
ся потеря массы 0,1%/ч. ПТФЭ сохраняет механические
свойства в широком интервале температур: от —269 до
+260° С. Механические и электрические характеристи-
ки -изоляции зависят как от свойств исходного полиме-
ра, так и от методов его переработки.
Резко снижаются прочностные характеристики ПТФЭ
при повышений пористости изделий. Таким образом, для
достижения высоких эксплуатационных характеристик
необходимо понижать степень кристалличности и ис-
пользовать полимер с максимальной 'молекулярной мас-
сой. Пористость должна быть сведена до минимума за
счет условий переработки, а также выбором соответст-
вующего 'сорта полимера. Пористость резко ухудшает
электрическую прочность ПТФЭ.
Диэлектрические свойства полимера: тангенс угла
диэлектрических потерь tg б и относительная диэлектри-
ческая проницаемость ег мало меняются с изменением
температуры, давления и частоты.
Подробно свойства ПТФЭ описаны в ряде публика-
ций [1, 3 и др.].
Поливинилиденфторид (ПВДФ) получают в резуль-
тате полимеризации винилиденфторида (—CF2—СН2—).
ПВДФ выпускают в СССР под названием фторопласт-2
и фторопласт-2М (модифицированный), в США — кай-
вар, в Японии— KF-полимер, в ФРГ — видар, во Фран-
ции—форафлон [1]. ПВДФ получают способом эмуль-
сионной полимеризации в водной среде или в разбав-
ленных водных растворах низших кетонов, спиртов, или
простых эфиров [3]. В результате реакции образуется
дисперсия, содержащая около 20% твердых частиц по-
лимера размером около 0,2 мкм.
Возможна также суспензионная полимеризация ви-
ни лиденфторид а. Молекулярную массу и степень поли-
дисперсности ПВДФ можно оценивать следующими со-
отношениями [1]:
ц = 3,77-10-э Л10,5;
5^,1,35-10-2 М0'5,
где т) — характеристическая (вязкость; 5 —коэффици-
ент седиментации; М — молекулярная масса.
В полимерной цепи ПВДФ преобладает последова-
тельность присоединения звеньев мономера по типу «го-
лова к хвосту», т. е. [—СН2—CF2—СН2—CF2—], воз-
можно расположение звеньев и в другой конфигура-
ции— «голова к голове» или «хвост к хвосту» до
5—10%.
ПВДФ — полимер со степенью 'кристалличности от
60 до 80% и плотностью 1,77—1,78 г/см3. Наличие в це-
пи чередующихся атомов водорода и фтора придает
полимеру ряд свойств, отсутствующих у ПТФЭ. ПВДФ
является типичным термопластичным материалом, ко-
торый плавится при 170—180° С, а перерабатывается
при 200—250° С. ПВДФ — наиболее жесткий и самый
прочный нз всех фторполимеров, обладает значительной
стойкостью к продавливающим и истирающим нагруз-
кам, его механические характеристики при повышенной
температуре сохраняются на высоком уровне (табл. 1).
Таблица 1
Параметр Температура, °C
23 100 140
Разрушающее напряжение при рас- тяжении, МПа 55,0 35,0 35,0
Предел текучести при растяжении, МПа 55,0 25.0 17,5
Относительное удлинение при раз- рыве, % 250 350 450
Модификация ПВДФ — фторопласт-2М отличается
от последнего меньшей степенью кристалличности (25—
30%), которая практически не изменяется при термооб-
работке и различных режимах охлаждения изделий.
Фторопласт-2М более технологичен в переработке
по сравнению с немодифицированными сортами. Ди-
электрические 'Свойства ПВДФ не позволяют применять
его в качестве высокочастотного диэлектрика, однако
он обладает достаточно высоким значением электриче-
ской прочности порядка 180 кВ/мм, что делает его при-
годным для использования в качестве изоляции мон-
тажных проводов.
При совместной полимеризации различных по хими-
ческому составу фтормономеров получают сополимеры,
зачастую по своим свойствам превосходящие гомополи-
8
меры — полимеры, полученные из мономеров одного
химического состава.
Сополимер тетрафторэтилена (ТФЭ) с гексафтор-
пропиленом (ГФП) является фторированным этилен-
пропиленом (ФЭП). Формула такого сополимера мо-
жет быть представлена в следующем виде:
F-(-CF2-CF2-)m-/CF2-CF-\ .
' CF3 / п -1р
Сополимер ФЭП в СССР носит название фторо-
пласт-4МБ, в США — тефлон FEP, в Японии — нео-
флон [1].
Для получения сополимера ФЭП применяют эмуль-
сионный способ сополимеризации. Продукт получают в
виде водной дисперсии с содержанием твердых частиц
до 18%, размер частиц колеблется от 0,1 до 0,25 мкм.
У различных марок сополимера молярное содержание
ГФП колеблется от 15 до 40%.
. Молекулярная масса сополимера может быть оце-
нена вязкостью расплава; в промышленности приме-
няются сополимеры с вязкостью расплава 103—
10* Па-с.
Сополимеризация разных мономеров в данном слу-
чае привела к тому, что сополимер обладает свойства-
ми, близкими к ПТФЭ, и приобретает способность к
переработке экструзией и литьем из расплава. ФЭП
превосходит по нагревостойкости все остальные фтор-
органические полимеры, кроме ПТФЭ и ПФА. Рабо-
чая температура его равна 200° С, при 230° С наблю-
дается крайне незначительная потеря массы 4Х
Х10~4%/ч, однако при 370° С потеря , массы составляет
уже 0,3 %/ч. По диэлектрическим характеристикам
ФЭП несколько уступает ПТФЭ, но его с успехом мож-
но использовать в качестве изоляции радиочастотных
кабелей. Его диэлектрические характеристики подроб-
но рассмотрены в отечественной литературе. В кабель-
ной промышленности нашли применение в виде порош-
ка или гранул фторопласт-4МБ-2 и в виде суспензии
фторопласт-4МД.
Сополимер этилена и тетрафторэтилена (ЭТФЭ)
имеет следующее строение: [—СЕг—CF2—СН2—СН2—] „
и находит широкое применение в кабельной промыш-
ленности.
В СССР его выпускают под названием фторо-
пласт-40, в США — тефзел, в Японии — афлон КОП,
в фрг — хостафлон ЕТ [1]. ЭТФЭ обычно получают
водноэмульсионной сополимеризацией эквимолярных
количеств мономеров, в результате образуется диспер-
сия с содержанием твердой фазы 23,3%. Молекулярное
строение сополимера можно рассматривать как струк-
туру типа «голова к голове» или «хвост к хвосту». Сте-
пень кристалличности сополимера зависит от чередо-
вания звеньев и процентного содержания того или
иного мономера. Степень кристалличности меняется от
40 до 60%, наиболее совершенную кристаллическую
решетку имеет сополимер с регулярным повторением
звеньев мономеров в цепи. Такой сополимер имеет
более высокую температуру плавления, около 310° С,,
а с нерегулярным чередованием 275—285° С.
ЭТФЭ по своим диэлектрическим свойствам уступа-
ет ПТФЭ и ФЭП, но имеет высокие механические ха-
рактеристики, повышенную твердость, жесткость,
стойкость к истиранию, значительную радиационную
стойкость. Нагревостойкость сополимера на 50—70° С
ниже, чем ПТФЭ, что объясняется наличием двойных
связей в цепи. При прогреве ЭТФЭ в вакууме наблю-
дают значительное структурирование, а на воздухе про-
исходит термоокислительная деструкция, сопровождаю-
щаяся разрывом цепей и понижением вязкости мате-
риала. Рабочая температура длительной эксплуатации
равна 180° С. ЭТФЭ — один из наиболее радиационно-
стойких изоляционных фторсодержащих материалов.
Характерной особенностью является то, что сополимер
не изменяет своей прочности при разрыве вплоть до
поглощенной дозы 5 МДж/кг, однако относительное
удлинение снижается.
ЭТФЭ обладает высокой механической прочностью
как при нормальной, так и при повышенной темпера-
туре, а относительное удлинение при разрыве при 120° С
достигает 800%. По своим диэлектрическим свойствам
он уступает как ПТФЭ, так и ФЭП: er = 2,54-2,6 tg 6 =
= 0,0044-0,007 при 106 Гц, т. е. на порядок больше, чем
у ПТФЭ.
ЭТФЭ не рекомендуют применять в качестве высо-
кочастотного диэлектрика, но его успешно применяют
для изоляции монтажных проводов, геофизических ка-
белей и т. д. [2].
Сополимер тетрафторэтилена с перфтор-(алкилвини-
ловыми) эфирами (ПФА) имеет следующую формулу:
r(-CF2-CF2-)m-/-CF2-CF-< 1 .
L \ ORf / pJn
В США указанный сополимер начали выпускать с
1973 г. под названием тефлон ПФА, в СССР сополи-
мер выпускают в опытных условиях [1]. Сополиме-
ризацию осуществляют эмульсионным способом в вод-
нол среде, содержание эфира по массе не превышает
2—3%. Присоединение перфтор-(алкилвиниловых) эфи-
ров посредством кислородных мостиков не ухудшает
нагревостойкость сополимера, которая близка к нагре-
востойкости ПТФЭ; в то же время сополимер обладает
типичными свойствами термопластичного материала.
Это дает возможность перерабатывать его методом
экструзии, литья и т. д. Температура плавления сополи-
мера равна 300—310° С, а рабочая температура близ-
ка к рабочей температуре ПТФЭ [4].
ПФА более стоек к радиационному облучению, чем
ПТФЭ и ФЭП. Он способен выдерживать на воздухе
облучение до дозы 0,03 МДж/кг, однако при 0,1 МДж/кг
происходит разрушение образцов полимерного материа-
ла. По механическим свойствам при высоких температу-
рах ПФА превосходит ПТФЭ; так, при температуре
250° С он на 40% прочнее и в 2 раза жестче, чем ПТФЭ.
Диэлектрические свойства полимера достаточно высоки,
что позволяет применять его в качестве высокочастот-
ного диэлектрика.
Сополимер ПФА может вытеснить в кабельной про-
мышленности сополимер ФЭП.
Сополимер трифторхлорэтилена с этиленом (ЭТФХЭ)
имеет следующую формулу [—CF2—CFC1—СН2—
—СН2—В СССР сополимер выпускают под названи-
ем фторопласт-30, в США — халар [1]. Получают его
методом суспензионной полимеризации в водной или
органической среде. Чередование звеньев трифторхлор-
этилена и этилена в цепи зависит от условий полиме-
ризации и молярного состава исходной смеси. Степень
кристалличности сополимера колеблется от 35 до 60%.
Температура эксплуатации сополимера составляет
160—170° С. ЭТФХЭ обладает высокой стойкостью к ра-
диационному воздействию, после облучения до дозы
5 МДж/кг его разрывная прочность сохраняет 56%
Параметр | ПТФЭ 1 ФЭП
Плотность, г/см8 Температура, °C: 2,12—2,28 2,12—2,17
плавления 327 265—290
стеклования Деформации по ASTM Д-648 при нагрузке, МПа: —100-*—120 —90
1,8 55 51
0,5 121 70
Теплоемкость, Дж/г 1,04 1,1
Т еплопроводность, Вт/(м-°С) 0,252 0,25
Температурный коэф- фициент линейного рас- ширения, °C_1-10_B Рабочая температура, С: 8—25 8,3—10,5
минимальная —270 —1804—200
•максимальная (дли- тельно) 260 200
Водопоглощение за 24 ч, % Предел прочности при' растяжении, МПа, при: 0,00 0,01
25° С 14,5-35,0 16,0—30,0
100° с 11,0—20,0 8,0—10,0
200° С 4,0—6,0 2,5—3,0 (при 230°)
Предел прочности при сжатии, МПа Модуль упругости при сжатии, МПа, при: 12,0 15,4
25° С 700,0
100° С Модуль упругости при изгибе, МПа., при: 170,0
+25° С 470—850 550—670
—60° С 1300—2800 960
4-200°С Твердость, МПа: 42
по Бринеллю 30—40 30—50
по Роквеллу 58 25
по Шору (шкала Д) 50—65 57
Истираемость по Арм- стронгу 0,6 0,174
Удельное объемное электрическое сопротив- ление, Ом-см ю1в—10» ю18—ю-18
ЭТФЭ ЭТФХЭ I ПВДФ ПФА
1.65—1,70 1,67—1,69 1,70—1,80 2,12—2,17
260—275 215—245 160—180 302—310
—100 •—• —33-:—38
71 77 91
104 116 149 л
1,9 1,4
0,23 0,20 0,35 1
4,2—14 8***10 8—12 6,7—20
—100 —195 —60 —200
200 170 150 260
0,1 0,01 0,04 0,03
27,0—50,0 35,0—50,0 39,0—60,0 28,2—32,0
17,0—20,0 28,0 21,0 24,0
3,5—6,0 —« — 10,5—14,3 (при 250° С)
61,0
650,0—750,0 2800,0 I. им
—1 к—- 840,0 —
800—1400 1400—1700 1000—1700 660—710
1500—1800 1800—1900 4000 —
— —1 56,7—71,0 (при 250° С)
58—63 60—80 70—130 —*
50 93 109 —
75 75 78 55—60
0,3 0,3
10й 1015—10,т 2-10м—10” 10”
Параметр | ПТФЭ | ФЭП
Относительная диэлек-
трическая проницаемость при: 1,9—2,1
50 Гц 1,9—2,2
103 Гц 1,9—2,2 1,9—2,1
10е Гц 1.9—2,2 1,9—2,1
Тангенс угла диэлект- рических потерь при: 2-Ю-4 2—ЗЛО-4
50 Гц
103 Гц 2-Ю-4 2—ЗЛО-4
106 Гц 2-Ю-4 3—8 ЛО-4
Электрическая проч- ность, кВ/мм, при тол- щине, мм:
3—4 20—27 20—25
1 36
0,1—0,3 40—80 50—100
0,005—0,02 200—300 150
Дугостойкость, с 260—700 160—300
Теплота сгорання, 5 5—7,5
10s Дж/кг
Кислородный индекс 96 95
Поведение в пламени Воспламеняемость по Обугли- вается Плавится
UL-94 94V-0 94V-0
от исходной, а относительное удлинение падает до 10%.
Физико-механические характеристики полимерного ма-
териала достаточно высоки, что обеспечивает ему ин-
тервал работоспособности от —196 до + (165-4-180)° С.
.Недостатком сополимера, впрочем как и других со-
полимеров, за исключением ПФА, является его склон-
ность к растрескиванию при воздействии повышенных
температур. В зависимости от молекулярной массы стой-
кость к растрескиванию лежит в интервале от 140 до
180° С, причем полимеры с меньшей молекулярной мас-
сой растрескиваются при меньшей температуре.
Стойкость к растрескиванию может быть повышена
путем облучения сополимеров за счет сшивания молеку-
лярных цепей. При этом температура эксплуатации со-
полимера достигает 200° С. ЭТФХЭ обладает высокими
электроизоляционными свойствами, er<2,8, a tg6 =
= 0,013-4-0,015 при 106 Гц.
Сочетание высокой механической прочности и радиа-
ционной стойкости с относительно высокими диэлектри-
Продолжение табл. 2
ЭТФЭ | ЭТФХЭ | ПВДФ | ПФА
2,5—2,6 2,5 8,4 2,06—2,1
2,5—2,6 2,5—2,8 7,7—10 2,06—2,1
2,5—2,6 2,5—2,6 6,4 2,06—2,1
. 0,0008 0,05 2-Ю-4
0,0003— 0,0015 0,018 2-Ю-4
0,003 0,004—0,007 0,015 0,17 з-ю-4
16—20 20 10,5 —.
30—38 40 20—30 —•
100—120 80 40—80 50—80
200—400 -— 120—140 —•
72 — 50—70 —-
14—16 17,6 15—18,5 5,5
31 64 43 95
Плавится Обугли- вается Обугли- вается —
94V-0 •— SF-1 94V-0
ческими характеристиками позволяет применять сополи-
мер в качестве изоляции различных кабельных изделий.
Примеры применения сополимера рассмотрены в после-
дующих главах. Основные свойства и параметры рас-
смотренных полимеров и сополимеров представлены в
табл. 2.
2. Номенклатура фторполимеров,
используемых для изготовления проводов и кабелей
В проводах и кабелях, выпускаемых как в СССР, так
и за рубежом, широко применяют полимеры и сополи-
меры фторорганических соединений в виде суспензий,
порошков, гранул и пленок. Фактически, один и тот же
фторполимер или сополимер может применяться в раз-
личных видах в зависимости от требуемых свойств из-
делия, класса нагревостойкости, технологии изолиро-
вания и т. д.
При получении ПТФЭ образуются дисперсии поли-
меров с относительно малым содержанием твердой фа-
Зь1. Ю—20%. Концентрацией дисперсии до 50—60% и
введением стабилизирующих агентов получают суспен-
зии, которые применяют и для нужд кабельной про-
мышленности. Суспензии находят применение для изго-
товления различных конструктивных элементов кабель-
ных изделий. Нанесением суспензии на неизолированную
жилу получают тончайшую изоляцию обмоточных про-
водов. Суспензии используют для пропитки стеклооп-
летки, стеклолент и стекловолокна, применяемых при
изготовлении проводов и кабелей, для получения ме-
тодом полива дублированных полиимидно-фторопласто-
вых пленок.
Кроме того, в суспензии можно вводить различные
наполнители типа технического углерода, пигментов
и т. п., что позволяет получить электропроводящие слои,
например, антивибрационных кабелей, окрашивать и
маркировать провода с изоляцией из фторорганических
полимеров [2].
Номенклатура суспензий, выпускаемых отечественной
промышленностью, представлена в табл. 3.
Основные параметры покрытий и пленок из фторсус-
пензий представлены в табл. 4.
Значительное применение в кабельной промышлен-
ности находят порошки ПТФЭ. В СССР используют
порошкообразный фторопласт-4Д марки Ш для изготов-
ления шлангов и изоляции проводов методом экструзии
по ГОСТ 14906-77. Разработана модификация фторопла-
ста-4Д — фторопласт-4ДМ, выпускаемый по ТУ
6-05-041-336-71. Оба они при смешении с жидкими угле-
водородами, обычно с бензином, образуют пасты, кото-
рые используют для изготовления проводов методом
экструзии на плунжерных' прессах. Фторопласт-4ДМ яв-
ляется аналогом фторопласта-4Д, но обладает улучшен-
ной экструзионной способностью и перерабатывается
в тонкостенную изоляцию толщиной 0,14—0,17 мм, в то
время как из фторопласта-4Д не удается получить изо-
ляцию толщиной менее 0,22 мм [2]. При прочих равных
условиях фторопласт-4ДМ перерабатывают на скоро-
стях в 1,5 раза выше скоростей переработки фторопла-
ста-4Д. Фактически, характеристики фторопласта-4Д
марки Ш и фторопласта-4 ДМ идентичны.
Номенклатура термопластичных фторполимеров
(ТФП), применяемых кабельной промышленностью,
представлена в табл. 5. •
Суспензн я Технические условия Краткая характеристика Область применения
Фторопласта-4Д ТУ 6-05-1246-76 Частицы 0,06—0,4 мкм в во- де с добавлением 9—12% по- верхностно-активных веществ, концентрация 50—65% Пропитка стеклонитей, стеклолент и оплетки из стекловолокна, элек- тропроводящие и маркирующие со- ставы, изоляция обмоточных прово- дов
Фторопласта-40Д . ТУ 6-05-1246-76 Частицы 0,1—0,4 мкм в во- де, концентрация 47—60% Изоляция обмоточных проводов, электропроводящие и маркирующие составы
Фторопласт а-ЗМ (марки ЗМС) ТУ 6-05-1246-76 Частицы в спирте, концент- рация 25% Пропитка волокнистых покрытий , проводов и Кабелей, электропроводя- щие и маркирующие составы
Фторопласт а-4МД ТУ 6-05-041-058-79 Частицы 0,05—0,2 мкм в во- де, концентрация 48—52% Электропроводящие и маркирую- щие составы; дублирование поли- имидной пленки
Фторопласта-4ДУ ТУ 6-05-1246-76 Частицы в воде, коллоидная система, концентрация 45— 55% Пропитка стеклолент и стеклооп- летки, электропроводящие и марки- рующие составы
Параметр
Рабочая температура, °C
Термостабильность, %
Разрывная прочность, МПа
Относительное удлинение, %
Сопротивление изоляции. Ом-см
при 20 °C
при 200 °C
Тангенс угла диэлектрических потерь
при 103 Гц
при 10е Гц
Относительная диэлектрическая проницаемость
при 1О3 Гц
при 10е Гц
Электрическая прочность, 103 В/мм
Толщина покрытия, мкм
Фторо- пласт-4МД Фторопласт-4Д Фторо- пласт-40Д Фторо- пласт ЗМ-С
—190ч- +200 —200ч-+260 —1О0ч- +200 150
0,5—0,8 • 0,® 0,3
20,0 25,0 25,0 25,0—30,0
250 250 150 60
1О17 1О1в 1О« 3- 1О17
10« 10“ 1012—101э 1О13 (при 150 °C)
0,008—0,001 0,0002—0,00025 0,0008 0,024
0,0016 0,0002—0,00025 0,005 0,01
2,2 1,9—2,2 2,4 3,0
1,9 1,9—2,2 2fi 2,4
200 — 180-200 мм
100 100 100 100
Тип сопо- лимера или поли- мера Марка и технические усло- вия Предел прочности при разры- ве, МПа Относительное удлинение, %
ФЭП Фторопласт-4МБ ОСТ 6-05-400-78 17,5 300
Фторопласт-4МБ-2 ТУ 6-05-041-622-76 16,0 275
Фторопласт-4МБ-2 по- рообразующий ТУ 6-05-041-393-80 2,5 50
ЭТФЭ Фторопласт-40111 ОСТ 6-05-402-80 27,0 150
Фторопласт-40ШБ ТУ 6-05-041-383-72 27,0 150
ПВДФ Фторопласт-2 ТУ 6-05-646-77 40,0 —
Фторопласт-2М ТУ 6-05-1781-76 40,0 400
Показатель текучести расплава (ПТР), г/10 мин Термоста- бильность (потеря массы при прогреве), % Область применения
3—8 (при 300 °C) 0,25 (3 ч; 300 °C) Изоляция и оболочка различных проводов и кабелей
4—12 (при 370 СС) 0,2 (3 ч, 300 °C) То же
4—15 (при 300 °C) i Изоляция радиочас- тотных кабелей
0,1—2 (при 300 °C) 1—8 (при 300 °C) 1,2 (5 ч, 275 °C) 1,0 (5 ч, 275 °C) Изоляция проводо® в оболочка кабелей раз- личного назначения То же
0,5—12 (при 220 °C) 2—7 (при 220 °C) U (5 ч, 275 °C) 0,4 (5 ч, 275 °C) Изоляция проводов с повышенной стойкостью к механическим воздей- ствиям То же
Фторопласт-4МБ'перерабатывают методом экструзии,
вязкость расплава при +300° С составляет 104—
106 Па-с, температура переработки лежит в интервале
370—400° С. Фторопласт-4МБ-2 отличается от фторопла-
ста-4МБ способом получения и количеством модифици-
рующих добавок. Он более термостабилен, более тех-
нологичен, превосходит фторопласт-4МБ по диэлектри-
ческим характеристикам в области высоких частот и
повышенных температур.
Порообразующий фторопласт-4МБ-2 представ-
ляет собой композицию, из которой при переработке
получают пенистую изоляцию плотностью 0,7—0,9 г/см3
с закрытыми порами.
Фторопласт-40Ш и 40ШБ применяют там, где тре-
буется повышенная стойкость изоляции к механическим
воздействиям в сочетании с высокой радиационной и
нагревостойкостью. Фторопласт-2, как и модифициро-
ванный фторопласт-2М, используют для изоляции мон-
тажных проводов и механически прочных оболочек.
Фторопласт-2М — модификация фторопласта-2 с мень-
шей твердостью, жесткостью и несколько пониженной
температурой плавления, что улучшает технологич-
ность материала. Фторопласт-2М более холодостоек,
имеет большее удлинение при разрыве.
В табл. 6 представлены марки полимеров и сополимеров, выпус-
каемых зарубежными фирмами. Обычно фирмы не ограничиваются
выпуском одной марки продукта, а предлагают ряд марок, которые
отличаются по свойствам и назначению. Например, фирма «Дюпои»
•(США) выпускает следующие марки тефзела. Тефзел. 200— мате-
риал общего назначения; тефзел 280 — с повышенной стойкостью к
растрескиванию, для изделий ответственного назначения; теф-
зел 210 — для тонкостенной изоляции проводов и скоростной экстру-
зии; тефзел 706-25 — стеклонаполненный материал, имеющий по-
вышенную механическую прочность.
Фирма «Дюпон» разработала также ряд марок сополимера
ФЭП, под названием тефлон ФЭП: тефлон 100 — марка общего наз-
начения для переработки методом экструзии; тефлон >120 — водная
суспензия на основе сополимера; тефлон 160 — специальная марка
с высокой стойкостью к растрескиванию, для толстых покрытий и
оболочек; тефлон ТЕ-9020 — марка для изготовления пористой изо-
ляции.
Фирма «Пенвальт» (США) выпускает следующие марки поли-
мера кайнар: кайнар 200 — сополимер для переработки литьевым
способом; кайнар 300 — для переработки экструзией; кайиар 400 —
для переработки методом прессования; кайнар 450 — для высокоско-
ростной экструзии при наложении изоляции и оболочки кабельных
изделий; кайнар 5200 — сополимер винилиденфторида и тетрафтор-
этилена с пониженной температурой плавления и повышенным уд-
линением при разрыве.
Фирма Страна
«Дюпон» (Du Pont) «Эллайд Кемикал» (Allied Са- tnical) «Пенвальт Кемикал» (Penwait Camical) «Ай-Си-Ай Инк» i(ICI Inc.) «Дайкин Кого Ко» (Daikin Ko- ge Со) «Ахасн Гласс Ко» (Assahi Glass Со) «Курска Кемикал Ко» (Kureha Camical Со) «Мицуи Флюарокемикал» (Mit- stuy Fluorocamical) «Фарбверке Хёхст АГ» (Farb- werke Hohst) «Динамит Нобель АГ» (Dinamit Nobel AG) «Судетише Калкстисштоф верке» (Siiddentsche Kalkstickstoff) «Пичини Южин Кульман» (Ре- chiney-Ugine-Kuhlmann) «Монтэднсон СмА» (Montedi- son) США Нидерланды США США США Великобри- тания Япония Япония Япония Япония ФРГ ФРГ ФРГ Франция Италия
Вид полимера или сополимера
ПТФЭ [ ФЭП ЭТФЭ ЭТФХЭ ПВДФ I ПФА
Тефлон ТФЕ Тефлон ФЭП Тефзел — Тефлон ПФА
Халой ТЕ — — Халар — —
Тетр ан — — — Кайнар —
Флюон — — — —* —
Полифлон Неоф- лон — — —- —
— — Афлон Коп — <— —
— — —г — KFjnoKHMep —
Тефлон 7, тетрафлон — — — — —
Хоста флон ТЕ —— Хостаф- лон ЕТ — — —
Хостафлон ТЕ — Хостаф- лон ЕТ — Дифлор 200 —
— — — Видар —
Сорефлон — — — Форафлон —
Альгофлон — — — — —
Еще более обширна номенклатура сополимера ЭТФХЭ марки
халар, выпускаемого фирмой «Эллайд Кемикал» 1(США). Основные
марки: халар 100, 200, 300, 400 и 500 отличаются друг от друга по
вязкости, назначению и методам переработки. Существуют марки
со специальными добавками, облегчающими радиационную модифи-
кацию сополимера, которые обозначают как халар 302, 402 и 502 в
зависимости от количества и вида добавок. Для нужд кабельной
промышленности выпускают халар 301 и 302, а также 500 и 502,
применяемый при высокоскоростном изолировании проводов с тон-
костенной изоляцией.
Пленочные материалы на основе фторорганических
полимеров и сополимеров, их применение и способы на-
несения на токопроводящую жилу представлены в
табл. 7. Пленку из фторопласта-4 получают методом
строжки предварительно спеченных массивных загото-
вок из полимера; для строжки применяют прецизионные
токарные станки, операция строжки совмещена с про-
каткой пленки между валками. В соответствии с требо-
ваниями ГОСТ выпускают два вида пленок: ориенти-
рованную (марки Ф-4ЭО) и неориентированную (мерки
Ф-4ЭН). Ориентация, осуществляемая при прокатке
пленки, резко увеличивает ее механическую и электри-
ческую прочность по сравнению с неориентированной
пленкой. Степень ориентации для пленок Ф-4ЭО лежит
в пределах 1,8—2,3; эти цифры указывают на то, что
при строжке заготовки вначале строгают пленку тол-
щиной в 1,8—2,3 раза больше, чем требуется по ГОСТ.
При последующей прокатке между валками толщину
пленки доводят до требуемого размера. Ориентация
пленки марки Ф-4ЭН не превышает 1,3. При нагреве
пленка марки Ф-4ЭН практически не меняет своих гео-
метрических размеров, в то1 время как пленка марки
Ф-4ЭО может претерпевать усадку до 40%. Это свойство
ориентированной пленки используют для получения ,не-
разматывающейся при зачистке и монтаже изоляции
проводов; термообработка пленки после ее намотки на
провод приводит к радиальной усадке и уплотнению
изоляции.
В настоящее время для изоляции монтажных прово-
дов широкое распространение получила сырая калацд-
рованная лента (СКЛ) из фторопласта-4Д. Она пред-
ставляет собой не подвергнутую спеканию двухосно-ори-
ентированную пленку, изготовленную экструзионно-ка-
ландровым методом.
Особенностью СКЛ является то, что она наклады-
вается на жилу в незапеченном (сыром) виде, а после-
Пленка
Электроизоляционная: ориен-
тированная Ф-4ЭО и неориен-
тированная Ф-4ЭН
Конденсаторная ориентиро-
ванная
Электропроводящая неори-
ентированная и малоориентиро-
ванная с содержанием углеро-
да 5-7%
Сырая каландрованная лента
из фторопласта-4Д
Из фторопласта-4МБ марки
Ф-4МБ-П
Технические условия
ГОСТ
ГОСТ 24222-80
ГОСТ 24222-80
ТУ 6-05-041-588-75
ОСТ 6-05-405-80
ТУ 6-05-1873-79
Область применения
Способ переработки для изго-
товления кабельных изделий
Изоляция проводов и ка-
белей на рабочую темпера-
туру до 250°C
Изоляция миниатюрных
проводов на рабочую тем-
пературу до 200 °C
Полупроводящие слои в
кабелях и проводах
Спиральная обмотка с
последующей термообработ-
кой
То же
Монолитная изоляция
проводов, герметичная за-
щитная оболочка проводов
и кабелей; изоляция ленточ-
ных кабелей
Изоляция ленточных ка-
белей и проводов
Спиральная намотка иля
продольное наложение с
последующей термообработ-
кой
Контактная сварка пленок
Пленка Т олщина, мкм Допуск на толщину Ширина, мм
Ф-4ЭО 10—40 41—100 ± 4 мкм ± 5 мкм 12—90
Ф-4ЭН 20—100 ± 5 мкм 30—90
Конденсаторная из Ф-4 5—8 10—25 30—40 ±20% ±15% ± ю % 10—60 10—90 10—120
СКЛ из фтороплас- та-4Д 45—100 7—10 мкм 3-20
Ф-4МБ-П 20—150 — 150
Длина, м Предел прочности (вдоль), МПа Относительное | удлинение при 1 разрыве (вдоль), 1 % Удельное сопротив- ление, Ом-см Относи- тельная диэлект- рическая проницае- мость при частоте 108гц; Электри- ческая прочность при пос- тоянном токе, МВ/м Тангенс угла ди- электрических потерь прн 10е Гц
50-250 51,0 50 10” 1,8—2.1 150 0.0003
50—250 16,0 160 10” 1,8—2.1 60 0.0003
50—100 40,0 40 10”—10” 1.8—2.1 220 0,0003
50—100 8,0—10,0 80—90 10”—10” 2.2 70—250 0.0003
100 17,0 160 10” 1.9-2.1 100 0.0003
дующая термообработка провода позволяет получить
герметичную изоляцию.
.Основные физико-механические, электрические пара-
метры и геометрические размеры пленок приведены в
табл. 8.
ГЛАВА ВТОРАЯ
КАБЕЛИ И ПРОВОДА С ПРИМЕНЕНИЕМ
ФТОРОПЛАСТОВ
3. Применение фторполимеров
в конструктивных элементах кабельных изделий
Разнообразие видов фторполимеров, применяемых в кабельной
технике, предопределяет широкие возможности их использования.
Являясь отличными диэлектриками, они применяются прежде всего
в качестве изоляции проводов и кабелей. Для этой цели использу-
ют как строганые, так и сырые пленки ПТФЭ, суспензии различ-
ных фторполимеров, порошок ПТЭФ и термопластичные экструдиру-
емые фторполимеры. Для получения особо тонких слоев со специ-
альными свойствами используют суспензии с различными наполни-
телями: для электропроводящих слоев антивибрационных кабелей
в суспензию вводят технический углерод, а для окрашивающих
и маркировочных составов — неорганические пигменты. Для ком-
бинированной стеклофторопластовой изоляции, а также для защит-
ных волокнистых оболочек применяют стеклопряжу, стеклоленты и
стеклооплетку, пропитанную суспензией ПТФЭ. При необходимости
получить герметичную оболочку используют экструдируемые фтор-
полимеры. Специфической областью применения фторполимеров
являются плоские ленточные кабели, изоляцию которых получают
за счет сварки различных пленок. Из сказанного следует, что фтор-
полимеры находят широкое применение в различных конструктивных
элементах кабелей и проводов.
4. Токопроводящие жилы и экраны кабелей
с изоляцией из фторполимеров
Токопроводящие жилы и экраны проводов и кабе-
лей с фторопластовой изоляцией по конструкции не
отличаются от аналогичных элементов кабельных изде-
лий нормальной на гр евю стойкости, а разница заклю-
чается только в применяемых материалах.
Особенности эксплуатации проводов и кабелей с
фторопластовой изоляцией предопределяют ряд спе-
цифических требований к материалам для токопроводя-
щих жил и экранов:
1. Следует учитывать, что при увеличении темпер ату-
ры возрастает удельное электрическое сопротивление
проводников, снижается прочность и относительное
удлинение.
2. Эксплуатация при длительном воздействии повы-
шенной температуры способствует ускорению коррозии
за счет окисления, что также приводит к ухудшению
электрических и физико-механических свойств проволо-
ки. В процессе изготовления проводов проволоки могут
подвергаться воздействию высоких температур, напри-
мер при запечке фторопластовой изоляции, лакировке,
нагреве жилы при наложении 'изоляции из термопла-
стичных фторопластов; этот нагрев хотя и относительно
кратковременный, но температура в ряде 'случаев до-
стигает 300—400° С. Одновременно проволока подвер-
гается воздействию агрессивных летучих продуктов, вы-
деляющихся из фторопластов при высокой температуре.
В этих условиях она может интенсивно подвергаться
коррозии с заметным снижением первоначальных
свойств.
3. Исходя из требований по 'Миниатюризации, прово-
лока малых размеров должна быть достаточно прочной
и выдерживать высокие технологические и эксплуата-
ционные воздействия.
4. Проволоки жил и экранов, особенно монтажных
проводов, должны легко в надежно паяться.
Учитывая перечисленные выше требования, выбира-
ют материалы токопроводящих элементов. В кабельных
изделиях, рабочая температура которых не превышает
150° С, в зависимости от назначения применяют либо
медные, либо -медные луженые проволоки.
При повышении температуры характеристики меди
изменяются [6]:
Температура, °C........................... 100 200 300
Предел прочности при растяжении, МПа 200 180 150
Относительное удлинение, %.................. 48 46 32
Удельное сопротивление, 10~2 мкОм-м . . 2,25 2,95 3,63
Для упрочненных жил применяют сталемедные про-
вЮлоки прочностью до- 1500—2000 МПа и проволоки из
различных специальных сплавов, сочетающих высокую
прочность с проводимостью, близкой к проводимости
меди. Наибольшее распространение получили сплавы
меди с хромом, кадмием и цирконием; ниже приведены
26
свойства 'сплава БрХЦрК в сравнении с медью:
Предел прочности при растяжении, МПа .
Удельное сопротивление, 10~2 мкОм-м . .
Мед БрХЦрК
220 350'
1.72 1,96
Для проводов и .кабелей, эксплуатирующихся при
температуре до 200° С, применяют описанные выше про-
волоки, покрытые слоем серебра, что повышает их стой-
кость к коррозии. Пайку посеребренных проволок про-
изводят припоем ПСР-40. Наличие практически неиз-
бежных пор в покрытии приводит к коррозии меди,
интенсивность которой увеличивается с ростом темпе-
ратуры. На скорость изменения свойств влияют также
размер проволок и конструкция жилы. Ниже показана
степень увеличения электри-
ческого сопротивления посе-
ребренных проволок и жил
из таких проволок после
2000 ч воздействия темпера-
туры 200° С [6]:
Конструкция жилы
(число и диаметр
проволок, мм)
1X0,08
1X0,10
1X0,25
1X0,30
7X0,08
7X0,12
7X40
19X0,08
19X0,12
Увеличение элек-
трического сопро-
тивления
13,5
11,8
1,0
0.5
5,1
1,0
0,5
1,0
0,5
Увеличение толщины слоя
серебра повышает стой-
Рис. 1. Изменение свойств про-
волок при старении при темпе-
ратуре 250° С.
р—удельное сопротивление; б—предел
текучести при растяжении; у — относи-
тельное удлинение при разрыве? 1 —
медь посеребренная, △ “5 мкм,
0 0,32 мм; 2 — тб же, но 0 0,15 мм;
3 — медь никелированная, △ “0,5 мкм,
0 0,32 мм; 4 — то же, ио 0 0,15 мм.
кость К окислению, .но существенно удорожает стои-
мость проводов. При температуре выше 200° С из-за
значительного увеличения скорости окисления становит-
ся нецелесообразным применение медных посеребрен-
ных проволок (рис. 1). Более высокой стойкостью к по-
вышенным температурам обладает медная никелиро-
ванная проволока, благодаря чему ее применяют в
проводах и кабелях до рабочих температур 250—260° С.
5. Виды проводов и кабелей
с фторопластовой изоляцией
Уникальные свойства фторполимеров, большое разнообразие их
типов и постоянная потребность в новых кабельных изделиях обус-
лавливают непрерывное расширение номенклатуры выпускаемых
проводов н кабелей. Поэтому к настоящему времени почти во всех
основных группах кабельных изделий имеются провода и кабели, в
которых применяются фторопласты. Применение фторопластов в тех
или иных кабельных изделиях определяется в первую очередь не-
обходимостью повысить максимальную рабочую температуру. В ра-
диочастотных кабелях используют высокие диэлектрические свойст-
ва фторопластов. В некоторых случаях главным фактором, опреде-
ляющим применение фторопластов, является их чрезвычайно высо-
кая химостойкость и негорючесть. В ряде кабельных изделий, осо-
бенно малогабаритных, используют высокие механические свойства
некоторых фторопластов.
По этим причинам фторопласты нашли широкое применение в
монтажных низковольтных проводах, радиочастотных кабелях, вы-
соковольтных проводах и кабелях, бортовых проводах, многожиль-
ных монтажных кабелях и кабелях управления, плоских кабелях,
обмоточных проводах, кабелях для геофизических исследований, ка-
белях для атомных электростанций, малогабаритных проводах для
ЭВМ, сверхпроводящих кабелях, термопарных, термоэлектродных и
нагревательных проводах и в оптических кабелях.
6. Низковольтные монтажные провода
Для .выпуска монтажных проводов низкого напря-
жения расходуется наибольшее количество- фторопласта,
потребляемого кабельной промышленностью. К -прово-
дам, применяемым в современных системах радиоэлект-
роники и приборостроения, предъявляют сложный
комплекс разнообразных, а зачастую и противоречивых
технических требований: провода должны надежно ра-
ботать при длительных и кратковременных воздействи-
ях различных механических, климатических и тепловых
факторов, быть стойкими к воздействию пламени, ра-
диации и т. д. При этом габаритные размеры и массы
проводов Должны быть минимальны, а технология их
производства на кабельных заводах должна быть до-
статочно простой, высокопроизводительной и надежной.
С учетом сказанного становится понятным широкое
применение различных фторопластов для изготовления
монтажных проводов повышенной нагревостойкости.
Анализ мировой практики показывает, что в настоящее
время для монтажных проводов находят применение
все виды фторопластов, используемых кабельной про-
мышленностью: ПТФЭ, ФЭП, ЭТФЭ, ЭТФХЭ, ПВДФ и
ПФА.
Основными параметрами, определяющими конструк-
цию монтажного провода, являются: максимальная ра-
бочая температура, рабочее напряжение и сечение жи-
лы. Для монтажных проводов принят следующий ряд
рабочих напряжений: 100, 250, 500 (в ряде стран —
600) и 1000 В. Кроме того, еще выпускаются монтажные
провода на рабочее напряжение 380 В. Провода вы-
пускают с жилами следующих сечений: 0,02; 0,03; 0,05;
0,08; 0,12; 0,20; 0,35; 0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2,5 мм2 [7].
Для токопроводящих жил в зависимости от рабочей
температуры используют медные луженые, посеребрен-
ные и никелированные проволоки, а для упрочненных
жил — сталемедные проволоки и проволоки из высоко-
прочных сплавов. С целью обеспечения необходимой
гибкости жилы и прочности в месте пайки в описывае-
мых монтажных проводах применяют только гибкие
многопроволочные жилы, за исключением проводов,
специально предназначенных для беспаечного монтажа
методом накрутки.
Толщину изоляции современных монтажных прово-
дов устанавливают хотя и в зависимости от рабочего
напряжения, но не на основании электрического расче-
та, а исходя в первую очередь из технологических воз-
можностей производства и предъявляемых требований
по стойкости к механическим .воздействиям. Чем выше
качество изоляционного материала, совершеннее техно-
логическое оборудование и стабильнее технологический
процесс, тем меньшую толщину изоляции можно обеспе-
чить. Поэтому толщина изоляции в определенной мере
может свидетельствовать ю техническом уровне произ-
водства и качестве материалов. В современных монтаж-
ных проводах толщина изоляции достигает 0,15 мм и
менее.
Для рабочих температур до 200° С (.при применений
для жилы медных посеребренных проволок) и 250—
260° С (при применении никелированных проволок) в
•качестве изоляции монтажных проводов используют
ПТФЭ. Изоляцию выполняют либо путем обмотки стро-
гаными лентами (в этом случае не достигается герме-
тичность изоляции), либо сырыми каландрованными
лентами с последующей запечкой (с созданием монолит-
ного изоляционного слоя). Монолитную изоляцию мон-
тажных проводов из ПТФЭ получают также экструзией
пасты.
Из термопластичных фторопластов для изоляции
монтажных проводов наибольшее распространение по-
лучили: ФЭП—на рабочую температуру до 200° С,
ЭТФЭ — на рабочую температуру до 150—200° С и
ПВДФ на температуру до 135° С. В последние годы на-
чали применять для изоляции также ЭТФХЭ (до 130—
180°С) и ПФА (до 250—260°С).
Комбинация ПТФЭ со. стекловолокном позволяет
получать изоляцию, способную выдерживать кратко-
временное воздействие температуры 350—400° С, а так-
же повышает стойкость к продавливающим нагрузкам и
истиранию. Такая изоляция состоит из чередующихся
слоев ленты из ПТФЭ и обмотки стеклонитями, стек-
лолентой, либо оплетки из стекловолокна, пропитанной
обычно суспензией на основе ПТФЭ. В последнем слу-
чае после термообработки получают почти монолитную
изоляцию.
Изоляцию монтажных проводов обычно (ВЫПОЛНЯЮТ
окрашенной в 7—12 цветов. Экраны монтажных .прово-
дов .выполняют в виде симметричной оплетки из медных
луженых или посеребренных проволок плотностью до
70%.
Большинство монтажных проводов с фторопластовой
изоляцией не имеют защитных покровов, однако, в ряде
случаев экранированные провода, а также провода,
предназначенные для одиночного и особенно для груп-
пового межблочного монтажа и особо тяжелых условий
работы, снабжают защитной оболочкой. Для проводов
с изоляцией из термопластичных фторопластов оболоч-
ки изготовляют в основном из того же материала, что
и изоляцию; толщина такой оболочки обычно не пре-
вышает 0,15 мм. Кроме того, применяют защитные по-
кровы в виде оплетки из стекловолокна, пропитанной
кремиииорганическим лаком (например, КО-921 и
КО-916А) или суспензией ПТФЭ (для проводов с на-
гревостойкостью выше 200° С). Применяют также и
оплетки из синтетических нитей, что повышает стойкость
к истиранию. Так, применение оплетки из фениленово-
го волокна № 70 и пропитки фенилоновым лаком при-
водит к увеличению стойкости к истиранию с 50—100
до 5000—7000 двойных ходов иглы.
Ассортимент и основные параметры монтажных про-
водов с фторопластовой 'изоляцией, выпускаемых в
СССР, приведены в табл. 9.
За рубежом монтажные провода выпускают многие фирмы по
различным национальным стандартам и спецификациям, а также
по фирменным спецификациям [8, 9]. К числу наиболее распрост-
раненных документов относятся следующие: MIL-W-16878— воен-
ный стандарт США на монтажные провода с фторопластовой изоля-
цией; MIL-W-22759 — стандарт США на провода с фторопластовой
изоляцией на 600 В; DIN 57881 (VDE 0881)—стандарт ФРГ на
иагревостойкие провода; EL-1930 (III)—стандарт Великобритании;.
UL wire styles — спецификации Underwriters Lab., США. Перечис-
ленные стандарты принципиально не отличаются друг от друга,- По
MIL-W-16878 предусмотрен выпуск следующих проводов с изоля-
цией из ПТФЭ с посеребренной (до 200° С) (до 250° С) жилой: или никелированной
Тип провода Рабочее нап- ряжение, В Диапазон се- чений, мм2 Толщина изоляции (номинальная), мм
ЕТ 250 0,03-й,51 0,15
Е 600 0,03—5,26 0,26
ЕЕ 1000 0,03—8,36 0,38
Аналогичным стандартом Великобритании EL-1930 (III) преду-
смотрены провода следующих типов:
Тит провода Рабочее нап- Диапазон се- Толщина изоляции
ряжение, В чений, мм2 (максимальная), мм
А 350 0,08—0,55 0,18
В 500 0,08—0,55 0,30
С 1000 0,32—1,05 0,45
Этими же стандартами предусмотрен выпуск проводов с изо-
ляцией из термопластичных фторопластов. Так, по MIL-W-16878
провода выпускают на напряжение 250 В — тип КТ, 600 В — тип К,
1000 В — тип КК.
Большинство зарубежных фирм полностью или частично воспро-
изводят эти стандарты. Из наиболее известных можно отметить
фирмы «БИВ» (BIW), «Бранд Рекс» (США), «Филека» (Франция),
<<Кабель-металл», «Пампус» (ФРГ). Ряд фирм, кроме описанных
выше, выпускают провода с комбинированной полиимидно-фторо-
пластовой изоляцией, например «Филека» предлагает провода мар-
ки ЕС-ЕЕС с жилами сечением 0,095—3,04 мм2 с изоляцией из по-
Марка провода Рабочее нап- ряжение, В Рабочая тем- пература, °C Диапазон се- чений, мм2
МГТФ(Э) 250 —60+ 4*220 0,07—^0,14
МГСТФ(Э) 250 -60+4-220 0,07—0,14
МП(Э) 37-11, МП(Э)37-12 500 -60+ 4-250 0,12—2,5
МК(Э) 27-11 380 -60+4-250 0,2 —2,5
МС16-11 100 —60+4-200 0,05—0,2
МС (3)26-41 250 -60+4-200 0,08—0,35
МС3641 500 —60+4-200 0,20—1,5
МС(Э) 16-13 100 -60+4-200 0,02—0,5
МС(Э) 26-13 250 -60+4-200 0,05—2,5
МС (3)36-13 500 -60+4-200 0,05—2,5
МС26-12 250 -60+4-200 0,12—2,5
МС36-12 500 -60+4-200 0,12—2,5
МС16-14 100 -60+4-200 0,03—0,5
МС14-11 100 —60+4-135 0,03—02
Т а блица 9
Материал жилы 1 Тип изоляции , Голщина изо- ляци и (номи- наль пая), мм
Медь Ленты фторопласта-4 0,16—0,18
Медь посереб- ренная То же 0,16—0,18
То же » Стекло+ленты фторопла- ста-4 0,25—0,4 0,4 —0,45
Фторопласт-4Д экструдиро- ванный 0,2 —0,22
» То же 0,3 -0,35
» » 0,45—0,5
» Запеченные ленты фторо- пласта-4Д 0,18—0,23
» То же 0,3 —0,35
> 0,45—0,5
» Фторопласт-40111 0,3 —0,35
» То же 0,45—0,5
Фторопласт-4МБ 0,2 —0,40
» Фторопласт-2М 0,15
лиимидной пленки кантон, поверх которой наложена пленка из
ПТФЭ. По данным фирмы они могут длительно работать при тем-
пературе до 300° С и кратковременно до 800° С. Кроме того, выпус-
каются провода, у которых поверх обмотки из пленки каптон на-
ложен слой из ФЭП.
В последнее десятилетие получили развитие монтажные прово-
да, специально предназначенные для внутри- и межблочного монта-
жа в устройствах вычислительной техники. Широкое распростране-
ние в таких устройствах получил метод беспаечного соединения пу-
тем накрутки. Такие провода отличаются пониженной толщиной
изоляции и рабочего напряжения, небольшим диапазоном сечений,
а провода для монтажа методом накрутки — однопроволочной жи-
лой [8, 9]. Такими проводами являются упоминавшиеся выше прово-
да МС 14-11 и МС 16-114, а также провода по MIL-W-81822. Малая
толщина изоляции обуславливает применение для их изготовления
фторполимеров повышенной твердости и износостойкости. В табл.10
приведены параметры проводов, выпускаемых фирмой «Браид Рэкс»,
Следует обратить внимание на малую толщину изоляции и малый
допуск на наружный диаметр, что требует прецизионного оборудо-
вания для изготовления таких проводов.
Если для изоляции применяют ФЭП, то при малой радиальной
толщине необходимо защищать изоляцию от механических воздей-
ствий. Поэтому некоторые фирмы изготовляют провода с двухслой-
ной изоляцией. Номенклатура таких (проводов, выпускаемых фир-
мой «Бранд Рэкс», приведена в табл. '1'1.
Таблица 10
Материал изоляции Рабочее напряже- ние, В Сечеиие жил, мм8 Толщина изоляции, мм Допуск на наружный диаметр, мм
Кайнар 150 0,03—0,5 0,127
Тефзел 150 0,03—0,5 0,127 От ±0,025
Кайнар 300 0,05—1,3 0,25 до ±0,4
Тефзел 300 0,05—1,3 0.25
Халар 300 0,03—0,2 0.127
Таблица 11
I слой II слой О " О Я tr «со О СХ - \о С <и <Я Св s GU К К Макси- мальная рабочая темпера- тура, °C Сечеиие жил, мма
Материал Толщи- на, мм Материал Толщина, мм
Тефлон-100 0,127 Найлои 0,038 300 115 0,03—0,2
0.127 Кайнар 0,038 300 1/35 0,03—0,2
0.127 Полиимид- 0,038 300 200 0,03—0.2
0,127 иый лак Кантон 0,024 300 200 0.03—0.2
0.15 Найлон 0,1 — 115 0,13—0,5
Ввиду малой толщины изоляций монтажных прово-
дов особое значение приобретает способность изоляци-
онного материала противостоять механическим воздей-
ствиям, которую определяют путем испытаний на стой-
кость к истиранию и продавливанию. Сравнительные
результаты испытаний на истирание (число ходов иг-
лы) проводов для монтажа методом накрутки с одно-
проволочной жилой диаметром 0,25 мм, с изоляцией тол-
щиной 0,15 мм из различных 'фторопластов приведены
ниже. Истирание проводили иглой диаметром 0,5 мм при
различных нагрузках:
Нагрузка, Н ! ПВДФ ЭТФХЭ ПТФЭ
2 465 178 21
3 237 61 2.6
5 7,5 3,2 0,25
Из приведенных данных следует, что ПВДФ и
ЭТФХЭ обеспечивают высокую стойкость проводов к
истирающим нагрузкам.
Ряд стандартов (ИСО, MIL-W-22759) предусматри-
вает другой метод испытаний на истирание: испытуемый
образец натягивают горизонтально1 и прижимают с за-
данным усилием к поверхности абразивной ленты с
размером зерна 400 меш (по маркировке, принятой в
СССР — КЗМ-28); при перемотке ленты фиксируют
длину ленты, необходимую для истирания образца. На
этот метод есть стандарт CIIIAMIL-T-5438. За резуль-
тат принимают среднее значение из восьми измерений.
Учитывая необходимость быстрой зачистки изоляции
на концах проводов, в зарубежных стандартах на мон-
тажные провода иногда нормируют прочность сцепления
изоляции с жилой, что контролируют по усил ию, необ-
ходимому для снятия изоляции длиной 25—75 мм с жи-
лы. В этом отношении фторопласты, хотя и достаточно
плотню прилегают к жиле, не требуют больших усилий
для зачистки. Так, усилие снятия изоляции из ЭТФЭ с
жил 1X0,25; 1x0,40 и 19x0,20 составляет соответст-
венно 1,0—7,0; 2,0—9,0; 10,0—15,ОН.
Фторопласты обеспечивают высокую холодостой-
кость монтажных проводов. Испытание на холодостой-
кость проводят путем изгиба проводов в охлажденном
состоянии на цилиндр диаметром, равным 1—5 диа-
метрам провода. Монтажные провода с изоляцией из
34
большинства фторопластов выдерживают это испыта-
ние при температуре —60ч—65° С.
Электрические параметры монтажных проводов с
фторопластовой изоляцией за счет свойств материалов
достаточно высоки. Сопротивление изоляции в нормаль-
ных условиях составляет 107—106 МОм- м и существен-
но не .изменяется в условиях повышенной влажности.
Исключение составляют только провода с изоляцией из
ПВДФ, имеющие сопротивление примерно на два-три
порядка ниже. При увеличении температуры сопротив-
ление изоляции несколько снижается, но снижение п.ри
максимальной рабочей температуре не превышает одно-
го-двух (в ряде случаев трех) порядков (см. рис. 2,а).
Электрическая прочность фоторопластов обеспечи-
вает эксплуатацию монтажных проводов как при нор-
мальных, так и при повышенных температурах
(рис. 2,6).
Рис. 2. Зависимость электрических свойств фторполимеров от
температуры.
а — удельное объемное сопротивление; б — электрическая прочность (50 Гц,
толщина 0,1 мм). 1 — ПТФЭ; 2 — ФЭП; 3 — ЭТФЭ; 4 — ПВДФ.
Рядом зарубежных стандартов предусмотрено испы-
тание на отсутствие выделения дыма при токовых пе-
регрузках: по образцу, закрепленному горизонтально,
пропускают ток, вызывающий нагрев жилы до темпера-
туры выше предельно допустимой, при этом фиксируют
выделение дыма. Результаты испытаний:
Материал
изоляции
ПФА
ЭТФЭ
Температура
жилы, °C
285
230
Длительность ис-
пытаний, мин
15
15
Результат
Нет выделения
дыма
То же
Рассмотренные в этом параграфе свойства монтаж-
ных проводов с фторопластовой изоляцией показыва-
ют, что такие провода отвечают самым высоким требо-
ваниям и в настоящее время являются наиболее на-
дежными.
7. Высоковольтные провода и кабели
Высоковольтные провода и кабели с фторопласто-
вой изоляцией находят широкое применение в со|цремен-
ной электронной аппаратуре для внутри- и межблочных
соединений, для выводов высоковольтных трансформато-
ров и в качестве проводов зажигания авиационных дви-
гателей. В цепях анодного пита-ния и цепях накалива-
ния находят применение кабели постоянного тока. Для
соединения трансформаторов с выпрямительными бло-
ками, а также блоков высокого напряжения различной
радиоаппаратуры применяют кабели переменного тока.
Импульсные кабели используют как в линиях формиро-
вания импульсов (в режиме короткого замыкания посто-
янного напряжения), так и для передачи напряжения к
первичной обмотке импульсных трансформаторов или
от них на магнетроны. Работа высокочастотных фидер-
ных .кабелей в режиме радиоимпульсов связана с пере-
дачей значительной импульсной мощности.
Наивысшая из всех фторполимеров нагревостойкость
в сочетании с высокой мгновенной электрической проч-
ностью и- отличными диэлектрическими свойствами вы-
двигают ПТФЭ на первое место при применении в ка-
честве изоляции высоковольтных кабелей. Однако при
этом необходимо учитывать его низкую короностойкость:
Материал
ПТФЭ
Полиэтилен
Кремнийорганическая резина
пвх
Пропитанная бумага
Короностойкость при напряженности
2,3-10 В/мм 5-10 В/мм
5,7 0,4
74 7,6
74 —
— 0,9
— 8,6
Исходя из этого, принимают меры то снижению ин-
тенсивности внутренних разрядов путем заполнения
промежутков между лентами электроизоляционной
жидкостью [10], а длительно^ допустимую напряжен-
ность обычно выбирают такой, чтобы в кабеле отсутст-
вовали внутренние разряды. Поэтому максимальная на-
36
пряженность (у жилы) не должна превышать макси-
мальную напряженность начала ионизации, которая на
основании многочисленных эмпирических наблюдений
снижается с увеличением радиуса внутреннего провод-
ника, как показано на рис. 3 [11]. Средняя длительно
допустимая напряженность в этом случае составляет
(1,54-3) 103 В/м,м. При более высоких напряженностях
в кабеле будут развиваться частичные разряды и срок
службы изоляции в этом случае будет зависеть от ко-
Р и с. 3. Зависимость макси-
мальной напряженности нача-
ла ионизации от радиуса внут-
реннего проводника при изоля-
ции из лент ПТФЭ (/) и
полиэтилена (2).
роностойкости изоляционного материала и интенсивно-
сти разрядов:
Тип изоляции
Ленты ПТФЭ
Тр же, с промазкой элект-
роизоляционной жид-
костью
Полиэтилен
Допустимая средняя напряженность,
М’-В/мм, при сроке службы, ч:
100' 1000 10 000
-4 3 2
6 4 2,5
7 5 3
Показано [12], что применение промазки лент крем-
нийорганической жидкостью существенно улучшает ка-
чество изоляции из ПТФЭ:
Изоляция Напряженность начала иони- зации, 10’-В/мм, при Время до пробоя, ч, при 24-Ю3 В/мм
20 °C 250 °C
Без промазки 2.2 2,2 2.5
С промазкой 5,8 5,8 10,3
На основании этих исследований, а также анализа
кривых жизни авторы рекомендуют для изоляции из
лент ПТФЭ с промазкой .принимать среднюю напря-
женность равной (3—3,5) 103 В/мм, а в ряде случаев и
4,5-103 В/мм [12—14].
Применение электропроводящих слоев1, выполненных
из лент ПТФЭ, содержащих до 5% технического угле-
рода по жиле и под экраном, позволяет увеличить на-
пряженность начала ионизации до 6-103 В/мм [11].
Введение технического углерода в количестве 2,4 и 6%
позволяет снизить удельное объемное сопротивление до
2-102, 20 и 10 Ом- см соответственно.
На постоянном токе частота следования разрядов
f на тонком воздушном включении составляет:
. 1,13-10» Е
Ру Аф
где рг — удельное объемное сопротивление диэлект-
рика; Е, Епр — напряженность и электрическая проч-
ность газа во включении.
Нетрудно подсчитать, что частота следования разря-
дов на постоянном токе не будет превышать нескольких
десятков в час (при частоте 50 Гц — не менее 7,2-10s).
Исходя из этого, а также учитывая высокие значения
удельного объемного сопротивления и мгновенной
электрической прочности ПТФЭ, при работе кабеля на
постоянном токе допустимую среднюю напряженность
принимают равной 15-103 В/мм [11].
При повышении температуры следует учитывать воз-
можное изменение электрических свойств ПТФЭ, напри-
мер, изменяются мгновенная электрическая прочность и
удельное объемное сопротивление:
Пробивное напряжение ПТФЭ Удельное объемное сопро-
Температура, °C (пленка толщиной 0,06 мм), тивление, Ом-см
20 6 10»
250 3,5 1-10»
350 2,0 1-10»
400 1,5 1-10»
Одновременно снижается и короностойкость ПТФЭ,
что показано на рис. 4 и 5.
Сочетание превосходной кОроностойкости кремний-
органических резин и высокой кратковременной элект-
рической прочности фторопласта используют при созда-
нии комбинированной резинофторопластовой изоляции
высоковольтных нагревостойких импульсных кабелей из
слоя кремнийорганической резины и барьерного слоя из
лент ПТФЭ, промазанных кремнийорганической жидко-
стью [15].
Некоторые высоковольтные провода, например ряд
проводов зажигания, при работе подвергаются 'кратко-
временному воздействию температуры до 350—500° С
[16]. При 'этом может происходить деформация внут-
реннего проводника, приводящая к уменьшению факти-
ческой толщины изоляции. Проведенные исследования
показали, что в таких случаях целесообразно .применять
комбинацию стекловолокна и фторопластовых неориен-
тированных пленок. При этом поверх каждой пленки
накладывают оплетку из стекловолокна плотностью
90%.
Рис. 5. Зависимости времени
до пробоя пленок ПТФЭ от
напряженности поля при раз-
личных температурах.
1 — 20° С; 2 — 250° С и 3 — 400° С.
Рис. 4. Кривые жизни ка-
белей с пленочной изоляцией
из лент ПТФЭ.
Е— средняя напряженность; 1 —
20° С; 2 — 200° С; 3 — с промаз-
кой, 20° С; 4 —то же, 200° С.
В последнее десятилетие расширились исследования
возможности применения термопластичных фторсополи-
меров для изолинии высоковольтных, особенно малога-
баритных, проводов [17]. Результаты определения про-
Та блица 12
Материал изоляции Пробивное напряжение (среднее из 30 образцов), кВ Коэффициент вариации
Фторопласт-4МБ 29 0,12
Фторопласт-40111 47 0,09
Фторопласт-4Д (экструдированный) Полиэтилен 13 0,14
низкой плотности (ПЭНП) 45 0,11
высокой плотности (ПЭВП) 60 0,17
Марка кабеля, провода Назначение
ПВСТ, ПВСТУ ПНЗ-400 Для передачи импульсов в системах зажигания То же
ВЗП-400 > >
ВЗС-250-5,0 ВЗМ ПВМФО ПВСТФ КВНТ (Э)-3 КВНТ (Э) -6 КВНТ (Э) -10 КВНТ (Э) -20 > » > » » » Некоронирующий кабель То же > » > »
Рабочее напряжение, кВ
перемен- ное импульс- ное постоян- ное
— — —
— 3 —
— 15 —
15 -
20 — —
До 6 — —.
— 15 —
3 7.5 25
6 15 50
10 25 80
20 40 120
Таблица 13
Конструкция изоляции* Сечение жи- лы, мм3 Максимальная рабочая температура, °C
1 250
2 300 (в те- чение 1500 ч) 400 (в течение 200 ч)
2 1.0 400 (в те- чение 200 ч)
3 0,5 250
1-3 1,0 155
3 0,12—1,0 250
3 1,0 250
4 0,5—4,0 250
4 . 0,5—4,0 250
4 0,5—4,0 250
4 4,0 250
В ИФ (Э) -35 кви, квим КВФК-40 Для передачи униполяр- ных импульсов Импульсный кабель Для передачи униполяр- ных видеоимпульсов 1 1 1 35 до 300 40 120 3 8 1 0,75 4 1,5 155 v 150
вим Для передачи униполяр- ных импульсов, мало- цндуктивный — 10 — 6 0,12—0,5 155
ПВП, ПВМ(Э), ПВМ(Э)О, ПВМ (Э) ш Малонндуктнвный про- вод для пульсирующе- го напряжения — — 30* ** 7 0,2—2,5 155
* Конструкция изоляции: 1—пленки фторопласта-4; 2—стеклофторопласт; 3—пленки фторопласта-4 с промазкой; 4—то же, что
и 3, но с электропроводящим слоем по жиле и под экраном; 5—то же, что и 3, но со слоем кремнийорганической резины; 6—фторо-
пласт-4МБ; 7—фторопласт-4МБ и кремнийорганическая резина; 8—то же, что и 3, но со слоем из полиэтилена по жиле и под экраном-
** Пульсирующее напряжение.
бивного напряжения проводов с различной фторопласто-
вой изоляцией В' сравнении с полиэтиленом приведены
в табл. 12 (толщина изоляции 0,6 мм, жила — 7Х
Х0,26 мм, частота 50 Гц). Данные свидетельствуют о
высоких электрических характеристиках ЭТФЭ и ФЭП.
На рис. 6 и 7 представлены результаты оценки сро-
ка службы этих проводов при повышенном напряжении,
из которых следует, что фторопласты 4МБ и 40Ш как
по уровню кратковременной электрической прочности,
так и по короностойкости пригодны для использования
в малогабаритных высоковольтных проводах. Поэтому
они нашли применение в качестве изоляции м-алоиндук-
тивных высоковольтных проводов на рабочую темпера-
туру до 155° С.
Рис. 6. Кривые жизни про-
водов со сплошной изоляцией
из фторопласта-4Д (/), фторо-
пласта-4МБ (2) и фторопла-
ста-40111 (3).
------20° С;----- 200° С.
Рис. 7. Зависимость вероят-
ности пробоя Р от времени
пребывания провода под на-
пряжением 8 кВ (масштаб по
оси ординат 1п 1п1/(1—р).
1 — фторопласт-4МБ; 2 — фторо-
пласт-40Ш; 3 — ПЭНП.
Основные параметры нагревостойких высоковольт-
ных кабелей, выпускаемых 'отечественной промышлен-
ностью, приведены в табл. 13.
Для жилы и экрана обычно используют медную лу-
женую проволоку. Оболочку кабелей выполняют из
стеклооплетки, пропитанной кремнийорганическим ла-
ком, хотя применяют также оболочки из фторопла-
ста-4МБ и кремнийорганической резины.
Примерно такие же кабели и провода выпускают
за рубежом.
Провода зажигания выпускают по стандарту США
MIL-C-3702, а мощные фидерные кабели — по MIL-7500.
Из наиболее крупных зарубежных изготовителей высо-
42
ков'ольтных проводов и кабелей с фторопластовой изо-
ляцией следует упомянуть фирму БИВ (США), а так-
же «Филека» (Франция). Последняя, в частности, вы-
пускает кабели серии НТ-PC с жилами сечением от
0,95 до 3,15 мм2, наружным диаметром от 1,6 до 7,25 мм
«а рабочее 'напряжение от 3,75 до 15-Ю3 В переменно-
го тока и 12,5—50-Ю3 В постоянного тока.
8. Радиочастотные кабели
Благодаря высоким диэлектрическим характеристи-
кам фторполимеры нашли широкое применение в ра-
диочастотных кабелях, используемых в радиоэлектрон-
ной и измерительной аппаратуре при температуре до
200° С.
В соответствии с рекомендациями МЭК кабели вы-
пускают .с номинальным волновым сопротивлением 50,
75 и 100 Ом и диаметром по изоляции от 0,6 до 11,0 мм.
Радиочастотные кабели с фторопластовой изоляцией
работают при температуре от —60 до -|-200о С; при
влажности до 98% при температуре 40° С; при ударных
нагрузках до 10 000 ударов с ускорением 735 м/с2 и
9 ударов с ускорением 1471 м/с2; при вибрационных на-
грузках от 5 до 2500 Гц с ускорением 196 м/с2; при ли-
нейных нагрузках до 491 м/с2; при пониженном атмос-
ферном давлении до 666,6 Па при воздействии морско-
го тумана, солнечной радиации и плесневых грибов.
Минимальный радиус изгиба при хранении 10—12 на-
ружных диаметров кабеля; при монтаже 5—6 диамет-
ров (при температуре выше 5° С) и 10—12 диаметров
(при температуре ниже 5° С). Минимальная температу-
ра изгиба —60° С. Срок службы кабелей 12 лет, ре-
сурс — 10 000 ч.
Внутренние проводники радиочастотных кабелей из-
готавливают из медной посеребренной проволоки; для
миниатюрных кабелей (диаметром 2,2 мм и менее) при-
меняют посеребренные сталемедные проволоки из вы-
сокопрочных сплавов. Изоляцию изготовляют обычно из
лент ПТФЭ .путем обмотки. Для миниатюрных кабелей
применяют изоляцию из экструдированного ПТФЭ и
ФЭП, а в последнее время начали применять и вспенен-
ную изоляцию, что позволяет снизить затухание.
Полувоздушную изоляцию выполняют путем обмотки
жилы корделем из экструдированного ПТФЭ, поверх
которого обмоткой накладывают 'несколько .лент из
ПТФЭ. Поверх изоляции гибких радиочастотных кабе-
лей находятся внешний проводник (экран) в виде оплет-
ки ив .медных посеребренных проволок и оболочка, кото-
рую обычно выполняют из лент ПТФЭ и оплетки ив
стеклонитей, пропитанных кремнийорганическим лаком.
В последнее время, особенно для миниатюрных кабе-
лей, 'стали применять монолитные оболочки из ФЭП,
накладываемые методом экструзии.
За'рубежом радиочастотные кабели в основном вы-
пускают по стандарту США MIL-C-17 (серия RG/U),
они принципиально не отличаются от описанных выше.
Одним из основных параметров радиочастотных ка-
белей является коэффициент затухания. На рис. 8 при-
ведены расчетные значения коэффициента затухания и
мощности на .входе при частоте 3 ГГц для кабелей раз-
Р ис. 8. Зависимость коэффи-
циента затухания а и допу-
стимой мощности N от диамет-
ра по изоляции при частоте
3 ГГц.
личных размеров. Возможность использования радио-
частотных кабелей с фторопластовой изоляцией в широ-
ком диапазоне частот и температур определяется темпе-
ратурно-частотными зависимостями (рис. 9) [18]. Из
рисунка видно, что для изоляции радиочастотных кабе-
лей пригодны ПТФЭ, ФЭП и ПФА. Небольшой пик
tg б, имеющийся у этих материалов, при увеличении
температуры смещается в сторону более высоких час-
тот (рис. 10).
Зависимости tg б и ег, а также проводимости меди
от температуры определяют температурную зависимость
затухания. Так, при охлаждении до —150° С затухание
кабелей диаметром по изоляции 4—9 мм снижается при
частоте 3 ГГц на 35—45%, а при нагреве до 200° С уве-
личивается на 15—25% [19].
Для радиоэлектронной аппаратуры с фазово-импуль-
сной модуляцией, радиолокационных станций с фазиро-
ванными антенными решетками и радиоизмерительных
фазочувствительных систем необходимы фазостабиль-
ные радиочастотные кабели, не изменяющие электриче-
44
скую длину в широком диапазоне температур, частот и
пр. Причиной нестабильности электрической длины ка-
беля является изменение как физической длины, так и
ег при нагреве и охлаждении. Кабели с фторопластовой
изоляцией обладают повышенной фазовой стабильно-
Р и с. 9. Зависимость ег и tg 6 фторполимеров от частоты при
20° С (а) и температуры (б).
1 — фторопла ст-4 Д; 2 — фторопласт-4МБ; 3 — фторопласт-40; 4 — фторопласт-30;
5 — ПФА.
стью, что может быть объяснено’ как меньшим (по срав-
нению с 'полиэтиленом) коэффициентом температурного
расширения, так и незначительной зависимостью ег от
температуры [19, 20]. Результаты сравнения изменения
электрической длины 'кабелей с различной изоляцией
(рис. 11) свидетельствуют о преимуществе кабелей с
фторопластовой изоляцией, .причем наибольшую ста-
бильность имеют кабели с кордельно-фторопластовои
изоляцией и изоляцией из вспененного фторопласта.
Температурный коэффициент фазы (ТКФ) кабелей с
фторопластовой изоляцией существенно ниже, чем у ка-
белей с полиэтиленовой изоляцией:
Конструкция изоляции
ТКФ, 10-® К~‘
Полиэтилен Фторопласт
Сплошная 90—200
Полувоздушная lO-^-SO
10—70
7—30
Рис. 10. Зависимость положения
пика tg б от частоты и темпера-
туры (1 — ФЭП, 2.— ПТФЭ)’,
Рас. 11. Зависимость относи-
тельного изменения электрической
длины кабелей Д/э//э при частоте
3 ГГц от температуры.
1 — изоляция полиэтиленовая; 2 — кор-
дельно-полиэтиленовая; 3 — ленты
ПТФЭ; 4 — кордельно-фторопластовая.
В настоящее время .созданы и выпускаются отечест-
венной промышленностью фазостабильные кабели с изо-
ляцией из пленок фторопласта-4 и с экструдированной
изоляцией из фторопласта-4Д 'марок РК-50-1-23С;
РК-50-1,5-22С; РК-50-2-25С; РК-50-4-25С; РК-50-4-27С
И-ЕК-75-4-25С Внешний проводник этих кабелей выпол-
нен из медной трубки (гладкой или гофрированной);
допуск на волновое сопротивление уменьшен до ±2 Ом.
В схемах измерения и контроля динамических пара-
метров (вибраций, ускорений), основанных на примене-
нии пьезодатчиков и пьезоэлектрических преобразова-
ний с высоким, около 108—1010 Ом входным сопротивле-
нием, уровень полезного сигнала чрезвычайно мал.
Применение в таких схемах обычных гибких радиочас-
тотных кабелей невозможно, так как при вибрации в
различных точках кабеля создается кратковременное
46 ж, п/Г' 4, l-*» Г''
нарушение контакта 'Между- Экраном (жилой) и изоля-
цией, что приводит к разделению зарядов и возникнове-
нию паразитного сигнала. Амплитуда напряжений помех
может достигать нескольких сот милливольт и значи-
тельно превосходить уровень полезного сигнала [21].
В подобных схемах применяются специальные кабе-
ли, у которых между изоляцией и экраном (или жилой)
расположен слой электропроводящего полимерного ма-
териала, имеющий надежный и непрерывный контакт с
изоляцией, а его электрическое сопротивление должно
быть минимальным и во всяком случае не превышать
1—10 МОм-м на 1 см длины кабеля. Такие кабели по-
лучили наименование антивибрационных. Для созда-
ния электропроводящего слоя используют либо элект-
ропроводящую фторопластовую саженаполненную плен-
ку, либо водную фторсуспензию ПТФЭ, содержащую
ацетиленовую сажу. Для антивибрационных кабелей с
изоляцией из ЭТФЭ проводящий слой выполняют из
суспензии следующего состава с содержанием по массе
в частях: водной суспензии ЭТФЭ концентрацией 24—
25%-—100; ацетиленовой сажи—8—11; поверхностно-
активного вещества ОП-7 — 13—17.
Слой из этой суспензии имеет электрическое сопро-
тивление не более 20 кОм на длине кабеля 1 см, высо-
кую эластичность и адгезию к изоляции.
Отечественная промышленность выпускает различ-
ные модификации антивибрационных кабелей с фторо-
пластовой изоляцией диаметром по- изоляции 1,05 и
1,5 мм. По сравнению с обычными радиочастотными ка-
белями ослабление уровня шумов ® кабелях типа АВ КТ
доходит до 40 дБ.
9. Бортовые авиационные провода
Зарождение и развитие реактивной -авиации и ракет-
но-космической техники потребовало в 50-х годах раз-
работки новых !бортовых проводов, отличающихся глав-
ным образом повышенной нагревостойкостыо. В качест-
ве изоляции таких -проводов начали применять пленки
из ПТФЭ. Практически бортовые -авиационные провода
были первым типом кабельных изделий, в которых на-
шли применение фторопласты.
Основное назначение бортовых авиационных про-
водов — передача электрической энергии для питания
различного электрооборудования и приборов на -борту
самолета. Необходимость создания бортовых проводов
повышенной нагрев-остойко-сти определялась как -повы-
шением надежности -бортовой сети, так .и увеличением
токовых нагрузок, в связи -с ростом энерговооружен-
ности самолетов, а также увеличением температуры
среды, окружающей бортовую сеть. Последнее обуслов-
лено тем, что существенно возросли как количество
электрооборудования, .выделяющего теплоту в окружаю-
щую среду, так и температура в особо горячих отсеках
самолетов, например вблизи зоны реактивного двига-
теля; кроме того, увеличение -высоты полетов в разре-
женной атмосфере приводит к резкому ухудшению от-
вода выделяемой теплоты в -окружающую среду.
Специфика эксплуатации аппаратуры на борту са-
молета предопределяет ряд воздействий на бортовые
провода, что позволяет отнести условия эксплуатации к
особо жестким. Хотя бортовые провода -предназначены
в основном для работы в условиях фиксированного мон-
тажа, но уже при прокладке жгутов по борту их -под-
вергают неоднократным перегибам из-за ограниченности
пространства и необходимости протаскивать жгут через
отверстия в перегородках небольшого размера. В про-
цессе эксплуатации корпус самолета подвергается зна-
чительной вибрации, которая передается на жгут от
стенок и элементов крепежа. Поэтому провода жгутов
подвергаются интенсивным продавливающим и исти-
рающим нагрузкам. Кроме того, це исключена возмож-
ность попадания на поверхность проводов различных
агрессивных жидкостей, имеющихся на борту: бензина,
керосина, масел, гидравлических жидкостей и др. По-
скольку самолеты эксплуатируют -в различных клима-
тических зонах, а температура корпуса резко изменяет-
ся, например, когда самолет после стоянки на солнце,
где его поверхность может прогреваться до 50—70° С,
поднимается на значительную -высоту, где температура
может составлять —40-4—50° С, то ясно, что провода
должны быть устойчивыми к циклической смене край-
них температур. Это особенно необходимо для самоле-
тов, скорость которых значительно превышает скорость
звука, так -как их обшивка подвергается значительному
дополнительному нагреву из-за трения о -воздух.
В последние годы в связи с увеличением скоростей
гражданских самолетов и их вместимости постоянно
ужесточаются требования по обеспечению безопасности
48
полетов, что приводит к появлению новых требований к
проводам. За последнее время значительно ужесточи-
лись требования по негорючести проводов, возникли
нормы по количеству выделяющегося при горении дыма
и т. д.
Первые бортовые провода с фторопластовой изоля-
цией, выпускаемые и сегодня, имели изоляцию из пле-
нок ПТФЭ. Отечественная промышленность выпускает
подобные провода марки ПТЛ (Э)-200 и 250. Жилу про-
водов ПТЛ (Э) -200 выполняют ив медных луженых про-
волок, а ПТЛ (Э)-250 — .из посеребренных проволок се-
чением ют 0,35 до 70 мм2. Первые предназначены для
эксплуатации при максимальной рабочей температуре
до 200° С, а вторые — до 250° С. Толщина изоляции, вы-
полненной 'путем обмотки из пленок ПТФЭ, зависит от
сечения и составляет от 0,32 до 0,64 мм. Поверх изоля-
ции наложена обмотка, а затем оплетка из стекловолок-
на плотностью не менее 90%, пропитанная кремнийорга-
ническим лаком. (За рубежом для подобных проводов
применяют также пропитку фторсуспензией). Провода
выпускают как экранированными, так и неэкранирован-
ными, экран выполняют из медных луженых проволок
диаметром от 0,12 до 0,30 мм плотностью не менее 80%.
Выпускают также облегченные провода марки
ПТЛА-200 с жилой из алюминиевой проволоки сечением
от 4 до 70 мм2.
Недостатком проводов типа ПТЛ является отсутст-
вие герметичности изоляции, что приводит к значитель-
ному падению электрического сопротивления при воз-
действии влаги.
Необходимость устранения этого недостатка, а также
увеличение требований по стойкости к механическим
воздействиям (истиранию, продавливанию и т. п.) и к
кратковременным перегревам привели к созданию более
совершенных проводов с комбинированной стеклофто-
ропластовой изоляцией. Существуют многочисленные
разновидности подобного исполнения изоляции, в кото-
рой пленки из ПТФЭ чередуются с обмоткой стеклолен-
той или стеклопряжей, пропитанной фторсуспензией,
или с пропитанной оплеткой из стеклопряжи.
В ряде случаев путем подбора оптимальной конст-
рукции, включающей сырые каландрованные ленты
ПТФЭ, после запечки удается получить практически мо-
нолитную изоляцию. Такую изоляцию применяют, на-
пример, в проводах типа БИН и БФС. Провода выпуска-
ют с медной посеребренной или никелированной жилой,
в экране и-без него. Длительно допустимая рабочая
температура 250° С, >а кратковременно провода допуска-
ют эксплуатацию при температуре до 400° С. Стойкость
к истиранию (у провода сечением 0,35 мм2) характери-
зуется 10 000 ходами иглы диаметром 0,6 мм при на-
грузке 6 Н. Сопротивление изоляции в нормальных
условиях— 1000 МОм-км, при 250° С — 500, а после
48 ч при 40° С в 98%-ной влажности—500 МОм-км.
В США выпуск таких проводов осуществляют по стандарту
MIL-W-22759 (рабочее напряжение 600 -В, сечение жил 0,32—
21,2 мм2, толщина изоляции 0,74—1,25 мм). Подобные провода из-
готавливают многие фирмы, в том числе B1W и «Варрен Вайр Ко»
.(США), Фирма «Филека» выпускает провода марки A1R-1715, от-
вечающие требованиям этого стандарта, с жилами сечением 0,38—
34,5 мм2 со стеклофторполимерной изоляцией толщиной 0,55—0,9 мм.
Жилу скручивают из медных никелированных проволок; рабочая
температура от —100 до +300° С.
В Англии - иа подобные провода распространяется стандарт
EL-1936. Одним нз крупных поставщиков таких проводов является
фирма «Бритиш Инсулэйтед Каллэидерс Кэйбл».
В связи с необходимостью дальнейшего уменьшения габарит-
ных размеров разработаны провода с экструдированной фторопла-
стовой изоляцией, причем с целью повышения надежности изоляцию
подвергают сшивке методом радиационного модифицирования. Так,
в 1964 г. фирма «Райхэм», США, разработала и организовала вы-
пуск проводов по стандарту MIL 081044/9 с двухслойной облучен-
ной изоляцией. Внутренний слой изоляции выполнен из облученного
полиолефина, а наружный из ПВДФ; диапазон сечений жил 0,2—
53 мм2. Подобные провода выпускают н в СССР под маркой БПДО.
Хотя максимальная рабочая температура проводов
БПДО, определяемая требованиями к ресурсу и стой-
костью к продавливанию при предельных . температу-
рах, относительно невелика и составляет 105° С, но по
основным параметрам (габаритные размеры, масса,
стойкость к воздействию пламени и др.) они сущест-
венно превосходят старые провода типа БПВЛ с изо-
ляцией из поливинилхлорида (ПВХ). Сравнение про-
водов БПДО и БПВЛ приведено в табл. 14.
Провода БПДО отличаются повышенной надеж-
ностью, длительным сроком службы, допускают экс-
плуатацию при температуре, значительно превышаю-
щей максимальную рабочую, вплоть до 300° С (в за-
висимости от механических воздействий). Срок службы
проводов при различных температурах приведен на
рис. 12 [22].
Наименование параметра Значение параметра
БПДО БИБЛ
Диапазон рабочих температур, °C —60-4-+105 —60-4-+70
Кратковременные перегревы, °C 300
Срок службы, ч 30 000 (при 105° С) 10 000 (при 70° С)
Диапазон сечений, мм2 0,2—90 0,35-=90
Наружный диаметр провода (сечение 0,35 мм2), мм 1.7 2,4
Масса провода (се.чение 0,35 мм2), кг 5 7
Рабочее напряжение, В: постоянное 750 500
переменное 600 250
Сопротивление изоляции, МОм-м в нормальных условиях Ю4 500 (до 4 мм2) 10 (свыше
103 4 мм2)
при максимальной рабочей темпера- •—•
туре Стойкость к истиранию (сечение 5000 3000
0,35 мм2), число ходов иглы Допустимое количество изгибов 75 (до Не норми-
2,5 мм2) 25 (ос- руется
тальные
сечения)
Одним из преимуществ провода типа БПДО даже
в сравнении с проводом с более нагревостойкой изо-
ляцией является высокая стойкость к надрезу, кото-
рая обеспечивается сочетанием достаточной прочности
изоляции с высокой эластичностью. Результаты оцен-
ки стойкости к надрезу приведены в табл. 15.
Рис. 12. Зависимость срока
службы различных авиа-
ционных проводов от тем-
пературы.
1 — провод с ПВХ изоляцией,
стеклооплеткой и оболочкой из
кейлона; 2 и 2г— провод с ра-
диациоино-модифицироваииой
изоляцией из полиолефина и
поливинилиденфторида (два раз-
личных метода испытании;; 3—
провод с изоляцией из пол ним ид-
но-фторопластовых пленок; ч—
провод БПДО.
Материал изоляции Толщина изоляции, мм Количество образцов, выдер- жавших испытание, %, при глубине надреза, мм
0,075 0,100 0,150 0,180
Полиолефии+поливинил- 0.37 100 100 100 25
иденфторид, облученные 0.18 100 100 -—• —
Полиимидно-фторопластовые 0.22 100 100 25 0
пленки 0,18 100 0 —• —
АлКанимид (экструдируемый 0,25 100 100 100 0
полиимид, разработанный фир- мой «Райхем») 0,15 100 0
Поведение провода при воздействии пламени по-
казано в табл. 16. Провод с изоляцией из полиэтиле-
на в ПВДФ существенно превосходит провод с ПВХ
изоляцией и хотя выделяет дыма больше, чем провод с
полиимидной изоляцией, но степень его раздражающе-
го действия меньше.
Таблица 16
Материал изоляции Длина об- горевшей части, мм Длитель- ность го- рения пос- ле удале- ния пламе- ни, с Количест- во выделя- ющегося дыма (ус- ловные единицы) Степень разд- ражающего действия дыма (условные единицы)
ПДХ Сгорел пол- ностью Сгорел пол- ностью 10 10
Полиэтилен+ПВДФ, об- лученные 87 1.0 7 5
Полиимидные пленки 68 0 1 1
В 1977 г. фирма «Ранхэм» (США) выпустила спе-
цификацию 55А на провода с изоляцией из радиацион-
но-модифицированного фторполимера на рабочую тем-
пературу до 150° С. Конструктивные параметры и ва-
рианты конструкций проводов приведены в табл. 17, из
которой видно, что для жилы используют либо медную
луженую проволоку, либо проволоку из посеребренно-
го медного сплава. Изоляция может быть облегченной
(один слой толщиной 0,15—0,20 мм), средней массы
(два слоя общей толщиной 0,2—0,25 мм) и нормальной
массы (два слоя общей толщиной от 0,25 мм).
52
Размер по AWG (стан- дарту США) Сечение,
30 0,05
28 0,08
26 0,13
24 0,20
22 0,32
20 0,52
18 0,83
16 1,3
14 2,0
12 3,3
10 5,3
- 8 8,4
6 13,3
4 21,2
2 33,6
1 42,4
0 53,5
00 67,4
000 85
0000 107
Электрическое сопротивле-
ние жилы, не более, Ом/км
Число и дна-
метр проволок жилы, мм лу жеиая медь посеребренный сплав
7X0,10 385
7X0,13 « * 244
19X0,10 135,5 147
19X0,13 86,2 93,2
19X0,16 53,1 57,4
19X0,20 32,4 35,1
19X0,25 20,4
19X0,29 15,78
19X0,36 10,04 h—И
37x0,32 6,63 М-м
37X0,40 4,13 —
133X0,29 2,30 Mil
133X0,36 1,46
133X0,45 0,919 Мне
665X0,25 0,600 Им
817X0,25 0,489
1045X0,25 0,381 мм
1330X0,25 0,299 k—•
1665X0,25 0,233 им
2105X0,25 0,177 МйВ
Диаметр по изоляции, мм
облегченной средней (2 слоя) нормальной (2 слоя)
0,61 ±0,05 0,71 ±0,05 0,81 ±0,05
0,69±0,05 0,79±0,05 0,89 ±0,05
0,81 ±0,05 0,89±0,05 1,02±0,05
0,94±0,05 1,04±0,05 1,14±0,05
1,09±0,05 1,19±0,08 1,30±0,08
1,30±0,08 1,40±0,08 1,50±0,08
1,55±0,08 1,68±0,08 1,78±0,08
1,75±0,08 1,85±0,08 1,98±0,10
2,18±0,10 2,29±0,10 2,41 ±0,10
2,64±0,10 2,74±0,10 2,84±0,10
— 3,45±0,15
•—* —* 4,95±0,2
*—• 6,12±0,25
*1 7,87±0,25
Мия и» > 10,3±0,3
«М1 И,8±0,3
— 12,9±0,4
14,5±0,4
WIH 16,3±0,45
М 17,9±0,5
Параметр характеристики Единица измерений
Рабочее напряжение (максимальное) в
Испытательное напряжение кВ
(минимальное) кВ
кВ
Сопротивление изоляции (в нормальных условиях и при повышенной влажности):
сечение до 5,3 мм МОм-км
сечение более 8,4 мм2 МОм-км
Концентричность изоляции (минимальная) Толщина изоляции (минимальная): %
‘нормальной ММ
средней мм
облегченной мм
Относительное удлинение изоляции при разрыве (минимальное) %!
Предел прочности изоляции при разрыве МПа
Рабочая температура (максимальная) °C
Ускоренное старение —•
Циклические испытания
Холодостойкость °C
Усадка изоляции (максимальная) мм
Требование Фактическое значение Особенности метода испытания
600'
3 —, 1) АСИ*, 60 Гц
8 2,5 1— 2) АСИ, импульсное 3) В воде.
1,5-10’ (16-5-100) X X 103 —
300 (2ч-50)-103 ——
70 70—85 —
0,20 _—1
0,15 fa.—< —
0,12 '—’ —'
50 55—170 X
35,0 150 50,0—62,5 —
Отсутствие трещин Трещин нет 300 “С, в течение 7 ч, с последующим изгибом
> 200 °C, в течение 168 ч, с последующим изгибом
—65 » Изгиб
3 0—0,5 200 СС в течение 6 ч, длина образца 300 мм
Пламяетойкость:
1) Время самостоятельного горения
(максимальное)
2) Длина обгоревшей части (макси-
мальная)
3) Горящие капли
1) Время самостоятельного горения
(максимальное)
2) Длина обгоревшей части (макси-
мальная)
Стойкость к истиранию
Стойкость изоляции к надрезу (глубина
надреза) для изоляции:
нормальной массы
средней массы
облегченной массы
* АСИ—аппарат сухого испытания.
Образец под углом 60°
С 3
мм 75 Отсутствие
Вертикальный образец
С 3
мм 125 для сечения 0,13 мм2; 75 для сечения от 0,20 до 3,3 мм2
Число двой- ных ходов, см 50 Зависит от сече- ния и толщины изоляции
мм 0,23 для сечения жилы 33,6—107мм2; 0,1 для сечения 0,13—21,2 мм2
мм 0,075 Не нормируется
0—1
20—50
Капель нет
0—3
35—85
60—170 I. Скребком (груз за- висит от сечения и тол- щины изоляции)
25—50 И. Абразивной лентой (нагрузка зависит от се- чения)
Выдержи- вает То же —
Кроме того, спецификация предусматривает вы-
пуск одно-четырехжильных монтажных кабелей в об-
щем экране из медных луженых проволок диаметром
0,08 и 0,10 мм во фторопластовой радиационно-моди-
фицированной оболочке. Номинальная толщина обо-
лочки— 0,20 мм (минимальная — 0,15 мм); в качестве
изолированных жил используют провода с медной то-
копроводящей жилой и однослойной облегченной изо-
ляцией. Кроме того, предусматриваются неэкраниро-
ванные кабели без оболочки, состоящие из скручен-
ных проводов с медными жилами нормальной массы
в количестве от двух до девяти (сечение от 0,13 до
5,3 мм2). Провода сечением от 33,6 до 107 мм2 могут
выпускаться в защитной оплетке из волокна номекс
(полифениленизофталамид).
Характеристики проводов приведены в табл. 18.
10. Многожильные кабели
В настоящем параграфе рассмотрены контрольные
и монтажные кабели и кабели управления с фторопла-
стовой изоляцией. Контрольные кабели применяют как
для питания электроэнергией групп электрических
установок небольшой мощности, так и для передачи
сигналов от датчиков к блокам измерительной электро-
аппаратуры и для соединения блоков между собой в
условиях неподвижного монтажа. Контрольные кабели
с фторопластовой изоляцией используют на электри-
ческих станциях и подстанциях, особенно на АЭС, на
железнодорожном транспорте и в метро, для пожарной
сигнализации в высотных зданиях и т. п., в тех усло-
виях, где необходимо обеспечить жесткие требования
по повышенной нагревостойкости, негорючести и ра-
диационной стойкости.
Кабели управления применяют в тех же случаях,
как и контрольные, но в условиях гибкого монтажа,
когда кабель по условиям эксплуатации подвергают
различным деформациям: изгибам, перемоткам и т. п.
Монтажные кабели применяют обычно в качестве
электрожгутов заводского изготовления для соедине-
ния блоков электроаппаратуры между собой [23].
В контрольных кабелях фторопласты начали при-
менять сравнительно недавно и их ассортимент неве-
лик. Очевидно, по этой причине как в СССР, так и за
56
рубежом эти кабели пока не стандартизованы и выпу-
скаются по отдельным техническим условиям и фир-
менным спецификациям. Кабели управления и мон-
тажные выпускают в значительном ассортименте; в
СССР разработаны стандарты, например ГОСТ
18404-73 «Кабели управления», а за рубежом наибо-
лее известны стандарты США MIL-C-27072 на много-
жильные кабели, MIL-C-55543 на многожильные не-
экранированные кабели и MIL-C-27500 на многожиль-
ные кабели для авиационной и ракетной техники.
Кроме того, монтажные кабели с небольшим (обычно
не более 3—7) числом жил предусмотрены рядом стан-
дартов на монтажные и авиационные провода.
В качестве токопроводящей жилы контрольных ка-
белей обычно применяют круглую медную проволоку
без покрытия диаметром от 0,97 до 2,73 мм (сечение
от 0,75 до 6,0 мм2), допускается применение для этих
целей алюминия. Для монтажных кабелей и кабелей
управления в качестве изолированных жил обычно
используют монтажные и авиационные провода. По-
этому материалы и конструкции токопроводящих жил
и изоляции кабелей управления и монтажных кабелей
в данном параграфе не рассматриваются. Следует
только отметить, что эти кабели выпускают с жилами,
состоящими из семи (сечения от 0,05 до 0,75 мм2)
и девятнадцати (сечения от 1,0 до 2,5 мм2) про-
волок.
Кабели выпускают с экранированными и неэкрани-
рованными жилами, а также в общем экране. Жилы
скручивают концентрическими повивами правильной
скруткой; в соответствии с ГОСТ 18404—73 принят сле-
дующий ряд числа изолированных жил в кабеле: 3; 4;
7; 19; 27; 30; 37; 52; 61; 91; 108, а максимальное чис-
ло жил зависит от сечения:
Сечение, мм2
Максимальное число жил
до 0,05
0,08—0,5
0,75—1,0
1,5 и 2,5
19
108
61
37
Оболочки рассматриваемых кабелей выполняют из
пропитанных волокнистых материалов, резин или
фторполимеров. Оболочки первого типа выполняют
обычно В виде оплетки из стеклопряжи, пропитанной
кпемнийорганическим лаком или фторсуспензией. На-
ходят применение и нагревостойкие синтетические во-
локна, пропитанные соответствующими синтетическими
лаками. Такая оболочка, обеспечивая минимальные
габаритные размеры кабеля и высокую нагревостой-
кость, обладает рядом недостатков, трудоемка в изго-
товлении, негерметична, недостаточно защищает ка-
бель от механических воздействий. Этих недостатков
нет у кабелей в резиновых оболочках,- Для оболочек
кабелей управления с фторопластовой изоляцией в на-
стоящее время применяют резины на основе бутадиен-
нитрильного каучука и наирита (ШНН-45Л), кремний-
органического каучука (К-8 и К-69) и на основе фтор-
каучука СКФ-26 (Ф-168).
Пока еще не создано резин, удовлетворяющих все-
му комплексу требований, предъявляемых к оболочкам
кабелей управления повышенной нагревостойкости.
Применение в оболочках этих кабелей резин нормаль-
ной нагревостойкости вряд ли целесообразно, так как
приводит к недоиспользованию возможностей фторо-
пластовой изоляции по максимальной рабочей темпе-
ратуре. Оболочки из резин на основе кремнийорганиче-
ского каучука не имеют этого недостатка, но низкие
прочностные свойства, недостаточная стойкость к аг-
рессивным средам, в том числе к бензину и маслу, а
также горючесть'существенно ограничивают область их
применения. Высокие механические свойства резин на
основе фторкаучука, в сочетании с высокой химостой-
костью и негорючестью, позволяют использовать их для
оболочек кабелей управления с фторопластовой изоля-
цией. Однако недостаточная холодостойкость резин ог-
раничивает их применение при температуре — 40° С
(при фиксированном монтаже) и —20° С (при по-
движной эксплуатации). Очевидно, перспективным ма-
териалом для оболочек многожильных кабелей на
ограниченное количество изгибов следует считать такие
фторполимеры как ПФА, ЭТФЭ и ФЭП. Их примене-
ние предусмотрено, в частности, MIL-C-27500.
Кабели управления, нуждающиеся по условиям экс-
плуатации в дополнительной защите от механических
повреждений, а также от грызунов, имеют поверх обо-
лочки оплетку из стальных оцинкованных проволок, а
в случаях возможного воздействия коррозионно-актив-
58
Таблица 19
Марка кабеля Сечение жилы, мм2 Материал изоляции Число жил Материал оболочки Температура эксплуатации, °C Номиналь- ное напря- жение, В
кфр 2,5 Фторопласт-40Ш 3—19 К-8 или К-69 —50-^-4-150 500
КФШР, КФЭШР 0,2—0,5 То же 10—48 ШНН-45Л -50-4-65 250
КБФРТ 0,5 и 0,75 4—24 ШНН-45Л —50-=-4-65 250
КУЭФРУ, кудфэру 0,2—1,5 3-52 ШНН-45Л* —50-=-4-65 250
кфрв 0,75 19 К-8 или К-69** —60-5-4-125 250
куфэфс 0,75 2 Ф-168 До 4-13С 250
КТФЭ 1 и 1,5 Ленты ПТФЭ и волок- нистая оплетка, пропи- танная кремнийорганиче- ским лаком 3—12 Лента ПТФЭ и оплет- ка медной луженой про- волокой —60-5-4-250 500
КМТФЛ 0,2 и 0,35 То же 7—50 Лента ПТФЭ и пропи- танная лаком лавсано- вая оплетка -60-5-4-120 ПО
* Двойная оболочка» армированная оплеткой -из лавсана.
** Поверх Оболочки наложена лавсановая оплетка, пропитанная фениленовым лаком.
ных сред —из нержавеющих проволок, например из
хромоникелевой стали Х18Н9Т.
Параметры некоторых кабелей, выпускаемых в
СССР, приведены в табл. 19.
11. Ленточные провода
Развитие современной радиоэлектронной аппаратуры, основной
тенденцией которого можно считать повышение надежности в соче-
тании с миниатюризацией, привело к значительному увеличению
плотности монтажа '(количество проводников в единице объема).
При этом габаритные размеры и масса жгутов из монтажных прово-
дов стали соизмеримы, а в некоторых случаях и превышать габарит-
ные размеры и массу активных элементов схем.
Благодаря расположению жил в нейтральной плоскости ленточ-
ный провод обладает целым рядом преимуществ перед жгутами из
круглых проводов: большей механической прочностью, гибкостью,
меньшей хладотекучестью, возможностью передачи больших токо-
вых нагрузок, стабильностью параметров передачи по длине, повы-
шенной защищенностью соседних цепей, возможностью автоматиза-
ции процессов монтажа. При этом уменьшение массы и занимаемого
объема провода достигает 70—80%.
При большой длотности монтажа ленточные провода оказыва-
ются более экономичными и эффективными, несмотря на то, что их
стоимость выше стоимости обычных равноценных по своим характе-
ристикам кабельных изделий.
В СССР разработаны и выпускаются ленточные провода, от-
личающиеся по рабочему напряжению, диапазону температур и об-
ласти применения, с медными однопроволочными жилами с комби-
нированной изоляцией, например полиимидно-фторопластовой плен-
кой марок ЛПМФ и ЛМФ. Провода предназначены для фиксирован-
ного монтажа в интервале рабочих температур — от 60 до +200° С.
Предусмотрена возможность повышения температуры до 400° С в те-
чение 3 мин без повторного 'Использования. Сечение токопроводя-
щих жил от 0,05 до 0,35 мм2. Количество токопроводящих жил до
30. Шаг укладки составляет .1,25; 1,5; 3,75 мм. Толщина провода
не превышает 0,5 мм. Рабочее напряжение до 250 В постоянного и
переменного тока частоты до 2 кГц. Сопротивление изоляции в нор-
мальных климатических условиях, пересчитанное на 1 м длины, со-
ставляет 10s МОм.
За рубежом выпуск ленточных проводов освоен многими фир-
мами, продукция которых нашла широкое применение в различных
областях техники. Наиболее широкое применение нашли ленточные
провода, выпускаемые по спецификации IPC-FC-220A, разработан-
ные Институтом печатных схем США. Провода выпускают с изо-
ляцией из ПТФЭ и ФЭП (тип С и D); они предназначены для ра-
боты в интервале температур от —40 до +250° С. Рабочее напряже-
ние 300 В переменного тока. Провода выпускают с прямоугольными
однопроволочными токопроводящими жилами с защитным антикор-
розионным покрытием из серебра или никеля. Сечение жил от 0,03
до 0,32 мм2. Количество жил в проводе колеблется от 9 до 57 и
зависит от шага укладки, который равен 1,27; 1,91; 2,54 или
3 81 мм. Габаритные размеры провода составляют 0,8x25,4;
0,8x50,8 или 0,8X76,2 мм.
Электрическое сопротивление изоляции, пересчитанное на 1 м
длины в нормальных климатических условиях, составляет
1,5-104 МОм. Испытательное напряжение 1500 В.
Аналогичные провода выпускаются рядом фирм, например
«Спектра Стрип корп», «АМП Инк» (США), «Кабели и металлы»
(ФРГ) и т. д. [24].
12. Обмоточные провода
В обмотках специальных электродвигателей, транс-
форматоров, аппаратов и приборов 'находят применение
обмоточные провода с фторопластовой изоляцией [25].
Изоляцию наиболее простых проводов выполняют из
суспензии ПТФЭ, методом электрофореза, что дает воз-
можность получать очень тонкую изоляцию (от 5 до
.150 мкм). Ввиду низких механических свойств столь
тонкой изоляции из суспензии ПТФЭ, а также малой
адгезии с медью подобные провода не получили широко-
го применения. Механические свойства изоляции можно
улучшить введением минеральных наполнителей или
применением комбинированной .керамико-фторопласто-
вой изоляции [26].
Отечественная промышленность выпускает, в част-
ности, обмоточные провода марки ПЭКФ с керамико-
фторопластовой изоляцией с жилами диаметром от 0,10
до 1,95 мм. Суспензия ПТФЭ, входящая в состав комби-
нированной изоляции, обеспечивает требуемые элект-
рические свойства, в том числе и при воздействии ат-
мосферы с повышенной влажностью. Для создания
керамической матрицы применяют легкоплавкую свин-
цово-боросиликатную эмаль ЭСМ-18, обладающую вы-
соким сцеплением с медью и обеспечивающую высокую
стойкость изоляции к продавливающим воздействиям и
истиранию.
При испытании изоляции на эластичность провода
выдерживают без растрескивания навивание на стер-
жень, диаметр которого равен диаметру испытуемого
провода. Сопротивление изоляции провода в нормаль-
ных условиях составляет 1012—1013 Ом-м; при 250° С —
Ю^-уЮ11 Ом-м; при 98% относительной влажности —
5-108 Ом-м. Пробивное напряжение провода с жилой
диаметром 6,47 мм составляет 1,5—7,5 кВ (среднее зна-
чение—4 кВ), что соответствует требованиям ГОСТ
7262-78. При испытании на истираемость число двойных
ходов иглы диаметром 0,6 мм при грузе, выбранном в
соответствии ,с вышеупомянутым ГОСТ, составляет при-
мерно 60.
За рубежом подобные провода выпускают в основ-
ном по стандарту США M.IL-W-5883 ряд фирм, в том
числе «Тензолит» (США).
В последние 10—15 лет в связи с развитием нефте-
добывающей промышленности и ряда новых отраслей
техники потребовались погружные электродвигатели,
обмотки которых могут нагреваться до 150—250° С, что
потребовало создания для них обмоточных проводов с
фторопластовой изоляцией. Применяют как герметизи-
рованные электродвигатели, внутренние полости кото-
рых заполняют маслом, так и негерметизированные.
В последних обмотка непосредственно омывается
нефтью или водой. Из-за несовершенства уплотнений
в масло герметизированных двигателей 'постепенно про-
никают вода и пластовая жидкость. Поэтому изоляция
должна быть стойкой к воздействию масла, нефтепро-
дуктов, воды и растворенных в ней солей.
Для маслозаполненных электродвигателей в СССР
разработаны и выпускаются провода марки ППФ с изо-
ляцией из пленок фторопласта-4. Провода выпускают с
однопроволочными медными жилами диаметром от 1,88
до 2,83 мм, а также с многопроволочной жилой сечени-
ем 10, 15 и 25 мм2 (для выводных концов) [27]. Изо-
ляция состоит из четырех спирально намотанных неори-
ентированных пленок, поверх которых наложена одна
ориентированная пленка. Благодаря специальной техно-
логии термообработки, при которой изоляция нагре-
вается от жилы с помощью токов высокой частоты (см.
гл. 4) до .350—385° С, а усадка ориентированной пленки
создает радиальное давление на изоляцию порядка 0,5—
1,0 МПа, происходит сваривание пленок. Пробивное на-
пряжение изоляции провода толщиной 0,4 мм после
длительного увлажнения составляет 13—16 кВ при
удовлетворительном значении коэффициента вариации,
равном 0,10—0,15. Рабочая температура — до 180° С.
Для статоров погружных электродвигателей насосов
нефтедобычи и для высоковольтных электрических ма-
шин применяют провод ППИ с изоляцией из дублиро-
ванных полиимидно-фторопластовых пленок, спеченных
в монолитную изоляцию. Провод предназначен для ра-
боты в трансформаторном и минеральном масле при
температуре от 260 до 200°.С, и- напряжении до 2 кВ.
Диаметр жилы от 1,74 до 3,28 мм, толщина изоляции —
0,24 мм. Такую же изоляцию применяют ' для прямо-
угольных проводов 'марки ППИП, которые выпускают
сечением ют 1,5 до 3,5 мм2.
Поскольку небольшие отклонения в технологии
запечки пленочной изоляциииликачестве материала при-
водят к нарушению герметичности, то 'наибольший ин-
терес, особенно для то доз апюл ценных двигателей, пред-
ставляют обмоточные провода с монолитной экструди-
рованной изоляцией. Провод марки ПФО имеет медную
жилу диаметром 1,88 мм и экструдированную изоляцию
из фторопласта-40 толщиной 0,5 мм. Провод 'предназна-
чен для работы при температуре 150° С (с кратковре-
менными перегревами до 180° С) и давлении дю 20 МПа.
Недостатком провода является склонность изоляции из
фторопласта-40111 к растрескиванию при длительном
•воздействии предельных темпер атур.
Более высокой надежностью обладает изоляция из
комбинации пленок фторопласта-4Д (СКД) ,и оболочки
из экструдированного фторопласта-4МБ. Такую изоля-
цию применяют для обмоточного провода ПФФ для во-
дозаполненных электродвигателей на рабочую темпера-
туру до 200° С.
Срок службы обмоточных проводов водозаполненных электро-
двигателей ограничивается образованием в тонкостенной изоляции
под воздействием горячей воды и электрического напряжения так
называемых водных триингов, т. е. каналов, имеющих древовидную
форму (рис. 13). Хотя причины и механизм возникновения водных
триингов полностью не ясны, имеющиеся экспериментальные дан-
ные позволяют определить сравнительную стойкость различных ма-
териалов и установить влияние на нее некоторых конструктивных я
эксплуатационных факторов. Стойкость изоляции к этому воздей-
ствию определяется при.выдержке проводов в воде под электричес-
ким напряжением с периодическим определением изменения сопро-
тивления изоляции и пробивного напряжения [28].
Изменение сопротивления изоляции проводов из фторопла-
ста-4МБ толщиной Д=0,3 мм при различных напряжениях пока-
зано на рис. 14а; на рис. 146 для того же провода дана зависи-
мость времени до начала снижения сопротивления изоляции от прило-
женного напряжения. Из рисунка следует, что даже при небольшом
напряжении в воде происходит разрушение фторопластовой изоля-
ции, хотя скорость разрушения с уменьшением напряжения суще-
ственно снижается. Химические и структурные особенности отдель-
ных партий ФЭП оказывают заметное влияние на скорость разру-
шения изоляции (рис. 15). Время до выхода проводов из строя
на партиях I и III отличается в 10 раз, что свидетельствует о воз-
можности существенного увеличения стойкости к одновременному
воздействию горячей воды и электрического напряжения за счет
усовершенствования и стабилизации технологии получения
полимера.
Результаты -исследования проводов, изолированных фторопла-
стом-40111, приведены на рис. 16. Из него следует, что в процессе
воздействия на изоляцию провода воды и электрического напряже-
ния происходит существенное -изменение характера интегральных
кривых распределения пробивных напряжений, что обусловлено
возникновением в изоляции водных триингов.
Рис. 13. Водный триииг в изоляции обмоточного провода из
фторопласта-4МБ.
Рис. 14. Изменение сопротивления изоляции проводов, изолиро-
ванных фторопластом-4МБ, при различных напряжениях (а) и
влияние напряжения на время до начала снижения сопротивле-
ния изоляции (б).
1 — 500В; 2 — 300В; 3 — 200В; 4100В. ___ ~j
Рис. 15. Зависимость со-
противления изоляции про-
водов, изолированных раз-
личными партиями I—III
фторопласта-4МБ, от дли-
тельности испытаний (Д=
=0,25 мм, £/=500 В).
Рис. 16. Изменение сопро-
тивления изоляции (а) и
распределения пробивных
напряжений (б) проводов
с изоляцией из фторопла-
ста-40111 при воздействии
воды (50° С) и напряжения
500 В. (Заштрихованные
области определяют раз-
брос экспериментальных
значений. Цифры у кривых определяют длительность
в часах. N — число пробившихся образцов в процентах
числа).
испытаний
от общего
Результаты определения долговечности проводов в условиях
одновременного воздействия воды при 80° С и напряжения 500 В
для различных изоляционных материалов приведены в табл. 20
(толщина изоляции — 0,5 мм) [29],
Из приведенных данных следует, что стойкость фторопла-
ста-4МБ и фторопласта-40111 в этих условиях практически соизмери-
ма со стойкостью ПЭВП и ПЭНП. Долговечность проводов можно
повысить за счет применения изоляции, состоящей из двух слоев,
между которыми расположен тончайший слой электроизоляционной
жидкости; назначение последней — заполнять образующиеся кана-
лы разрушения и затруднять проникновение в них воды. В резуль-
тате применения, например, полиметплфенилсилоксановой жидкости
ФМ-1332-300 >(сополимера 5) в изоляции, состоящей из двух слоев
фторопласта-4МБ толщиной по 0,25 мм каждый, долговечность про-
водов при испытании увеличилась с 1—1,2 до 5—7 тыс. ч. Хорошей
долговечностью в этих условиях обладает изоляция, применяемая
в проводах ПФФ и состоящая из сырых каландрованных лент и
слоя фторопласта-4МБ (18 тыс. ч до сравнению с 1,5 тыс. ч у мо-
нолитной изоляции из фторопласта-4МБ той же толщины.
Для электродвигателей с нагревостойкостью 155° С и выше все
больше применяют выводные провода с изоляцией из фторполмме-
ров [8J, и в частности из ЭТФЭ. Примером могут служить прово-
да ПТГ с изоляцией из фторопласта-40111, выпускаемые отечествен-
ной промышленностью.
Таблица 20
Материал Время, ч,
до начала сни- жения /?из до снижения /?нз в 100 раз до пробоя изоляции
Фторопласт-4Д (экстру-^ знойный) 15—30 20—40 50—70
Фторопла СТ-4МБ 150—200 200—1000 400—2500
Фторопласт-40111 200—300 1000—6000 10 000 — свыше 16000
ПЭВП 150—250 200—300 800—2000
ПЭНП 3000—7000 12 000—16 000 свыше 16 000
1$. Кабели для геофизических исследований
Проведение различных геофизических исследований,
связанных с -поиском полезных ископаемых и изучением
свойств горных пород, требует проведения работ в сква-
жинах, для чего необходимы специальные -кабели, пере-
дающие информацию от различных датчиков к измери-
тельным приборам и электроэнергию для питания при-
боров.
Обычно скважина заполнена промывочной жидко-
стью, представляющей собой взвесь глины, песка и ча-
стиц породы в воде; в ряде случаев -скважина заполнена
водой, нефтью или газом. Спуск и подъем кабеля осу-
ществляют лебедкой с двигателем через направляющий
ролик, смонтированный на буровой вышке. На конце
кабеля подвешивают прибор для исследований, торпеду
для 1прострелочню-'взрыв'ных работ или груз для натя-
жения. В процессе эксплуатации кабель подвергается
действию значительных механических нагрузок: продав-
ливающих, истирающих, растягивающих, а также много-
кратным смоткам и намоткам при одновременном воз-
действии повышенных гидростатических давлений и
температур.
Глубины скважин в настоящее время достигают
10 км, температура в забое 200—250° С и гидростатиче-
66
ское даВ|Ление 100—150 МПа, что привело к необходи-
мости создания геофизических кабелей высокой нагре-
ве стойкости.
Специфика эксплуатации определяет конструктив-
ные особенности рассматриваемых кабелей. Токопро-
водящие жилы выполняют из медной мягкой проволо-
ки. Для изоляции кабелей применяют ЭТФЭ, ФЭП или
ПТФЭ. Для обеспечения герметичности применяют обо-
лочку из резины, а для защиты от механических воз-
действий — броню в виде оплетки или обмотки сталь-
ными проволоками. Для оболочек применяют1 масло-
бензостойкие механически прочные и нагревостойкие
резины. Перспективным является применение резин на
основе •этиленпропилено1вопо каучука. Для брони при-
меняют стальные оцинкованные проволоки прочностью
2600 МПа, которые накладывают на кабель спиральной
двухслойной обмоткой во взаимно противоположном
направлении. Поверх изолированных жил под броню
накладывают подушку из пропитанной противогнилост-
ным составом оплетки из хлопчатобумажной .пряжи.
Промежутки между жилами многожильных кабелей
также заполняют хлопчатобумажной пряжей.
Отечественная промышленность выпускает кабели по
ГОСТ 6020-77 с изоляцией из фторопласга-40111 марок
КГ1-24-180, КГ1-53-80, КГЗ-67-180, КГ7-68-180, а также
с изоляцией из фторопласта-4МБ и из пленок фторопла-
ста-4 и 4Д в оболочке из резины ЭПШ-50 марок
КГ 1-59-250; КП-66-250; КГЗ-78-250 и КГ 1-59-220.
За рубежом также 1в;ыпускают кабели подобных кон-
струкций. Из наиболее известных изготовителей следу-
ет назвать фирмы «Амерграф электрюмеканикл кэйбл»
и «Пан Гео Атлас Корпорейшн» (США), «Шлюмберже»
(Франция), «Кабельверке Рейхсхафен» (ФРГ) и «Мю-
век» (Венгрия). Для изоляции применяют ФЭП и плен-
ки ПТФЭ. Особенностью кабелей Венгрии является то,
что для герметизации резиновую оболочку накладыва-
ют не поверх изоляции жил, а поверх скрученного сер-
дечника.
Поскольку при спуске кабеля в скважину возраста-
ют как температура, так и гидростатическое давление,
то важнейшим требованием к изоляционному материа-
лу является его способность сохранять в этих условиях
высокое сопротивление изоляции. Значения удельного
объемного сопротивления некоторых материалов, опре-
деленные на изолированных жилах в воде при давле-
5* 67
нии 129 МПа, приведены на рис. 17. С увеличением гид-
ростатического давления удельное объемное сопротив-
ление изоляции фторопластов несколько возрастает.
Специфика эксплуатации рассматриваемых кабелей тре-
бует изучения поведения изоляции при .высоких гидро-
статических давлениях.
Имеющиеся ib литературе данные свидетельствуют
о том, что (при относительно кратковременном прило-
жении гидростатического давления даже до 100,0—
150,0 МПа физико-механические и электрические свой-
ства фторполимеров существенно не изменяются. Одна-
ко впервые проведенные исследования длительного воз-
действия гидростатического давления [30] показали, что
при давлении воды 20,0 МПа при температуре 200° С
может происходить резкое снижение физико-механиче-
ских свойств фторполимеров (рис. 18). При том же дав-
лении, но при температуре 150° С за 3500 ч испытаний
образцы вели себя довольно стабильно: только у фторо-
пласта-40111 прочностные характеристики снизились на
25%.
Микроскопический анализ образцов показал, что
внутри испытуемых пластин появились многочисленные
трещины, что и явилось причиной снижения прочност-
ных характеристик [31]. Отсутствие трещин на наруж-
ных поверхностях пластин позволяет сделать предполо-
жение о возможном диффузионном механизме их обра-
зования. При длительном воздействии гидростатического
давления за счет -диффузии паров воды наступает
равновесие парциального давления по объему образца,
и в центре образца давление становится примерно рав-
ным наружному. При снятии наружного давления для
снижения давления в объеме образца требуется опреде-
ленное время, тем большее, чем дальше от поверхности
68
находится рассматриваемая точка; вблизи же поверх-
ности равновесие давления наступает почти мгновенно.
Образовавшийся перепад давления создает силы,
приводящие к механическому
разрушению внутренней полости
образца. Это явление особенно
критично для фторопластовой
изоляции, используемой при вы-
соких давлении и температуре.
Практическим выводом из ска-
Рис. 18. Изменение предела прочности
с .и относительного удлинения при раз-
рыве у при воздействии бидистиллята
при гидростатическом давлении 20 МПа
и температуре 200° С.
1 и 2 — фторопласт-4М и 4МБ (толщина 1 мм);
3 — фторопласт-40111 (толщина 2 мм); 4 — фто-
ропласт-4 (толщина 70 мкм).
занного является необходимость нормирования скорости
снижения давления, так чтобы юна не превышала опре-
деленного значения, зависящего как ют толщины изоля-
ции, так и от прочности материала при данной темпера-
туре и коэффициенте диффузии.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
СПЕЦИФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРОВОДОВ
И КАБЕЛЕЙ С ИЗОЛЯЦИЕЙ
ИЗ ФТОРОРГАНИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРОВ
14. Стойкость к воздействию повышенных температур:
Методы определения стойкости проводов и кабелей
с фторопластовой изоляцией к воздействию повышен-
ных температур, хотя в принципе не отличаются • от
тех, которые применяются для всех кабельных изделий,
однако имеют некоторые особенности, обусловленные
как спецификой воздействия теплоты на фторполиме-
ры, так и необходимостью проводить испытания при
высоких температурах, достигающих 250—350° С.
Испытания при длительном воздействии повышен-
ной температуры обычно проводятся либо при предель-
ной рабочей (или повышенной) температуре в течение
не менее 1000 ч, либо при воздействии циклов, включа-
ющих также воздействие пониженной температуры,
повышенной влажности и т. п. (испытание на долговеч-
ность). Подобные испытания носят исследовательский
характер и зачастую проводятся при нескольких тем-
пературах (обычно не менее трех) с интервалом 20—
30° С с последующим построением зависимости
lg't(l/7’)> где т — длительность испытания, Т — абсо-
лютная температура испытаний. Наименьшее значение
температуры испытаний близко к длительно допусти-
мой температуре эксплуатации, а наибольшее—к тем-
пературе плавления полимера; поэтому испытательные
температуры для различных кабельных изделий с изо-
ляцией из фторполимеров следует устанавливать в со-
ответствии с табл. 21.
Таблица 21
Температура испытаний, °C,
Материал изоля- ции при длитель- ном воздейст- вии при кратко- временном воздействии при циклах
ПТФЭ ПФА ФЭП ЭТФЭ ПВДФ 200—320 200—300 200—260 135—260 130—170 290 290 250 200—230 145 —60(55) 4-+ 250(270) —60 (55)4-+250(270) —60 (55) 4-+ 200 —60(55)4-+150 (230) —604-+135
В производственных условиях кабельные изделия
испытывают при кратковременном воздей-
ствии повышенной, температуры. Стан-
дартами предусмотрено проводить это испытание в те-
чение 48—120 ч часто при одновременном воздействии
дополнительных механических нагрузок; например мон-
тажные провода при этих испытаниях изгибают вокруг
стержня диаметром 6—10 мм и к концам образцов
прикладывают растягивающую нагрузку. Испытание
производят при температурах, указанных в табл. 21.
При циклическом воздействии крайних
температур (за рубежом — тепловой удар) обычно про-
водят пять (в США —четыре) циклов, включающих
чередующиеся воздействия максимальной и минималь-
ной рабочей температуры. Время переноса из камеры в
камеру ограничивается 2—3 мин. В США при этих ис-
пытаниях положительная температура выдержки иног-
да превышает рабочую. Провода с фторопластовой
изоляцией выдерживают циклические испытания при
температурах, указанных в табл. 21.
Благодаря высокой энергии связи С—F, составляю-
щей 625,3 КДж/моль (130 ккал/моль), что почти в
2 раза выше, чем связи С—С 351 КДж/моль
(73 ккал/моль), полностью фторированные полимеры
обладают высокой устойчивостью к воздействию повы-
шенных температур и практически не старятся, если
температура не превышает максимально допустимую
рабочую температуру. По этой причине они не содер-
жат термостабилизаторов. (Следует заметить, что во-
дородсодержащие фторполимеры подвержены теплово-
му старению). При испытании на устойчивость к крат- '
ковременному воздействию повышенной температуры,
из-за близости испытательной температуры к темпера-
туре плавления, происходят интенсивные изменения
структуры, приводящие в ряде случаев к образованию
трещин в изоляции, а также процессы термодеструк-
ции, снижения эластичности и т. д. Поэтому с по-
мощью последнего испытания удобно контролировать
стабильность материалов и технологии получения ка-
бельной изоляции.
Прочие факторы, воздействующие на провода при
испытании (электрические, механические и другие на-
грузки), а также параметры и критерии проверки за-
висят от типа испытываемого кабельного изделия.
Например, срок службы радиочастотных кабелей с -
фторопластовой изоляцией в оболочке из фторопласта-
4МБ определяют путем воздействия повышенных
температур 200, 225 и 250° С, а кабелей в оболочке из
стеклотканей — 200, 250 и 300° С. В процессе испыта-
ний контролируют изменение основных .параметров
кабелей. Установлено, что такие параметры радиоча-
стотных кабелей с фторопластовой изоляцией как ем-
кость, волновое сопротивление, электрическая проч-
ность и холодоустойчивость при длительном воздей-
ствии указанных температур практически не изменяются,
а изменяется только затухание, возрастая с тече-
нием времени. Зависимость времени достижения пре-
дельно допустимого значения затухания, указывае-
мого в нормативно-техническом документе, от темпера-
туры испытаний подчиняется закону Аррениуса и
представлено на рис. 19. Исследования подтверждают
долговечность радиочастотных кабелей с фторопласто-
вой изоляцией при максимальной рабочей температу-
ре порядка 10 000 ч.
Рис. 19. Зависимости коэффициента затухания а от длительности
старения при различных температурах (а) и долговечности от
температуры (б).
Особенности методов оценки стойкости различных
кабелей и проводов к воздействию повышенной темпе-
ратуры приведены в гл. 3. Рассмотрим некоторые зави-
симости долговечности различных кабельных изделий с
фторопластовой изоляцией от рабочей температуры,
приведенные на рис. 20. Обозначения, принятые на ри-
сунке, приведены в табл. 22.
Рис. 20. Долговечности проводов и кабелей с фторопластовой изо-
ляцией при различных температурах.
Как видно из рисунка, наибольшей стойкостью обла-
дают кабельные изделия с изоляцией на основе ПТФЭ,
однако, если действие теплоты сочетается с продавли-
Таблица 22
эд кривых на рис. 20 Материал изоляции Особенность метода или критерии оценки Литература
1 2 3 4 5 6 7 ПТФЭ+стекло ПТ ФЭ-рстекло ПТФЭ ПТФЭ ПТФЭ+стекло ПТФЭ ПТФЭ Без продавливания С продавливанием Без продавливания С продавливанием С продавливанием Без продавливания С продавливанием 7 7 7 7’ 8 8 81
8 ПТФЭ Испытательное нап- ряжение MIL-W-
9 10 11 12 Керамика+ПТ ФЭ ПТФЭ ФЭП ФЭП Затухание радиочас- тотного кабеля Без продавливания С продавливанием 16878 [26] [8] [8]
13 14 15 16 17 18 ФЭП Фторопласт-40111 Фторопласт-40111 Афлон Коп Тефзел 200 Тефзел 200 Испытательное напря- жение Снижение относитель- ного удлинения до 50% Изгиб провода при —60°С Снижение удлинения в 2 раза То же Растрескивание изоля- ции провода у 20% об- MIL-W- 16878 [341 [34]
19 Тефзел 200 То же, но у 35% об- разцов [34]
вающей нагрузкой, то срок службы сокращается (срав-
ните кривые 6 и 7; 1 и 2; 3 и 4). В последнем случае
заметны преимущества комбинированной стеклофторо-
пластовой изоляции (кривые 1, 5).
Следует подчеркнуть, что приведенные результаты в
значительной степени зависят от метода определения и,
в частности, от выбранных критериев оценки сохране-
ния работоспособности. Кривые 14 и 15 отличаются тем,
что первая получена, когда за критерий принято время
достижения относительного удлинения при разрыве 50%,
а вторая — время до разрушения изоляции при испыта-
нии на холодостойкость (изгиб при —60° С). Кри-
вые 17—19 получены при старении ЭТФЭ марки теф-
зел-200, но по различным методам. Для построения
кривой 17 взяты результаты определения изменения фи-
зико-механических свойств материала при старении при
135, 150, 165 и 180° С, приведенные на рис. 21. Кри-
Рис. 21. Изменение предела прочности <Т и относительного удли-
нения у тефзела 200 при старении (начальные значения 53,0 МПа
и 275%).
вые 18 и 19 построены по результатам старения при
тех же температурах монтажных проводов сечением
0,5 мм2 с изоляцией толщиной 0,25 мм (периодически
образцы подвергались изгибам с последующим контро-
лем целостности изоляции).
Как уже отмечалось, особой стойкостью к воздей-
ствию теплоты обладают перфторированные полимеры.
Так, ПФА при 230° С за 5 тыс. ч не изменил своих фи-
зико-механических свойств, а при 285J С, несмотря на
уменьшение ПТР, предел прочности при растяжении и
относительное удлинение при разрыве даже возросли:
Длительность ПТР, Предел проч- Относительное
стар ения,ч г/10 мин ности, МПа удлинение, %
0 9,5 26,7 290
500 3,5 —1
-2000 1,5 28,1 350
5000 — 29,5 360
7500 0,9 • —
Хотя представленные на рис. 20 данные получены
различными авторами и по различным методикам, для
одинаковых материалов наклон кривых достаточно ста-
билен, а энергия активации равна 146—188 кДж/моль
при температурах выше длительно допустимых и
74
62—104 кДж/моль при меньших температурах. Эти зна-
чения можно использовать для предварительной ориен-
тировочной оценки срока службы кабельных изделий.
15. Стойкость к электрическим воздействиям
Свойства проводов и кабелей, определяемые устой-
чивостью к воздействию электрического напряжения и
диэлектрическими характеристиками (ег и tg6). были
рассмотрены в гл. 2. Поэтому здесь рассмотрим лишь
свойства, связанные с нагрузочной способностью прово-
дов и кабелей с фторопластовой изоляцией.
Как известно, при прохождении электрического то-
ка по проводнику в нем выделяется теплота, разогрева-
ющая токопроводящую жилу и материал изоляции. При
увеличении тока, за счет повышения температуры жилы
может произойти плавление или деструкция изоляции.
Температура жилы, которая приводит к необратимым
изменениям свойств изоляции, называется критической
Ткр. Ток, при котором достигается критическая темпера-
тура жилы, принимается за предельно допустимую то-
ковую нагрузку.
Допустимые токовые нагрузки в условиях эксплуата-
ции проводов зависят от сечения токопроводящей жи-
лы, условий охлаждения и значения'Ткр для выбранно-
го материала изоляции.
В общем случае допустимое значение тока опреде-
ляется из следующего соотношения:
I2R (Sna+So кр) =AT,
где ДТ=7'кр—Токр; Ткр — допустимая температура нагре-
ва изоляции, °C; Токр— температура окружающего воз-
духа. °C; 7? — сопротивление провода, Ом/см; 5ИЗ — тер-
мическое сопротивление цилиндрического слоя изоляции,
° С-см/Вт; S0Kp — термическое сопротивление окружаю-
щей среды.
Логарифмируя это уравнение, получим линейную за-
висимость 1g/ (А?'), и далее, задавшись толщиной изо-
ляции и термическими сопротивлениями, получим зави-
симости для разных сечений, представленные на рис. 22,
по которому ориентировочно могут быть определены то-
ковые нагрузки.
Для случая, когда температура окружающей среды
составляет, например, 50° С, провод сечением 0,5 мм2 с
изоляцией из ПТФЭ, допускает ток около 20 А (Т,ф=
= 250°С), в то время как провод с изоляцией из ПХВ
(Ткр=70° С) — только около 6 А. Для пропускания тока
20 А потребовался бы в случае изоляции из ПВХ про-
вод. сечением порядка 2,5 мм2, т. е. в 5 раз выше. Это
еще раз подтверждает преимущества применения нагре-
востойкой изоляции даже при относительно невысокой
окружающей температуре.
Рис. 22. Значения тока вызываю-
щего перегрев жил различных се-
чений на ДТ (толщина изоляции
0,25 мм; -коэффициент рассеяния
с -поверхности 0,9; теплопровод-
ность 1,45 МВт/см-°С).
Поскольку у проводов, работающих в разреженной
атмосфере, теплоотвод от наружной поверхности затруд-
нен, необходимо соответственно снижать допустимую
токовую нагрузку по сравнению с указанной на рис. 22:
Давление
2,6 кПа
1,3-Ю-4 Па
Степень
снижения
нагрузки
1,3 раза
2—2,3 раза
Приведенные значения допустимых токов справедли-
вы для'случая идеальной прокладки одиночного прово-
да, т. е. горизонтально, в условиях свободной конвек-
ции окружающего воздуха, на расстоянии не менее 50 мм
от стенки блока. Если провод проложен не горизонталь-
но, а под углом 30—90э к горизонту, то допустимый ток
следует уменьшить в 1,3—2 раза [11]. При прокладке
проводов (одинакового сечения) в жгуте допустимый
ток наиболее нагретого провода должен быть уменьшен
в К раз в зависимости от числа жил:
Число жил 1 2 3 5 10 20 50 100
К.................. 1 1.25 1,43 1.75 2.2 2.86 4 5
Если же провода проложены по стенке блока или
вблизи ее, то за окружающую температуру должна
быть принята температура стенки.
На практике предельно допустимые токовые нагруз-
ки обычно применяют редко, так как, во-первых, резко
возрастает температура поверхности провода, что в ряде
случаев затрудняет эксплуатацию аппаратуры, а во-
вторых, увеличение плотности тока и нагрев жилы при-
Рис. 23. Зависимость опти-
мальной плотности тока J от
массы q генератора на единицу
мощности при различном числе
параллельных проводов (указа-
но цифрой около кривых).
водят к увеличению падения напряжения вдоль прово-
да, рассчитываемого по формуле
A(/=pJZ,
где р — удельное сопротивление проводника; J — плот-
ность тока; I — длина провода.
В рассмотренном выше примере, когда по жиле се-
чением 0,5 мм проходит ток 20 А, падение напряжения
на отрезке провода длиной 20 м превысит 12 В, что в
ряде случаев, например в бортой сети, недопустимо.
В случаях, когда важна экономия массы, следует
учитывать, что применение токовых нагрузок, близких
к предельно допустимым, увеличивает потери мощно-
сти в проводах, что требует соответствующего возраста-
ния мощности генератора, т. е. увеличения его массы.
Оптимальная, плотность тока, при которой суммарная
масса генератора и проводов минимальна, приведена
на рис. 23 [11]. Из рисунка следует, что в рассматрива-
емом случае только тогда следует применять большую
плотность тока (т. е. полностью использовать нагрево-
стойкость фторопластов), когда применяют генераторы
с высокой удельной мощностью. Кроме того, для сни-
жения массы выгоднее применять несколько параллель-
ных проводов, чем один провод большого сечения.
16. Стойкость к механическим воздействия
Стойкость изоляции к продавливанию определяется
в первую очередь твердостью материала. Данные, при-
веденные в табл. 2, показывают, что твердость ЭТФЭ,
ЭТФХЭ и ПВДФ достаточно высока и существенно пре-
восходит ПТФЭ и ФЭП. Однако по твердости нельзя
судить о значении деформации изоляции при данной на-
грузке. Исследования влияния напряжения и длитель-
ности приложения нагрузки, проведенные на широком
круге различных полимерных материалов [32], показали
отличную способность ряда фторполимеров противо-
стоять продавливающим нагрузкам. Зависимость дефор-
мации h от, продавливающего напряжения о при 20° С
показана на рис. 24. Прямые участки этих зависимостей
Р и с. 24. Зависимость дефор-
мации от продавливающего на-
пряжения.
I—ПХТФЭ; 2-ЭТФЭ; 3 — ЭТФХЭ;
4 — ПЭВП; 5 —ПТФЭ; 6 — 11ЭНП.
описываются уравнением
о=Лйв,
где А и В — эмпирические коэффициенты, зависящие от
свойств материала:
Коэффициент (для 20 °C) пэнп ПЭВП ПХТФЭ ЭТФЭ ЭТФХЭ
А 16.7 87,0 130,5 124.0 82.0
В 0.37 0.7 0,387 0.714 0,625
По приведенной формуле может быть рассчитана де-
формация при воздействии продавливающих нагрузок.
Значение о рассчитывают в зависимости от схемы воз-
действия продавливающей нагрузки; например, когда
провод изогнут вокруг стержня диаметром D и к жиле
приложена растягивающая нагрузка F,
4Г
°-- ndm(r>+26) ’
где d — диаметр жилы, мм; б — толщина изоляции, мм;
tn — коэффициент, учитывающий конструкцию жилы и
равный 1 (при однопроволочной жиле), 1,24 (при семи-
проволочной) и 2,1 (при девятнадцатипроволочной).
Результаты расчетов приведены на рис. 25.
Рис. 25. Номограммы для расчета деформации при продавлива-
иии (цифры у кривых — значения dm).
а — ПХТФЭ;- б — ЭТФЭ; в — ЭТ ФХЭ.
Рассмотренную схему приложения нагрузки широко
используют для оценки стойкости к продавливанию.
Результаты испытаний близких по размерам прово-
дов с разной изоляцией (сечение 0,12 мм2) показывают,
что стойкость к продавливанию определяется в первую
очередь твердостью изоляционного материала:
Тип провода Изоляционный материал Усилие продавли- вания, Н
МС46-13 ПТФЭ 30
МС16-14 - ФЭП 42
MC14-1J ПВДФ 83
За рубежом оценку стойкости монтажных проводов
к продавливающим нагрузкам производят по другим
схемам. По первой схеме (crush resistence) провод сдав-
ливают между двумя параллельными стальными пла-
стинами шириной 50 мм, которые сжимают со скоростью
5 мм/мин и определяют нагрузку, при которой происхо-
дит электрический контакт между жилой и пластиной.
По второй схеме (cut through) на изоляцию провода
воздействуют клином с определенным радиусом острия
(по методу UL радиус острия 1,6 мм) и либо, вдавли-
вая клин с заданной скоростью (по UL обычно
5 мм/мин), определяют усилие, при котором происходит
Таблица 23
Диаметр жи- лы, мм Толщина изо- ляции, мм Материал Температура, °C Усилие продав- ливания, Н
2,25 0,5 ЭТФЭ 23 1500—1700
2,25 0,5 ЭТФЭ 75 600—650
2,25 0,5 ЭТФЭ 90 350—400
1,0 0,25 ЭТФЭ 23 160—180
0,40 0,127 ЭТФЭ 23 20
2,25 0,5 ФЭП 23 600—650
2,25 0,5 ФЭП 75 300—330
1,0 0,25 ПФА 23 45
1,0 0,25 ПФА 150 18
электрический контакт с жилой (динамический метод),
либо при заданной нагрузке определяют время до про-
давливания — статический метод. В ряде стандартов
для этого испытания применя-
ют клин с радиусов острия
до 0,125 мм. Некоторые ре-
зультаты динамических испы-
таний проводов с изоляцией
ЭТФЭ приведены в табл. 23
и на рис. 26.
Рис. 26. Зависимость сопротивле-
ния к продавливанию Д' от темпе-
ратуры при динамических испытаниях.
/—ПТФЭ; 2—ФЭП; 3—ЭТФЭ;
4— ПВДФ,
Представленные данные показывают, что такие фтор-
полимеры как ЭТФЭ, ЭТФХЭ и ПВДФ позволяют по-
лучить очень высокую стойкость изоляции к действию
продавливающих нагрузок. Однако стойкость к продав-
ливанию резко снижается с увеличением температуры,
например у проводов ФН она при 135° С в 5—6 раз ни-
же, чем при 23° С. Увеличение стойкости к продавлива-
ющим нагрузкам, особенно при предельных температу-
рах, можно получить, сшивая изоляцию проводов за счет
облучения частицами высокой энергии. На рис. 27 при-
Р и с. 27. Изменение относитель-
ной толщинц изоляции в процес-
се нагрева при воздействии про-
давливающей нагрузки.
Л — ПЭНП; Б — фторо гтласт-2М; В —
фторопласт-40 (цифры на кривых — со-
держание гель-фракции, %).
ведены результаты испытаний на продавливание путем
измерения изменения относительной толщины образца Д
при подъеме температуры со скоростью 1° С/мин.
Видно, что если необлученный материал полностью
теряет способность сопротивляться механическим на-
грузкам вблизи температуры плавления, то у облучен-
ного материала деформация имеет конечное значение.
Способность радиационно-модифицированной фторопла-
стовой изоляции противостоять механическим воздей-
ствиям даже при температуре, превышающей темпера-
ратуру плавления, существенно повышает её надеж-
ность за счет меньшей вероятности повреждения при
случайных перегревах, например при соприкосновении
с горячим паяльником, при коротких замыканиях и т. п.
Внутренние напряжения в полимерной изоляции
проводов приводят при нагреве провода к стремлению
изоляции сократить свои линейные размеры, что прояв-
ляется в смещении изоляции на концах провода, т. е. в
усадке. Из-за усадки изоляции жила на концах прово-
дов оголяется, что может привести к короткому замыка-
нию. Поэтому в технической документации на монтаж-
ные провода нормируется предельно допустимое значе-
ние усадки.
Существуют два метода определения усадки: в усло-
виях, имитирующих пайку (путем определения смеще-
ния изоляции в результате окунания конца жилы на 5 с
в расплавленный припой с температурой 320°С), и в
6—8415 81
условиях, имитирующих длительное воздействие пре-
дельных температур (путем выдержки образцов про-
вода в течение 6—120 ч при температуре, превышающей
рабочую на 30—70° С). Обычно в технической докумен-
тации допустимое значение усадки не превышает 1,6—
3,3 мм. Результаты экспериментов показывают, что фак-
тически усадка обычно не превышает 0,7—1,5 мм. Как
показано в гл. 4, если провода с фторопластовой изоля-
цией подвергнуть радиационному модифицированию, то
усадку можно еще больше сократить.
Гибкость, характеризуемая усилием, необходимым
для изгиба провода, в значительной степени определяет-
ся модулем упругости материала изоляции. Для оцен-
ки гибкости проведем расчет, используя метод, приве-
денный в [7]:
г __ Гж-Гкз
рр~Лк4-Гиз ’
где Гпр — гибкость провода; Гж — гибкость жилы (без
изоляции); ГИз — гибкость изоляции, рассчитываемая по
формуле
Г _---------1______
из ' 0.05 (£>4—d4) £из ’
где D и d — соответственно диаметр по изоляции и диа-
метр жилы; Гиз — модуль упругости материала изо-
ляции.
Расчет проведем для трех значений Екз: 1500 МПа
(ПВДФ, ЭТФХЭ), 700 МПа (ПТФЭ, ФЭП и ПФА) и
20 МПа (ПВХ) для сечений 0,20 и 1,5 мм2 (табл. 24).
Значения Гж возьмем из эксперимента [7]. Принимаем
для сечения 0,2 мм2 толщину изоляции, равную 0,2 мм,
а для сечения 1,5 мм2 — 0,3 мм.
Из приведенных данных следует, что при больших
значениях модуля упругости материала изоляции увели-
чение числа проволок в жиле не приводит к сущест-
венному возрастанию гибкости, особенно у проводов
,малых сечений. Поэтому для проводов с жесткой изоля-
цией, какими являются фторопласты, 'Следует применять
7-проволо'Чные жилы до. сечения 0,5—0,75 мм2 и только
для больших сечений — 19-,проволочные жилы.
Поскольку в процессе монтажа и эксплуатации не
исключена возможность механического повреждения
изоляции, ряд зарубежных стандартов предусматривает
испытание на стойкость к надрезу (notch sensitive). При
82
Гибкость (Па”1-см1) при числе
Сечение, мм2 ВЩ, МПа Ио проволок в жиле
1 7 19
0,20 Без изоляции 144 2200 8900
20 143 1840 5000
700 100 287 312
1500 74 143 150
1.5 Без 3,5 8 54
изоляции
20 3,4 7,8 49
700 2,9 5,4 13
1500 2,4 4 7
этом изоляцию надрезают лезвием на глубину 50—60%
от толщины изоляции в плоскости, перпендикулярной
оси провода, затем провод изгибают по месту надреза
на 90—360° вокруг цилиндра диаметром 3—10 мм с-по-
следующей проверкой в воде испытательным напряже-
нием. Имеющиеся данные .показывают, что фторопласто-
вая изоляция обычно хорошо противостоит надрезу.
17. Химостойкость
Кабельные изделия с изоляцией из фторполимеров
зачастую используют в условиях воздействия химически
агрессивных сред: масел, топлива, кислот, щелочей и
т. д. Химостойкость проводов определяется свойствами
полимерного материала, примененного для оболочки и
изоляции. Фторполимеры являются уникальными по сво-
ей химостойкости.
На ПТФЭ совершенно не действуют кислоты, щело-
чи, окислители и растворители. Отмечено воздействие
лишь расплавов щелочных металлов [1]. Поэтому про-
вода из ПТФЭ могут длительно работать в кислотах и
щелочах в качестве нагревательных элементов, термо-
парных проводов; например, экспериментально показа-
но, что изоляция из пленок фторопласта-4Д выдержива-
ет воздействие раствора 40%-ной серной кислоты при
100° С в течение 10 000 ч. Изменение характеристик
проводов и кабелей при воздействии серной кислоты не
обнаружено. Так же химически инертен и ФЭП. ЭТФЭ
стоек к действию агрессивных кислот, щелочей и окисли-
телей, однако набухает в ряде сред, представленных ни-
же в табл. 25.
Таблица 25
Среда Степень набухания за 7 сут, % Физико-механические пока- затели через 2 мес
Предел проч- ности при растяжении, МПа Относитель- ное удлине- ние при разрыве, %
Азотная кислота, 98% 1,64 28,4 160
Царская водка (смесь 0,27 36,5 270
азотной и соляной кислот)
Едкий натр, 45% 0,008 37,5 165
Ацетон 1,75 24,1 130
ПВДФ по химостойкости уступает ПТФЭ, но выдер-
живает воздействие 98 %-ной азотной, 55%-ных серной,
плавиковой кислот, а также щелочей, однако раство-
ряется при нагревании при температуре 35—50° С в ди-
метр лформ амиде, диметилсульфоксиде, ацетоне. В ке-
тонах, а также в сложных эфирах он набухает значи-
тельно.
Отличной химостойкостью обладает также ЭТФХЭ,
он инертен к воздействию кислот, щелочей и сильных
окислителей, не набухает и не растрескивается при воз-
действии всех известных растворителей при температуре
до 125° С. Изоляция из ЭТФХЭ по требованиям ряда
спецификаций на монтажные провода стойка к. воздей-
ствию ракетного, авиационного топлива и других актив-
ных растворителей и жидкостей, применяемых в авиа-
ционной промышленности. ,
Оценка стойкости к водяному пару производится по
стандарту PS 34-70, метод В циклами: 2 ч 45 мин в сре-
де пара при давлении 9,5-105 Па и 15 мин в воде при
25° С. Всего проводят 100 циклов. Большинство фтор-
полимеров обладает высокой стойкостью к этому испы-
танию.
Высокая водо- и зимостойкость в значительной сте-
пени обусловлена низкой смачиваемостью фторполиме-
84
ров, что подтверждается значительным краевым углом
смачивания (по сравнению с ПЭ и ПВХ):
Вода Йодистый метил Гексадекан
ПТФЭ 100 80 38
ФЭП ПО — 46
ЭТФЭ 96 67 28
ПВДФ 82 63 —
ПЭ 89 48 —
ПВХ 87 36 —
Таким образом, химостойкость различных проводов
с изоляцией из фторполимеров возрастает в ряду
ПВДФ<ЭТФХЭ<ЭТФЭ<ФЭП<ПТФЭ.
Как правило, в частных технических условиях на
провода с изоляцией из фторполимеров из-за высокой
химостойкости изоляции требования и методы испыта-
ния отсутствуют. Однако в случае применения проводов
для специальных целей проводят испытания по оценке
стойкости проводов к этим средам, учитывая, что в ряде
случаев химостойкость зависит от способа нанесения
изоляции. Если провода или кабели изолированы плен-
кой ПТФЭ без (последующей термообработки, то надеж-
ной защиты от воздействия агрессивных жидкостей пле-
ночная изоляция не обеспечивает. В случае воздействия
химически активных сред рекомендуется применять ка-
бельные изделия с 'монолитной изоляцией или в оболоч-
ке, полученной методом экструзии. Провода и кабели с
изоляцией или в оболочке из сырой каландрованной
.ленты ПТФЭ, с последующей термообработкой, также
стойки к воздействию агрессивных сред. Необходимо от-
метить, что' механические воздействия, радиоактивное
облучение, высокая температура и т. 'д. могут снижать
химостойкость изоляции из фтор полимеров.
Оценку химостойкости проводов и кабелей обычно
проводят путем их выдержки .заданное время в агрес-
сивной среде с последующей проверкой параметров кри-
териев годности; например, спецификация США
MIL-W-22759 предусматривает, оценку кислотостойкое™
в азотной дымящей кислоте (плотность 1,52) при комнат-
ной температуре в течение 8 ч. После выдержки в кис-
лоте провод подвергается водным испытаниям напряже-
нием 2,5 кВ в течение 5 мин.
Авиационные провода испытывают на воздействие
смазочных масел для газотурбинных двигателей, авиа-
ционных гидравлических жидкостей, изопропилового
спирта и топлива для реактивных двигателей. Радиус
изгиба провода при испытании на воздействие сред ра-
вен 14-кратному диаметру провода. После выдержки в
течение 20 ч в указанных средах провод испытывают
напряжением аналогично', как и при оценке кислюто-
СТОЙКОСТИ.
18. Радиационная стойкость
В связи с интенсивным развитием атомной энергети-
ки и космической техники вопрос о поведении и работо-
способности кабельных изделий в условиях радиоактив-
ного излучения стал достаточно актуальным, поскольку
изменение механической прочности, гибкости, электри-
ческих параметров проводов и кабелей при воздействии
ионизирующих излучений оказывает влияние на их ра-
ботоспособность. Радиоактивное воздействие может
происходить в сочетании с рядом других факторов: вы-
сокой температуры, разрежения, воздействия кислорода
воздуха, активных газов, что в ряде случаев может вы-
зывать более интенсивные изменения свойств.
Как отмечалось в гл. 1, полностью фторированные
полимеры при воздействии радиоактивных излучений в
основном подвержены деструкции, что приводит к сни-
жению физике-механических свойств. Наоборот, водо-
родсодержащие фторполимеры в этих условиях преиму-
щественно сшиваются. Интересно отметить, что пол-
ностью фторированные сополимеры, такие как ФЭП и
ПФА, обладают более высо-
кой стойкостью к излуче-
нию, чем гомополимер
ПТФЭ. По стойкости к ра-
диоактивным излучениям
фторполимеры можно клас-
сифицировать так: стойкие:
ЭТФЭ, ЭТФХЭ, ПВДФ; от-
носительно стойкие: ФЭП,
ПФА; нестойкие: ПТФЭ.
Рис. 28. Зависимость относи-
тельного удлинения при разрыве
у и предела прочности при рас-
тяжении о от дозы облучения
(Со60).
. / — фторопласт-2М; 2 форафлон, 3 —
фторопласт-40111; 4 — афлон Коп; 5
тефзел; 6 — халар.
Влияние поглощенной дозы излучения па физико-
механические свойства ряда фторполимеров показано на
рис. 28. Необходимо отметить, что эти данные можно
использовать только как ориентировочные, поскольку на
степень изменения свойств’ некоторое влияние оказыва-
ют как изменения в технологии полимеризации, так и
изменение условий облучения.
Облучение не оказывает заметного влияния на эк-
сплуатационные параметры фторопластов, если не из-
меняются физико-механические свойства. Фактически
не изменяется и нагревостойкость материала.
При интегральной дозе 102 Дж/кг наблюдается
ухудшение механических свойств ПТФЭ. Стойкость по-
лимера к воздействию излучения в вакууме значитель-
но выше, чем в воздухе или в среде кислорода. В отсут-
ствие кислорода фторопласт-4 можно использовать и
после облучения дозой 105 Дж/кг.
На рис. 29 представлена зависимость сопротивления
изоляции монтажного провода с изоляцией из ПТФЭ
от мощности поглощенной дозы.
Мощность дозы 10 Гр/с приводит к заметному сни-
жению сопротивления изоляции, однако после прекра-
щения радиоактивного воздействия уровень сопротивле-
ния изоляции достигает исходного значения. Изменение
сопротивления изоляции является следствием изменения
наведенной проводимости. На скорость восстановления
исходного .значения проводимости существенное значе-
ние оказывает температура окружающей среды.
ФЭП и ПФА под действием .ионизирующего' излуче-
ния также преимущественно
деструктируют: при дозах
излучения более 104 Дж/кг
происходит резкое ухудшение
физико-механических свойств.
Однако если облучение ФЭП
проводить при температурах
более 80° С, то преобладаю-
щим процессом становится
структурирование полимера.
Дальнейшее повышение тем-
пературы до точки плавления
ведет к увеличению скорости
структурирования. При темпе-
ратурах более 300° С начи-
нается деструкция полимера.
Рис. 29. Зависимость со-
противления изоляции мон-
тажного провода с изоля-
цией из ПТФЭ от мощно-
сти поглощённой дозы.
Провода и кабели с изоляцией из ЭТФЭ обладают
исключительной радиационной стойкостью, поэтому она
с успехом применяется для изоляции кабельных изде-
лий, работающих в условиях атомных электростанций.
Провода, изолированные ЭТФЭ (толщина изоляции
0,375 мм, сечение 3,0 мм2), скручивали в кабель 7Х
ХЗ,0 мм2, защитный покров кабеля состоял из оплетки
волокном номекс и оболочки из тефзела толщиной
0,5 мм. Кабель служил моделью для испытаний, имити-
рующих работу в жестких условиях, и показал удов-
летворительные результаты при облучении до 2 МДж/кг
применением гамма-излучения Со60 интенсивностью
0,01 МДж/кг-ч при максимальной температуре окружа-
ющей среды 40° С. ЭТФЭ является примером материа-
ла, радиационная стойкость которого в значительной
степени зависит от метода получения. Так, стойкость
фторопласта-40111 выше, чем у тефзела (США), а у по-
следнего выше, чем у афлона Коп (Япония).
Как отмечалось, высокой радиационной стойкостью
отличается ЭТФХЭ. Интересной особенностью его яв-
ляется существенное улучшение механических свойств
при повышенной температуре с ростом дозы облучения;
например, в результате облучения халара до дозы
0,5 МДж/кг предел прочности при 200° С возрастает с
1,7 до 4,2 МПа, а относительное удлинение при разрыве
с 24 до 350%. Халар сохраняет 50% прочности даже
при дозе 5 МДж/кг. Высокая радиационная стойкость
позволяет использовать кабели и провода с изоляцией
из халара для нужд атомной энергетики.
При облучений дозой 1,00 МДж/кг ПВДФ сохраня-
ет 80% своей первоначальной механической прочности,
в то время как ПТФЭ теряет 44% механической
прочности при дозе облучения 0,02 МДж/кг.
Рассмотрение поведения фторполимеров в условиях
радиоактивного воздействия позволяет оценить допусти-
мую максимальную поглощенную дозу кабелей с изо-
ляцией из различных фторполимеров, МДж/кг:
ПТФЭ . . .
ПФА ... .
ФЭП . . .
ПВДФ . . .
ЭХТФЭ . . .
ЭТФЭ . . .
0.0001—0.001
0.01—0.1
0.05—0.2
0,2—1,5
0,2—2.0
0.2—10.0
19. Негорючесть
Провода и кабели с изоляцией из фторполимеров
широко применяют в условиях, где не исключена воз-
можность в результате возникновения аварийной си-
туации или пожара, воздействия на них открытого пла-
мени. При воздействии открытого пламени полимерные
покрытия кабелей могут воспламеняться и гореть, обра-
зовывать дым и выделять токсичные газообразные про-
дукты горения.
Очевидно, в связи со сложностью однозначной оцен-
ки поведения изделий и материалов в пламени до на-
стоящего времени не создано единого метода, характе-
ризующего все аспекты пламястойкости. Поэтому при-
ходится проводить испытания как проводов и кабелей,
так и полимерных материалов, входящих в их состав,
по различным методам, которые характеризуют лишь
отдельные частные моменты поведения кабеля при воз-
действии пламени, и по совокупности полученных дан-
ных делать вывод о пламястойкости.
Способность материала загораться прежде всего ха-
рактеризуют кислородным индексом, т. е. минимальным
количеством кислорода, %, в атмосфере, состоящей из
смеси кислорода и азота, в которой материал способен
гореть. Определение кислородного индекса предусмотре-
но ГОСТ 21793-76 и ASTM D2863-76; ниже приведены
значения для различных фторполимеров в сравнении с
полиэтиленом (ПЭ):
ПТФЭ.........................95—96
ФЭП, ПФА.....................95
ЭТФХЭ........................60—64
ПВДФ.........................43—44
ЭТФЭ...........................30—31
ПЭ...........................18.4
Из приведенных данных следует, что в нормальной
атмосфере, содержащей. 21 % кислорода, все фторполи-
меры не поддерживают горения и существенно превосхо-
дят по этому показателю полиэтилен. Однако при воз-
действии открытого пламени полимеры и в том числе
фторопласты горят с выделением теплоты. Чем больше
теплоты выделяется при горении, тем сложнее тушить
пожар и интенсивнее распространение пламени. Тепло-
та сгорания фторполимеров существенно ниже, чем
других полимеров, применяемых в кабельной технике:
Материал
Теплота сгорания,
МДж/кг
ПТФЭ....................................... 5,0
ФЭП........................................ 5,0—7,5
ПФА.............................................. 5,5
ЭТФЭ....................................... 13,7—15,4
ПВДФ ......................................... 15—18,3
ЭТФХЭ............................................ 17,5
Кремнийорганические резины....................... 25,5
ПЭ............................................... 46,6
Непосредственно пламястойкость полимеров оцени-
вают на образцах материала в виде полосок по дли-
тельности горения образца до затухания после его уда-
ления из пламени и по длине сгоревшей части. Фтор-
полимеры по результатам этих испытаний отвечают
самым жестким нормам. Так, по широко распространен-
ному стандарту США UL-94 большинство фторполи-
меров относят к самому пламястойкому классу VE-0
(длительность горения вертикально расположенного
образца до 10 с), кроме ПВДФ, относящегося к классу
VE-1 (длительность горения до 30 с). При испытании
ЭТФЭ по ASTM D-635 время горения не превышает 5 с,
а обгоревшая длина — 10 мм. Фторполимеры также вы-
держивают испытания по UL-83.
Если при горении полимер плавится, то падение
горящих капель способствует распространению пожара;
горение ряда полимеров сопровождается интенсивным
разбрызгиванием горящих капель. С этой точки зрения
фторполимеры также имеют преимущества: они не раз-
брызгивают горящих капель, а изоляция из ПТФЭ.
ЭТФХЭ и ПВДФ, находясь в пламени, вообще не пла-
вится, а лишь обугливается.
Следующим важным аспектом оценки поведения
любого изделия в пламени является количество и ток-
сичность выделяющегося дыма. Это особенно важно для
изоляции проводов и кабелей, так как даже если они не
распространяют огня, но выделяют большое количество
токсичного дыма, то их использование в самолетах, ко-
раблях, жилых и общественных зданиях, гостиницах
и т. п. становится небезопасным. Количество выделяю-
щегося дыма определяют при горении (или тлении)
образца в специальной камере по изменению оптической
плотности. Результаты определения плотности дыма, вы-
90
деляющегося при горении образцов фторполимеров, по
ASTM D-2843 приведены на рис. 30.
Более полную информацию дает испытание по мето-
ду NBS (национальное бюро стандартов) США, по ко-
торому количество дыма определяют в условных еди-
ницах подсчетом изменения оптической плотности, от-
несенной к единице поверхности образца.
Материал
Плотность дыма по NBS (в условных единицах)
При горении
Резины
ПВХ
ПЭ
ЭТФЭ (тефзел)
ПТФЭ, ФЭП, ПФА
При тлении
испыта-
длительность
400—620
560
360
450—800
220
125
Рис. 30. Результаты
ний по ASTMIA2843 на выде-
ление дыма.
V—плотность дыма;
горения.
1 — ЭТФЭ; 2 — ПВДФ; 3 — ФЭП;
4 — ЭТФХЭ.
При эксплуатации проводов и кабелей с фторопла-
стовой изоляцией следует учитывать, что хотя количе-
ство выделяющегося дыма сравнительно невелико, при
горении, т. е. при температуре выше 500° С, выделяют-
ся токсичные продукты, представляющие собой молеку-
лярные фрагменты цепи, димеры, а также продукты их
окисления и взаимодействия; окисление фрагментов це-
пи приводит к образованию фтористого карбонила
(фторфосгена), который, гидролизуясь в присутствии
влаги, образует фтористый водород и двуокись углеро-
да. Наиболее токсичными веществами являются пер-
фторизобутилен, фтористый водород и фтористый кар-
бонил. При использовании проводов и кабелей с фторо-
пластовой изоляцией принимают меры по исключению
возможности поражающего воздействия токсичных про-
дуктов горения на человека.
По воздействию открытого пламени кабельные из-
делия с изоляцией из фторполимеров относятся к груп-
пе негорючих; хотя в пламени они разрушаются, но
после удаления пламени горение прекращается. Методы
оценки негорючести (нераспространения горения) про-
водов и кабелей с фторопластовой изоляцией отличают-
ся как по виду образца, по его креплению в зоне пламе-
ни, по источнику пламени и т. п., так и по парамет-
рам — критериям оценки. При испытании монтажных и
авиационных проводов обычно применяют образцы дли-
ной около 300 мм и горелку Бунзена. Образцы крепят
в специальном шкафу вертикально, горизонтально или
под углом 45 или 60°. Диаметр сопла горелки должен
быть обычно 9—10 мм, высота пламени около 100 мм,
причем внутренняя синеватая часть пламени должна
быть около 50 мм. Образец выдерживают в пламени
15—120 с.
Провода считают выдержавшими испытание, если
после воздействия пламени горение образца самостоя-
тельно прекращается через 30—60 с, а длина обгорев-
шего участка не будет превышать заданное значение,
обычно около 50—100 мм, Иногда добавляют требова-
ние по отсутствию (или ограничению) разбрызгивания
горящих капель.
Особо жесткие требования по стойкости к воздей-
ствию пламени предъявляются к кабелям для АЭС.
Стандарт на эти кабели IEEE st383-1974 требует, чтобы
высокотемпературное газовое пламя в течение 20 мин
прикладывалось к нижнему концу близко расположен-
ных друг к другу многожильных кабелей, смонтирован-
ных в вертикальной шахте высотой 2,4 м. При этом изо-
ляция из ЭТФЭ разрушается только непосредственно в
пламени на длине не более 40—50 см.
Приведенные данные свидетельствуют о высокой пла-
мястойкости проводов и кабелей с фторопластовой изо-
ляцией.
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОВОДОВ И КАБЕЛЕЙ
Разнообразие видов фторполимеров, применяемых в
кабельной технике, и обширная номенклатура кабель-
ных изделий предопределяют применение различных
способов переработки. Схематически применяемые спо-
собы переработки представлены в табл. 26.
Марка материала Вид материала Изготовляемый элемент кабельного изделия Основные технологи- ческие этапы
ПТФЭ Строганые ленты Сырые ка- ландров эн- ные ленты Изоляция; оболочка Изоляция; оболочка; Изоляция плоских кабелей Обмотка, термообра- ботка Обмотка, запечка Сварка, запечка
Порошок Суспензия Изоляция, кор де ль Изоляция; электро- проводящий и ок- рашивающий слой поверх изоляции; пропитанная стек- лооплетка, пропи- танная стеклопря- жа и стеклолента Приготовление пас- ты, экструзия, за- печка Окунание, сушка, за- печка
ТФП Гранулы Пленки Суспензия для изоляции и оболочки Изоляция, оболочка Изоляция плоских ка- белей Изоляция, электро- проводящий и ок- рашивающий слой Экструзия Сварка Окунание, сушка, сплавление
20. Изготовление проводов
с изоляцией из порошка ПТФЭ
В отличие от термопластов ПТФЭ обладает специфи-
ческими свойствами, что требует специальных методов
переработки. ПТФЭ выше температуры плавления не
переходит в вязкотекучее состояние, поэтому не может
перерабатываться на экструдерах, обычно применяемых
для переработки термопластов. Технология изготовле-
ния проводов и кабелей методом экструзии основана
на свойстве ПТФЭ в присутствии органических жидко-
стей под воздействием внешних усилий образовывать
волокна из частиц-глобул порошка [33].
Нанесение изоляции на жилу происходит на плун-
жерных прессах вертикального типа. Обязательным
условием переработки является изготовление паст, т. е.
смеси порошка полимера и бензина. Обычно применяют
следующую схему технологического процесса изолиро-
вания проводов пастой ПТФЭ:
Просев порошка
Введение смазки
Ф
Смешение порошка со смазкой
Созревание смеси
Ф
Предварительное формование заготовок
Ф
Изолирование кабельных изделий на плунжерном прессе
I
Удаление смазки и спекание полученного изделия
Используемый для этой схемы дисперсионный ПТФЭ
представляет собой белый легко комкующийся порошок,
который следует хранить при температуре не выше
16°С (температуры первого фазового перехода), когда
полимер имеет триклинную кристаллическую структуру
[33]. При температуре выше 19° С, когда кристалличе-
ская структура полимера гексагональна, он весьма чув-
ствителен к деформации и частицы его под воздействи-
ем внешних нагрузок легко ориентируются и комкуют-
ся. Дальнейшая переработка предварительно ориентиро-
ванных частиц затрудняет процесс экструзии и служит
причиной образования дефектов изоляции. Транспорти-
руют порошок в полиэтиленовых мешках, которые по-
мещают в легкие картонные или металлические кон-
тейнеры емкостью до 5 кг. При транспортировке следует
избегать резкого встряхивания, сжатия и других меха-
нических воздействий. Несоблюдение правил транспор-
тирования и хранения приводит к резкому увеличению
отходов при дальнейшей переработке.
Перед началом работы порошок просеивают через
сито с отверстиями диаметром 2 мм для отделения от
основной массы материала скомковавшихся частиц.
Вследствие высокой электризуемости полимера просев и
все последующие технологические операции необходимо
производить в помещениях повышенной чистоты.
Для изготовления Паст полимера применяют легко-
летучий бензин марки БР-1 (ГОСТ 443-76), который
при введении в порошок образует пленку на поверхно-
сти частиц полимера, придавая полимеру свойство пла-
стичности. При введении смазки готовят навеску порош-
ка с точностью 0,2—0,5%, которую помещают в сосуд
94
с герметичной крышкой, вместимость сосуда выбирают
из расчета 4 л объема на 1 кг смеси. В порошок зали-
вают расчетное количество бензина. Сосуд закрывают
крышкой, слегка встряхивают и для лучшего распреде-
ления бензина вращают на роликовых валках в тече-
ние 15—20 мин с частотой 0,25 с-1. Увеличение частоты
вращения сосуда со смесью может вызвать преждевре-
менную ориентацию частиц материала, поэтому высокие
частоты вращения не рекомендуются. Количество смаз-
ки, вводимой в полимер, достигает 18—20% от общей
массы пасты. Необходимое количество бензина зависит
от толщины изоляции: чем она тоньше, тем большее ко-
личество смазки вводят в полимер. '
Для равномерного распределения бензина по объ-
ему, сосуд, содержащий пасту полимера, выдерживают
при температуре 23—25° С в течение 12—24 ч. Неодно-
родное распределение бензина по объему полимера может
привести к неоднородности истечения пасты в процессе
основной технологической операции — наложения изо-
ляции.
Паста имеет насыпную плотность 0,5—0,8 г/см3 и ее
необходимо уплотнять до загрузки в цилиндр плунжер-
ного пресса. Поэтому необходимо предварительное фор-
мование заготовок, которое производится на специаль-
ном прессе. Заготовка представляет собой цилиндр с
отверстием по оси, отношение диаметра к высоте равно
1 : 10. Цилиндр пресса предварительного формования
имеет высоту, приблизительно в 3 раза большую по
сравнению с получаемой заготовкой.
В цилиндре пресса пасту равномерно уплотняют за
счет движения плунжера со скоростью около 0,0002 м/с;
оптимальное давление предварительного формования
лежит в пределах 0,7—3,5 МПа в зависимости от диа-
метра прессуемой заготовки. Уплотненные заготовки
осторожно извлекают из цилиндра и переносят в спе-
циальную емкость с герметично закрывающейся крыш-
кой, так как хранение заготовок на открытом воздухе
ведет к испарению бензина с поверхности и изменению
пластических свойств материала в наружных и внутрен-
них слоях заготовки.
Изолирование проводов и кабелей пастой ПТФЭ,
сушка экструдированной изоляции, а также сплавление
ее в монолит осуществляют за одну операцию на плун-
жерном прессе.
Принципиальная сх,
водов 'представлена на
Рис. 31. Принципиаль-
ная схема изолирования
проводов фторопла-
СТОМ-4Д.
:ма процесса изолирования про-
рис. 31. С отдающей катушки 1
неизолированная жила пода-
ется в трубку дорнодержате-
ля 4, проходящего внутри по-
лого плунжера 2 и цилиндра
пресса 3. Цилиндр пресса
оканчивается формующей го-
ловкой 5, обеспечивающей
формование и ориентацию эк-
.струдируемого материала. В
цилиндр пресса загружают
предварительно формованные
заготовки и при движении
плунжера вверх пасту выдав-
ливают через матрицу, обра-
зуя изоляцию провода. Про-
вод с нанесенной изоляцией
попадает в печь сушки 6, где
происходит удаление смазки.
Через систему поворотных ро-
ликов провод поступает на
термообработку в печь 7, где
происходит спекание изоля-
ции, затем через систему ро-
ликов на тяговую шайбу 9,
аппарат сухого испытания 10
и приемную катушку 8.
Процесс изолирования на плунжерных прессах яв-
ляется периодическим, а длина одного отрезка провода
определяется диаметром и высотой цилиндра пресса.
Использование цилиндра ’того или иного диаметра за-
висит от сечения токопроводящей жилы, толщины изо-
ляции и от реологических свойств материала. Диаметр
цилиндра определяется так называемым коэффициен-
том сжатия
у. ,.Дцг-Рдг
А DMS—DKS’
где £)ц, £>д, DM, Dm — соответственно диаметры цилинд-
ра, трубки дорнодержателя, матрицы и жилы.
Коэффициент сжатия можно менять при изолирова-
нии проводов в широких пределах, а допустимое зна-
чение зависит от свойств материала. При изготовлении
проводов МС16-11, MC36-1I с изоляцией из порошка
96
фторопласта-4Д коэффициент сжатия не превышает 900,
по данным английской фирмы «Ай-Си-Ай» коэффици-
ент сжатия для полимера флюона СД1 не должен пре-
вышать 1000, а для флюона СД2Х он лежит в интерва-
ле 500—2000. Повышение коэффициента сжатия выше
предельного вызывает резкий подъем давления в ци-
линдре пресса, что приводит к выдавливанию смазки
из заготовки и неоднородности поверхности изолируемо-
го провода или кабеля.
Между коэффициентом сжатия и количеством вве-
денного бензина в пасту полимера существует опреде-
ленная зависимость;
Коэффициент сжатия, К Содержание бензина, % от общей массы смеси от массы полимера
20 16 19
50 16,5 19,8
100 17,0 20,4
250 17,5 21,2
500 18.0 22,0
1000 19,0 23,5
2000 20.0 25,0
Важнейшей частью плунжерного пресса является го-
ловка с формующим инструментом. Именно в переход-
ной зоне между концом цилиндра и началом кониче-
ской части матрицы и в самой матрице происходят
сложные физико-химические процессы, связанные с из-
менением структуры полимера в результате приложения
давления. Поэтому от правильно выбранной конструк-
ции матрицы и дорна, а также их взаимного расположе-
ния существенно зависит качество получаемых проводов,
в частности электрическая прочность изоляции.
Устройство головки плунжерного пресса и конструк-
ция инструмента показаны на рис. 32.
Матрица и вкладыш, служащий продолжением мат-
рицы, обеспечивают формование изоляции на токопро-
водящей жиле из механически непрочных, предвари-
тельно формованных заготовок.
Как правило, матрица и вкладыш имеют угол кони-
ческой части, равный 20°, это оптимальное значение уг-
ла найдено опытным путем в результате многочислен-
ных экспериментов. Изменяющимися параметрами вкла-
дыша матрицы являются диаметр и длина
Цилиндрической части. Диаметр зависит от толщины
изоляции и диаметра изолируемой жилы.
В процессе термообработки происходит усадка поли-
мера, в результате которой диаметр изоляции умень-
шается. Поэтому диаметр вкладыша матрицы выбира-
ют с учетом усадки, которая зависит от толщины изо-
ляции.
Для монтажных проводов в зависимости от толщины
изоляции следует выбирать диаметр вкладыша матрицы:
Толщина изоляции, мм
D , мм
м
0.18 б?пр + (0,14-0,13)
0.3 лГпр+ (0,15-i-0,18)
0.45 dnp +(0,18-5-0,20)
Длину цилиндрической части выбирают в пределах
(6-+10) £>м (диаметров матрицы). Слишком короткая
цилиндрическая часть мат-
рицы дает грубую, волни-
стую поверхность вследст-
вие того, что полимер не
успевает оформляться на та-
кой длине. При увеличении
iP и с. 32. Конструкции эструзиои-
ной головки и формующего ин-
струмента плунжерного пресса.
1 — плунжер; 2 — цилиндр пресса; 3 —
матрица; 4— вкладыш матрицы; 5 —
электрообогрев матрицы; 6 — цилиндри-
ческая часть вкладыша; 7 — зазор меж-
ду дорном и матрицей; 8 — дорн;
9 — зажим; 10 — трубка дорна-держа-
теля.
длины цилиндрической части матрицы до (20-+30) £>м
в изоляции появляются глубокие продольные трещины
до токопроводящей жилы. Трубку дорна выбирают та-
ким образом, чтобы его внутренний диаметр превышал
наружный диаметр жилы не более чем на 0,1 мм.
Одним из важных технологических вопросов изоли-
рования является взаимное расположение дорна и мат-
рицы. Неправильное положение дорна и матрицы может
привести к неудовлетворительным электрическим харак-
теристикам изготавливаемых монтажных проводов.
Оптимальное положение трубки дорна зависит от тол-
щины накладываемой изоляции, диаметра цилиндриче-
ской части матрицы, реологических характеристик па-
сты полимера. Расстояние между дорном и матрицей
обычно выбирают опытным путем и оценивают по ка-
честву поверхности изоляции, а также по электриче-
ской прочности проводов.
Типичная кривая зависимости среднего пробивного
напряжения от расстояния между дорном и матри-
цей для провода М.С36-11 представлена на рис. 33.
Оптимальным расстоянием является то, при котором
С7пр наибольшее, а коэффициент вариации наименьший.
В случае изготовления монтажных проводов малых се-
чений при большом расстоянии между дорном и мат-
рицей скорость истечения полимера значительно меньше
скорости движения жилы.
Торможение жилы приле-.
тающими слоями полимера
может привести к ее обры-
ву. В этом случае критиче-
ским параметром, опреде-
ляющим расположение
инструмента, является ме-
ханическая прочность жи-
лы, которая связана со
сдвиговыми напряжениями
в полимере при экструзии.
При увеличении расстояния
между дорном и матрицей
увеличивается длина жилы
Lm, испытывающая растяги-
вающее усилие F, возника-
ющее от трения о пасту, ко-
иПр,кВ - с
13 -0/<8
12 -0^4
11
10
О
8
7
' -OfiO
f-ЦЗб
'-022
Off
-024
64)20^
4
Рис. 33. Зависимость сред-
него пробивного напряже-
ния оПр и коэффициента
вариации с от расстояния
между дорном и матрицей I.
торая движется значительно
медленнее, чем жила. При этом на жилу воздействует
напряжение сдвига Хтах- В случае равновесного состоя-
ния
р — —„£) Г т
1 — 4 —^д^ж2-ж1тах’
где — предел прочности при разрыве.
Отсюда
г __________________ пжОж
ж“
Зная ош и хтах, можно вычислить минимальное рас-
стояние между дорном и матрицей, при котором прои-
зойдет обрыв жилы. Для проводов малых сечений най-
дено, что Испарение смазки осуществляют в
печах, совмещенных с плунжерным прессом, при тем-
7* 99
Пературе 120—300° С. Температурный режим сушки
выбирают таким, чтобы не происходило кипение бен-
зина внутри изоляции, что может привести к ее растре-
скиванию. Одновременно обеспечивается интенсивное
удаление паров смазки при сушке, содержание которых
не должно превышать-0,9%. После удаления бензина
сырую изоляцию подвергают спеканию, в результате
чего она превращается в гелеобразную прозрачную мас-
су. Обычно температура термообработки лежит в пре-
делах 370—400° С. Для поддержания такой темпера-
туры на изоляции провода температуру печи задают
несколько выше (выбирается исходя из скорости экс-
трузии), до 400—450° С.
Скорость изготовления проводов с монолитной изо-
ляцией зависит от длины печей сушки и термообработ-
ки (причем повысить интенсивность сушки и термооб-
работки за счет повышения температуры печей нельзя)
и составляет 5—20 м/мин.
21. Переработка суспензий фторполимеров
Наибольшее применение в кабельной промышленно-
сти нашла суспензия ПТФЭ из-за высокой нагревостой-
кости. Суспензию ПТФЭ, как и все суспензии фторор-
ганических полимеров, наносят методом окунания, с
последующей сушкой и термообработкой полученного
слоя. Необходимой частью любого агрегата для нане-
сения суспензии является ванна, куда попадает про-
питываемый провод. Отжимное устройство позволяет
удалять излишки суспензии с поверхности, после чего
провод с нанесенным слоем суспензии попадает в печь
сушки или запечки.
Неизолированная жила предварительно проходит че-
рез ванну со специальным очищающим раствором, за-
тем поступает в ванну с суспензией и в печь сушки и
спекания. Для получения необходимой толщины изоля-
ции провод 2—3 раза проходит через ванну с суспен-
зией и печь. Указанным способом можно получить изо-
ляцию толщиной 25—50 мкм.
Изготовление обмоточных проводов с керамико-фто-
ропластовой изоляцией, обеспечивающей высокую элек-
трическую прочность, производят за несколько прохо-
дов. За один проход наносят слой суспензии толщиной
35—40 мкм, так как при данной концентрации суспен-
зии нанести слой большей толщины невозможно; мак-
симальная толщина покрытия, получаемая за один про-
ход, носит название критической толщины. Повысить
критическую толщину, сведя до минимума число прохо-
дов, можно, используя способ электрофоретического
осаждения частиц. В этом случае электрическое поле
прикладывают между жилой, используемой в качестве
анода, и катодом, находящимся в электрическом кон-
такте с суспензией. Заряженные частицы суспензии
осаждаются на поверхности провода в виде слоя зна-
чительной толщины. Пропитку стеклонитей, стеклолен-
ты или оплетки проводов осуществляют методом оку-
нания с последующим спеканием или сушкой каждого
слоя. Для оплетки проводов применяют пряди из стек-
лонитей, однако пропитка одиночных стеклонитей и их
тростка в пряди являются чрезвычайно трудоемкой
операцией. Более простым является совмещенный про-
цесс одновременной тростки нитей и пропитки получен-
ной пряди в одном агрегате. Число стеклонитей в пря-
ди достигает 30. В результате экспериментальных работ
найдено, что содержание фторопласта-4Д не долж-
но превышать 40% массы нити, а частицы не должны
осыпаться или отслаиваться от нити. Последующую тер-
мообработку проводят таким образом, чтобы покрытие
было подсушено. При высокой концентрации суспензии
резко увеличивается масса прядей, при уменьшении
концентрации нужно увеличивать число проходов.
Пропитку прядей осуществляют суспензией с опти-
мальной концентрацией 33—37% и плотностью 1,23—
1,27 г/см3. Температура сушки равна 350° С, скорость
пропитки 3—5 м/мин. Качество пропитки определяют
по внешнему виду покрытия, по разрывной прочности
и массе. Пропитка повышает разрывную прочность пря-
дей примерно на 50—60%.
Для повышения износостойкости и электрической
прочности стеклоленты типа ЛЭС толщиной 0,06 и
0,1 мм и шириной 20 мм, изготовленной из алюмоборо-
силикатных нитей, ее пропитывают суспензией фторо-
пласта-4Д. Стеклоленту пропускают через ванну с сус-
пензией 2 или 3 раза, при этом каждый слой обязатель-
но подсушивается при температуре 220° С. Необходимо
в процессе производства следить за уровнем суспензии
в ванне для пропитки и поддерживать концентрацию
суспензии постоянной, избегая испарения воды. Темпе-
ратура суспензии не должна быть выше 25° С, иначе
слишком высокая температура приведет к испарению
воды и повышению концентрации суспензии, вследствие
чего возможна ее коагуляция.
Выбор скорости пропитки осуществляют таким об-
разом, чтобы суспензия успевала стекать со стеклолен-
ты и образовывать равномерное покрытие.
После пропитки суспензией толщина стеклоленты
увеличивается: исходная стеклолента толщиной 0,06 мм
за счет осаждения полимера и каландрования достига-
ет толщины 0,11 мм, а стеклолента 0,1 мм — толщины
0,2 мм соответственно. Пропитанная стеклолента долж-
на быть механически прочной и равномерной по толщи-
не. Осажденное покрытие подвергают обработке при тем-
пературе 320° С с одновременным каландрованием лен-
ты в валках. Трещины в покрытии закатывают за счет
пластической деформации слоя ПТФЭ, что повышает
электрическую прочность стеклофторопластовой ленты.
Толщина стеклоленты до каландрования со слоем
осажденной суспензии равна 0,11 мм, после операции
каландрования за счет обжатия толщина уменьшается
до 0,080 мм. Средняя электрическая прочность стекло-
ленты, определенная на спеченных образцах, составля-
ет до каландрования 8,4-103 В/мм, после каландрования
36,0 • 103 В/мм. Стеклофторопластовые ленты толщиной
0,1 и 0,2 мм и шириной 20 мм должны иметь разрывную
прочность не менее 230 и 300 Н.
После пропитки стеклолента может быть разрезана
на- полоски шириной 5—15 мм в зависимости от диа-
метра изолируемого кабеля. Стеклооплетки проводов
пропитывают суспензией фторопласта-4Д плотностью
1,36—1,37 г/см3 за 3—4 прохода. Удаление влаги и суш-
ку покрытия производят на специальной лакировочной
установке при температуре 300° С со скоростью 4—
6 м/мин. После пропитки провода подвергаются термо-
обработке с целью получения стеклофторопластового
износостойкого покрытия. В зависимости от сечения
провода скорость термообработки колеблется от 2 до
6 м/мин. Температура термообработки достигает 450—
500° С.
Провода с изоляцией из пленок ПТФЭ, поверх кото-
рой наложен защитный слой из стеклоленты и стекло-
оплетки, подвергают дополнительной пропитке. Методом
окунания на поверхность оплетки из стекловолокна на-
102
носят суспензию ПТФЭ. Этот слой подсушивают и
сплавляют в печи длиной около 1 м, температура в зо-
не сушки равна 420° С. Для получения качественного
покрытия наносят 3—4 слоя суспензии. Провод со стек-
лооплеткой без пропитки выдерживает 34 хода иглы при
испытании на истирание, а после пропитки стойкость к
истиранию возрастает до 1000 ходов иглы. Стойкость
провода к истиранию резко повышается и при использо-
вании стеклофторопластовой изоляции. Термообработку
провода, изолированного пленками ПТФЭ, поверх кото-
рых накладывают стеклоленту, пропитанную’ суспен-
зией, и защитную оболочку из стекловолокна, пропитан-
ную той же суспензией, производят в печи длиной 6 м
пси темпеоятупе. 450° С со скоростью 5 м/мин.
Электропроводящие слои антивибрационных кабелей
с изоляцией из фторорганических полимеров можно
наносить из составов на основе суспензий. Основное
требование при наложении электропроводящего слоя
заключается в том, чтобы обеспечить плотный контакт с
изоляцией по всей длине кабеля. В кабелях АВКТ,
имеющих диаметр по изоляции 2,0 и 3,5 мм, толщина
такого слоя составляет примерно 100 мкм. Электропро-
водящий состав содержит суспензию фторопласта-4Д
плотностью 1,12—1,21 г/см3, концентрацией 20—30%,
ацетиленовую сажу и ОП-7. Общая концентрация сус-
пензии колеблется в пределах 28—32%. Вязкость соста-
ва, определенная по воронке ВЗ-4, составляет 60—100.
Проводимость слоя обеспечивается ацетиленовой сажей,
а адгезия слоя к изоляции кабеля — за счет поверх-
ностно-активного вещества ОП-7. Состав наносят на
поверхность провода методом окунания. Процесс как и
при пропитке прядей из стекловолокон состоит из двух
стадий: испарения воды при сушке покрытия и сплав-
ления частиц фторопласта-4Д в монолитную пленку.
Скорость прохождения кабеля через печь составляет
1—2 м/мин, температура сушки покрытия 200—220° С.
сплавление покрытия происходит при температуре 400—
420° С.
22. Особенности изготовления проводов
и кабелей с изоляцией из фторопластовых пленок
В связи с тем, что физико-механические характери-
стики строганых пленок ПТФЭ и сырых каландрован-
ных лент резко отличаются, технология изготовления
проводов из этих пленок также различна. Технологи-
ческий процесс изготовления проводов с изоляцией из
пленок фторопласта-4 включает следующие операции:
резку пленки, обмотку жилы пленками и термообработ-
ку изоляции.
Недостатком пленок, полученных методом строжки,
является неизбежно возникающая в процессе их изго-
товления пористость, в результате чего пленка обладает
низкой электрической прочностью. При прокатке пленки
в валках дефекты на ней закатываются за счет пласти-
ческой деформации материала и пленка приобретает
большую электрическую прочность. В результате резко
повышается также разрывная прочность пленки в про-
дольном направлении, увеличиваясь с 14 до 80 МПа,
удлинение при этом падает до 50%, что объясняется
направленной ориентацией молекул полимера. По же-
ланию можно получить пленку с различными физико-
механическими характеристиками в зависимости от
степени ориентации. Ориентированная пленка при по-
вышенных температурах имеет тенденцию к значитель-
ным усадкам за счет разориентации цепей полимера.
Пленки перед операцией изолирования разрезают на
машине для резки пленки фторопласта-4 типа СРПФ
на ленты шириной 4—12 мм. Ленту наматывают на ме-
таллические кольца определенного диаметра в виде ро-
лика. Намотка ленты должна быть плотной, чтобы
предотвратить спадание пленки с ролика при его транс-
портировке и обмотке жилы провода. Обязательным
условием намотки ленты в ролик является ровная на-
мотка по торцу ролика, ширина пленки при резке не
должна отклоняться от заданного размера более чем
на 10%.
Наложение изоляции из пленок фторопласта-4 про-
изводят на вертикальных изолировочных машинах с
центральным обмотчиком типа ВЙМ-ЗА методом спи-
ральной обмотки.
В табл. 27 представлены основные технологические
параметры: шаг обмотки, перекрытие и угол обмотки
лентами фторопласта-4 различной толщины и ширины
при изолировании токопроводящей жилы диаметром
от 0,2 до 2,4 мМ.
Линейная скорость обмотки монтажных проводов
зависит от сечения токопроводящей жилы и лежит в
пределах 2,8—4,3 м/мин. Основным условием операции
1М
Таблица 27
Диаметр то- копроводящей жилы под об- мотку, мм Толщина пленки, мм Ширина пленки, мм Шаг обмот- ки, мм Перекры- тие, % Угол об- мотки
0,2—0,3 0,01—0,0,2 4—6 4,0—5,6 75—85 70—80°
0,3-0,5 0,02—0,03 6—10 21,5—6,2 70—85 65—75
0,5—0,7 0,02—0,03 6—10 3,5—6,2 60—80 65—70
0,7—0,9 0,02—0,03 6-10 3,5—6,2 50—80 55—65
0,9—1,2 0,03—0,05 6—10 3,5—6,2 45—75 50—60
1.2—2,4 0,03—0,05 8—12 4,2—6,2 40—70 35—50о
изолирования является получение плотной ровной изо-
ляции без морщин.
Фирмой «Нитто» (Япония) найдено, что при обмотке
токопроводящих жил пленкой нитофлон (аналогом пле-
нок фторопласта-4) происходит изменение толщины
пленки под действием натяжения пленки в процессе
изолирования. При приложении нагрузки 1—4 Н на
1 мм ширины пленки толщина последней уменьшается
на 10—12%. характер изменения толщины пленки под
воздействием нагрузки показан на рис. 34. Это измене-
ние толщины необхо-
димо учитывать при
изготовлении изоляции
проводов из тонких
пленок. Поэтому при
обмотке пленками то-
копроводящей жилы
следует избегать чрез-
мерного натяжения.
При воздействии
повышенных темпера-
тур порядка 350° С
ориентированная плен-
ка имеет тенденцию
0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Н/мм
Рис. 34. Зависимость относи-
тельной толщины пленки △»
ПТФЭ от приложенного усилия
при обмотке (толщина пленки
40 мкм).
к усадке. Используя это свойство, провода, изолиро-
ванные ориентированными пленками фторопласта-4,
подвергают термообработке, в процессе которой плен-
ки усаживаются, изоляция уплотняется и теряет спо-
собность самопроизвольно разматываться при монтаже.
Низкие температуры термообработки приводят к недо-
статочной усадке пленок, при слишком высокой темпе-
ратуре печей из-за чрезмерных внутренних напряжений
пленки растрескиваются. Опытами установлено, что
максимально допустимые усадки, при которых не про-
исходит растрескивания пленок, не должны превышать
50%. В том случае, если применяют медную токопро-
водящую жилу, термообработку проводов осуществля-
ют в среде инертного, как правило, углекислого газа.
При этом медная жила не окисляется При повышенной
температуре и на ее поверхности не образуются цвета
побежалости, характерные при нагреве жилы в воздуш-
ной среде; например, монтажный провод МГТФ термо-
обрабатывают в двухходовой печи при следующих тем-
пературах и скоростных режимах:
Сечение, мм’ Температура, °C Скорость, м/мин
0,12—0.35 315 7—8
0,5—0,75 315 6—6,5
1,0-1,5 315—330 4,5—5
Монтажные провода с изоляцией из пленок ПТФЭ
должны иметь высокую электрическую прочность. Су-
щественное влияние на электрическую прочность оказы-
вают натяжение пленок и температура термообработки.
При чрезмерном натяжении или из-за высокой темпе-
ратуры термообработки могут возникать трещины в
пленке. Следовательно, контроль за температурой термо-
обработки проводов и натяжением при обмотке являет-
ся залогом получения проводов с высокими электриче-
скими характеристиками.
Характерной особенностью сырых каландрованных
лент фторопласта-4Д является то, что они обладают в
исходном. состоянии малой механической прочностью и
низкой стойкостью к продавливанию. Поэтому техноло-
гия изготовления монтажных проводов с изоляцией из
пленок СКЛ имеет ряд специфических особенностей, хо-
тя и состоит, в принципе, всего из двух операций: об-
мотки жилы пленкой и термообработки проводов.
Для резки СКЛ применяют специальные станки,
снабженные дисковыми ножами. На требуемую ширину
пленку разрезают на заводе-изготовителе; она поступа-
ет на кабельные заводы на роликах шириной от 3 до
12 мм. Пленка обладает низким пределом текучести,
поэтому очень важно в процессе обмотки поддерживать
заданное натяжение. Допустимое натяжение зависит
от ширины и толщины пленки, но оно не должно пре-
вышать предела текучести пленки, равного 12,0—»
12,5 МПа, (минимальное значение разрывной прочно-
сти пленки равно 15,0 МПа).
В зависимости от нагрузки, воздействующей на
пленку, остаточное напряжение <т в пленке сохраняется
на уровне 2,5—6,0 МПа, что показано на рис. 35.
Из рисунка видно, что
исходная нагрузка
1,5—4Н приводит к
различным остаточным
напряжениям. Напря-
жение релаксирует до
постоянного значения в
первые 5—10 мин, со-
храняясь в дальнейшем
неизменным.
Головки обмоточ-
ной машины имеют
специальные устройст-
ва, регулирующие и
поддерживающие на-
тяжение пленок в про-
Рис. 35. Влияние нагрузки, воз-
действующей иа пленку, на оста-
точное напряжение в пленке
СКЛ толщиной 45 мкм.
I — 1,5 Н; 2 — 3 Н; 3 — 4
цессе изолирования. Автомат, регистрирующий обрыв
или сход пленки, останавливает движение машины. В
зависимости от толщины и ширины ленты изменяют
натяжение пленки, например для пленки толщиной
45 мкм:
Ширина пленки,ми
Натяжение, Н
3 0,5—0.75
5 0,6—0.9
8 1.0—1,6
Увеличение натяжения сверх допустимого приводит
к чрезмерной ориентации пленок и надрывам (прояв-
ляющимся внешне в изменении прозрачности), что сни-
жает электрическую прочность изоляции.
На втором этапе провод, изолированный СКЛ, под-
вергают термообработке в печах вертикального типа с
3—5 регулируемыми зонами. Для стабилизации темпе-
ратуры по высоте печи нижний конец трубы помещает-
ся в ванну, создается так называемый водяной затвор,
препятствующий движению воздуха в печи. Типичное
распределение температур по зонам печи при термооб-
работке проводов МС16-13 составляет: I зона—-450,
II—IV — 460, V — 450° С.
Термообработку провода осуществляют со скоростью
5—15 м/мин. Кроме первичной изоляции, СКЛ приме-
няют в качестве защитных оболочек поверх экраниро-
ванных проводов и кабелей. Технология нанесения
пленок и термообработка защитного .покрытия осущест-
вляются аналогично описанной выше. Отличие заклю-
чается в том, что температурные и скоростные пара-
метры термообработки подбирают таким образом, чтобы
осуществлялась термообработка лишь верхних защит-
ных слоев, а само изделие не прогревалось и не подвер-
галось деструктирующему воздействию повышенной тем-
пературы.
При изготовлении ленточных проводов и кабелей ос-
новная задача заключается в том, чтобы плотно скре-
пить два изоляционных слоя из лент, между которыми
располагаются круглые или плоские токопроводящие
жилы, или слой фольги из меди, алюминия и т. д. Су-
ществует .несколько способов скрепления пленок между
собой в ленточных проводах: тепловая контактная свар-
ка, сварка токами высокой частоты, склеивание пле-
нок, формование пленок в зазоре валков и их последу-
ющая термообработка. Основным способом для произ-
водства ленточных проводов с изоляцией из
термопластичных пленок является контактная тепловая
сварка.
Технология изготовления ленточных проводов заклю-
чается в том, что в зазор обогреваемых профильных
валков подаются пленки полимера, между которыми
располагаются круглые или плоские токопроводящие
жилы. За счет одновременного воздействия температуры
и давления, развиваемого в зазоре валков, происходит
сварка пленок между собой.
Ленточные провода с изоляцией из СКЛ изготавли-
вают в две операции: первая — формование СКЛ с рас-
положенными между ними неизолированными жилами
на формующих валках и вторая — термообработка фор-
мованного провода в печи для получения монолитной
изоляции. За счет пластической деформации пленок в
зазоре валков происходят плотное обжатие жилы и
уплотнение полимерного материала. Таким образом,
можно изготавливать ленточные монтажные провода с
числом жил до 20 и толщиной изоляционного покрытия,
равным 0,15—0,25 мм.
Рекомендуется применять для изоляции пленки тол-
108
щиной 0,1—0,15 мм, которые обладают лучшей способ-
ностью к формованию по сравнению с тонкими пленка-
ми. Важной операцией является операция формования
изоляционного покрытия, от которой зависит прочность
сварки пленок при последующей термообработке. Про-
филь формующих канавок валков и зазор между ними
• выбирают таким образом, чтобы получить оптимальный
контакт между пленками. В случае большого зазора
между валками пленки в ленточном проводе при после-
дующей термообработке будут расслаиваться. Малый
размер зазора приводит к чрезмерным деформациям
пленок и их короблению в процессе теплового воздей-
ствия за счет больших усадок. Расчет и выбор размера
формующих канавок производится с учетом геометриче-
ских размеров жилы провода, толщины пленки, разме-
ров перемычек, усадки пленки при термообработке.
23. Переработка термопластичных фторполимеров
Если ПТФЭ при нагревании не переходит в текучее
состояние (его вязкость даже при 380° С составляет
1010 Па-с), то термопластичные фторполимеры (ТФП)
приобретают способность течь выше температуры плав-
ления, что делает возможным их переработку методом
экструзии. Некоторые характерные технологические
свойства, определяющие поведение фторопластов при
переработке, приведены в табл. 28.
Та блица 28
Параметр ПТФЭ ФЭЙ ЭТФЭ ЭТФХЭ ПВДФ ПФА
Температура плавления, °C 327 265—290 260—280 215—245 160—180 300—310
Температура расплава при экструзии, °C — 315—400 280—350 210-280 190-270 350—420
Вязкость расплава при экст- рузии, Па-с (>10“>) 10’-10’ 10’-105 103—104 1О'-1О* 10s
Разумеется, эти параметры лишь в общих чертах
характеризуют технологические свойства материалов,
они зависят также от конкретной его модификации и
способа получения. Более полно течение расплава опи-
сывается реологическими характеристиками, Хотя они,
конечно, несколько различаются у материалов, получен-
ных по различным технологическим режимам. На
рис. 36 приведены кривые течения некоторых ТФП,
определяющие зависимость между скоростью у и на-
пряжением сдвига т [34—36]. Кривые течения сущест-
венно зависят от средней молекулярной массы полиме-
ра, которую в СССР принято косвенно оценивать по
связанной с ней температуре потери прочности (ТПП)»
что видно из рисунка.
На рис. 37 показано влияние температуры расплава
на кажущуюся вязкость.
Для всех ТФП характерны относительно небольшие
значения критических скоростей сдвига, что обычно
ограничивает скорость экструзии. При увеличении ско-
рости экструзии до критических значений поверхность
изоляции вследствие так называемого дробления рас-
плава становится матовой из-за появления шероховато-
сти, а при дальнейшем увеличении скорости неровность
поверхности нарастает, что исключает возможность по-
лучения качественных проводов. Поэтому для правиль-
ного выбора режима очень важно знать критические
Рис. 37. Зависимость кажущейся вязкости ТФП от температуры
расплава.
1 — Ф2М; 2 — тефзел 210; 3 — афлон марки С-88; 4 — то же, марки С-55; 5 —
тефзел 200; 6 — то же, марки 280; 7 — ПФА; 8— тефлон 100.
скорости сдвига, которые для различных ТФП состав-
ляют:
Марка ТФП
Температура, °C
Критиче ска я ско-
рость сдвига, с~*
Тефзел 210 325 3000
Тефзел 200 и 280 325 1000
Ф-2М 240 250
200 100
KF-полимер 220—260 200—500
ПФА 370—400 20—50
Тефлон ФЭП-100 315 5
370 18
400 28
Самые низкие значения наблюдаются у ФЭП, в
этих условиях приходится резко снижать скорости изо-
лирования. Возможны два пути увеличения скорости:'
повышение температуры расплава и снижение макси-
мального напряжения сдвига. Первый путь реализует-
ся не только за счет увеличения температуры на голов-
ке, но и принятием мер по сокращению отвода тепло-
ты от расплава (особенно к необогреваемому дорну и
заготовке, имеющим температуру ниже температуры
расплава). Это может быть достигнуто либо обогревом
дорна (что трудно осуществить на практике), либо
подогревом заготовки перед входом в головку. Второй
путь — это свободное наложение изоляции, когда пло-
щадь поперечного сечения между дорном и матрицей
существенно выше, чем изоляции. В этом случае мате-
риал проходит через формующий инструмент с неболь-
шой скоростью, а окончательное формование произво-
дится за счет вытяжки трубки, образованной распла-
вом. Поэтому существенное значение приобретает
прочность расплава, или его способность к вытяжке. На
практике изоляцию проводов из ТФП в большинстве
случаев изготовляют трубкой, хотя ЭТФЭ и ПВДФ мож-
но накладывать на жилу и с обжатием (под давлени-
ем). Фторопласт-40111 имеет высокую критическую
скорость сдвига и низкую способность к вытяжке, по-
этому его наносят на жилу с обжатием.
Следующей особенностью переработки большинства
термопластичных фторполимеров является близость тем-
пературы переработки к температуре разложения. По-
этому при повышении температуры с целью увеличения
критической скорости сдвига и получения гладкой по-
верхности следует учитывать возможность разложения
материала. При термодеструкции происходят увеличение
показателя текучести расплава (ПТР), ухудшение
свойств изоляции, а также выделение газообразных
продуктов разложения, приводящих к усилению корро-
зии металлических частей экструдера и образованию
пузырей в изоляции. Поэтому способность полимера
противостоять воздействию температур переработки,
т. е. термостабильность, можно оценивать по разному:
по изменению ПТР, по количеству выделяющихся ле-
тучих продуктов, по температуре образования пузырей
в экструдате и т. п.
На рис. 38 приведены данные об изменении ПТР
двух марок ФЭП фирмы «Дюпон» [34], из которых сле-
дует, что тефлон-100 более термостабилен и, если при-
нять рекомендуемый критерий допустимого изменения в
10—15% за 1 ч, то максимально допустимая темпера-
тура переработки тефлона-100 составляет 380° С, а
тефлона-160 — не более 360° С.
Как уже указывалось, некоторые ТФП могут накла-
дываться на токопроводящую жилу с обжатием, а не-
которые — только трубкой. В отечественной практике
по первому способу перерабатывают только фторо-
пласт-40 Ш. Матрица должна' иметь плавный вход в
формующую часть; поэтому коническую часть матрицы
выполняют обычно с двойным углом: первый угол 30—
112 ‘
60°, а второй — 5—20°. Длина первого конического уча-
стка составляет 20—40, второго — 7—15 мм. Формую-
щую часть матрицы выполняют длиной 5—20 мм, а ее
диаметр на 7—10% превышает диаметр изолированного
провода. Используют дорн без направляюшей трубки с
углом конуса около 12—30°.
Рассмотрим теперь расчет инструмента при изолиро-
вании.трубкой (рис. 39). Здесь приняты следующие обо-
значения: £>п, Д, — диаметры соответственно гото-
вого провода (поверх изоляции), заготовки, формующего
отверстия матрицы; £>д — дорна; L и I — длина соот-
ветственно формующей (цилиндрической) части инстру-
мента и конуса, образующегося при вытяжке расплава.
Рис. 38. Зависимость изме-
нения ПТР от длительности
выдержки при различной р и с gg Схема инструмента при
температуре. наложении изоляции трубкой.
— — — — тефлон 160;-— те-
флон 100.-----------I — Дорн; 2 — матрица.
Основным параметром является степень вытяжки К.,
определяющая отношение площади поперечного сечения
потока в формующей части инструмента к площади по-
перечного сечения изоляции, т. е.
ТУ-Од2
А “ £>п2—-Оз2 '
Чем больше степень вытяжки, тем выше линейная
скорость изолирования. Однако работать при макси-
мально возможной степени вытяжки не рекомендуется,
так как допустимая степень вытяжки у различных пар-
тий материала может несколько изменяться, что при-
водит к увеличению брака. Поэтому на практике мак-
симально возможные степени вытяжки обычно не
используют. Кроме того, такой подход позволяет унифи-
8—S415 113
ЦИровать технологический инструмент, используя один
комплект для кабелей близких размеров.
Максимально допустимая степень вытяжки Ктах для различных ТФП и рекомендации по ее выбору Дрен [34—37]
Марка материала К max . ^рек
ФЭП 250—300 10—180
(тефлон и фторопласт-4МБ) ПФА
(ТЕ-9704) 250—300 15—240
Тефзел-210 200 10—150
Тефзел-200 60—80 5—40
Афлон Коп •—в 15—100
KF-полимер ——* 15—100
Халар 100—150 50
Степень равномерности вытяжки по сечению опре-
деляется соотношением
Рм _д -Од
Da Р D3 •
Обычно р выбирается равной от 0,9 до 1,2. При
меньшем значении возможно неплотное облегание заго-
товки полимерной трубкой, а при большем — возможны
обрывы конической части расплава I, разрывы и трещи-
ны в изоляции.
Таким образом, расчет инструмента сводится к вы-
бору К и вычислению DM и Дд по формулам:
= D3 VK p2£V—Г>за ’
ИЛИ
Заметим, что если (3=1. то формулы существенно
упрощаются:
D^D3VK\ d^d.Vk.
Необходимо обращать внимание на то, чтобы пло-
щадь кольцевого зазора между дорном и матрицей не
превышала бы по крайней мере 80% площади зазора
между корпусом головки и рассекателем (или дорнодер-
жателем). В противном случае шов, образовавшийся от
разделения потока рассекателем, может не успеть сва-
риться в матрице и оболочка будет получаться с про-
дольной полосой низкой прочности.
Примеры выбора инструмента прйвеДейЫ в табл. 29.
Таблица 29
£>3, мм £>п» мм ₽ к £>д, мм DM- мм
0,5 0,8 1 1С0 5 8
0,5 2,5 1 25 2.5 12,5
10,0 10,5 1 9 30 31.5
10,0 10,5 1 4 20 21
Обычно цилиндрическая часть дорна выступает из
матрицы примерно на 1,5 мм, а ее торцевая поверх-
ность несколько закруглена, чтобы не препятствовать
процессу формования. Для обеспечения высокой кон-
центричности внутреннее отверстие дорна должно быть
на 0,3—0,4 мм больше диаметра заготовки. Однако, ес-
ли есть возможность, то зазор следует увеличивать, так
как при этом сокращается отвод теплоты от дорна к за-
готовке, что дает возможность увеличить скорость изо-
лирования. С этой же целью можно применять дорны со
вставками из износостойкого теплоизолирующего ма-
териала.
Длину формующей части L для ФЭП выбирают при-
мерно равной 50 мм (для проводов диаметром до 2—•
3 мм); для остальных материалов она обычно близка
к 10-кратному зазору между матрицей и дорном, т. е.
Угол дорна выбирают равным 15—25°, а матрицы
25—35°.
Температурный и скоростной режимы переработки во
многом взаимосвязаны. Обычно скорость при изолиро-
вании ТФП ограничивается достижением критической
скорости сдвига, что приводит к появлению некачествен-
ной шероховатой поверхности. Максимальная скорость
сдвига у, с-1, в инструменте может быть рассчитана по
упрощенной формуле
у =________6?___
Ymax лРсрДг ’
где q — объемная производительность, см3/с; ДСр — сред-
ний диаметр кольцевого зазора в формующей части ин-
8* 115
струмента, см; А — кольцевой зазор в формующей ча-
сти инструмента, см;
Г)___А. + А1 д_Л
^ср — 2 ’ 2
Объемная производительность определяется по фор-
муле
где Q — производительность по массе, г/с; pt — плот-
ность полимера при температуре переработки, г/см3;
Q=^T(Dn2-£»32)p20.
Здесь v — линейная скорость изолирования, м/мин;
Рао — плотность материала при 20° С.
В результате получаем:
J ________20У_____Pso
Vmax (Ал-Яд) К Pt •
Для получения качественной поверхности скорость.
сдвига не должна превышать критического значения.
Ранее указывалось, что критическую скорость сдвига
можно существенно увеличить, увеличив температуру
расплава. Ограничением здесь является температура
разложения полимера.
Примеры температур, обычно устанавливаемых в
экструдере при переработке ТФП, приведены в табл. 30.
Следует обратить внимание на то, что при наложе-
нии трубкой обычно шероховатость начинает появляться
на внутренней поверхности полимерной трубки. Это
объясняется тем, что внутренняя поверхность потока
примыкает к дорну, который обычно не обогревается,
и значительная часть теплоты отводится к заготовке,
проходящей через него. В результате- температура внут-
ренней поверхности полимерной трубки ниже, чем сред-
няя температура расплава, что снижает критическую
скорость сдвига. Одним из способов компенсировать
этот нежелательный эффект является применение пред-
варительного нагрева заготовки перед входом в голов-
ку. Было бы также целесообразно подогревать дорн, но
такие конструкции пока не реализованы.
Обычно длина конуса I составляет от 10 до 50 мм.
Большие значения получаются при очень большой вы-
тяжке. При большом конусе возникают нестабильность
толщины изоляции, овальность и внутренние напряже-
Таблица 30
Материал «•« «S. ЬХ ЕГ S L D Тип кабеля Температура, °C
I П ш IV головка матрица расплав
Тефлон 100 50 20 Монтажный провод 280—325 325—340 355—375 — 360—380 390—415 360—380
Тефлон 100 50 20 Трубка 02,5 мм Монтажный 305—325 315-325 315—325 —- 315—325 315—325 315—325
Тефзел 200 50 20 провод 275-300 290—315 300—330 — 300—330 330—360 300—330
Тефзел 210 32 20 То же 295 315 330 350 355 425 345
Фторопласт- 25 20 « » 300 310—330 340—350 340—370 370—390 370—400 -—
4МБ2
PFA-9704 50 20 « » 300 380 400 — 400 420 400
Афлон Коп 20 — « » 240—270 270—310 340—320 — 320—340 330—350 —
KF-полимер 30 20 « » 210—220 220—250 250—275 — 250—300 250—300 -—
Фторопласт- 45 20 « » 180—200 190—220 200—230 210—250 220—280 250—290 250—280
2М
Фторопласт- 4МБ 25 20 Оболочка кабе- ля Q 1—2,5 мм 220—270 250—320 270—350 280—360 310—390 330—400 330—390
Фторопласт- 40111 40 20 Монтажный провод 250—300 260—310 270—320 275—330 275—350 330—400 —
НИЯ. Чрезмерно короткий конус приводит к нарушению
нормальной вытяжки и способствует появлению шерохо-
ватости. Для регулирования длины конуса целесообраз-
но применять вакуумирование дорна, при этом обычно
бывает достаточно разряжения около 2000 Па.
Свойства получаемого покрытия во многом зависят
от режима охлаждения расплава, что определяет сте-
пень кристалличности полимера. При резком охлажде-
нии расплава ЭТФЭ получают полимер со степенью кри-
сталличности около 40%, а при медленном — до 60%.
Кристалличность ПВДФ также определяется скоростью
охлаждения: при резком охлаждении она составляет
35—45%, а при медленном достигает 60—65%. Степень
кристалличности оболочек из фторопласта-2М (25—
35%) и фторопласта-4МБ (40—55%) относительно не-
чувствительна к условиям охлаждения. Такое разнооб-
разие приводит к тому, что для охлаждения проводов
с изоляцией из ТФП применяют как горячую, так и хо-
лодную воду, а в ряде случаев, особенно когда толщина
накладываемого слоя превышает 0,5—0,8 мм, воздушное
охлаждение. Иногда применяют обогрев конуса распла-
ва, чтобы вытяжка расплава происходила при макси-
мально возможной температуре. При этом снижаются
Рис, 40. Зависимость пробив-
ного напряжения от темпера-
туры жилы при температуре
испытаний:
1 — 180° С; 2 — 220° С: 3 — 260° С.
внутренние напряжения и
усадка изоляции при по-
вышенной температуре.
Одним из основных
способов контроля каче-
ства изоляции из ТФП
является испытание на
отсутствие трещин при
одновременном воздейст-
вии теплоты и механиче-
ского напряжения. В оте-
чественной практике при-
меняют экспресс-метод, в
соответствии с которым
образцы провода, нави-
тые на пятикратный (или
однократный) диаметр,
помещают на 5 мин в
кремнийоргани ч е с к у ю
жидкость, нагретую обыч-
но до 200° С, а затем
осматривают на наличие трещин и испытывают электри-
ческим напряжением. С помощью этого испытания
можно выбирать оптимальные параметры технологиче-
ского режима изолирования ТФП.
На рис. 40 приведены результаты испытаний прово-
дов с изоляцией из фторопласта-40111, изолированных
при различных температурах жилы. Видно, что при не-
достаточном предварительном нагреве образцы растрес-
киваются и имеют пониженное пробивное напряжение, а
при перегреве жилы пробивное напряжение снижается
из-за воздушных включений между жилой и изоляцией.
В США подобное испытание предусмотрено феде-
ральным стандартом LP 390 С, в соответствии с кото-
рым образцы, изогнутые на трехкратный диаметр, вы-
держивает 24 ч при 200° С, а затем проверяют на от-
сутствие трещин.
Для вспенивания ТФП в настоящее время
'применяют два способа: химический, путем введения в
полимер вспенивающего агента, температура разложе-
ния которого близка к температуре переработки поли-
мера; физический, при котором вспенивание осущест-
вляют за счет диффузии из расплава растворенного в
нем газа.
По первому способу можно, например, вспенивать
ЭТФЭ. [34] с использованием в качестве вспенивающего
агента тригидразинтриазина, имеющего температуру
разложения 275° С и структуру:
^NHNH2
N
Для приготовления композиции вспенивающий агент
в количестве до 0,5% смешивают в сухом виде с гра-
нулами полимера в турбинном смесителе в течение
2 мин. Эту смесь можно перерабатывать в экструдерах
для изготовления изоляции. Применяют инструмент с
обжатием; температура по зонам экструдера составляет:
250, 250, 280, 280, 315, 315° С, температура расплава
310° С. Диаметр кабеля при заданном инструменте за-
висит от содержания вспенивющего агента; например,
на жиле диаметром 0,85 мм с использованием матрицы
диаметром 4 мм -получен следующий диамет-р кабеля:
Содержание вспенивающего
агента, </о............. 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Диаметр, мм............. 4,5 6,7 7,1 7,5 8,3
Для получения качественной изоляции обязателен
предварительный обогрев жилы до температуры, не
меньшей, чем температура расплава.
Для ТФП с более высокой температурой переработ-
ки, например ФЭП, пока не найдено подходящих вспе-
нивающих агентов, что требует применения только фи-
зического вспенивания. В качестве газа, которым на-
сыщают полимер, применяют дихлордифторметан
(хладон-12). Для равномерности вспенивания в поли-
мер вводят 0,5—1% мелкодисперсного порошка, части-
цы которого выполняют роль центров активации поро-
образования; могут быть использованы различные ма-
териалы, но наиболее широко применяется нитрид бора.
Для получения высокого качества размер большинства
частиц должен быть не более 2 мкм (с небольшим ко-
личеством частиц до 5 мкм) и они должны быть рав-
номерно распределены, в полимере. Нитрид бора вводит-
ся в полимер либо смешением в смесителях типа «Бем-
бери» в течение 15 мин при 350° С с последующим гра-
нулированием, либо путем холодного смешивания в
течение 15 мин с последующей двухкратной грану-
ляцией.
Введение в полимер хладона-12 может производиться
как в процессе экструзии путем подачи газа в цилиндр
с использованием червяка специальной конструкции,
так и предварительным насыщением гранул. Во втором
случае достигается лучшая однородность распределения
пор. Для этого гранулы засыпают в колонки, имеющие
внутренний диаметр около 100 мм, длиной 1,5—2 м, из
которых затем удаляют воздух путем вакуумирования,
после чего колонки промывают хладоном-12 и подают
его под повышенным давлением. Количество хладона-12,
растворяющегося в полимере, зависит от давления и
длительности насыщения:
Давление, МПа Количество газа, %, при длительности, сут
0,5 1 9 3 4
0,1 0,5 1 1,3 1,5 1,6
0,4 1,7 2.7 4,0 4,4 4,6
0,9 6.0 8,3 11,5 13.5 14,8
Считается, что количества 2,0—2,5%0 достаточно для
достижения степени вспенивания 50%, однако оконча-
тельно степень насыщения фреоном устанавливается
экспериментально. Поскольку после снятия давления
газ будет диффундировать из гранул, хранить его
перед экструзией можно не более 2 ч.
Наложение изоляции производится на экструзионной
линии для обычных ТФП. Дополнительным требованием
к головке экструдера является необходимость обеспе-
чения строгой симметричности потока расплава в голов-
ке, поэтому головки с рассекателем являются более
предпочтительными. Применяют .инструмент с обжати-
ем, угол матрицы около 30°, а длина формующей части
около 1—1,5 мм, угол дорна 15—20°, дорн имеет на-
правляющую трубку длиной около 25 мм, которая утоп-
лена в матрицу на 1—1,5 мм. Инструмент рассчитыва-
ют следующим образом. Внутренний диаметр направ-
ляющей трубки ПЕН выбирают на 0,15—0,20 мм больше
диаметра жилы Толщина стенки направляющей
трубки А около 0,25 мм. Диаметр матрицы DM зависит
как от типа и количества материала, используемого в
качестве центров активации порообразования, так и от
количества газа и окончательно устанавливается экспе-
риментально. Ориентировочно DM может быть рас-
считан по формуле
/-> М/ Ожа + 1/ (Овн + 2Д)2
где Da — наружный диаметр готового провода по изоля-
ции; у — коэффициент, учитывающий увеличение диа-
метра из-за вспенивания, равный 1,5—2,2.
Для обеспечения плотного сцепления жилы с изоля-
цией целесообразно использовать вакуумирование дор-
на и предварительный обогрев жилы.
При соблюдении режимов подготовки и изолирова-
ния получают удовлетворительные физико'-механические
и электрические свойства изоляции и однородные за-
крытые несообщающиеся поры. Средний размер пор —
0,025—0,075 мм, число пор — 45-106/см3, прочность изо-
ляции— 5,25 МПа, удлинение при разрыве—160%.
При 50%-ной пористости плотность изоляции составля-
ет 1100 кг/м3; tg 6 зависит от типа материала, исполь-
зованного для образования активных центров, и коли-
чества оставшегося хладона-12 и составляет (l-j-5) -10~4
три 1 кГц^а ег 1,45—1,55. Для улучшения диэлектри-
ческих свойств изоляции можно удалить газ из пор
путем термообработки полученного провода в течение
нескольких часов при температуре 150° С. Электричес-
кая прочность при вспенивании снижается с 25—30 до
5-103 В/мм при толщине изоляции 1,2 мм.
Отечественная порообразующая композиция, содер-
жащая 1% нитрида бора и 0,5—0,6% хладона-12, обес-
печивает получение изоляции с плотностью 800—
900 кг/м3 и ег= 1,354-1,45 [38].
Изоляции проводов и кабелей, выполненной из
ТФП, свойственны некоторые недостатки, характерные
для любой термопластичной изоляции. К ним относятся
ползучесть и резкое снижение механических свойств
при температурах, близких к температуре плавления;
кроме того, внутренние напряжения, «замороженные» в
изоляции при изготовлении провода, проявляют себя
при повышенных рабочих температурах, приводя к зна-
чительной чсадке, а в ряде случаев и к растрескиванию
изоляции. Ввиду этого одно из основных преимуществ
фторопластовой изоляции, нагревостойкость, в ряде
случаев используют не в полной мере, так как потреби-
тели иногда предпочитают снизить допустимую рабочую
температуру, чтобы облегчить условия эксплуатации и
получить за счет этого запас надежности. И действи-
тельно, незначительный, случайный нагрев выше темпе-
ратуры плавления приводит к выходу провода из строя.
Одним из эффективных способов, позволяющих в
значительной мере устранить отмеченные недостатки,
является структурирование (сшивка) изоляции путем
радиационного. модифицирования. Фтбрполимеры
по-разному реагируют на' воздействие ионизирующих
излучений: если у перфторированных полимеров преоб-
ладают процессы деструкции, то водородсодержащие
фторполимеры преимущественно сшиваются с образо-
ванием пространственной сетки и выделением значи-
тельного количества летучих продуктов. Образование
поперечных связей преимущественно происходит в
аморфных областях. К таким полимерам относятся
ЭТФЭ, ПВДФ и ЭТФХЭ [39].
Облучение кабельных изделий можно производить
как на изотопных источниках, так и на ускорителях
электронов. В первом случае в качестве источника гам-
ма-излучения применяют обычно изотоп Со60, При ра-
122
диоактивном распаде кобальта (период полураспада
5,3 г) испускаются два гамма-кванта с энергиями ],33
и 1,7 МэВ. Однако низкая мощность дозы изотопных
установок приводит к большой длительности процесса
облучения и необходимости принимать меры по предот-
вращению окисления полимера при облучении (,при-
менять вакуум или инертную среду), поэтому для ра-
диационного модифицирования изоляции проводов и
кабелей в промышленных условиях наибольшее распро-
странение получили установки, 'использующие ускори-
тели электронов [40]. 'Схема установки показана на
Рис. 42. Зависимость гель-
фракции от дозы излуче-
ния для различных ПВДФ.
1 — кайнар+3% триалилциану-
рата; 2 — кайнар; 3—кайнар 451
(эмульсионный) в диметил ацет-
амиде; 4 — кайнар 301 (эмуль-
сионный) в диметил ацетамиде;
5 — фторопласт-2М в ацетоне;
6 — кайиар-881 (суспензионный);
7 — фторопласт-2М в диметил -
форм амиде.
применяют ускори
Рис. 41. Схема облучения ка-
бельных изделий.
1 — ускоритель; 2 — электронный пу-
чок; 3— защитная стена; *— пульт
управления; 5 — отдающее устройство;
6 — тяговое и приемное устройство;
7 — обрабатываемый провод; б—ролики.
рис. 41. Облучение произво-
дят в процессе многократ-
ной перемотки провода под
пучком электронов. В оте-
чественной практике для этих целей
тели ЭлВ-1 и ЭлВ-2 со следующими параметрами:
ЭлВ-1
ЭлВ-2
Мощность в пучке, кВт...................До 20 До 20
Энергия электронов, МэВ............... 0,5 0,7 0,8—-1,5
Ток пучка, мА...........................Д° 40 До 25
Основным технологическим параметром, определяю-
щим степень радиационного модифицирования, является
дова излучения, поглощенная изоляционным материа-
лом Для фторполимеров необходима технологическая
доза qt 0,02—0,05 до 0,2—0,3 МДж/кг, ее конкретное
значение зависит как от свойств материала, так и от
требований, предъявляемых к данному кабельному из-
делию. На рис. 42 приведены зависимости гель-фракции
от поглощенной дозы для различных модификаций
ПВДФ в виде IgF=/l—где Г — гель-фракция (не-
растворимая часть материала, образовавшаяся в ре-
зультате сшивки); А и В—константы; D — поглощен-
ная доза. Из этих данных следует, что даже полимеры
с одинаковым химическим строением сшиваются по-раз-
ному, поэтому оптимальную технологическую дозу сле-
дует выбирать в каждом конкретном случае с учетом
особенностей модифицируемого материала, конструк-
ции, требований к проводу и способа облучения. Из
приведенных данных также следует, что введением
сенсибилизаторов (кривая 1) можно существенно сни-
зить технологическую дозу облучения.
Следует заметить,, что определение гель-фракции
в облученном ПВДФ затруднено возможной деструкци-
ей из-за взаимодействия ПВДФ с растворителем при
экстракции. При использовании в качестве растворителя
диметилформамида происходит разрушение простран-
ственной сетки (кривая 7). Поэтому для определения
гель-фракции следует использовать диметил ацетамид,
ацетон или диметилсульфоксид (с добавлением в по-
следнем случае 0,1% р-нафтилпарафенилендиамина в
качестве стабилизатора) [41].
При выборе оптимальной технологической дозы для
модифицирования в основном исходят из степени улуч-
шения свойств изоляции. В табл. 31 приведены экспе-
риментальные данные по изменению усадки, высоко-
эластического восстановления и деформации при про-
давливании от дозы облучения [39]. Усадка изоляции
определялась по ГОСТ 12175-73. Высокоэластичное вос-
становление определялось на отрезках изоляции при
выдержке их в течение 15 мин в жидкости при темпера-
туре 170°С (фторопласт-2М) или,5 мин и 270°С (фто-
ропласт-40111). Деформация определялась на полосках
материала-толщиной 1 мм при грузе 0,5 кг и подъеме
температуры со скоростью 10° С/мин (фторопласт-2М)
или при 300° С/мин (фторопласт-40111).
Приведенные данные показывают, что у фторопла-
ста-2М .с точки зрения усадки и высокоэластичного вос-
становления минимальная технологическая доза состав-
ляет 0,05—0,1 МДж/кг, а с точки зрения деформируе-
Таблица 31
Материал Доза, МДж/кг Усадка, мм Высоко - эластичное восстанов- ление, % Деформа- ция при продавли- вании, % ПТР, г за 10 мнн
Фторо- 0 1,6 66 100 2,4—5,4*
пласт-2М 0.01 —. — — ' 1.2—2—4,0
0,02 .—. — .— 0,6—0.8—1,5
0,03 1,45 48 — 0,2—0.3—0,9
0.05 0.45 35 .—- 0,1—0.1—0,8
0.07 0,35 14 — —
0,10 — — 80 —
0,12 0.30 6 .— —
0,15 — 68 .—
0.20 — — 56 -—.
0.30 — — 47 .—
0,50 — 38 —
Фторо- 0 — 51 100 i
пласт-40111 0.05 .— 30 86 -—
0.10 — 23 70 -—
0,15 —— 11.5 .—- —
0.20 — .—. 50 —
0,30 —. — 37 —
0,50 — — 30 .—
1.00 — 9.2 — —
* Испытывали три партии с различным исходным значением ПТР.
мости при температуре выше температуры плавления
0,1—0,2 МДж/кг, как и у 'фторопласта-40Ш. Заметим,
что споообность течь полимер утрачивает уже при очень
малых дозах. У ЭТФЭ, который не растворяется в из-
вестных растворителях, и, следовательно, в этом случае
отсутствует возможность контроля гель-фракции, изме-
нение ПТР и усадки может использоваться как крите-
рий для оценки степени сшивки.
Радиационное модифицирование изоляции из ЭТФЭ
и ЭТФХЭ повышает стойкость к растрескиванию ' [37,
39]. Экспериментальная проверка влияния облучения
на стойкость изоляции к растрескиванию проводилась
путем облучения проводов с изоляцией из фторопла-
ста-40111 и фторопласта-40Б (по данным [42] последний
обладает наименьшей стойкостью к растрескиванию из
всех ЭТФЭ) гамма-лучами в вакууме с последующим
испытанием при 200° С по описанной выше методике.
Результаты свидетельствуют, «1то с этой точкй йрёнйЯ
минимальная доза составляет 0,1—0,15 МДж/кг:
Количество растрескавшихся образцов, %
Доза, МДж/кг
Фторопласт-40LU Фторопласт-40Б
0 Более 80 100
0.5 Более 80 80
0,10 40 20
0.15 0 0
0.20 0 0
0,30 0 0
К сожалению, радиационно-модифицированная изо-
ляция обладает недостатками, главные из которых за-
ключаются в том, что при облучении происходит сни-
жение относительного удлинения при разрыве, а также
возможно развитие процессов деструкции, сокращающих
срок службы изоляции при повышенных температурах;
поэтому при превышении необходимой дозы возможны
«переоблучение» изоляции и потеря ею необходимых
полезных свойств, в первую очередь эластичности.
24. Техника безопасности
при переработке фторполимеров
Технологический процесс изготовления проводов и кабелей с
изоляцией из фторполимеров предусматривает либо термообработ-
ку, либо экструзию полимерного материала при температурах, пре-
вышающих его температуру плавления. Воздействие повышенных
температур неизбежно ведет к образованию газообразных продуктов
за счет частичной деструкции. При нагревании фторполимеров вы-
ше температуры 200—250° С начинается термоокислительная де-
струкция, интенсивность которой неодинакова для различных марок.
В табл. 32 представлены данные по газовыделению различных фто-
ропластов при нагреве.
Таблица 32
Марка фторопласта Темпера- тура наг- рева, °C Время наг- рева, ч Потеря массы
% %/ч
Фторопласт-4 370 — — 0,004—0,008
400 -—- •— 0,03—0,08
425 — — 0,15
Фторопласт-4МБ 300 3 0,25
Фторопласт-40 275 5 0.2—1,2
Фторопласт-2 275 5 0,3—1,0 1
Фторопласт-2М 275 5 0,2—0,5
Основными продуктами термоокислительной деструкций фто-
ропласта^ являются: тетрафторэтилен, гексафторпропилен, перфтор-.
Изобутилен, перфторциклобутан, фторфосген, фтористый водород,
окись и двуокись углерода. Термопластичные фторопласты при де-
струкции образуют фтор- и фторх лор фосген, галогеноводороды,
двуокись углерода. Перечисленные продукты разложения являются
газообразными, они бесцветны и практически не имеют ощутимого
запаха. Наиболее токсичными продуктами разложения являютсяз
перфторизобутилеи, фтористый водород (его предельно допустимая
концентрация в воздухе 0,5мг/м3), гексафторпропилен, фтор-и фтор-
хлорфосген. Токсичными также являются аэрозоли — высокодисперс-
иые частицы ПТФЭ, образующиеся при термической деструкции.
Предельно допустимая концентрация аэрозолей в воздухе установ-
лена на уровне 10 мг/м3.
При вдыхании газообразных продуктов и высокодисперсных
частиц полимера появляются признаки фторопластовой лихорадки:
сухость в горле, недомогание, слабость, высокая температура, одыш-
ка и повышенное потоотделение.
Обычно, при легком отравлении, симптомы проявляются спу-
стя несколько часов после поражения и исчезают через 48 ч без
остаточных явлений. Признаки отравления наблюдаются при гру-
бом нарушении техники безопасности переработки полимеров: не-
исправной или неработающей местной^ и общей вентиляции, чрез-
мерных перегревах оборудования, курении в местах переработки,
пожарах. Для безопасных условий переработки кабельное обору-
дование, экструзионные машины, плунжерные пресса, агрегаты тер-
мообработки проводов с пленочной и стеклофторопластовой изоля-
цией оборудуются местными вентиляционными отсосами для уда-
ления газообразных продуктов разложения. Мощность местных
вентиляционных отсосов зависит от массы перерабатываемого ма-
териала и температуры переработки.
Производственные помещения, где происходит термическая об-
работка фторопластов, оборудуют приточно-вытяжной вентиляци-
ей с кратностью обмена воздуха, равной 8—10.
Рекомендуют применять для целей индикации газообразных
продуктов газовые хроматографы и приборы типа ГТЧ-5. В слу-
чае большой загазованности или аварии необходимо защищать ор-
ганы дыхания шланговыми противогазами или противогазами
марки ФОС. При курении пыль фторопластов осаждается на го-
рящую папиросу и, разлагаясь, при вдыхании вместе с дымом за-
хватывается курящим.
ГЛАВА ПЯТАЯ
КАБЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ФТОРПОЛИМЕРОВ
25. Плунжерные пресса
Плунжерные пресса применяют для изготовления
кабельных изделий из порошка ПТФЭ методом экстру-
*3ии. .Конструкция плунжерного пресса была запатенто-
вана фирмой «Дженингз» (США). Принципиальная
конструктивная схема, разработанная фирмой, несмотря
на ряд существенных изменений, повышающих произ-
водительность оборудования, сохранилась до настояще-
го времени.
Плунжерный пресс является оборудованием перио-
дического действия: в цилиндр загружают порцию ма-
териала, и за счет движения плунжера материал нано-
сят на движущуюся токопроводящую жилу. В крайнем
положении плунжер автоматически останавливается, и
цикл работы повторяется. Длина кабеля или провода,
получаемого из одной загрузки материала, зависит от
вместимости цилиндра пресса и может быть вычислена
Р и с. 43. Зависимость объемной производительности плунжерных
прессов Q от скорости плунжера v
(диаметры цилиндров: 1 — 20 мм; 2— 25 мм; 3 — 30 мм; 4— 40 мм; 5 — 60 мм).
исходя из геометрических размеров цилиндра пресса
по следующей формуле: [43]
К£ц(гц’-^р)Р1
где £)ц, dTP, £>пр, — соответственно диаметры цилинд-
ра, трубки дорнодержателя, изготавливаемого провода,
токопроводящей жилы; £ц — высота (длина) цилиндра
пресса; Р1 и Р2 — плотность пасты (1600—1700 кг/м3)
и плотность после термообработки на проводе
(2200 кг/м3); К — коэффициент, учитывающий отходы.
На рис. 43 представлена зависимость объемной про-
изводительности плунжерного пресса от скорости пере-
мещения плунжера при работе с цилиндрами разного
диаметра. Объемная производительность повышается с
увеличением диаметра цилиндра и скорости движения
плунжера.
Основные физико-химические превращения материа-
ла происходят, в головке пресса, устройство которой и
конструкция формующего инструмента представлены в
гл. 4. При замене цилиндра пресса меняются лишь мат-
рица и трубка дорнодержателя. В случае изготовления
проводов и кабелей на цилиндре одного диаметра осу-
ществляется замена вкладыша матрицы и дорна. Осо-
бенностью конструкции дорна является то, что он окан-
чивается гибкой стальной трубкой, через которую жила
попадает в зону формования. При прямоточной экстру-
зии за счет равномерного распределения давления в по-
лимере гибкая трубка дорна устанавливается строго по
центру цилиндра и формующего отверстия матрицы.
Подъем и опускание головки при перезаправке плун-
жерного пресса осуществляются сжатым воздухом, а
крепление головки к верхней части цилиндра происхо-
дит при помощи затвора, закрываемого вручную или
пневматически.
В настоящее время выпускают плунжерные пресса
вертикального и горизонтального типов. Плунжерные
пресса вертикального типа имеют механическую систе-
му привода, пресса горизонтального типа более мощные
и оборудованы гидравлической системой привода.
В СССР и Европейских странах применяют плун-
жерные пресса вертикального типа. Их в основном ис-
пользуют для наложения изоляции на монтажные про-
вода и изготовления тонкостенных электроизоляцион-
ных трубок; горизонтальные пресса — для изготовления
монтажных проводов и радиочастотных кабелей с тол-
стостенной изоляцией и изделий большой строительной
длины.
При экструзии полимера и непосредственном изготов-
лении кабельных изделий движение плунжера верти-
кального пресса осуществляется от основного ведущего
электродвигателя мощностью 1,47 кВт посредством цеп-
ного привода через дисковую электрическую муфту.
При ускоренном ходе плунжер приводится в действие
электродвигателем, непосредственно соединенным с
плунжером, в этом случае линейная скорость плунжера
при опускании вниз или подъеме вверх равна
900 мм/мин.
Основные технические параметры плунжерных прессов
Вертикальный пресс Горизонтальный пресс
Прессовое усилие, МН 0,30 0,50; 0,75; 1,0
Сечение изолируемых проводов, мм2 0,03—6 0,03—8
Толщина изоляции, 0,14-0,6 0,14—2
Длина цилиндра, мм 900 1800
Диаметр цилиндра, мм 25, 32, 38, 44,5; 50,8; 63,5;
Масса загружаемого материала, кг: 50, 62, 76 76; 101,6; 115
минимальная . 2,25 4,75
максимальная . . ..... 8,2 68
Линейная скорость, м/мин Скорость плунжера, мм/мин: 4,5—45 3—00
рабочая 0—50 0—152
при ускоренном ходе * . . . 000 1800
Длина печей сушки и запечки, м . 6—18 15
Максимальная температура печей, °C 600 600
Плунжерные пресса имеют сменные цилиндры, что
позволяет варьировать усилия экструзии при изготов-
лении кабельных изделий различного диаметра и раз-
ной толщины изоляции.
К вертикальным плунжерным прессам в зависимо-
сти от высоты помещения монтируют секционные печи
сушки и термообработки, имеющие различную высоту
и мощность обогревателей. Отдающее устройство плун-
жерного пресса снабжено принудительным отдатчиком,
позволяющим изменять натяжение проводов в зависимо-
сти от прочности изолируемой жилы. Плунжерные прес-
са комплектуются дополнительным оборудованием для
подготовки паст и изготовления заготовок.
26. Оборудование для нанесения изоляции из суспензий
На рис. 44 показана схема агрегата для пропитки
стеклоленты суспензией фторопласта-4Д. С отдатчика,
куда помещается рулон стеклоленты, подлежащей про-
питке, через систему направляющих роликов лента по-
падает в ванну пропитки 3. Стеклолента после пропит-
ки имеет на поверхности избыток фторорганической
суспензии, поэтому до входа в лечь сушки предусмотрено
расстояние 0,3—0,5 м, для того чтобы излишки суспен-
зии успевали стекать по стеклоленте в ванну. Стекло-
лента с нанесенным слоем суспензий попадает в печь 4,
где происходят.удаление влаги и предварительная тер-
мообработка слоя. Слой полимера после термообработ-
ки на поверхности стеклоленты достаточно рыхлый и
может осыпаться при намотке, поэтому стеклоленту не-
посредственно после сушки и термообработки подверга-
ют каландрованию в валках 6, расположенных перед
приемной катушкой 7. За счет пластической деформации
полимера нанесенный слой вдавливается в стеклоткань
и не осыпается при намотке. Стеклоленты с подсушен-
ным покрытием при термо-
обработке изделия сплавля-
ются друг с другом.
Пропитку суспензиями
стекловолокнистых покры-
тий кабельных изделий про-
водят на агрегатах шахт-
ного типа, через который
кабель или провод проходит
от 3 до 8 раз. Агрегаты
ПЛУ-2 оборудованы ванна-
ми для суспензии, а опера-
ции нанесения и термооб-
работки покрытия череду-
ются в зависимости от чис-
Р и с. 44. Схема агрегата для
пропитки стеклоленты суспензией
фторопласта-4Д.
/ — отдающее устройство; 2 — суспен-
зия; 3 — ваина для пропитки; * — печь
сушки и термообработки; 5 — вентиля-
ционный отсос; 6 — каландрующее
устройство; 7 — приемная катушка.
ла проходов кабельного изделия. Агрегаты для изоли-
рования проводов суспензией идентичны выше рассмот-
ренным за исключением того, что провод сначала попа-
дает в ванну со специальным составом, активирующим
поверхность провода, а затем в ванны с суспензией.
Для получения изоляции . толщиной 25—50 мкм необ-
ходимо двух-трех-разовое прохождение провода через
ванну.
27. Обмоточные машины
Резку пленки производят на станках, состоящих из
трех основных устройств: отдающего, для резки пленки
и приемного. Устройство для резки состоит из двух пла-
стин, нижняя имеет бортики соответственно ширине
пленки, а верхняя накладывается в нижнюю и прижи-
мает пленку. В конце нижней пластины через прорези,
расположенные на расстоянии 2—3 мм друг от друга,
вставляют лезвия бритвы таким образом, что они вы-
ступают над поверхностью нижней пластины на 3—4 мм.
При движении между пластинами пленка попадает на
край лезвия и режется. После резки ленты наматывают
на кольца, отделенные друг от друга картонными про-
кладками, которые препятствуют спаданию лент с ро-
лика.
При изготовлении монтажных проводов с изоляцией
из пленок фторопласта-4 предпочтение отдают централь-
ным обмотчикам вертикального типа. В отечественной
практике используют изолировочные машины с тремя
головками (ВИМ-3), на каждую из которых помещают
ролики с лентами фторопласта. Каждый обмотчик снаб-
жен автоматом, останавливающим машину при сходе
или обрыве ленты. Для работы с пленками различной
толщины частота вращения обмотчиков изменяется с
помощью трехскоростной коробки передач. Шаг обмот-
ки при помощи сменных шестерен можно изменять как
для всех трех обмотчиков, так и для каждого в отдель-
ности.
Основные технические параметры
ВИМ-ЗА МО-2
Линейная скорость обмотки, м/мин . 1—9 0,6—8
Число обмотчиков 3 2
Максимальная частота вращения об- мотчика, об/мин Максимальный шаг обмотки, мм '. . 1550 860
7,5 20
Диаметр изолируемых жил, мм . . 1-3,5 0,18—2
Размеры накладываемой пленки: толщина, мкм в ,10—100 40—100
ширина, мм . . 3—12 3—12
Натяжение леиты, Н 0,4—2,5
Для выпуска радиочастотных кабелей применяют го-
ризонтальные обмотчики с эксцентричным расположе-
нием ролика •— плоским или полутангенциальным. Кон-
струкции таких обмотчиков, например ГИМ, достаточно
известны и подробно рассмотрены как в учебных по-
собиях, так и в специальной литературе, например
в [2].
В случае изготовления некоторых высоковольтных
кабелей пространство между пленками фторопласта-4
заполняют кремнийорганической жидкостью. Конструк-
тивно обмотчик не отличается от обычно применяемых,
но имеет дополнительное устройство для введения крем-
нийорганической жидкости. Для обмотки СКЛ отечест-
венной промышленностью разработаны специальные об-
моточные машины горизонтального типа, позволяющие
контролировать и поддерживать заданный уровень на-
тяжения пленки в процессе намотки.
Наиболее важным является узел регулирования на-
тяжения пленки. В основу заложен электромеханиче-
ский способ регулирования натяжения, принципиальная
схема которого представлена на рис. 45. Электродвига-
Р и с. 45. Схема регулирования натяжения СКЛ при обмотке.
1 — редуктор; 2—ролик с СКЛ; 3 — поворотный ролик; 4 — блок управления;
5 — датчик натяжения; 6 — показывающий прибор; 7 — ручка регулирования
натяжения; 8 — тарирующий груз; 9 — пружина; 10 — компенсатор; 11 — элек-
тродвигатель.
тель, работающий в тормозном режиме, через редуктор
передает тормозной момент ролику с пленкой. Натяже-
ние задается перед началом работы за счет усилия,
создаваемого пружиной, которое контролируется прово-
лочным датчиком натяжения.
Поддержание натяжения производится за счет пере-
распределения токов в элементах схемы сравнения, ко-
торая питается от стабилизированного источника тока,
натяжение изменяется в зависимости от положения
движков резистора и проволочного датчика. Увеличение
тока в управляющей обмотке двигателя соответствует
увеличению тормозного момента, передаваемого двига-
телем на ролик с пленкой. Тормозной момент определя-
ют при помощи специального тарирующего устройства
и систематически контролируют в процессе работы. Уро-
вень натяжения пленки СКЛ зависит от размеров изо-
лируемой жилы, толщины и ширины накладываемой
пленки.
28. Агрегаты термообработки кабельных изделий
с изоляцией из пленок и стеклофторопласта
Провода, изолированные ориентированными пленка-
ми ПТФЭ, после операции изолирования подвергают
термообработке на агрегатах горизонтального (ЗИГ) или
вертикального (ПЛУ) типов. Основной частью агрега-
та ЗИГ является печь горизонтального типа для термо-
обработки в инертном газе, скомпонованная с отдающим
и приемным устройствами. Она оборудована специаль-
ными штуцерами для подачи инертного газа от баллона
в печь. Обогрев печи осуществляют электронагрева-
тельными элементами.
Для термообработки проводов со стеклофторопласто-
вой изоляцией разработаны вертикальные агрегаты
ПЛУ, на которых осуществляют пропитку защитной
стеклооплетки фторсуспензией и сплавление полученно-
го покрытия в монолит.
Для термообработки проводов с изоляцией из пленок
СКЛ разработаны агрегаты АЗФ вертикального ти-
па [2].
Агрегат АЗФ является высокопроизводительным
оборудованием и может обслуживать 3—5 обмоточных
машин типа МО.
Технические параметры агрегатов для термообработки
ЗИГ ПЛУ АЗФ
Сечение термообраб'атываемых про-
водов, мм2......................0,08—6
Линейная скорость провода, м/мин . 1—-18,5
Рабочая температура, °C ... . До 400
Число ходов.......................... 2
Число регулируемых зои.............. 1
Максимальная высота (длина) агре-
гата, м............................5.4
Потребляемая мощность, кВт ... 15
0,35—6 0,08—2,5
1—Ю 2—15
До 500 До 600
2 1
6 5
5,4 6,2
50 20
Для термообработки обмоточных проводов диамет-
ром 1,88—7,55 мм с изоляцией из пленок ПТФЭ разра-
ботан метод индукционного нагрева проводов в спе-
циальном петлевом индукторе [27]. Установка состоит
из отдающего и приемного устройств, а также петлево-
го индуктора для нагрева обмоточных (проводов, основ-
ные технические параметры которых приведены ниже:
Диаметр термообрабатываемых проводов, мм / 1,88—7,35
Линейная скорость провода, м/мин............ 1,5—7
Длина индуктора, м ..... . 2
Номинальная колебательная мощность, кВт . . 60
Аиодиое напряжение, кВ...................... 10,5
Напряжение на контуре, кВ............................ До 7
Анодный ток, А....................................... 8
Максимальная температура на проводе, ! С . . 400
За рубежом применяют агрегаты, высота которых .
может достигать 8—12 м в зависимости от высоты про-
изводственных помещений.
Фирма «Пампус» (ФРГ) для термообработки про-
водов с изоляцией из СКЛ применяет двухкамерные аг-
регаты, в которых печи расположены параллельно друг
другу в одной плоскости. Провод через поворотные ро-
лики из одной печи попадает в другую, проходя дваж-
ды каждую печь. В случае остановки тяги или обрыва
провода печи автоматически откатываются в сторону,
обнажая провод, что предотвращает термодеструкцию
изоляции. Отвод печей и их возвращение в исходную
позицию осуществляются сжатым воздухом. Наличие
двух расположенных рядом печей позволяет снизить вы-
соту установки, что облегчает ее заправку и обслужи-
вание.
Анализ конструктивных особенностей агрегатов тер-
мообработки показывает, что наиболее целесообразным
и экономически выгодным является вертикальная ком-
поновка печей. Вертикальное расположение печей поз-
воляет сэкономить производственные площади, улучшить
обслуживание и упростить заправку. Отметим, что для
термообработки проводов ранее иногда применяли печи
с теплоносителем в виде расплава солей и расплава
легкоплавких сплавов на основе олова. Провод, прохо-
дя через расплав соли или металлов, подвергается тер-
мообработке. Однако расплавы оставляют на поверхно-
сти провода частицы солей или металлов, поэтому
необходима дополнительная операция их удаления, что
усложняет и удорожает производственный процесс.
Печи с инфракрасным высокотемпературным обо-
гревом 600—1000° С позволяют вести процесс термо-
обработки при высоких скоростях, но сложны в эксплу-
атации, и их заправка при обрыве провода чрезвычайно
затруднена. Поэтому указанные установки не нашли ши-
рокого применения.
29. Агрегаты для переработки
термопластичных фторполимеров
Переработку ТФП в кабельной промышленности
производят на экструзионных линиях, отличающихся от
обычных, во-первых, экструдером, а во-вторых, высокой
насыщенностью автоматикой и контрольно-измеритель-
ными приборами. Экструдеры для ТФП принципиально
не отличаются от обычных, однако имеют ряд специфи-
ческих особенностей. Основное отличие обусловлено вы-
делением при переработке некоторого количества высо-
коактивных газообразных продуктов, главным образом
фтористого водовода (и хлористого водорода при пере-
работке ЭТФХЭ), вызывающих интенсивную коррозию
обычных сталей. Пои этом 'Продукты коррозии попадают
в пеперабатываемый материал и создают дефекты в
изоляции. В свою очередь, железо, входящее в состав
сталей, является катализатором разложения фторполи-
мепов, поэтому для изготовления деталей, сопрокасаю-
щихся с расплавом ТФП, требуется применять специ-
альные коррозионно-стойкие сплавы. Обычно применя-
ются хромоникелевые и никельмолибденовые сплавы с
небольшим содержанием железа. За рубежом для вту-
лок поименяют сплавы Ха11оу-306 (Ксалой). Ха11оу-800,
BCI № 2. Pelov (Реалой) и др. Для червяков, головок
и инструмента могут применяться сплавы Hastelloy-C,
(Хосталлой), Monel-400 (Монель), Duranicel (Дурани-
кель) или спвпиальные нержавеющие стали 303 и 416
(стандарт ФРГ). Для некоторых ТФП допускается из-
готовление деталей экструдера (кроме втулок) из хро-
мированных нержавеющих сталей; при этом требуется
тщательная проверка хромового покрытия на отсут-
ствие дефектов. В состав сплава Хосталлой С-276, вы-
пускаемого фирмой «Кэбот Корп» (США) кроме нике-
ля входят: молибден, 15—17%: хром, 14,5—16,5%: же-
лезо, 4—7%; вольфрам, 3—4,5%; кобальт до 2,5%;
магний до 1%; кремний до 0,05%; углерод до 0,02%;
прочее — около 0,4%'.
В СССР подобные сплавы имеют марки ХН77ТЮР
(ЭИ-437Б) и 47НХМ.
Стоимость таких сплавов в 3—10 раз выше, чем
обычных сталей, применяемых для изготовления экстру-
деров, кроме того, они требуют специальной техноло-
гии обработки: поэтому и стоимость экструдеров для
фторполимеров примерно в 2 раза выше. С целью эко-
номии часто изготовляют не сплошные втулки, а двух-
или трехслойные, у которых только внутренний слой
толщиной до 1—1,5 мм изготовлен из специального кор-
розионно-стойкого сплава.
Поскольку скорости переработки ТФП относительно
невелики, а время пребывания материала в экструдере
должно быть минимальным, то предпочтительным явля-
ется применение экструдеров относительно 'Небольших
размеров, обычно с червяком диаметром не более 50—
60 мм. Для изготовления проводов малых размеров, на-
пример, сечением 0,2 мм2 и менее с толщиной изоляции
не более 0,15 мм, находят применение экструдеры с
червяком диаметром 25—40 мм.
Современная практика отдает предпочтение экстру-
дерам, у которых отношение длины червяка к диаметру
равно 20—25, что обеспечивает более равномерный на-
грев материала, хотя находят применение и экструдеры
с отношением, равным 15.
Что касается конструкции червяков, то находят при-
менение как червяки с короткой зоной сжатия, так и с
постепенным сжатием. Для переработки фторполимера
тефлон-100 фирма «Дюпон» (США) рекомендует чер-
вяк с короткой зоной сжатия с компрессией, равной 3,
и с дозирующей дозой, равной 4—5 диаметрам червя-
ка. Для фторполимера кайнар .применяет червяки с зо-
ной сжатия длиной около 10 диаметров, с компрессией
2,2—2,5.
Для переработки материала тефзел могут приме-
няться как те, так и другие червяки с компрессией око-
ло 3. Фирма «Майлефер» (Швейцария) рекомендует
для переработки фторполимеров запатентованные ею
так называемые дифференциальные червяки.
Глубина канала в дозирующей зоне составляет око-
ло 6% диаметра червяка.
Особенностью экструдеров для ТФП является пони-
женная частота вращения червяка, обычно составляю-
щая от 1—2 до 30—50 об/мин, что обусловлено недо-
пуст.имостью переработки при высоких скоростях сдви-
га. Повышенная вязкость расплава требует увеличения
мощности привода экструдера примерно в 1,5—2 раза
•по сравнению с экструдерами для обычных термопла-
стов. В современных экструдерах обычно применяют
привод постоянного тока с тиристорным управлением,
что дает возможность осуществлять плавное изменение
числа оборотов в широком диапазоне.
При выборе типа экструдера следует исходить как из
его вместимости (т. е. количества материала, необходи-
мого для заполнения экструдера), что определяет дли-
тельность пребывания материала в экструдере, так и из
его производительности (данные рассчитаны для мате-
риала .плотностью 2,1 г/см3):
Диаметр червяка, мм Вместимость экструдера, кг Минимальная производительность, кг/ч Максимальная производительность (при 50 об/мин), кг/ч
25 0,2 0.5 6
38 0.6 1.4 18
50 1.5 2,7 36
63 2.8 5.4 70
Если материал чистый, без посторонних включений,
и нет необходимости в создании повышенного противо-
давления, то сетки и решетки не используют. Однако
при их использовании они должны быть изготовлены
из указанных выше коррозионностойких сплавов и не
должны создавать зон застоя расплава.
Относительная близость температур переработки и
разложения, а также высокие требования к стабильно-
сти проводов и кабелей требуют высокой точности под-
держания температурного режима. Считается, что ко-
лебания не должны превышать ±1,0° С. •
Жесткие требования к стабильности температурных
режимов переработки предопределяют применение са-
мых современных систем поддержания и регулирования
температуры. Нагреватели головки и цилиндра должны
быть рассчитаны на максимальную рабочую темпера-
туру не менее 400—450° С и иметь мощность примерно
4—4,5 Вт/см2. Находят применение как индукционные
нагреватели, так и нагреватели сопротивления. Среди
последних наиболее надежными являются герметичные
нагреватели, у которых электрические нагревательные
элементы отделены от атмосферы; например, англий-
ские фирмы «Фрэнсис Шоу» и.«Нортамптон Машинери»
138
применяют трубчатые электронагреватели, размещенные
в массивных радиаторах из алюминиевого- сплава. Та-
кие нагреватели надежны, долговечны и обеспечивают
минимальные колебания температуры.
Поскольку при переработке ТФП даже местное
охлаждение расплава недопустимо, то обычно головка и
переходная зона (фланец) имеют от трех до пяти обо-
греваемых участков.
Цилиндры экструдеров чаще всего оборудованы
воздушным охлаждением от 'вентиляторов, а зона за-
грузни — водяным охлаждением. Охлаждение червяка
обычно не применяют.
Из-за большой вязкости расплава ТФП их темпера-
тура при экструзии может значительно отличаться от
температуры экструдера и существенно изменяться с
изменением скорости вращения червяка. Поэтому необ-
ходимо контролировать непосредственно температуру
расплава, для чего современные экструдеры оснащены
специальными термопарами. Для того чтобы обеспе-
чить стабильность процесса, желательно также контро-
лировать давление расплава на конце червяка.
30. Оборудование для маркировки кабельных изделий
В настоящее время для
фторорганических полимеров
собы кодирования:
Вид окраски или кодирова-
ния провода:
Сплошная окраска
Спиральная или продоль-
ная окраска
Кольцевая маркировка
Печатные знаки
проводов и кабелей с изоляцией из
применяют следующие виды и спо-
Сиособ окраски или кодирования:
Окраска полимера в массе
Поверхностная окраска цветной сус-
пензией
Нанесение цветной суспензии
Специальные окрашенные чернила
или растворы
Окрашенная фольга для печатания
Окраска или кодирование проводов с изоляцией из фторполи-
меров имеет ряд особенностей по сравнению с маркировкой по
изоляции из полиэтилена или ПВХ -пластиката. В ряде случаев
для нанесения маркирующих знаков или букв требуется дополни-
тельная обработка поверхности, что приводит к усложнению тех-
нологического процесса и технологического оборудования.
Нанесение поверхностного слоя из окрашенных суспензий на
провода с изоляцией из фторполимеров осуществляют при прохож-
дении провода через ванну с суспензией на таких же агрегатах,
как и для нанесения электропроводящих слоев из суспензии. Кон-
струкция рассмотрена ранее.
Определенный интерес представляет конструктивное оформле-
ние процесса нанесения полос, колец или печатных знаков, Нанесе-
ние спиральных полос производят на специальной установке, схема
которой представлена на рис. 46. С отдающей катушки 1 провод 8
перед входом в головку проходит газовую горелку 2, где проис-
ходит активация поверхности путем обжига. Провод проходит к
маркирующей головке 3, где на его поверхности наносятся спираль-
ные полосы трех цветов из окращен-
ной суспензии. Провод попадает в
печь термообработки 4 и через пово-
ротный ролик 5 поступает на тяго-
вую шайбу 6 и приемную катушку 7.
Основной частью установки является
маркирующая головка 3, которая
имеет собственный привод и вращает-
ся вокруг провода. На головке укреп-
лены три ролика, прикасающиеся на-
ружной кромкой к поверхности прово-
да и расположенные под углом к
вертикальной оси провода.
Рис. 46. Схема установки для на-
несения спиральных маркирующих
полос.
1 — отдающая катушка; 2—газовая го-
редка; 3 — головка для нанесения полос;
4 — печь термообработки провода; b — по-
воротные ролики; 6 — тяговое устройство:
7 — приемная катушка; 8 — провод
При вращении головки и движении провода ролики за счет-сил
вращения прижимаются к проводу и как бы катятся по его по-
верхности. Ролики помещены в съемные ванночки с окрашенной сус-
пензией таким образом, что суспензия смачивает нижнЮю часть
ролика. За счет центростремительной силы при вращении жидкость
прижимается к задней стенке ванночки, а ролик оставляет полосу
на поверхности провода. Шаг спирали регулируется соотношением
линейной скорости провода и числом оборотов головки. Ширина
полосы зависит от размера кромки ролика.
Установка имеет печь, которая при остановке провода автома-
тически за счет пневмопривода отходит в сторону, обнажая провод,
что предупреждает деструкцию изоляции. Установка позволяет на-
носить от одной до трех полос разного цвета на провода с .изоля-
цией из ПТФЭ, ФЭП, ЭТФЭ, ПВДФ.
Технические параметры установки
Диаметр маркируемых проводов, мм ..................0,6—5
Ширина спирали, мм..................................0,5—3
Шаг спирали, мм..................................... 3—30
Скорость провода, м/мин................................ 20
Частота вращения головки, об/мин....................... 150
Температура печей, °C...............................0—600
Число зон печей, шт. ..... ...... 3
Потребляемая мощность, кВт................• . . . . 22,5
Габариты установки, мм:
длина .......................................... 2800
ширина . ....................................... 1000
высота . . . > ............................... 72'00
При замене головки для спиральной маркировки на другую
возможно нанесение цифр или букв на поверхность провода.
В этом случае применяют ролик с буквами или цифрами, выграви-
рованными по его окружности. Ролик помешают в плоскую ванну
с окрашенной суспензией; вращаясь, он наносит знаки на поверх-
ность провода. За счет пружин и второго прижимного ролика
обеспечивается равномерный контакт с поверхностью печатающего
ролика.
Рис. 47. Схема нанесения кольцеобразных полос.
1 — экструдер; 2 — ванна с окрашивающим составом; 3 — насос; 4 — распыли-
тельные диски; 5 — мотор привода; 6 — стробоскоп; 7 — сушка провода; при-
емное устройство.
Подобные установки не могут быть встроены в линии для на-
ложения изоляции. Для маркировки проводов с изоляцией из ТФП
разработано краскомаркирующее устройство, которое встраивают
в экструзионную линию; оно позволяет наносить кольцеобразные
маркирующие знаки одного или двух цветов. Схема установки
представлена на рис. 47. Провод из головки экструдера 1 после
охлаждения попадает в камеры с вращающимися в них барабана-
ми 4, к которым при помощи насоса 3 из ванны 2 подается ок-
рашивающий состав. Барабаны имеют специальное устройство, пе-
рекрывающее струю чернил. Нанесение краски синхронизируют
стробоскопической лампой, управляющей электродвигателем 5, при
помощи которого изменяют частоту вращения барабанов в зависи-
мости от скорости провода, его размеров и расстояния между нано-
симыми кольцами.
После нанесения колец провод поступает- в сушильное устрой-
ство 7 и на приемник 8. Таким способом наносят маркирующие
кольца одного или двух цветов.
Основные технические параметры установки
для нанесения кольцевых знаков
Диаметр маркируемых проводов, мм................. 1—5
Ширина колец, мм................................. 1—3
Расстояние между кольцами, -мм...................20
Скорость провода, м/мин.......................... 5—1300
Фирма «Кингслей» (США) разработала машину для нанесения
маркирующих буквенных или цифровых знаков на поверхность про-
водов с изоляцией из ПТФЭ при помощи специальной фольги.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Паншин Ю. А„ Малкевич С. Г., Дунаевская Ц, С. Фторо-
пласты.— Л.: Химия, 1078. — 229 с.
2. Дикерман Д, Н., Кунегин В. С. Кабельное оборудование для
(переработки фторорганических полимеров.—М.: Информэлектро,
1976. —72 с.
3. Фторполимеры / Под ред. Л. А. Уолла: !Пер. с англ, под ред.
И. Л. Кнунянца и В. А. Пономаренко.—М.,: Мир, 1975. — 312 с.
4. Лазуткина Л. А., Пантелеева Н. А., Мамлина И. И. Тефлон
PFA, его свойства, технология переработки и применение. — Элек-
тротехническая промышленность. Кабельная техника, 1974,
,№ 12 (118), с. 21, 22 '(Информэлектро).
5. Кунегин В. С. Применение политетрафторэтилена в кабель-
ных изделиях. — М.: Информэлектро, 1970. — 49 с,
6. Ейльман Л. С. Проводниковые материалы в электротехни-
ке.— М.: Энергия, 1974.— 1-94 с.
7. Монтажные провода для радиоэлектронной аппаратуры / Под
ред. Л. И. Кранихфельда. — М.: Энергия, 1973. — 295 с.
8. O’Neill. Fluoroplastic Insulation materials for safe and variab-
le Electrical Sistem. ВЭЛК, .1977, M., Секция ЗА, докл. 68, с. 19.
9. Tefzel. Design Hand-book. Du Pont, 1973, E-04607.
10. A, C. № 149482 (СССР), Высоковольтный теплостойкий эк-
ранированный кабель/Э. А. Наги, Т. М, Орлович, С. С. Соломо-
ник. — Опубл, в Б. И., 1962, № 16.
It. Бибергаль Л. А., Наги Э, А., Соломоник С, С. Кабели и про-
вода для радиоэлектронной аппаратуры. — М.: Энергия, 1964.—
255 с.
12. Наги Э, А., Бирюкова И, А, Высоковольтная нагревостойкая
кабельная изоляция на основе политетрафторэтилена. — В кн.: Про-
вода и кабели. — М.: Информэлектро, 1966, с. 56—62.
13. Бирюкова И. А., Соломоник С. С. Высоковольтные монтаж-
ные провода с изоляцией из фторопласта-4. — Электротехническая
промышленность. Кабельная техника, 1976, № 9 (139), с, >1—3.
(Информэлектро).
14. Привезенцев В. А., Бирюкова И. А, Исследование свойств
фторопласта-4 при повышенных температурах. — Электротехничес-
кая промышленность. Кабельная техника, 1969, вып. 59—60, с. 4—6
(Информэлектро).
15. А, с. № 288073 (СССР). Высоковольтный малоиндуктивный
импульсный коаксиальный кабель / Н, В, Пушков, С. С. Соломоник. —
Опубл, в Б. И., 1970, № 36.
16. Бирюкова И, А, Нагревостойкие провода зажигания со стек-
лофторопластобой изоляцией.—Провода и кабели, 1967, <вьш. 2
с.- 18—24, Информстандартэлектро.
17. Бирюкова И. А,, Городецкая Н, И, Исследование высоко-
вольтной теплостойкой изоляции проводов из сополимеров фторо-
пласта. — Электротехническая промышленность. Кабельная техни-
ка, 1974, вып. 10 |(116), с. 2—4 '.(Информэлектро).
18. Электрические свойства фторсодержащих материалов , в широ-
ком дипазоне частот и температур / А. М. Кокшаров, А. И. Бейкин,
А. П. Геппе и др. — Электронная техника. Материалы, 1974, вып. 7,
с. 82—86.
19. Фролова В. П„ Бранзбург Б, Я. Температурная нестабиль-
ность затухания радиочастотных кабелей с фторопластовой изоля-
цией. — Электротехническая промышленность. Кабельная техника,
1975, вып. Г(|119), с. 10 (Информэлектро).
20. Коаксиальные регулярные и фазостабильные кабели полу-
жесткой конструкции. 1М. Ф. Попов, Н. И. Дорезюк, С. А. Тимо-
феева, В. П. Фролова. — Электротехническая промышленность. Ка-
бельная техника, 1976, вып. 10 (140), с. 4—6 (Информэлектро).
21. Казарова Н. Н., Бранзбург Б. Я. Опыт создания малогаба-
ритных антивибрационных кабелей. — В кн.: Состояние и перспекти-
вы развития кабелей связи. — М.: 1976, с. 99—100.
22. Боев М, А., Дикерман Д. Н., Привезенцев В. А. Оценка на-
дежности полимерной радиационно-модифицированной изоляции про-
водов при тепловом старении. — Электротехническая промышлен-
ность. Кабельная техника, 1979, вып. 2i(168), с. 4—6 (Информ-
электро).
23. Кранихфельд Л, И., Веселовский С. Б„ Фролов В. Г. Ка-
бели управления и контрольные. — М.: Энергия, 1975.— 273 с.
24. Ларин Ю. Т. Ленточные провода. — Электротехническая про-
мышленность. Кабельная техника, 1978, вып. 2 (156), с. 16—22
(Информэлектро).
25. Пешков И, Б, Эмалированные провода. 2-е изд. — М.: Энер-
гия, 1975.— 166 с.
26. Немыкин Ф. С., Рекун Н. Ф., Фридман А. С. Нагревостойкие
эмальпровода с керамико-фторопластовой изоляцией.—Провода и
кабели, 1966, с. 63---68.
27. Мещанов Г. И, Выбор оптимальной конструкции и техноло-
гии запечки обмоточных проводов с пленочной изоляцией из фто-
ропласта-4. — Электротехническая промышленность. Кабельная тех-
ника, 1968, вып. 51-, с. 3—'5 (Информстандартэлектро).
28. Розенбаум Э. Р., Дикерман Д. Н., Гиллер Н. И. Исследова-
ние поведения проводов с тонкостенной пластмассовой изоляцией
при. одновременном воздействии воды и электрического напряже-
ния.— Кабельная техника, >1973, вып. 11(105), с. 3—5 (Информ-
электро) .
29. Дикерман Д. Н., Розенбаум Э, Р. Воздействие воды и элек-
трического напряжения на тонкостенную изоляцию проводов. — Элек-
тротехническая промышленность. Кабельная техника, 1977, вып.
11 (153), с. 9—И (Информэлектро).
30. Горбатко Л. А., Месенжник Я. 3. Кабели провода для гео-
физических работ.—iM..; Энергия, 1977. — 192 с.
31. Дикерман Д. Н., Гиллер Н. И., Розенбаум Э. Р. Особениостн
длительного воздействия на фторопласты гидростатического дав-
ления и температуры. — Электротехническая промышленность. Ка-
бельная техника, 1976, № 5 (135), с. 9—40 (Информэлектро).
32. Дикерман Д, Н„ Рывкин Г. А. О расчете стойкости проводов
и изолированных жил к продавливанию. — Электротехническая про-
мышленность. Кабельная техника, 1970, вып. 69, с. 9—12 .(Информ-
электро) .
33. Политетрафторэтилен в кабельной промышленности/
Л. И. Кранихфельд, В. С. Кунегин, Н. Ф. Рекун, Е. Ф. Рождова. —
М.: ВНИИЭМ, 1965, —72 с.
34. Техническая информация фирмы «Дюпон»: Teflon FEP, х-82,
1973; Tefzel, А-8707, 1974; Tefzel, Е-04615, 1975; Foamed Teflon-100
FEP, DM-43018, 1975; Foamed Tefzel, 1976.
35. Вопросы реологии и переработки фторопласта-2М в кабель-
ном производстве / О. И. Борисова, Д. Н. Дикерман, Р. А. Лащи-
вер, И. Б. Рязанов. — Труды МЭИ, 1979, вып. 414, с. 30—35.
36. .Малкин А. Я-, Радушкевич Б. В. Реологические исследования
фторопластов применительно к технологии их переработки. — Тру-
ды Всесоюзного совещания по переработке и применению пластмасс
в народном хозяйстве. — М.: Химия, 1966, с. 45—53
37. Дикерман Д. И. Сополимер этилена и трифторхлорэтилена —
перспективный материал для кабельной промышленности. — Электро-
техническая промышленность. Кабельная техника, 1975, вып.
12 (130), с. 19—21 (Информэлектро).
38. Порообразующий фторопласт-4МБ2 в качестве изоляционного
материала для .малоемкостных радиочастотных кабелей / Н. И. Гол-
лер, 3. Ю. Капакева, Л. А. Лазуткина и др. — В кн.: Тезисы докла-
дов 5-й Всесоюзной научно-технической конференции «Состояние и
перспективы развития кабелей связи». — М.: Информэлектро, 1976.
с. 90—91.
39. Свойства радиационно-модифицированных фторполимеров /
Д. Н. Дикерман, Г. И. Мещанов, П. Л. Овечкин, Э. Э. Финкель. —
Труды научно-технической конференции «Элизот-78», Варна: НТС
Болгария, 1978, с. 30.
40. Финкель Э. Э., Брагинский Р. П. Нагревостойкие провода и
кабели с радиационно-модифицированной изоляцией. — М.: Энергия,
1975, — 191 с.
41. Пукшанский М. Д., Клейнер И. А., Сирота А. Г. Определение
содержания гель-фракции в облученном ПВДФ. — Пластические
массы, 1978, № 7, с. 48—49.
42. Стойкость к растрескиванию фторлона-40 / Ю. А. Паншин,
Н. Н. Логинова, Н. К- Подлесская и др. — Пластические массы,
1978, № 7, с. 70—71.
43. Кунегии В. С. Производительность плунжерных прессов. —
Электротехническая промышленность. Кабельная техника, 1973,
№ 9 (ЮЗ), с. 11—13 (Информэлектро).
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие . ............................. 3
Глава первая. Свойства и номенклатура фторполиме-
ров, применяемых в кабельной промышленности ... 5
1. Структура и свойсгва фторполимеров .... 5
2. Номенклатура фторполимеров, используемых для из-
готовления проводов и кабелей........................15
Глава вторая. Кабели и провода с применением фторо-
пластов ..............................................25
3. Применение фторполимеров в конструктивных эле-
ментах кабельных изделий.............................25
4. Токопроводящие жилы и экраны кабелей с изоля-
цией из фторполимеров................................25
5. Виды проводов и кабелей с фторопластовой изоля-
цией ................................................28
6. Низковольтные монтажные провода.....................28
7. Высоковольтные провода и кабели .... 36
8. Радиочастотные кабели...............................43
9. Бортовые авиационные провода ..... 47
10. Многожильные кабели.................................56
11. Ленточные провода...................................60
12. Обмоточные провода . ...............61
13. Кабели для геофизических исследований .... 66
Глава третья. Специфические свойства проводов н ка-
белей с изоляцией из фторорганических полимеров . 69
14. Стойкость к воздействию повышенных температур . 69
15. Стойкость к электрическим воздействиям .... 75
16. Стойкость к механическим воздействиям .... 78
17. Химостойкость.................................83
18. Радиационная стойкость . 86
19. Негорючесть...................................89
Глава четвертая. Технологические особенности изготов-
ления проводов и кабелей..............................92
20. Изготовление проводов с изоляцией из порошка
ПТФЭ.................................................93
21. Переработка суспензий фторполимеров .... 100
22. Особенности изготовления проводов и кабелей с изо-
ляцией из фторопластовых пленок . .... ЮЗ
23. Переработка термопластичных фторполимеров . . 109
24. Техника безопасности при переработке фторполимеров 126
Глава пятая. Кабельное оборудование для переработки
фторполимеров ...................................... 127
25. Плунжерные пресса.......................... 127
26. Оборудование для нанесения изоляции из суспензий 130
27. Обмоточные машины............................131
28. Агрегаты термообработки кабельных изделий с изо-
ляцией из пленок и стеклофторопласта . . . 134
29. Агрегаты для переработки термопластичных фтор-
полимеров .......................................; 136
30. Оборудование для маркировки кабельных изделий 139
Список литературы...........................................1^