ББК 31.23
Г 83	\
УДК 621.315.211.002.2
Рецензенты Ф. Д. Демиковский. В В. Баландин
Григорьян А. Г. и др.
Г 83 Производство кабелей и проводов с применением
пластмасс и резин/А. Г. Григорьян. Д. Н. Дикерман.
• И. Б. Пешков; Под ред. И. Б. Пешкова.— М.: Энергоатом-
издат, 1992.— 304 с.: ил.
ISBN 5-283-00661-1
Даны классификация и основные свойства кабелей и проводов
с применением пластмасс и резин, рассмотрена технология изготовления
кабелей и проводов этих типов. Освещены характеристики н конструкции
технологического оборудования, методы оценки качества продукции,
основы техники безопасности и противопожарной техники.
Для инженерно-технических работников кабельных заводов. НИИ и КБ.
а также специалистов, занимающихся эксплуатацией кабелей и проводов.
22020400004)58
Г----------------48-91
051 (01)-92
ББК 31.23
Производственно-практическое издание
Григорьян Александр Григорьевич
Дикерман Далий Натанович
Пешков Изяслав Борисович у
ПРОИЗВОДСТВО КАБЕЛЕЙ И ПРОВОДОВ
С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЛАСТМАСС И РЕЗИН
Зав. редакцией М. П. Соколова
Редактор Т. Н. Платова
Художественные редакторы В. А. Гозак-Хозак. Т. Н. Хромова
Технический редактор Г. С. Соловьева
Корректор Г. .4. Полонская
ИБ № 1610
Сдано в набор 30.07.91. Подписано в печать 20.12.91. Формат
60х88‘/|6 Бумага офсетная № 2. Гарнитура литературная
Печать офсетная Усл. печ. л. 18.62 Усл. кр.-отт. 18.86 Уч.-изд.
л. 20.77 Тираж 1000 лез. Заказ 726. С058
Энергоатомиздат, 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10.
Отпечатано в Московской типографии № 9 НПО ’’Всесоюзная книжная палата”
Министерства печати и информации Российской Федерации
109033, Москва, Волочаевская ул., 40.
ISBN 5-283-00661-1
© Авторы. 1992
ПРЕДИСЛОВИЕ
В производстве кабелей и проводов повышение произ-
водительности труда достигается прежде всего путем широкого
применения пластмасс и резин, так как полимерные материалы
и смеси на их основе можно перерабатывать высокопроиз-
водительным методом экструзии. Одновременно метод экст-
рузии позволяет автоматизировать производство кабельной
продукции путем объединения в единый технологический
процесс операций экструдирования, волочения, отжига, ис-
пытаний и т.д.
Важная задача, решаемая при внедрении в кабельное
производство пластмасс и резин,—снижение материалоемкости.
Так, например, применение полимерных оболочек и изоляции
позволяет в большинстве случаев отказаться от использования
металлических оболочек, в частности из остродефицитного
свинца, и резко снизить массу кабелей. Применение новФх
полимерных материалов с меньшей плотностью не только
позволяет уменьшить массу кабельного изделия, но и дает
возможность из одного и того же количества материала
выпустить большее количество кабеля.
Именно поэтому применение прогрессивных полимерных
материалов в кабельной промышленности возрастало быст-
рыми темпами. Так, в 1985 г. по сравнению с 1970 г.
в кабельном производстве использование полиэтилена увели-
чилось на 91%, поливинилхлоридного пластиката — на 41%,
фторопластов — в 4,5 раза. Применение резин осталось пример-
но на прежнем уровне, однако их номенклатура заметно
изменилась, возросла доля более нагревостойких материалов.
В области материалов, применяемых для изоляции и за-
щитных оболочек кабелей и проводов, работы ведутся, в ос-
новном, в направлении повышения нагревостойкости, мас-
лостойкости, стойкости к воздействию пламени, различных
агрессивных сред, радиационной стойкости. Результаты научно-
исследовательских работ в области химии и физики обес-
печивают создание таких материалов, которые принципиально
меняют характеристики кабелей и проводов, позволяют со-
здавать новые поколения кабельной продукции. Одновременно
3
использование новых полимерных материалов дает возмо-
жность осуществлять миниатюризацию кабелей и проводов
для электронной, авиационной, космической техники.
По сравнению с ранее опубликованными книгами по
вопросам производства кабелей и проводов с пластмассовой
и резиновой изоляцией настоящая книга содержит ряд новых
материалов, в частности описание свойств и технологии
переработки сшиваемых полимеров, каучуков и других инг-
редиентов резиновых смесей. В книге систематизированы
методы расчета технологических режимов кабельных линий
непрерывной вулканизации, производительности экструдера,
приведены полезные сведения по реологии пластмасс.
Работа над книгой распределилась между авторами сле-
дующим образом: А. Г. Григорьяном написаны гл. 3, 4 и 6,
Д. Н. Дикерманом—§2.1, 2.2, 2.4, 2.5, 5.1, 5.2, 5.7—5.11, гл. 7,
§ 9.3, гл. 10, И. Б. Пешковым—предисловие, гл. 1, § 2.3, 2:6,
5.3 и 5.4, 5.6, гл. 8, 9.1, 9.2, 9.4, 9.5; § 5.5 написан Г. П.
Казанчяном.
Авторы выражают глубокую благодарность Ф. Д. Демиковс-
кому, В. В. Баландину и сотрудникам Камского кабельного
завода им. 50-летия СССР, тщательно просмотревшим рукопись
и сделавшим много ценных замечаний. Авторы будут призна-
тельны читателям за замечания и пожелания, которые следует
направлять по адресу: 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб.,
10, Энергоатомиздат.
А. Г. Григорьян
Д. Н. Дикерман
И. Б. Пешков
Глава первая
ОСНОВНЫЕ ТИПЫ КАБЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ
С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЛАСТМАСС И РЕЗИН
>
1.1.	КЛАССИФИКАЦИЯ КАБЕЛЕЙ И ПРОВОДОВ С
ПРИМЕНЕНИЕМ ПЛАСТМАСС И РЕЗИН
Вся кабельная продукция с точки зрения конструктивных
элементов делится на кабели, провода и шнуры. Эта классифи-
кация является достаточно условной, так как в соответствии со
сложившейся многолетней практикой в ряде случаев эти
термины используются произвольно. Достаточно отметить, что
одножильные кабели с пластмассовой изоляцией и авиационные
провода больших сечений конструктивно выглядят практически
одинаково. Тем не менее в соответствии с действующей
стандартизированной терминологией понятия кабель, провод
и шнур могут быть определены следующим образом [1 ]:
1)	кабель — одна или несколько изолированных жил (провод-
ников), заключенных, как правило, в металлическую или
неметаллическую оболочку, поверх которой в зависимости от
условий прокладки и эксплуатации может быть соответст-
вующий защитный покров, в который может входить броня;
2)	провод — одна неизолированная или одна или несколько
изолированных жил, поверх которых в зависимости от условий
прокладки и эксплуатации может быть неметаллическая оболоч-
ка, обмотка и (или) оплетка волокнистыми материалами или
проволокой;
3)	шнур—две или более изолированных гибких или особо
гибких жил сечением до 1,5 мм2, скрученных или уложенных
параллельно, поверх которых в зависимости от условий
эксплуатации могут быть неметаллическая оболочка и защит-
ные покровы.
Как кабели и провода, так и шнуры изготовляют с примене-
нием в конструктивных элементах пластмасс и резин. Поэтому
наиболее правильно классифицировать кабели и провода,
а также шнуры с применением пластмасс и резин прежде
всего в рамках групп однородной продукции, стандартизиро-
ванных в последнее время для кабельных изделий в целом.
Таких групп однородной кабельной продукции всего 21:
1) кабели силовые для стационарной прокладки на напряже-
ние до 35 кВ включительно;
2) кабели силовые для стационарной прокладки на напряже-
5
силовые для нестационарной прокладки;
связи симметричные;
связи коаксиальные;
связи телефонные;
связи телефонные распределительные;
радиочастотные;
управления;
3)	кабели
4)	кабели
5)	кабели
6)	кабели
7)	кабели
8)	кабели
9)	кабели
10)	кабели контрольные;
11)	провода
ктропередачи;
12)	провода
13)	провода
14)	провода
15)	провода
той, пластмассовой и пленочной изоляцией;
провода монтажные низковольтные;
провода монтажные высоковольтные;
шнуры силовые;
провода телефонные распределительные;
арматура силовых кабелей;
шнуры слаботочные.
неизолированные для воздушных линий эле-
неизолированные гибкие;
силовые изолированные;
обмоточные с эмалевой изоляцией;
обмоточные с эмалево-волокнистой, волокнис-
16)
17)
18)
19)
20)
2D ..
Имеется еще одна, по существу, 22-я общая группа — прочие
кабельные изделия, охватывающая судовые, шланговые, оп-
тические и другие типы кабелей и проводов Кабели и провода
с применением пластмасс и резин входят во все перечисленные
группы однородной продукции, за исключением проводов
неизолированных для воздушных линий электропередачи, про-
водов неизолированных гибких и проводов обмоточных с эма-
левой изоляцией. Поэтому можно считать, что на кабельные
изделия с применением пластмасс и резин распространяется
общая классификация кабельной продукции.
Из других систем классификации кабельной продукции,
принятых в повседневной практике, следует выделить следу-
ющие [2].
а)	Классификация по материалу изоляции. Кабельные
изделия с применением пластмасс и резин, прежде всего,
делятся на кабели и провода с пластмассовой изоляцией
и (или) оболочкой и кабели и провода с резиновой изоляцией
и (или) оболочкой. В свою очередь, кабельные изделия
с применением пластмасс делятся на кабели и провода
с полиэтиленовой, поливинилхлоридной, фторопластовой и дру-
гими видами изоляции или оболочек, а кабельные изделия
с применением резин — на кабели и провода с изоляцией илй
оболочками из маслобензостойких резин, теплостойких резне
и т. д. Эта система классификации носит частный характер
и наиболее часто используется в практике кабельных заводов(
так как для потребителя она не несет полезной информаций
6
(потребителя прежде всего интересуют области применения
того или иного кабельного изделия).
б)	Классификация по назначению. Так как назначением
кабельных изделий является передача и распределение элек-
троэнергии, сигналов информации, выполнение различных элек-
трических соединений, в том числе обмоток в электротех-
нических устройствах, то с точки зрения назначения кабели
и провода с применением пластмасс и резин делятся на
кабели и провода высокого напряжения (более 1000 В), низкого
напряжения (не более 1000 В), связи, радиочастотные кабели,
обмоточные провода.
в)	Классификация по области применения. Эта система
классификации несет для потребителя наибольшую информацию,
так как, практически не давая информации о конструктивных
элементах кабелей и проводов, применяемых в их конструкции
материалах, она снабжает конструкторов и расчетчиков необходи-
мыми данными для выбора требующихся им кабельных изделий.
В соответствии с этой системой все кабели и провода
с применением пластмасс и резин можно разделить на кабели
и провода общего применения и кабели и провода специального
применения. Кабельная продукция общего применения называ-
ется так потому, что эти кабели и провода можно использовать
в самых различных областях: для энергоснабжения предприятий
и передачи электроэнергии на расстояние, для подводок
к отдельным электротехническим, металлургическим и другим
устройствам, для удовлетворения нужд населения и т. д.
Кабельные изделия специального применения используются
в строго определенных условиях или таких устройствах, где
особенности применения требуют соответствующих особенно-
стей конструкции кабелей и проводов, обеспечивающих удовлет-
ворение специфических требований потребителей. Кабельные
изделия специального применения делятся на судовы-' кабели,
кабели и провода для авиационной и космической техники,
кабели для нефтегазовой промышленности, шахтные кабели
и провода, кабели для питания передвижных механизмов,
подводные кабели и т. д. Так, шахтные кабели и провода
применяются для передачи электроэнергии в шахтах (питание
угольных комбайнов, различных угледобывающих инструмен-
тов, освещение), организации местной связи и сигнализации,
монтажа различной аппаратуры. К этим кабелям и проводам
предъявляется прежде всего требование взрывобезопасности,
заключающееся в их повышенной стойкости к образованию
электрической искры, которая может привести к взрыву при
скоплении рудничного газа. Кроме того, эти кабели и провода
ие должны распространять пламя, обладать повышенной
гибкостью и механической прочностью, стойкостью к истира-
нию, продавливанию и ударам.
7
1.2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КАБЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ С ПРИМЕНЕ-
НИЕМ ПЛАСТМАСС И РЕЗИН. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ТОКО-
ПРОВОДЯЩИХ ЖИЛ
Основными конструктивными элементами всех типов ка-
белей, проводов и шнуров, в том числе с применением
пластмасс и резин, являются токопроводящие жилы, изоляции,
экраны, оболочки, наружные покровы. Токопроводящие жилы
предназначены для прохождения электрического тока и выпол-
няются, как правило, из меди или алюминия. Для токо-
проводящих жил применяется также медная луженая, медная
посеребренная и медная никелированная проволока. Изоляция
представляет собой слой диэлектрика (пластмассы, резины,
пропитанной бумаги и т. д.), наложенный на токопроводящую
жилу. Экран—это электропроводящий, в том числе метал-
лический цилиндрический слой вокруг токопроводящей или
изолированной жилы, группы жил, сердечника кабеля. Экраны
выполняют в виде разделительного слоя различной кон-
фигурации.
Оболочка кабельных изделий может быть изготовлена как
из металлов, так и из электроизоляционных материалов, она
представляет собой, как правило, трубку, расположенную
поверх сердечника и предназначенную для защиты его от
влаги и других внешних воздействий. Поверх оболочки на-
кладывают защитный покров — элемент кабельного изделия,
обеспечивающий дополнительную защиту от внешних воздей-
ствий. В состав защитного покрова может входить металличес-
кая броня, предназначенная для защиты от механических
воздействий при прокладке и частично при эксплуатации,
а в некоторых случаях для восприятия растягивающих усилий.
Защитный покров выполняют также в виде шланга из пласт-
массы или резины. Отдельные типы кабелей, проводов и шну-
ров могут не иметь оболочки, экранов и наружных покровов.
Так как технология наложения пластмассовой и резиновой
изоляции и оболочек будет подробно рассматриваться ниже,
а технология наложения экранов и защитных покровов прак-
тически одинакова для всех типов кабелей и проводов, то
в настоящей главе целесообразно рассмотреть характерные
особенности производства токопроводящих жил для кабелей
и проводов с применением пластмасс и резин. Прежде всего,
следует отметить, что медные и алюминиевые токопроводящие
жилы, предназначенные для кабелей и проводов стационарной
прокладки, подразделяются на классы 1 и 2, а для кабелей,
проводов и шнуров нестационарной прокладки и стационарной
прокладки, требующей повышенной гибкости при монтаже,—на
классы 3—6. Чем выше класс токопроводящей жилы, тем
выше ее гибкость.
8
Таблица 1.1. Кратность шагов скрутки расчетным
'	диаметрам иовива или стренги
Класс жилы	Кратность шагов скрутки (не более)		
	внутренних повивов	наружного повнва	проволок в стренгу
	Скрутка в	противоположные сто- роны	
1,2	35	18	—
3—6	25	16	30
	Скрутка в	одну сторону	
1, 2	—-	' 18		
3,4	14	16	20
5	12	16	20
При производстве многопроволочных токопроводящих жил
используют как правильную, так и пучковую скрутку проволок.
При правильной системе скрутки поверх одной или нескольких
центральных проволок, скрученных вместе, накладывают один
или несколько коаксиальных повивов проволок, причем каждый
последующий повив накладывают, как правило, в направлении,
противоположном предыдущему. Линии, соединяющие центры
проволок каждого повива, образуют правильный выпуклый
многоугольник. Жила пучковой скрутки представляет собой
многопроволочную жилу, все проволоки которой скручиваются
вместе в одну сторону. В состав токопроводящей жилы,
скрученной с использованием как правильной, так и пучковой
скрутки, могут входить стренги — элементы жилы, сами скру-
ченные из нескольких проволок.
Количество проволок, из которых состоит токопроводящая
жила, с повышением класса жилы увеличивается, для медной
жилы сечением 35 мм2:
Класс	1 "	2	3	4	5	6
Количество
проволок и
их диаметр,
мм	1 x6,6 7x2,52	19x1,53 98x0,67 267x0,4 1107x0,2
Кратность шагов скрутки повивов жилы и проволок
в стренгу расчетным диаметрам соответствующего повива или
стренги должна соответствовать указанной в табл. 1.1.
Кратность шагов скрутки одноповивных жил и жил пуч-
ковой скрутки должна соответствовать кратности шагов скрут-
ки наружного повива односторонней скрутки. В конструкциях
кабельных изделий с пластмассовой и резиновой изоляцией
используются жилы всех классов, но в большей степени
9
характерно применение токопроводящих жил повышенных
классов, особенно при резиновой изоляции. Производство
токопроводящих жил повышенных классов имеет высокую
трудоемкость, так как волочение более тонких проволок, их
отжиг и скрутка требуют больших трудовых затрат. Вместе
с тем при использовании более гибких жил, как правило,
повышается надежность эксплуатации кабельного изделия.
Поэтому правильный выбор класса токопроводящей жилы
требует проведения обоснованного технико-экономического рас-
чета. Следует отметить, что для некоторых типов кабелей
специального назначения (например, судовые герметизирован-
ные кабели, кабели сигнализации и блокировки, геофизические
кабели и т. д.) применяются токопроводящие жилы, конст-
рукции которых отличаются от приведенных выше.
1.3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СКРУТКИ ТОКОПРОВОДЯЩИХ ЖИЛ
Для скрутки токопроводящих жил кабелей и проводов,
в том числе с применением пластмасс и резин, используют
крутильные машины различных типов. В зависимости от того,
какой узел машины вращается, их можно разделить на четыре
типа [3]: с крутильно-отдающим устройством; с крутильно-
приемным устройством; с рамкой, вращающейся вокруг от-
дающего устройства; с рамкой, вращающейся вокруг приемного
устройства. В машинах с крутильно-отдающим устройством
крутильное устройство совмещено непосредственно с отда-
ющим, несущим массу всех отдающих катушек для скручива-
емых в токопроводящую жилу проволок. В машинах с крутиль-
но-приемным устройством крутильное устройство соединено
соответственно с приемным. В машинах с вращающимися
рамками масса отдающих или приемных катушек неподвижна,
а вращается лишь рамка, в результате чего скручивается тот
участок скручиваемой жилы, который в данный момент
времени находится в пределах контура рамки [4].
Скрутка 7—19-проволочных жил сечением 0,05—4 мм2
производится на сигарных машинах с отдающими катушками
диаметром 100, 160, 200 и 400 мм й на рамочных машинах
с приемными катушками диаметром 160, 200, 400, 500 и 630
мм. По существу, сигарные машины также относятся к ма-
шинам рамочного типа: они представляют собой машины
одинарной скрутки с узкой длинной обтекаемой формы рамкой,
вращающейся вокруг отдающего устройства. Схема такой
машины показана на рис. 1.1.
Вращающаяся рамка, обычно называемая ротором, на
концах имеет конусы, придающие машине сигарообразную
форму. Так как крутильный ротор большой длины практически
невозможно отбалансировать, то его выполняют из нескольких-
Ю	:
Рис. 1.1. Схема крутильной машины сигарного типа:
I__скручиваемая проволока; 2—отдающая катушка; 3—крутильная рамка; 4 — приводная
шестерня; 5— распределительная розетка; 6—калибр; 7 — направляющие ролики; 8—
тяговое устройство; 9—приемное устройство; 10—опорные ролики
коротких секций, сочлененных между собой. Это позволяет
достигать на сигарных машинах с малым диаметром отдающих
катушек частоты вращения 2000—3000 об/мин. Уменьшение
трения обеспечивается применением опорных роликов с бан-
дажами из пластмассы или использованием вращающихся
кольцевых шарикоподшипников. В сигарных машинах для
снижения шума в ряде случаев используют ротор на воздушной
подушке: ротор охватывается в нескольких местах по длине
манжетами, в которые из отверстий, расположенных по
окружности ротора, подается под давлением 0,7 МПа сжатый
воздух, образующий воздушную подушку. При снижении
давления воздуха ниже рабочего уровня машина автоматически
останавливается.
По длине ротора распределены поперечно расположенные
крестовины, в центре которых находятся подшипники для
люлек с отдающими катушками. Так как центр тяжести
люлек с отдающими катушками расположен ниже геоме-
трической оси ротора, то при его вращении отдающие
катушки остаются неподвижными в пространстве и, слегка
покачиваясь, вращаются только вокруг своей оси, отдавая
скручиваемую проволоку.
В машинах собственно рамочного типа в отличие от
сигарных машин рамка состоит из нескольких жестко связанных
между собой стержней. При скрутке токопроводящих жил
малых сечений, например из проволоки диаметром 0,05 мм,
частота вращения рамки достигает 3250 об/мин. Схема
рамочных машин для одинарной скрутки с откруткой и двойной
скрутки без открутки показана на рис. 1.2.
В машинах одинарной скрутки рамка вращается только
вокруг приемного устройства, двойной скрутки — вокруг как
приемного, так и отдающего устройств. Поэтому в машинах
Двойной скрутки пучок проволок, сходящих с отдающих
катушек, совершит два поворота: перед выходом на рамку
и при сходе с нее. Следовательно, за один оборот рамки
осуществляется двойная скрутка пучка проволоки и, если
11
Рис. 1.2. Схемы рамочных машин одинарной скрутки с откруткой (а) и двойной
скрутки без открутки (б):
1—отдающее устройство; 2—люлька для отдающей катушки; 3 — отдающая катушка
с проволокой; 4—приспособление для открутки; 5 — распределительная розетка; 6 —
калибр; 7—приводная шестерня; 8 -крутильная рамка: 9—направляющие ролики;
10 — тяговое устройство; 11—приемное устройство
частота вращения рамки составляет 3250 об/мин, количество
скруток равно 6500 в минуту.
Известны машины четверной скрутки, когда навстречу друг
другу вращаются две рамки, а пучок проволок, проходящих;
по ним, претерпевает четыре перегиба. В этом случае за
один проход жила подвергается четырехкратной скрутке,'
и количество скруток в минуту может достичь 8000.
Семипроволочные токопроводящие жилы сечением 10—
70 мм2 и семистренговые жилы сечением 6—25 мм2 скручивают
на сигарных машинах с отдающими катушками диаметром
400, 500 и 630 мм. Частота вращения ротора в зависимости
от типа машин составляет от 100 до 1400 об/мин. В этих
сигарных машинах использован бесступенчатый привод. 19-
проволочные жилы сечением 25 —150 мм2 и 19-стренговые
жилы сечением 120—400 мм2 можно скручивать на сигарных
машинах в два прохода: сначала на машинах с 7 отдающими
12
катушками, а затем на машинах с 12 отдающими катушками.
Проволока или стренги, сходящие с этих 12 катушек, образуют
второй повив токопроводящей жилы. Сигарные машины
с 7 и 12 отдающими катушками можно устанавливать
последовательно, в зайдем
Для скрутки 19-проволочныл жил можно использовать
клетьевые крутильные машины, как пра*.«„^ с числом отда-
ющих катушек в клетях би 12. Принципиа^-ти я схеМа
клетьевой крутильной машины показана на рис. 1.3.
Крутильная клеть состоит из нескольких параллельных
металлических колец или дисков, жестко закрепленных на
полом валу, расположенном в их центре. Между этими
кольцами или дисками на подшипниках установлены люльки
для отдающих катушек, а все катушки снабжены тормозными
устройствами в целях создания необходимого натяжения каж-
дой скручиваемой проволоки. Клетьевые крутильные машины
позволяют осуществлять скрутку с откруткой. Для этого
используюз ся механизмы открутки (кривошипно-эксцентрико-
вый или планетарный), позволяющие за каждый оборот
крутильной клети поворачивать отдающие катушки также на
один оборот вокруг оси, параллельной оси клети, но в направ-
лении, противоположном направлению вращения клети. Ча-
стота вращения крутильных клетей составляет 36—250 об/мин,
т. е. производительность клетьевых крутильных машин при
изготовлении жилы одного и того же сечения в 2,5—3 раза
Рис. 1.3. Схема клетьевой крутильной машины:
'—крутильная клеть; 2—опорный подшипник; 3 —люлька для отдающей катушки;
* — отдающая катушка; 5—приводная ш.естерня; 6 — распределительная розетка; 7—
калибр; 8—тяговое устройство; 9- -приемное устройство; 10—устройство для открутки
люлек с катушками
13
ниже по сравнению с производительностью сигарных машин.
Повышение частоты вращения ограничивается большими вра-
щающимися массами, трудностью центровки, статической и ди-
намической балансировки вращающихся масс. Некоторое по-
вышение производительности клетьевых машин достигается
путем использования меха»^ированной загрузки клетей от-
дающими катушк:,кж" проволокой. Перечисленные недостатки
• клетьевых -,а™н не могут быть в полной мере перекрыты
TQX_..« их важным преимуществом, как технологическая уни-
версальность, позволяющая скручивать жилы практически для
любых типов кабелей и проводов.
Для производства токопроводящих жил больших сечений
можно использовать также комбинированную скрутку 7—
19-проволочных заготовок на сигарных машинах с последу-
ющим наложением внешнего повива на крутильных машинах
клетьевого типа.
Токопроводящие жилы кабелей некоторых типов, например
судовых, должны быть герметизированными. В этом случае
крутильная машина совмещается с экструдером, с помощью
которого и производится наложение герметизирующего состава.
Во время скрутки проволок в жилу герметизирующий состав
должен заполнить все промежутки между проволоками.
Многопроволочные токопроводящие жилы кабелей с пласт-
массовой и резиновой изоляцией могут быть уплотненными.
Уплотнение многопроволочных токопроводящих жил можно
осуществлять с помощью прокатки в валках с заданным
профилем (рис. 1.4) или путем обжатия жилы в калибре
определенного размера. Уплотнение увеличивает коэффициент
заполнения жилы, уменьшает междупроволочное пространство
и обеспечивает плавность профиля поверхности жилы. В резуль-
тате снижаются габариты кабеля и его материалоемкость.
При уплотнении токопроводящих жил коэффициент уплотнения,
т. е. отношение сечения металла к общему сечению жилы,
может достигать 0,96—0,97. Уплотнение может поповивным,
частичным или общим. Поповивное уплотнение целесообразно
применять для многопроволочных токопроводящих жил, в ко-
торых местные неравномерные деформации отдельных элемен-
тов не допускаются. В частности, это важно для кабелей
с пластмассовой и резиновой изоляцией, применяемых для
нестационарной прокладки.
Для кабелей стационарной прокладки уплотнение жилы
достаточно производить только по наружному повиву (общее
уплотнение). Основное преимущество такого уплотнения —
простота технологической оснастки, так как необходима только
одна уплотняющая фильера, устанавливаемая после распре-
делительной розетки и собирающего калибра ' последнего
фонаря или диска крутильной машины.
14
Рис. 1.4. Общий вид уплотняющего устройства для миогопроволочных токоп-
роводящих ЖИЛ:
/—стойка; 2—фланец; 3 — болт; 4 — планшайба; 5—кассета для первой пары горизон-
тальных уплотняющих валков; 6—кассета для первой пары вертикальных уплотняющих
валков; 7—кассета для второй пары горизонтальных уплотняющих валков; 8— кассета
для второй пары вертикальных уплотняющих валков
Частичное уплотнение является промежуточным вариантом
уплотнения многопроволочных жил, при котором отдельные
повивы могут быть уплотнены, а отдельные—нет.
Глава вторая
ПЛАСТМАССЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В КАБЕЛЬНОМ
ПРОИЗВОДСТВЕ
2.1.	СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРУКТУРЕ ПОЛИМЕРОВ
Строение полимеров, характеризуемое химической и физи-
ческой структурой, предопределяет весь комплекс присущих
им свойств, как эксплуатационных, так и технологических.
Главная особенность строения полимеров определяется наличи-
ем двух различных типов связей: во-первых, химическая связь,
объединяющая атомы в молекулы полимера, длина которых
несоизмеримо больше поперечных размеров, а во-вторых, силы
межмолекулярного взаимодействия. Второй важной особен-
ностью полимеров является то, что практически молекулы
полимеров не имеют строго одинакового размера, т, е. у них
различная молекулярная масса. Поэтому для характеристики
полимера используют понятия как средней молекулярной
массы, так и молекулярно-массового распределения.
Возможность относительно легкого вращения сегментов
макромолекул относительно валентных связей главной цепи
15
и большая длина самой макромолекулы обусловливают боль-
шую гибкость цепной молекулы. Поэтому молекулы способны
принимать различные конформации, причем гибкость ограни-
чивается не только свойствами самой цепи, но и меж-
молекулярным взаимодействием. Реализуемые конформации
носят флуктуационный характер, т. е. в принципе форма
цепной молекулы может постоянно изменяться. С энергетичес-
кой точки зрения наиболее выгодная форма цепной молекулы —
свернутая глобула, что и реализуется в случае, если меж-
молекулярное взаимодействие существенно слабее внутримо-
лекулярного. Взаимодействие глобул создает определенные
упорядоченные надмолекулярные структуры.
В результате действия межмолекулярных сил в полимере
могут возникать области, в которых создаются более
упорядоченные структуры: молекулы группируются в пачки,
которые могут объединяться в ленты, складываться с об-
разованием пластин и в итоге образовывать кристаллические
структуры.
Тепловое движение оказывает двоякое действие на процесс
кристаллизации: с одной стороны, оно необходимо для фор-
мирования упорядоченных структур, а с другой, оно нарушает,
правильность расположения молекул. При повышении тем
пературы с приближением к температуре кристаллизацш
динамическое равновесие смещается в сторону снижения кри
сталличности и скорости кристаллизации. В то же врем)
снижение температуры ограничивает подвижность молекул
что также ведет к уменьшению скорости кристаллизации
Поэтому зависимость скорости кристаллизации от температурь
проходит через максимум; например, максимум скорости
кристаллизации полиэтилена находится при 40—60° С. В ре-
альном кристаллическом полимере обычно всегда присутствует
и аморфная фаза, а количественное соотношение фаз харак-
теризуются степенью кристалличности. Плотность кристал-
лической фазы полимера всегда выше, чем плотность аморф-
ной, например плотность кристаллического полиэтилена со-
ставляет 1000 кг/м3, а аморфного — 0,920 кг/м3. Следует
отметить, что поскольку процесс перестройки структуры связан
с изменением энергетического состояния, то для достижения
равновесия требуется определенная длительность, характеризу!
емая временем релаксации, которое уменьшается с увеличением
температуры.	1
Аморфные линейные полимеры могут в зависимости ои
температуры находиться в трех физических состояниях. При
низких температурах — это стеклообразное состояние, когда
возможны только колебательные движения атомов в нетпи
При превышении температуры стеклования становится воз-
можным колебательное движение звеньев цепи, такое состояние
16	•
Г
1н
называют высокоэластическим. И наконец, при превышении
температуры плавления полимер переходит в вязкотекучее
состояние, когда может проявиться подвижность всей мак-
ромолекулы.
В высокоэластическом состоянии полимер обладает рядом
характерных свойств, определяющих поведение полимерной
изоляции при эксплуатации кабельных изделий. Главная особен-
ность этого состояния—зависимость деформации и напряжения
от времени. При приложении постоянной нагрузки деформация
будет развиваться постепенно по закону
I
В общ £упр“Ь^теч"Ь^эл оо (1 £ т)>	(2-1)
где Еобщ—общая деформация, наблюдаемая через время t после
приложения нагрузки; £упр—упругая деформация; £теч—дефор-
мация течения (при низких температурах ею обычно пренеб-
регают); Еэлоо — равновесное значение высокоэластической де-
формации (достигаемое при z-+oo); т—время релаксации;
г = гое«т; здесь т0 — постоянная, At/—энергия активации; R—
универсальная газовая постоянная; Т—абсолютная темпера-
тура.
Анализ формулы показывает, что общая деформация за-
висит от длительности приложения нагрузки, т. е. от времени
релаксации, которое уменьшается с ростом температуры.
Реальное поведение полимера усложняется тем, что различные
элементы структуры требуют различных энергетических затрат
для изменения своего состояния, что приводит к появлению
целого спектра времен релаксации. Поэтому в реальных
условиях полимер в высокоэластическом состоянии никогда
не находится в равновесном состоянии, в нем всегда идут
релаксационные процессы изменения напряжений и деформаций.
Эта динамическая нестабильность еще более усиливается
в результате естественных на практике изменений температуры.
Не рассматривая здесь все особенности поведения полимера
в вязкотекучем состоянии, т. е. при температурах выше тем-
пературы плавления, отметим лишь, что поскольку при
переработке полимера происходит неизбежное относительное
перемещение структурных элементов, некоторое распрямление
макромолекул и т. п., то переработка всегда сопровождается
возникновением высокоэластических деформаций. Это приводит
к проявлению всего комплекса релаксационных явлений, в том
числе к возникновению «замороженных» внутренних напряже-
ний, изменяющих форму изделия при последующей эксплу-
атации; скорость и степень этого изменения возрастают
с увеличением температуры.
Чтобы лучше понять механизм проявления релаксаций
в полимерах, рассмотрим механическую модель сегмента
2 3125	17
Рис. 2.1. Механическая
модель сегмента по-
лимерной молекулы
полимерной молекулы (рис. 2.1). Она со-
стоит из двух упругих элементов уг и у2,
деформация которых определяется по за-
кону Гука, и двух элементов, в которых
поршень перемещается в вязкой жидкости,
причем это перемещение необратимо
и подчиняется закону Стокса. Поведение
модели под воздействием силы F можно
легко описать математически, но даже
качественное рассмотрение позволяет сде-
лать интересные выводы.
Во-первых, при низких температурах,
когда вязкость велика, в первый момент
после приложения силы F элементы Вх
и В2 деформироваться не будут и общая
деформация определяется только упругостью элемента Рр
С течением времени под воздействием силы F поршни
в элементах В1 и В2 будут перемещаться со скоростью,
зависящей от вязкости, т. е. от температуры. Элементы Вг
и у2 соединены параллельно и деформируются совместно,
при этом элемент у2 будет постепенно нагружаться силой
/’(/), стремящейся к F. Если же в какой-то момент времени
ti прекратить действие силы F, то размер элемента у/
мгновенно вернется к исходному размеру, элементы В1 и В2
окажутся необратимо вытянутыми, при этом элемент у2 окажет
на элемент В1 сжимающее действие с силой F^). Напряжение,
создаваемое этой силой, и называют «замороженным» внут-
ренним напряжением. Под его воздействием будет происходить
постепенное сжатие элемента Bt и уменьшение внутренних,
напряжений, т. е. релаксация напряжения. Если температура'
достаточно низкая, то высокая вязкость элемента Bt приводит:
к тому, что сокращение размеров происходит очень медленно.
Наоборот, подъем температуры приводит к резкому сокраще-
нию времени релаксации и ускорению наступления равновес-
ного состояния. Рассмотренное на модели сокращение размеров
имитирует усадку полимерной изоляции в реальных условиях.
С помощью описанной модели может быть рассмотрен
широкий круг явлений, протекающих в полимерах при воз-
действии механических нагрузок.
Проведенный краткий обзор современных представлений
о структуре полимеров даже в малой степени не может
претендовать на анализ основных достижений относительно
молодой области науки — физикохимии полимеров. Более под-
робно с ними можно ознакомиться по специальным изданиям
[5, 6]. В настоящем параграфе мы стремились показать
чрезвычайно важное значение структуры полимеров, которая,
с одной стороны, в значительной степени предопределяет
18
условия и режимы переработки, а с другой, формируется
и изменяется в зависимости от условий переработки полимера.
От условий переработки зависят степень неравновесное™
структуры, наличие и значение внутренних напряжений, наличие
пустот в изоляции и др. Со структурой полимерной
изоляции связаны такие явления, как растрескивание, усадка,
деформация и др.
Следует также отметить, что при переработке возможно
протекание химических реакций, изменяющих строение самих
макромолекул. Это, прежде всего, различные процессы дест-
рукции, связанные с воздействием на молекулу тепла, меха-
нических усилий, кислорода и т. п. и приводящие либо к отрыву
боковых ответвлений, либо к разрывам в основной цепи.
Образующиеся макрорадикалы могут вступать в различные
реакции, в результате чего возникают новые продукты. При
образовании поперечных химических связей между макромо-
лекулами говорят о сшивании полимера. Таким образом, при
переработке могут происходить не только физические, но
и химические превращения полимера.
2.2.	КОМПОЗИЦИИ НА ОСНОВЕ ПОЛИЭТИЛЕНА
Благодаря комплексу ценных качеств полиэтилен сразу же
после своего появления в конце 30-х — начале 40-х годов
нашел применение в кабельной технике, и с тех пор выпуск
кабелей с его применением постоянно возрастает. Структура
и свойства полиэтилена определяются способом его получения,
причем к настоящему времени промышленное использование
нашли несколько способов, отличающихся применяемыми ка-
тализаторами, аппаратурным оформлением и режимами по-
лимеризации, прежде всего давлением и температурой, По-
лиэтилен высокого давления, получаемый в автоклавах или
в реакторах трубчатого типа, синтезируют при давлении
порядка 130—250 МПа и температуре 180—300° С. Полиэтилен
низкого давления получают при давлении порядка 1 МПа
и температуре 70—80° С. Применение нашел также способ
полимеризации при среднем давлении. В последние годы все
шире используется способ полимеризации в газовой фазе,
с помощью которого можно получать полимеры с широким
спектром свойств, в том числе так называемый линейный
полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП).
Особенность свойств ЛПЭНП обусловлена строением его
молекулярной цепи (рис. 2.2). По сравнению с полиэтиленом
низкой плотности (ПЭНП) он обладает примерно в 1,5 раза
оолее высокой прочностью и модулем упругости при рас-
тяжении; стойкость к истиранию у него также в 1,5 раза
выше, a tg5 существенно ниже. Немаловажным достоинством
I 9 *	.
19
ЛПЭНП является то, что наличие поверхностных дефектов
снижает морозостойкость изделий в меньшей степени, чем
у ПЭНП. Температура хрупкости, °C, по ASTM Д 746
составляет:
Образец
ПЭНП ЛПЭНП
Таблица 2.1. Основные параметры полиэтиленов,
получаемых различными способами
Показатель	Тип полиэтилена		
	ПЭНП	пэвп	ЛПЭНП
Молекулярная масса Mw	30—400 тыс.	50—800 тыс.	80—ПО тыс.
Молекулярно-массовое распределение	4,5—25 '	1,5—25	3,5—г4,-5
Mwl^n			\-
Количество СН3 групп на 1000 ато-	12—25	2—4	—
мов углерода			
Количество атомов углерода между	20—100	200—250	—
боковыми ответвлениями			
Количество ненасыщенных связей	0,2—0,5	• 0,5—0,6	0,15—0,25
на 1000 атомов углерода			
Размер кристаллитов, А	50—200	50—500	—
Степень кристалличности, %	30—50	50—80		 1
Плотность при 20° С, кг/м3	918—930	940—960	—.
Температура плавления, °C	103—110	124—135	115—123
Толщина ламелей, А	100—140	200- 250	—.
Длинный период, А '	200—240	280—330 '1	—
Исходный  ........................... —90	—100
С надрезом .......................... —25	—60
Благодаря этим преимуществам ЛПЭНП в последнее врем1
все шире используется в кабельной технике.
В таблице 2.1 приведены основные параметры получаемы
различными способами полимеров; указанный в таблице диа
пазон значений зависит от условий и режимов полимеризаций
Меньшее значение молекулярной массы у ПЭНП и больша
степень разветвленности (длинные ответвления содержат 1000—^
10000 атомов углерода, а короткие—2—8) связаны с меньшей
кристалличностью, меньшей плотностью, а также более низкой
температурой плавления. Указанный в таблице широкий диа-
пазон молекулярной массы предопределяет получение по
одному и тому же способу полимеров с различными свой-
ствами; с увеличением молекулярной массы уменьшается
текучесть материала при переработке, характеризуемая показа-
телем текучести расплава (т. е. количеством материала, выдав-
ливаемого при 190° С за определенное время при нормируемых
условиях истечения), и возрастает стойкость к растрескиванию
под напряжением.
В кабельной технике применяют не чистый полиэтилей,
а различные композиции на его основе. Поскольку в процессе
переработки и эксплуатации под воздействием тепла и кис-
лорода воздуха происходит термоокислительная деструкций
полиэтилена, то необходимо применять специальные стаби-
лизаторы— антиоксиданты, задерживающие окисление полИ-
20	:•!
этилена. В композициях полиэтилена для кабельной промыш-
ленности применяют антиоксиданты в количестве 0,05—0,3%
(по массе). Наиболее широко в настоящее время используют
диафен НН и НОНОКС WSP. Первый из них под воздействием
света изменяет окраску и поэтому не рекомендуется для
окрашенной изоляции; рецептурам с его применением присвоен
индекс 01. НОНОКС WSP можно применять в окрашиваемой
изоляции; рецептурам с его применением присвоен индекс 02.
Кроме того, в ограниченных объемах можно использовать
композиции, содержащие в качестве антиоксидантов сантонокс
(рецептура 04), тиоалкофен МБП, НГ-2246 и др. В последнее
время получили распространение так называемые пространст-
венно-затрудненные антиоксиданты, эффективность которых
Существенно выше эффективности применяемых стабилизато-
ров. К таким стабилизаторам относятся отечественные фенозо-
ан-30, АО-40, ФАУ-13 (рецептуры соответственно 93, 94 и 95)
или импортные Irganox 1010 или 1035. Наибольший стаби-
лизирующий эффект достигается при комбинации различных
стабилизаторов в оптимальных соотношениях.
В ряде стран в некоторые композиции кабельного поли-
этилена иногда вводят добавки, снижающие каталитическое
воздействие меди на термоокислительную деструкцию поли-
этилена, однако в отечественной практике такие добавки не
применяют. Следует учитывать, что количество антиоксиданта
в изоляции может существенно уменьшаться из-за миграции
его из полиэтилена. Для большинства антиоксидантов мак-
симум его расхода приходится на 60—80° С.
Несмотря на наличие антиоксидантов, скорость окисления
полиэтилена резко возрастает при воздействии солнечного
света, в частности ультрафиолетовой части спектра. Для
придания полиэтиленовым композициям светостойкости в них
вводят технический углерод (сажу), стабилизирующий эффект
которого основан на поглощении энергии солнечного спектра.
Наилучшие результаты дает применение технического углерода
с размером частиц 10—30 нм. Наиболее широко применяют
канальную газовую сажу (в отечественной практике сажа
марки ДГ-100), а также печную сажу, например марки ПМ-100
или ИМ-100В. В композиции для оболочек и защитных
покровов вводят 2—2,5% технического углерода (индекс рецеп-
туры 10), а для светостойкой изоляции—0,5% технического
углерода.
Некоторые композиции полиэтилена содержат в своем
составе каучуки, например бутилкаучук или полиизобутилен,
которые вводят в полиэтилен в смесителях закрытого типа.
Для повышения стойкости к растрескиванию достаточно вво-
дить 5% полимерной добавки. Эти же добавки используют
часто в тех случаях, когда в композицию необходимо ввести
большое количество наполнителей для придания специальных
свойств; в этом случае применяют также сополимеры этилена
с винилацетатом или этилакрилатом, а количество второго
полимера в смеси может достигать 50% и более. Свойства
композиции, в том числе и технологические, зависят от вида
добавки и ее количества.
Например, при введении 30—60% полиизобутилена с мо-
лекулярной массой 260000 на 20—40% увеличивается раз-
бухание экструдата. Одновременно возрастают и потери массы
в процессе выдержки при повышенной температуре, в том
числе и при температуре переработки. Положительными свой-
ствами таких композиций являются увеличение стойкости
к многократным изгибам и снижение сопротивления изгибу
при отрицательных температурах.
Поскольку полиэтилен является горючим материалом (кис-
лородный индекс равен 18,4, а теплота сгорания 46,5 МДж/кг),
то при необходимости придать ему свойство самозатухания
в композицию вводят специальные добавки — антипирены.
Выпускаемые в настоящее время композиции самозатухающего
кабельного полиэтилена содержат около 5% триоксида сурьмы
и столько же хлорированного парафина, при этом достигается
кислородный индекс около 26. Однако подобные композиции
не удовлетворяют сегодняшним возросшим требованиям по
пожаробезопасности. Новые самозатухающие композиции яв-
ляются высоконаполненными (их плотность возрастает до
1300—1500); они содержат декабромдифенилоксид, тригидрат
Алюминия или другие антипирены. Кислородный индекс до-
22
стигает 28—32, при горении они не создают горящих капель
и образуют относительно прочный кокс. К сожалению, часто
повышение стойкости к воздействию пламени сопровождается
ухудшением технологических и ряда физико-механических
свойств.
Для некоторых применений необходимы композиции, об-
ладающие электропроводящими свойствами. Для этого в них
вводят технический углерод в количестве до 36% (по массе).
При переработке таких композиций необходимо обеспечить
технологические режимы, не ухудшающие электропроводящих
свойств, которые в значительной степени зависят от них.
Для электропроводящих композиций применяют различные
типы углеродных саж: канальную, ацетиленовую, печную и т. д.
Электропроводность обеспечивается благодаря образованию
цепочечных структур из агрегатированного углерода. У кабель-
ных электропроводящих композиций полиэтилена удельное
объемное электросопротивление достигает 10—Ю2Ом м. При
переработке благодаря ориентации цепочек, их разрыву, на-
рушению плотности контакта между агломератами углерода
возможно увеличение pF на несколько порядков, что может
привести к полной потере полезных электропроводящих
свойств. Поэтому при производстве кабельных изделий необ-
ходимо, во-первых, исключить возможность чрезмерной ори-
ентации цепочек углерода, а, во-вторых, обеспечить контроль
проводимости электропроводящего слоя в процессе производ-
ства. Применявшиеся ранее электропроводящие композиции
на основе поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката в настоящее
время практически не применяются, так как кабели среднего
напряжения, в конструкциях которых необходимо использовать
электропроводящие слои, в настоящее время выпускаются
только с изоляцией и экранами на основе композиций
полиэтилена.
Композиции для получения вспененной изоляции содержат
порообразователи, т. е. вещества, которые при температуре
переработки разлагаются с выделением значительного количест-
ва газообразных продуктов, обычно азота и др.; эти ком-
позиции содержат 0,4—0,8% порообразователей (для концен-
тратов количество порообразователи может возрастать до
3 3,5%), а также порядка 0,1—0,3% зародышеобразователя
и активатора разложения. В качестве порофоров в кабельных
композициях используют азодикарбонамид (ЧХЗ-21) или смесь
его с п, п'-окси-бис-(бензолсульфонилгидразид) (Дженитрон ОВ),
а также 2,2'-озо-био(изобутиронитрил) (ЧХЗ-57).
Кроме рассмотренных выше выпускаются различные ком-
позиции, в которых Применены специальные добавки для
придания им специфических свойств. Например, полиэтиле-
новые концентраты пигментов, применяемые для окраски
23
Таблица 2.2. Назначение н основные свойства композиций полиэтилена
по ГОСТ 16336-77
Показатель	Обозначение базовой' марки			
	102	153	107*	178
Показатель текучести рас- плава (ПТР), г/10 мин	Композиции полиэтилена низкой плотности			
	0,24—0,36	0,21—0,39	1,7—2,3	1,05—1,95
Стойкость к растрескива- нию, ч	500	500	2,5	2,5
Показатель	Обозначение базовой марки					
	204**	206**	207**	208**	271***	273***
Показатель текучести рас- плава (ПТР), г/10 мин	Композиции полиэтилена высокой плотности					
	0,6—0,9	0,9—1,5	1,5-2,0	2,0—3,0	0,4—0,65	0,3—0,55
Стойкость к растрескива- нию, ч	100	50	24	24	500	500
* Предусмотрена также самозатухающая композиция марки 107-61 К.
** Метод получения суспензионный.
*** Метод получения газофазный.
изоляции, содержат как различные пигменты в количестве от
7 до 30%, так и специальные добавки, способствующие их
более равномерному распределению. Композиции для силовых
кабелей, особенно кабелей высокого- напряжения, могут содер-
жать добавки, замедляющие образование и рост электрических
и электрохимических триингов. Сшивающиеся композиции
содержат либо 2% пероксидов (вулканизующиеся композиции),
либо антирады или сенсибилизаторы (радиационно-модифици-
руемые композиции).
Основные марки полиэтилена для кабельной промышлен-
ности в соответствии с ГОСТ 16336-77 приведены в табл. 2.2.
Обозначение марки композиции состоит из первых трех цифр,
обозначающих базовую марку, и двух цифр, обозначающих
номер рецептуры, например 153-02К.
24
Кроме того, по различным техническим условиям выпуска-
ются вулканизующиеся композиции полиэтилена, вулканизу-
ющиеся самозатухающие композиции, пенообразующие ком-
позиции, концентраты пигментов полиэтилена и т. д.
Рассмотрим некоторые технологические свойства полиэти-
лена. На перемещение гранул в зоне загрузки экструдера
существенное влияние оказывает соотношение коэффициентов
трения полиэтилена по поверхности цилиндра и шнека, что
в значительной степени можно регулировать, изменяя их
температуру, так как коэффициент трения Ктр сильно зависит
от температуры:
Темпера-	Кт„ ПЭНП	К^ПЭВП	Темпера-	ПЭНП	ПЭВП
тура, °C			тура, °C		
20	0,35	0,25	120	‘ 0,75	0,75
50	0,3	0,2	130	0,6	0,9
80	0,5	0,2	150	0,4	0,75
100	0,9	0,25	200	0,15	0,4
ПО	0,9	0,35	250	0,08	0,15
При достижении температуры плавления полиэтилен пе-
реходит в вязкотекучее состояние, и с повышением температуры
вязкость его постепенно уменьшается. Свойства расплава
при течении определяются его реологическими характери-
стиками. На рис. 2.3 приведены кривые течения для по-
лиэтилена низкой и высокой плотности. Следует отметить,
что кривые течения могут изменяться в зависимости от
способа получения и от состава композиции. Скорость эк-
струзии, особенно при тонкостенной изоляции, ограничивается
значением критической скорости сдвига. При увеличении ско-
рости экструзии до критических значений поверхность изоляции
становится матовой из-за появления шероховатости, а при
Рис. 2.3. Вязкость полиэтилена ц при различных скоростях сдвига v:
птоПЭНП-	ПТР = 0,2 г/10 мин; 2—ПЭНП, ПТР = 2,1 г/10 мин; 2- ПЭВП,
ПТР=о,9 г/10 мин; 4 — ЛПЭНП, ПТР = 0,55 г/10 мин (цифры на кривых — температура
расплава)
25
К9
2,0
1,0
1,6
1,4
1,ig 0,2 0,4 d.K.ii/<klv.
Рис. 2.4. Влияние различных факторов на высокоэластическое восстановление
расплава полиэтилена:
в —скорость сдвига; l/d—относительная длина формующей части; d Id —отношение
диаметров канала виутреииего и внешнего “*г
дальнейшем увеличении скорости неровность поверхности на-
растает, что исключает возможность получения качественных
проводов. Критические режимы течения зависят от температуры
и могут изменяться в широких пределах: напряжение сдвига —
от 5  105 до 2 106Н/м, а скорость сдвига — от 2 • 101 до
1,5 103 с"1.
После выхода расплава из формующего инструмента под
воздействием нормальных напряжений происходит изменение
сечения экструдата, т. е. эластическое восстановление, или
разбухание экструдата (эффект Барруса), что необходимо
учитывать при конструировании инструмента и выборе режи-
мов переработки. Степень эластического восстановления круг-
лого прутка можно характеризовать коэффициентом K3=RJRW,
где 7?и — радиус формующего инструмента, а Лс — радиус
струи расплава [при этом Rc = Roxn (р0/р()1/3; здесь К01Л — радиуса
изделия после охлаждения; р0 и р( — плотность полимера прйЯ
комнатной температуре и при температуре переработки ]
Значение Кэ зависит как от типа полиэтилена и составе
композиции, так и от режимов переработки, влияющих ня
время релаксации (рис. 2.4). Снизить высокоэластическое вос-Я
становление можно путем увеличения температуры расплаваЯ
снижения скорости переработки, увеличения длины формующей!
части матрицы и др. [8].	|
При переработке важно учитывать характер зависимости |
плотности от температуры и давления (рис. 2.5). Объем!
полиэтилена при температуре + 200° С превышает объем првЯ
температуре +20° С на 25%; особенно резко объем изменяется
при температуре, близкой к температуре плавления. Эт<Я
свойство полиэтилена необходимо учитывать как при выбор®
конструкции формующего инструмента, так и при выборе
режима охлаждения изоляции. Когда изолированная жила,
выйдя из головки экструдера, попадает в охлаждающую ванну,
то охлаждение начинается с поверхности. Поверхностный слой
Рис. 2.5. Зависимость плотности полиэтилена от температуры (а) и давления (б):
/—ПЭНП; 2—ПЭВП
в результате снижения температуры стремится сократить свой
объем, чему препятствуют еще не остывшие внутренние слои.
В результате наружный слой изоляции затвердевает при
воздействии радиального давления, направленного наружу,
и находится как бы в растянутом состоянии с замороженными
внутренними напряжениями. Последующее охлаждение внут-
ренних слоев приводит к сокращению их объема, однако
общий объем изоляции уже определен затвердевшим наружным
слоем. Поэтому сокращение объема может пойти не равномер-
но, а по наиболее механически слабым местам, т. е. по
местам, где изоляция охладится в последнюю очередь. В ре-
зультате образуются так называемые пузыри, т. е. пустоты
в изоляции, расположенные преимущественно у жилы. Отсюда
вытекают и практические рекомендации по предотвращению
образования этого дефекта: обеспечение постепенного, мед-
ленного охлаждения, особенно вблизи температуры плавления.
Вообще скорость охлаждения расплава при формовании
оказывает очень большое влияние на свойства изделий. Как
указывалось выше, при быстром охлаждении не успевает
произойти формирование равновесной кристаллической струк-
туры. Поэтому образуются мелкокристаллические структуры
с преобладанием аморфной фазы, особенно в поверхностных
слоях изоляции, где скорость охлаждения выше. При этом
получают полимер, плотность которого ниже, чем в равновес-
ном состоянии, а стойкость к растрескиванию выше.
В результате этого в дальнейшем при хранении и эк-
сплуатации структура будет стремиться к равновесному
27
26
состоянию, т. е. будут увеличиваться степень кристалличности
и плотность, а снижаться стойкость к растрескиванию;
эти процессы ускоряются при повышении температуры.
Поскольку рост плотности вызывав! сокращение объема
полимерной изоляции, а в готовом кабеле этому препятствует
наличие неполимерных конструктивных элементов, например
токоведущей жилы, то в кабеле в этом случае будут
возникать внутренние напряжения, способные привести при
неблагоприятных условиях к нарушению механической устой-
чивости конструкции. По этим причинам обычно стремятся
так проводить охлаждение расплава, чтобы получить структуру
по возможности более близкую к равновесной.
При переработке полиэтилена в результате воздействия
тепла, механических напряжений и кислорода воздуха воз-
можны процессы химических превращений макромолекул. Из-за
обрывов боковых ответвлений макромолекулы и процессов
сшивания текучесть полиэтилена уменьшается, а в результате
деструкции, связанной с разрывами главной цепи, текучесть
увеличивается. Показано, что при переработке происходит
изменение молекулярной массы и молекулярно-массового рас-
пределения, а также сокращение количества стабилизатора
из-за его расхода и поглощение кислорода с образованием
СО связей.
В ряде случаев существенное значение имеет адгезия
изоляции к жиле, например в герметизированных кабелях,
в проводах, изоляция которых зачищается механическим спо-
собом и др. Хотя степень адгезии в определенных пределах
можно изменять путем выбора оптимальных режимов пере-
работки, но, в основном, адгезия зависит от марки полиэтилена;
с увеличением разветвленности адгезия уменьшается. Например,
усилие снятия изоляции длиной 40 мм с жилы (диаметр
медной жилы 0,5 мм, толщина изоляции 0,32 мм) для раз-
личных полиэтиленов составляет:
Марка полиэтилена Усилие снятия
изоляции, Н
' 178	31,4
107	13,2
271	4,2
206	2,4
В композициях полиэтилена, как и ряда других полимеров,
к сожалению, могут присутствовать различные неоднородности,
снижающие качество изделий. К ним относятся посторонние
включения, гелеобразные частицы, агломераты наполнителя
и т. п. К первым относятся различные загрязнения, не
предусмотренные рецептурой композиции; для их сокращения
стремятся выявить и устранить источник загрязнений, а также
28
проводят фильтрацию расплава. Гелеобразные частицы—это
частицы того же полимера, но имеющие резко отличную от
основного материала структуру, например сшитые или об-
разования сильно разветвленных молекул; для их сокращения
оптимизируют режим полимеризации и в ряде случаев произ-
водят фильтрацию расплава через специальные мелкопористые
фильтры. Агломераты наполнителя (сажа, пигменты, частицы
меда) образуются в результате недостаточного диспергирования
их при изготовлении композиций, а также по ряду других
причин; поэтому их следует устранять путем усовершенст-
вования технологии изготовления композиций (перетирка, про-
сев и обработка наполнителя, увеличение смешения и т. д.).
2.3.	ПОЛИВИНИЛХЛОРИДНЫЕ ПЛАСТИКАТЫ
Поливинилхлоридные пластикаты являются основными изо-
ляционными и защитными материалами, применяемыми в про-
изводстве кабелей и проводов. Они представляют собой
композицию полимера-пбливинилхлорида и ряда ингредиентов,
в число которых входят пластификаторы, стабилизаторы,
смазывающие вещества, пигменты и наполнители.
Поливинилхлорид получают в результате суспензионной
полимеризации хлористого винила СН2 = СНС1 в водной среде
при температуре 30—70° С и давлении 0,4—1,2 МПа в присут-
ствии защитных коллоидов и инициаторов. После окончания
реакции образуется суспензия, содержащая частицы полимера
размером 75—150 мкм, легко отделяемые от воды цент-
рифугированием и сушкой. Полученный полимер имеет струк-
турную формулу
—сн2—сн —
Полимерные цепи поливинилхлорида, используемого для
кабельных пластикатов, мало разветвлены, его молекулярная
масса находится в пределах 60000—100000. Сам по себе
поливинилхлорид является жестким, твердым материалом,
который нельзя использовать в качестве изоляции или оболочки
Для кабелей и проводов. Однако при добавлении к поливинил-
хлориду различных ингредиентов его физико-механические
свойства и способность к переработке заметно улучшаются,
частности, улучшается эластичность материала, повышаются
его нагревостойкость и долговечность.
Пластификаторы, которые являются одним из компонентов
поливинилхлоридных пластикатов представляют собой, как
29
I
правило, жидкости, повышающие пластичность и гибкосп
материалов. При совмещении пластификатора с поливинил,
хлоридом последний как бы набухает, происходит коллоидное
или молекулярное диспергирование. В качестве пластифика.
торов наиболее часто используются эфиры фталевой кислоты
чаще всего диоктилфталат:
।
аС00С8Н17
СООСдН^
Для нагревостойких пластикатов, как правило, применяете
додецилфталат, для морозостойких пластикатов — диоктилсе
бацинат [C8Hj7OOC—(СН2)8—СООС8Н17]. При введении три
крезил фосфата
z ос6мн3
0= Р — OGgH^CHj
ОСд Н4CHj
Если мел и тальк являются инертными наполнителями,
т. е. в незначительной степени повышают физико-механические
характеристики пластиката, то каолин и аэросил относятся
к активным наполнителям, заметно повышающим прочность
пластиката при растяжении, стойкость к истиранию, прочность
на раздир. Каолин является продуктом разрушения и вывет-
ривания горных пород—гранита, гнейсов, порфиров. Его
химический состав, %: SiO2 — 46,5; А12О3 — 39,5; Н2О —14.
Дэросил, или белйя сажа, получается при высокой температуре
путем разложения тетрахлорида кремния в присутствии кис-
лорода и водорода и содержит 99,9% SiO2. Аэросил обладает
хорошей дисперсностью, но легко поглощает влагу, что следует
учитывать при его хранении и переработке.
Для облегчения переработки при экструзии и улучшения
качества поверхности кабельных изделий в пластикат вводят
смазывающие вещества, в качестве которых можно использо-
вать стеариновую кислоту, стеараты кальция или цинка. Их
количество обычно составляет 1—3% массы пластиката.
Пигменты, или красители, используются для окрашивания
пластиката в различные цвета. По составу пигменты делятся
на минеральные и органические. Для окрашивания пластиката
в белый цвет используется, как правило, диоксид титана,
а окрашивание в черный цвет достигается введением 1—2%
сажи (по массе). Для окрашивания пластиката при его
переработке методом экструзии к гранулам пластиката нату-
рального цвета добавляется до 3% концентрированно-окра-
шивающей смеси, представляющей собой пластикат с повышен-
ным содержанием пигмента определенного цвета. Окрашенный
пластикат по сравнению с пластикатом натурального цвета
обладает повышенной светостойкостью.
Кабельные поливинилхлоридные пластикаты по назначению
делятся на изоляционные и шланговые, т. е. применяемые для
изготовления соответственно изоляции и, защитных оболочек
кабельных изделий. Используются также такие рецептуры
пластикатов, которые можно использовать как для изоляции,
Я так и для оболочек кабелей и проводов— так называемые
I изоляционно-шланговые.
 Основные технические данные отечественных поливинил-
Я хлоридных пластикатов, регламентированные технической до-
 кументацией, приведены в табл. 2.3 и 2.4. Все пластикаты
 подразделяются на четыре типа: И—изоляционный, ИТ — изо-
 ляционный термостойкий, ИО — изоляционный и для оболочек
Первые буквы в обозначении марок пластиката типов
и ИО обозначают тип пластиката, две первые цифры
его морозостойкость, две последующие — порядок
Удельного объемного электрического сопротивления при 20° С,
31
повышается стойкость пластиката к воздействию пламени
Количество пластификаторов составляет 40—70% по отноше
нию к массе поливинилхлоридной смолы.
Стабилизаторы повышают стойкость пластиката к воздей’
ствию тепла и света. Наиболее эффективными стабилизаторами
являются соединения свинца — стеарат свинца, свинцовые бе-
лила, свинцовый сурик, которые вводятся в пластикат в соот-
ношении 13—18 массовых частей на 100 частей поливинил-
хлорида. Действие стабилизаторов основано, как правило, на
способности связываться с хлористым водородом, выделя-
ющимся при разложении поливинилхлорида, и приостанавли-
вать его каталитическое влияние на дальнейшее разложение
смолы.	
Наполнители добавляются в пластикаты для улучшении
их механических характеристик и снижения стоимости. В качеств
ве наполнителей используют мел, тальк, каолин, аэроси»
обычно 96—99% составляет углекислый кальций СаСОЯ
В основном используется природный обогащенный мел, одна™
лучшие результаты дает использование химически осажденноИ
мела, получаемого при обработке гашеной извести углекцИ
лотой и имеющего повышенную дисперсность. Тальк преЖ7и™“Ь1И термостойкий ыу-изоляционный и для оооло
ставляет собой порошкообразный продукт, являющийся воДч Ционно-шланговыи), О для оболочек (шланговый),
ным силикатом магния 4SiO2  3MgO • Н2О. Тальк получают! k
путем измельчения горной породы талькит. По сравнению! указываю*
с мелом тальк обладает более низким водопоглощением. “	т
30
Таблица 2.3. Основные технические данные отечественных изоляционных ПВХ-пластикатов
Марка пластиката
Показатель	И40-13	И4О-13А	И5О-13	И40-14	И50-14	И6О-12	ЙТ-90	ИТ-105
Количество посторонних вклю- чений, шт., не более до 0,5 мм Удельное электрическое сопро- тивление при 20° С, Ом • см, не менее Удельное объемное электричес- кое сопротивление при 70° С, Ом • см, не менее Разрушающее напряжение при растяжении, МПа, не менее Относительное удлинение при разрыве, %, не менее Температура хрупкости, °C, не выше	45 1 X хЮ13 2х х Ю10 17,6 200 -40	24—29 ЗЮ13—5 1013 110“ 17,6—19,6 200—250 -40	56 11013—5 1013 5 • Ю10 19,6 200 -50	18—27 11014—2-Ю14 1 -1012— 1,5-1012 17,6—19,6 200—250 -40	36 1х х 1014 1-х х 1012 17,6 200 -50	36 1х х 1012 1 X хЮ10 9,8 300 -60	27 1х хЮ13 15,7- 280 -40	Без посторонних включений и за- грязнений 2 1013 Не нормируется 14,7 340 —40
3125
Таблица 2.4. Основные технические данные отечественных шланговых пластикатов в изоляционно-шлангового пластиката
Показатель	Марка пластиката						
	ИО45-12	0—40	0—50	0—55	ОМБ-60	ОНБ-50	ОНЗ-40
Количество посторонних включений, шт., не более Цвет Удельное	объемное	36 Не окрашенный, черный, под сло- новую кость, ко- ричневый, голу- бой, синий, зеле- ный, красный, се- рый 11012	Не нормируете 110*°—5 10*°	я для всех ма Черный 1,5  10*—	ЮК , синий 1101й— 110й	1109	1 10lft	36 Не окрашен- ный 5-10“
электрическое сопротив- ление при 20“ С, Ом • см, не менее Разрушающее напряже- ние при разрыве, МПа,’ не менее Относительное удлине- ние при растяжении, %, не менее Температура хрупкости °C, не выше	10,7 350 -45	13,7—14,7 280—300 -40	ч 2,5 1010 15,7—17,7 280—350 -50	10,7—11,7 350 -55	11,7 350 -60	11,7 • 350 -50	13,7 300 -40
цилиндра экструдера должна составлять 135—155° С, головки
165° С и матрицы 175° С, для пластикатов типа О — соответ-
ственно 115—145, 155 и 165° С и для пластиката марки
ОМ-40—135—145, 160 и 170° С (все температуры измеряются
с точностью + 10° С).
Одной из основных причин широкого использования по-
ливинилхлоридного пластиката в кабельной технике является
прежде всего его способность затухать при вынесении из
пламени, что объясняется отсутствием двойных связей и на-
личием атомов хлора НО (56,5%) в структурной цепи
поливинилхлорида. При горении и превышении температуры
из поливинилхлоридной смолы выделяется хлористый водород
НС1, что приводит к снижению температуры в зоне горения
и самозатуханию пластиката. Как сам пластикат, так и кабель-
ные изделия с использованием пластиката не распространяют
горения, если испытывать их в виде образцов каждый в от-
дельности.
Однако когда кабели с поливинилхлоридной изоляцией
и оболочкой положены в пучке, особенно расположенном
вертикально, то при использовании обычных пластикатов
пучок кабелей загорается и не затухает после удаления
источника пламени. Причиной этого является поддерживание
высокой температуры в зоне горения даже при условии
выделения хлористого водорода из-за влияния друг на друга
соседних кабелей. Хотя пожары на электростанциях возникают,
как правило, из-за нарушений условий эксплуатации, несоб-
людения порядка выполнения строительных работ и т. п.,
одной из причин распространения огня вдоль кабельных
туннелей является недостаточная стойкость кабелей к воздей-
ствию пламени. Поэтому для эксплуатации в условиях по-
вышенной пожарной опасности рекомендуется использовать
рючести. Пониженная горючесть таких пластикатов обуслов-
ливается их составом: использованием фосфатных пластифи-
каторов, специальных наполнителей и т. д.
В настоящее время на практике начали использоваться
также поливинилхлоридные пластикаты с пониженным газо-
и дымовыделением при горении. Причиной их применения
является то, что при горении обычных пластикатов выделяется
НС1, при контакте с водой образующий соляную кислоту,
обладающую сильными коррозионными свойствами. Поэтому
при сгорании кабелей с применением поливинилхлоридного
пластиката выходит из строя оборудование, а пускорегули-
РУющая аппаратура повреждается даже на тех участках
предприятий, куда пожар не распространился. Отрицательное
воздействие оказывает выделение НО и на организм человека,
причем с этой точки зрения крайне опасен и дым, содержащий
35
а для пластиката типа О—первая буква обозначает тиц|
пластиката, две последующие цифры — морозостойкость .пла
стиката.
Обозначение пластиката марок ИТ-90 и ИТ-105 состоит
из букв, обозначающих тип пластиката, и последующих цифр
указывающих верхний предел рабочих температур пластиката
Условное обозначение пластиката, предназначенного для мае
лобензостойких оболочек,— ОМБ-60, предназначенного дл:
оболочек с низкой миграцией пластификатора в полиэтилен, —
ОНМ-50, предназначенного для оболочек с низким запахом,—
ОНЗ-40.
Следует отметить также некоторые важные характеристик]
пластикатов специального назначения. Так, удельное объемное
электрическое сопротивление нагревостойкого пластиката марки
. ИТ-105 при температуре (105 + 2) °C не должно быть менее
Ю11 Ом см, т. е. по сравнению с сопротивлением в исходном
состоянии оно снижается примерно на два порядка. Пластикат
этой же марки после выдержки при температуре (136 + 2) °C
в течение 168 ч должен сохранить 90% относительного
удлинения при разрыве в исходном состоянии и имен
температуру хрупкости не выше минус 30° С.
Маслобензостойкий пластикат марки ОМБ-60 после выдерж-
ки в течение 24 ч в бензине при (20 ±2) °C или в масле
при 100 + 2° С сохраняет 95% прочности при разрыве и 65—
90% относительного удлинения в исходном состоянии. Дл1
пластиката марки ОНМ-50 регламентируется коэффициент
изменения тангенса угла диэлектрических потерь полиэтилена
в контакте с данным пластикатом при 90° С в течение 4 ч,
который должен быть не более 5. Для пластиката ОНЗ-41
лимитируется обонятельный коэффициент, который должев
составлять не менее 6 мл.	----------
в определении минимального количества воздуха в миллилит
рах, которое необходимо ввести при помощи шприца в склянк)
для того, чтобы выходящая из нее струя пахучего воздуха
вызывала при попадании в нос обонятельное ощущение. Пр®
проведении испытаний образец испытываемого пластиката
помещают в вакуумный эксикатор в количестве 0,2 м
пластиката на 1 м3 и выдерживают в течение 24 ч при +70° С
Поливинилхлоридные пластикаты, используемые в произ
водстве кабелей и проводов, должны быть технологична
после экструдирования на поверхности пластиката должнь
отсутствовать поры, видимые невооруженным глазом. Пла
стикаты должны обладать определенной термостабильностьЫ
т. е. не подгорать при остановке экструдера в течение 21
мин, хотя в данном случае допускается незначительное измене
ние цвета пластиката. При проведении этих испытаний Д-Т
пластикатов типов М, ИТ и ИО температура по зона»
34
 Сущность метода заключается специальные поливинилхлоридные пластикаты пониженной го-
Таблица 2.5. Основные технические данные пластиката пониженной горючести
Показатель	НГП-40-32	НГП-30-32
Удельное объемное электрическое сопротивле- ние при 20° С, Ом • см, не менее	1  1012	1 •1011
Разрушающее напряжение при разрыве, МПа,	14	14
не менее		
Относительное удлинение при растяжении, %, не менее	280	250
Температура хрупкости, °C, не выше	-40	-30
Кислородный индекс, %, не менее	32	32 . ’
оксид углерода СО и углекислый газ СО2. При создании
рецептур пластикатов, не выделяющих НС1 в окружающую
среду, стремятся к тому, чтобы связать НС1 при выделении,
оставить его в составе прореагировавших соединений в золе.
В отечественной практике пластикат пониженной горючести
выпускается марок НГП-40-32 и НГП-30-32. Маркировку
пластиката состоит из букв, обозначающих тип пластиката
и цифр, указывающих значения температуры хрупкости и кис
лородного индекса. Температура воспламенения пластиката —
свыше 500° С, самовоспламенения—750° С. Основные техничес
кие данные пластиката приведены в табл. 2.5.
В процессе эксплуатации в составе кабельного издели:
параметры поливинилхлоридного пластиката изменяются: сни
жается относительное удлинение при растяжении, повышаютс:
механическая прочность и температура хрупкости и т. д,
Причиной изменения этих параметров является снижение
содержания пластификаторов из-за их миграции при повышен-
ных температурах или вымывания в условиях нахождения во
влажных грунтах или в воде и дегидрохлорирование, определя-
емое выделением хлористого водорода НО.
В качестве основного фактора старения в искусственный
условиях используется, как правило, повышение температуры,
при которой выдерживаются образцы материала. Так, в ряде
стандартов на пластикат, в том числе в отечественной практике,
предусмотрены испытания при температурах 120, 136 и 160° С
которые сами по себе не позволяют оценить эксплуатационнук
надежность кабельной изоляции, эксплуатируемой при 70° С
однако позволяют получить сравнительную оценку различны?
поливинилхлоридных пластикатов. Иногда на основании эти
результатов делаются попытки определить ресурс кабельно!
изоляции, задаваясь определенным процентом снижения значе
ния коэффициентов К1 и К2, представляющих собой отношен»
механической прочности и относительного удлинения в ис
ходном состоянии и после старения. Обычно считается Д°
пустимым снижение в процессе старения коэффициент^1
Кг и К2 на 50%. Изменение коэффициента К2 в процес|
36	I
Рис. 2.6. Изменение коэффициента ЛГ2 для изоляционных пластикатов марок
И40-13 (7), И40-13А (2) и И40-14 (3) в процессе старения при температуре 120° С
старения при температуре 120° С для изоляционных и шланго-
вых пластикатов показано на рис. 2.6 и 2.7. При оценке ресурса
изоляции или оболочки из поливинилхлоридного пластиката
в ряде случаев ориентируются на изменение температуры
хрупкости, характеризующей морозостойкость пластиката.
Более полную картину старения пластикатов можно по-
лучить при проведении испытаний в камерах погоды, где
кроме воздействия температуры имитируются влияние света
Рис. 2.7. Изменение коэффициента АГ, для шланговых пластикатов марок 040
и), 050 (2), 055 (рецептура 1183) [3) 055 (рецептура 1182) (4) в процессе
старения при температуре 120° С
37
со спектром, наиболее близким к спектру солнечной радиации,
влажности, иногда тумана и дождя.
При длительном атмосферном старении пластикатов их
характеристики изменяются, в частности заметно снижаются
относительное удлинение при разрыве и температура хрупкости.
При прокладке кабеля с поливинилхлоридными оболочками
в грунте и воде параметры пластиката изменяются довольно
значительно. Несмотря на то что в этом случае пластикат
не подвергается воздействию солнечной радиации, наличие
влаги приводит к потере пластификаторов. Кроме того,
в почве содержатся различные химические элементы и мик-
роорганизмы, которые также влияют на старение пластиката.
Электрическое сопротивление изоляции и разрушающее на-,
пряжение при разрыве в течение 6 лет пребывания в воде,
торфе и черноземе возрастают, относительное удлинение
при растяжении несколько снижается, а температура хрупкости
становится даже выше 0° С.
Определить ресурс изоляции на основе поливинилхлорид-
ного пластиката можно, если исходить из того, что при
достижении некоторого критического значения какого-либо
параметра материала происходит нарушение его целостности
[7]. В этом случае представляется возможным вместо длитель-
ных испытаний пластиката на старение определять ту или
иную его характеристику и прогнозировать ее изменение во
времени, установив закономерности, которые лежат в основе
этого изменения.
При эксплуатационных условиях старение пластиката опре-
деляется диффузионной десорбцией пластификатора, протека-
ющей во времени по экспоненциальному закону
т=тое~к,\	 (2.2)
где т0 и т — начальная и текущая массы образца; к—^
постоянная; t—время; и = 0,625.
Справедливость (2.2) подтверждена экспериментально, а так-
же анализом результатов испытаний образцов после естест-И
венного хранения в течение времени до 25 лет.	И
Диффузионная десорбция пластификатора приводит к по-И
вышению температуры хрупкости и снижению физико-меха-И
нических характеристик пластиката. При потере массы из-заЯ
десорбции пластификатора в пределах 20—25% нарушаетсяИ
целостность материала и, как следствие, происходит пробойИ
изоляции.	Поэтому ресурс поливинилхлоридной	электрическойИ
изоляции	можно рассчитать	следующим образом:	
х=-—L	(2.3)1
3600/спр \	G0 + a\G.lon~b!	Я
38	' Я
где ^Пр—экспериментальное значение постоянной скорости
десорбции; Go, а, b — коэффициенты, постоянные для данного
типа пластиката; AG„CX, AGflon—потеря массы материала в ис-
ходном и предельном состояниях.
2.4.	ФТОРОПЛАСТЫ
Фторопласты—это полимеры, образованные из мономеров,
содержащих фтор. Производство их, начатое в конце
40-х — начале 50-х годов, постоянно расширялось, к настоящему
времени изготовляется несколько десятков типов фторопластов,
многие из которых имеют несколько различных марок. Посто-
янно растет и ассортимент кабелей с црименением фторопо-
лимеров. Это, прежде всего, провода и кабели повышенной
нагревостойкости для авиационно-космической техники и ра-
диоэлектроники. В радиочастотных кабелях используют пре-
красные диэлектрические свойства фторполимеров; в ряде
кабельных изделий, особенно малогабаритных, используют
высокие механические свойства ряда фторполимеров, в других
случаях — химостойкость, негорючесть и радиационную
стойкость. По этим причинам фторопласты находят широкое
применение в монтажных проводах, радиочастотных кабелях,
кабелях и проводах высокого напряжения, бортовых проводах,
многожильных монтажных кабелях и кабелях управления,
кабелях для геофизических исследований, для атомных элек-
тростанций и др. [4].
Наиболее широко применяется политетрафторэтилен
(ПТФЭ), имеющий структурную формулу ( — CF2 — CF2 — )„
и являющийся продуктом полимеризации тетрафторэтилена.
В кабельной промышленности используют ПТФЭ в виде
порошков, суспензий и пленок. Молекулярная масса ПТФЭ
может составлять от 4 • 105 до 107. Степень кристалличности
после полимеризации достигает 93—98%, а после переработки
в зависимости от молекулярной массы и режима охлаждения
она обычно составляет 50—85%.
Поливинилиденфторид (ПВДФ) получают полимеризацией
винилиденфторида ( — CF2 — СН2 — )„. Степень кристалличности
составляет 60—80%. ПВДФ — типичный термопластичный по-
лимер, перерабатываемый методом экструзии; он наиболее
жесткий и самый прочный из всех фторполимеров с высокой
стойкостью к истиранию. Применяемый в кабельной промыш-
ленности модифицированный ПВДФ отличается меньшей сте-
пенью кристалличности (около 30%), лучшей технологичностью
И морозостойкостью.
Сополимеризацией гексафторпропилена с тетрафторэтиле-
н°м получают фторированный этиленпропилен (ФЭП) со сле-
дующей структурной формулой:
39
Это также термопластичный полимер, применяемый в кабель-
ной промышленности как в виде экструдируемого материала,
так и в виде пленок и суспензий. ФЭП объединяет в себе
высокие диэлектрические свойства ПТФЭ и способность эк-
струдироваться.
Широкое применение в кабельной промышленности нашел
сополимер этилена и тетрафторэтилена (ЭТФЭ), который
имеет следующее строение: [—CF2 —CF2 —СН2 —СН2—Сте-
пень кристалличности ЭТФЭ зависит от количественного
соотношения мономера в сополимере и регулярности чередова-
ния мономерных звеньев и обычно составляет 40—60%. ЭТФЭ,
уступая ПТФЭ и ФЭП по своим диэлектрическим свойствам,
превосходит их по механическим свойствам и радиационной
стойкости. Его можно перерабатывать методом экструзии.
Перспективным материалом является сополимер тетра-
фторэтилена с перфтор-(алкилвиниловыми) эфирами (ПФА),
в котором сочетаются хорошие диэлектрические свойства,
нагревостойкость и химическая стойкость ПТФЭ со способ-
ностью экструдироваться. Строение молекулы характеризуется
следующей формулой:
0RF	J п
Важнейшие свойства фторполимеров, применяеых в кабельной
промышленности, приведены в табл. 2.6.
Следует отметить, что благодаря высокой энергии связи
С—F, составляющей 625 кДж/моль, что почти в 2 раза
выше, чем связи С—С (351 кДж/моль), полностью фторирован-
ные полимеры обладают высокой стойкостью к воздействию
повышенных температур и практически не подвержены старе-
нию при температуре, ниже предельно допустимой. Поэтому
они не содержат термостабилизаторов. Однако водородсодер-
жащие фторполимеры подвержены тепловому старению, а при
переработке возможны процессы деструкции. Заметим также,
что перестройка структуры, происходящая при воздействий
повышенной температуры, а также внутренние напряжения
в изоляции обусловливают склонность некоторых фторполи-
меров к растрескиванию.
40	«
Таблица 2.6. Важнейшие свойства фторполимеров
Показатель	ПТФЭ	ФЭП	ЭТФЭ	ПВДФ	ПФА
Плотность, кг/м3	2120-2280	2120-2170	1630-1700	1700—1800	2120—2170
Температура плавления, °C	327	265—290	260—275	160—180	302—310
Максимальная температура дли- тельной эксплуатации, °C	260	200	 200	150	260
Разрушающее напряжение при растяжении, МПа	14,5—35,0	16—30	27—50	39—60	28—32
Относительная диэлектрическая проницаемость при 106 Гц	1,9—2,2	1,9—2,1	2,5—2,6	6,4	2,06—2,1
Тангенс угла диэлектрических потерь при 106 Гц	2'10 4	(3-8) х хЮ'4	(4-7) х х 10~3	17-10 2	ЗЮ'4
Таблица 2.7. Перечень термопластичных фторполнмеров, применяемых в ка-
бельной промышленности
Тип сополимера или полимера	Марка	Область применения
ФЭП	Фторопласт-4МБ	Изоляция и оболочка различных прово- дов и кабелей
ЭТФЭ	Фторопласт-40111	Изоляция проводов и оболочка кабелей различного назначения
ПВДФ	Фторопласт-2М	Изоляция проводов с повышенной стой- костью к механическим воздействиям
ПФА	Ф-50	То же
Фторполимеры выпускают и применяют в кабельной тех-
нике в виде суспензий, порошков, гранул и пленок. Суспензии
используют для изготовления изоляции обмоточных проводов,
электропроводящих и окрашивающих слоев поверх изоляции,
пропитки стеклонитей, стеклолент и оплетки из стекловолокон.
Нанесение суспензий осуществляют методом окунания с по-
следующей сушкой и запечкой (или оплавлением для термо-
пластичных фторполимеров).
Порошок ПТФЭ, получаемый в результате полимеризации,
при нагреве выше температуры плавления не переходит
в вязкотекучее состояние, что делает невозможным переработку
его на экструдерах, обычно применяемых для переработки
термопластов, для его переработки требуются специальные
методы. Для изготовления изоляции проводов применяются
специальные сорта ПТФЭ: фторопласт-4Д (ГОСТ 14906—77)
и его модификация—фторопласт-4ДМ (ТУ 6-05-041-336-71).
Предварительно смешением порошка с бензином получают
пасту, используемую для переработки на плунжерных прессах.
Перечень термопластичных фторполимеров, применяемых
в кабельной промышленности дан в табл. 2.7. Эти материалы
ПеРерабатывают как обычные термопласты методом экструзии
с Учетом ряда особенностей, о которых будет сказано ниже.
41
Таблица 2.8. Основные техиологическне свойства термопластичных
Показатель	ФЭП	ЭТФЭ	ПВДФ ,	ПФА
Температура расплава при	315—400	280—350	190—270	350—420
переработке, °C Вязкость расплава при эк-	103—105	103—105	102—104	103
струзии, Па  с Критическая скорость сдвн-	5—70	100—3000	100—500	20—60
га, с 1 Плотность расплава, кг/м3	1470—1516	1286—1330	1300—1350	1470—1510
из различных фтор-
получать
Пленочные материалы можно
полимеров. Наибольшее распространение в кабельной промыш-
ленности получили пленки из фторопласта-4. Такую пленку
получают методом строжки предварительно отпрессованных и:
порошка и спеченных цилиндрических заготовок. После строж-
ки пленку прокатывают между валками для придания необходи-
мых свойств. Если степень ориентации при прокате не пре-
вышает 1,3, то получают так называемую неориентированнук
пленку, которая при нагреве не изменяет своих геометрически?!
размеров. Если же степень ориентации составляет 1,8—2,3, тс
получают ориентированную пленку, усадка которой при нагре-
вании может достигать 40%. Широкое применение для изготов-
ления монтажных проводов получила так называемая сыра;
каландрованная лента (СКЛ) из фторопласта-4Д. Она представ-
ляет собой не подвергнутую спеканию пленку, изготовляемук
экструзионно-каландровым способом. Ее накладывают на жил)
в незапеченном (сыром) виде с последующей термообработкой,
Технологические свойства фторопластовых порошков, суспензий
и пленок освещены ниже при рассмотрении технологии их
переработки. В данном параграфе остановимся только на
характерных особенностях переработки термопластичных фторпо-
лимеров [9]. Первой особенностью являются более высокие пс
сравнению с полиэтиленом и ПВХ температуры переработки
и большая вязкость расплава (табл. 2.8). Кривые течения некоторые
термопластичных фторполимеров приведены на рис. 2.8. Следу
ющей особенностью этих материалов являются относительнс
низкие критические скорости сдвига, ограничивающие скоросп
экструзии. Приведенные в табл. 2.8 данные следует рассматривав
как ориентировочные, так как они существенно зависят как oi
, конкретной марки материала, так и от режимов переработки.
Следующей особенностью этих материалов является бли-
зость температур переработки к температуре разложения. Этс
следует учитывать как путем ограничения заданных температур-
так и путем устранения застойных зон в экструдере. При
термодеструкции ухудшаются свойства изоляции, усиливается
выделение газообразных продуктов разложения, загрязняющих
42
Рис. 2.8. Кривые течения термопластичных фторполимеров:
,1—фторопласт-4МБ (ТПП-255 С);, 6—фторопласт-4ОШ (ТПП-278° С); в — фторопласт-
4МБ (температура 'расплава 280° С); г—фторопласт-2М
окружающую среду, вызывающих коррозию металлических
истей экструдера и образующих пузыри в изоляции.
Поскольку многие термопластичные фторполимеры накла-
дывают на токопроводящую жилу методом трубки, то сущест-
венное значение имеет способность расплава продольно дефор-
мироваться без образования дефектов. Эту способность харак-
теризуют допустимой степенью вытяжки, т. е. отношением
площади поперечного сечения потока расплава в формующей
части инструмента к площади поперечного сечения изоляции.,
Это отношение обычно определяют опытным путем, оно
лежит в пределах от 5 до 200.
Плотность расплава составляет для ФЭП и ПФА 1480—1500
К[7м3, а ЭТФЭ 1290—1310 кг/м3.
2.5.	ПОЛИАМИДЫ
Полиамиды — это большой'класс гетероцепных полимеров,
^«держащих в основной цепи макромолекулы амидные груп-
,bI CONH. В кабельной технике применяют различные типы
43
Таблица 2.9. Основные технические данные полиамидов, применяемых в
бельиой промышленности
Показатель	Полиамид 6	Полиамид 6,6	Полиамид 610	Полиамид 1:
Молекулярная масса	(10—35) х х 103 .	(15—25) х х 103 ,	20 • 103	—
Плотность, кг/м3	ИЗО	1140	1090—1110	1040—2060
Температура плавления, °р	220—225	264—266	213—220-	• 184—187
Разрушающее напряже- ние при растяжении, МПа	59—68,7	78,5	44,2—59	49,1—68,7
Относительное удлине- ние при разрыве, %	150—400	80—100	100—150	190—400
Твердость по Бринеллю, Па Электрическая прочность (толщина 2 мм), МВ/м:	1000—1200	670—700	1000—1500	800—1000
сухой образец	22,0	30	70—100*	28
предельно увлажнен- ный образец Удельное объемное элек- трическое сопротивление, Ом - см:			- 30—60*	
сухой образец	2-Ю14	(1—4)1014	4,5 1014—1015	1014 1
предельно увлажнен- ный образец	1 • 10®	—	2 1011	— 1
Диэлектрическая прони- цаемость при 50 Гц	4,5—11,5	3,9—8,0	3,8	3,7
Тангенс угла диэлектри- ческих потерь при 50 Гц	0,03—0,07	0,01—0,04	0,025—0,030	0,02
Предельное водопогло- щение, %	10—11	8—9	3,3—3,5	1,8
* Толщина образца 0,1 мм
виде гранул,
полиамидов: алифатические в
экструзией или по технологии эмалирования, а также в вид(
пленок и ароматические, применяемые в виде волокон, например
волокно фенилон. Здесь будут рассмотрены только материалы
перерабатываемые методом экструзии. Строение их молекуг
может быть представлено общей формулой:
[—HN (СН2 )„CONH (СН2 )тСО—]р.
Молекулы этих полиамидов в твердом состоянии обычно
имеют конформацию плоского зигзага и благодаря наличию
амидных групп связаны между собой водородными связями
С увеличением симметрии звеньев и частоты и регулярности
расположения амидных групп происходит увеличение числа
водородных связей, степени кристалличности и температурь1
плавления, что оказывает существенное влияние на важнейшие
’ свойства. Все полиамиды обладают высокой прочностью, тве
44
рдостью и стойкостью к истиранию, стойки к воздействию
многих химических реагентов, в том числе углеводородов
й масел. 'Полиамиды способны в значительных количествах
поглощать влагу с соответствующим изменением характеристик,
причем водопоглощение снижается с увеличением числа мети-
леновых групп между амидными. Важнейшие свойства поли-
амидов приведены в табл. 2.9.
Свойства полиамидов в значительной ш еп<яхи зависят от
количества поглощенной влаги, степени ориентации и криста п лич-
ности, которая достигает 60%. Для повышения устойчивости
к окислению и деструкции под воздействием кислорода воздуха,
особенно при повышенных температурах, в полиамиды вводят
стабилизаторы. В качестве последних часто применяют дибетанаф-
тилпарафенилендиамин и соли меди. Полиамиды можно окраши-
вать в массе с использованием фталоцианиновых красителей.
В кабельной промышленности полиамиды используют для
создания механически прочных тонких оболочек монтажных
и бортовых проводов. Высокие технологические свойства позво-
ляют легко получать тонкие оболочки толщиной до 0,05—0,1 мм.
В отечественной кабельной промышленности применяют
капрон (ПА-6, марка 210-15, ОСТ 6-06-09-83) и полиамид 610
(ОСТ 6-05-408-85).
Полиамиды обладают рядом специфических технологических
свойств, которые следует учитывать при переработке. Прежде
всего, это высокое влагопоглощение, что обычно требует
предварительной подсушки материала до содержания влаги
не более 0,1%. При содержании влаги свыше 0,2% происходит
ее выделение при температурах переработки с образованием
пузырей в изоляции. Следующая особенность обусловлена
резкой зависимостью вязкости от температуры и высокой
текучестью при температурах переработки. Поэтому конструкция
червяка и профиль кривой роста температуры в цилиндре
должны быть такими, чтобы сжатие начиналось после полного
Рве. 2.9. Вязкость полиамидов т] при
различных скоростях сдвига v:
1 —ПЛ-6; 2—ПА-610
Рис. 2.10. Зависимости плотности рас-
плава полиамида р от температуры
Т при разных давлениях; Па:
7 400; 2—300; 3—150; 4 — 1
45
расплавления материала. Из-за высокой вязкости расплав под'
действием противодавления, особенно при остановке экструдера,
может перетекать по направлению от головки к загрузочной
зоне и при соприкосновении с гранулами застывать с об-
разованием «пробок». При длительном пребывании в экструдере
при температуре переработки возможно разложение материала
с образованием газообразных продуктов — оксида и диоксида
углерода и аммиака, наложение покрытий обычно производят
с вытя^ой методом трубки. Кривые течения приведены
рис. 2.9. Критическая скорость сдвига составляет примерно
2,5-105 с Плотность расплава при температуре переработки
970—990 кг/м3; ее температурные зависимости при различных
давлениях приведены на рис. 2.10.
2.6.	ПЛЕНОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
В производстве кабелей и проводов широкое применение
находят пленочные материалы, которые используются в ос-
новном в качестве электрической изоляции. Кроме того, пленки)
используются для скрепления сердечников кабелей или в защит-1
ных покровах кабелей в качестве разделительного слоя между]
антикоррозионным битумным покрытием и слоем пластмассы]
В кабельной промышленности наиболее широко используются
полиэтилентерефталатные, фторопластовые, полиамидные и по-
лиамидно-фторопластовые пленки, которые накладываются на
жилу или заготовку кабеля, как правило, методом обмотки.
В отдельных случаях после наложения пленки производится]
термообработка пленочной изоляции для ее спекания и гер-|
метизации.	1
Полиэтилентерефталатная пленка, известная в отечественной!
практике под названием лавсан, представляет собой полимер]
получаемый поликонденсацией терефталевой кислоты с этилен-]
гликолем:	|
. ..-ООС-С Vcoo-ch2ch2-ooc-# у—coo—...
Лавсановая пленка изготовляется путем экструзии расплава на|
поверхность валка с последующими ориентацией путем растяже-1
ния, термофиксацией и охлаждением. Пленка лавсан, используе-1
мая в кабельной промышленности, имеет толщину 20—25 мкм|
и обладает высокой электрической и механической прочностью. |
В связи с повышенной степенью кристалличности эта пленка имеет!
высокую температуру плавления (265° С). Основные технические!
данные пленки толщиной 20—25 мкм приведены ниже:	|
46	1
Разрушающее напряжение при растяжении, МПа,
не менее ..................................... 147—172
Относительное удлинение при разрыве, %, не менее 60—70
Усадка плеики, %, не более ................... 3—4
Удельное объемное электрическое сопротивление,
Ом м, не менее:
при испытании в нормальных условиях ....... 1 • 10й
при испытании при температуре 155° С ..... 1 • Ю10—1-10“
при испытании после выдержки во влажной
среде при нормальной температуре в течение
24 ч ..................................... НО”
Тангенс угла диэлектрических потерь .......... 0,005—0,007
Электрическая прочность, МВ/м, при переменном.
напряжении частотой 50 Гц, не менее:
при испытании в нормальных условиях ...... 180
при испытании при температуре 155° С ..... 100
при испытании при нормальной температуре
в течение 24 ч ........................... 120
Рекомендуемый температурный диапазон эксплуатации плен-
ки лавсан от —65 до +155° С. В кабельной промышленности
эта пленка используется при температурах до +120° С. При
воздействии на пленку температуры свыше 250° С протекает
деструкция полимера с выделением оксида углерода, тере-
фталевой кислоты, ацетальальдегида. При воздействии откры-
того пламени пленка загорается и горит коптящим пламенем
с образованием расплава полимера и выделением летучих.
В производстве кабелей и проводов используются также
пленки из политетрафторэтилена, или фторопласта-4, имеющие
следующее строение:
F F F F
I III
. . . —с —с — с — с— • • •
1111
F F F F
Симметричность структуры макромолекул политетрафтор-
этилена и высокая кристалличность (до 90%) обусловливают
высокую температуру разрушению кристаллов (327° С), при
которой они переходят в аморфное состояние. В результате
полимер становится высокоэластичным и превращается в про-
зрачную монолитную массу, которая уже не плавится вплоть
До температуры разложения, равной 415° С. Длительная тем-
пература эксплуатаций пленки из фторопласта-4—плюс 250° С,
кроме того, она сохраняет работоспособность при низких
температурах вплоть до температуры минус 269° С.
Пленка из фторопласта-4 обладает исключительно высокой
стойкостью к действию растворителей или химических реагентов.
В отличие от ориентированной фторопластовой пленки
^ориентированная пленка имеет пониженные физико-механичес-
47
кие и электрические параметры. Сравнительные показатели
ориентированной и неориентированной пленки из фторопласта-4
приведены ниже:
Показатель	Ориентирован- ? Неориентиро-
	ная пленка	ванная пленка
Разрушающее напряжение при растяжении в про-		
дольном направлении, МПа, не менее 		50,0	15,6
Относительное удлинение при разрыве, %, не менее:		
в продольном направлении 		50	160
в поперечном направлении 		50	Не нормиру.
		ется
Электрическая прочность при постоянном напряже-		
нии, МВ/м, не менее 		160	60
Остальные электроизоляционные параметры ориентирован-
ной и неориентированной пленок из фторопласта-4 примерно
равны: удельное объемное электрическое сопротивление не менее
10150м-м, tg 5 не более 0,0003, диэлектрическая проницаемость
1,9—2,1.
В том случае, когда при спекании пленочной изоляции
кабелей и проводов необходимо обеспечить максимальную
герметичность, используется так называемая сырая каландриро-
ванная пленка из фторопласта-4Д, изготовляемая экструзионно-
каландровым методом из паст, представляющих собой смесь
порошка фторопласта с вазелиновым маслом. Сама технология
изготовления такой пленки предполагает, что она имеет невысо-
кие характеристики до спекания, и поэтому к технологии
обмотки токопроводящих жил лентами из сырой каландрирован-
ной пленки предъявляются повышенные требования.
Сырая каландрированная пленка толщиной 0,045 мм имеет
минимальное разрушающее напряжение при растяжении в про-
дольном направлении 12,7 МПа, в поперечном направлении
1,5 МПа, относительное удлинение при растяжении соответствен-
но 100 и 600%. Такая пленка при спекании заметно изменяет
размеры; усадка пленки не должна превышать 30%. Доля
смазки, вводимой в порошок фторопласта-4Д перед формовани-
ем пленки, после экстрагирования должна быть не более 0,03%
Электрические параметры сырой каландрированной пленки
находятся примерно на том же уровне, что и параметры
пленки из фторопласта-4, изготовленной методом сострагивания.
Рабочая температура кабельной пленочной изоляции на основе
фторопластов-4 и -4Д от —60 до +250° С. Пленки на основе
сополимеров фторопласта, например фторопласта-4МБ, можно
эксплуатировать при температуре, не превышающей +200° С.
При нагревании пленок из фторопластов свыше 260° С
начинается выделение токсичных легколетучих фтористых со'
единений: фтористого водорода и перфторизобутилена, а также
оксида углерода. Поэтому помещения, в которых производите*
48
Таблица 2.10. Основные технические данные полиимцдно-фторопластовой
пленки
Показатель	Пленка с одно* сторонним покрытием	Пленка с дву- сторонним покрытием
разрушающее напряжение при растяжении, МПа, Не менее: при 15—35° С в продольном и поперечном	88	78
направлениях при 200° С в продольном и поперечном иа-	64	49
правлениях Относительное удлинение при разрыве, %, не менее: при 15—35° С в продольном направлении:		75
среднее значение	70	
минимальное значение	35	35
в поперечном направлении: среднее значение	60	65
минимальное значение	35	35
при 200° С в продольном направлении: среднее значение	60	60 “
минимальное значение	35	35
в поперечном направлении: V среднее значение	60	60
минимальное значение	35	35
Сопротивление раздиру, Н/мм, не менее	70	70
Усиление разрыва технологического сварного шва, Н. не менее	18—23	20—24
Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом  м, не менее: при 10—35° С	10м	10м
при 200° С	1012	10’2
Электрическая прочность, МВ/м, при переменном напряжении, не менее: при 10—35° С; среднее значение	160	160
минимальное значение	120	120
при 200° С	120	120
Адгезионная прочность, Н/см, не менее (фторо- пласт—фторопласт): среднее значение	2,5	2,5
минимальное значение.	1	1
спекание изоляции из лент фторопласта, должны быть обо-
рудованы эффективной приточно-вытяжной вентиляцией.
В кабельной промышленности используется также полиимидно-
фторопластовая пленка, представляющая собой комбинированный
(дублированный) материал. В качестве основного слоя пленки
используется полиимид, покрываемый затем слоем политетрафто-
рэтилена или сополимера тетрафторэтилена и гексафторпропилена.
Полиимиды принадлежат к циклоцепным полимерам, об-
ладающим исключительно высокой термической стойкостью,
снову полиимидной пленки составляет полипиромеллитимид
ЛеДУющего строения:
4 3125	до
Длительная рабочая температура пленки составляет от —60
до + 200° С. Полиимидная основа обеспечивает высокие ме-
ханические и электрические характеристики пленки, а фторо-
пластовое покрытие—свариваемость пленок между собой, при
нагревании, т. е. спекание изоляции.
Полиимидно-фторопластовая пленка обладает высокой хими-
ческой стойкостью. Она инертна по отношению к органичес-
ким растворителям и маслам, разбавленным кислотам. Однако
полиимидно-фторопластовая пленка растворяется в концент-
рированной азотной или серной кислоте, а под воздействием
щелочей и перегретого пара начинается ее гидролиз.
Пленка выпускается с односторонним и двусторонним
фторопластовым покрытием и в отличие от матово-молочной по
цвету фторопластовой пленки имеет темно-желтый или светло-
коричневый цвет. Толщина полиимидной основы пленки равна;
0,03—0,04 мм, фторопластового покрытия—0,005— 0,01 мм. '
Основные технические данные полиимидно-фторопластовой;
пленки приведены в табл. 2.10.
При нагреве полиимидно-фторопластовой пленки до темпе-:
ратуры выше 200° С в том случае, если покрытие полиимидной
основы выполнено из сополимера фторопласта, возможно
выделение фторсодержащих соединений, которое резко интен-
сифицируется при температурах 360—400° С. Поэтому, как
и при использовании фторопластовых пленок, при спекании
полиимидно-фторопластовых пленок необходимо обеспечивать
эффективную вентиляцию производственных помещений.
Глава третья
ИНГРЕДИЕНТЫ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ И КАБЕЛЬНЫЕ
РЕЗИНЫ
3.1.	НАТУРАЛЬНЫЕ КАУЧУКИ
Резины представляют собой вулканизированные многоком-
понентные смеси на основе каучуков. В состав резиновых,
смесей кроме каучуков входят другие ингредиенты, в частности
минеральные и углеродные наполнители, вулканизующие аген-
ты, ускорители вулканизации, противостарители, мягчителй
и т. д. Резиновые смеси изготовляются методом смешения,
а после наложения на токопроводящие жилы или заготовку
50
кабеля подвергаются вулканизации, состоящей в нагреве смеси
до температуры, при которой вулканизующий агент (например,
сера или тиурам) вступает в реакцию с каучуком и сшивает
между собой длинные цепи каучука. В результате резиновая
смесь переходит из пластичного в эластичное состояние.
Основным компонентом резиновых смесей является каучук,
содержание которого составляет 30—50%. Как правило, чем
больше содержание каучука, тем выше электрические и ме-
ханические свойства резин. Каучуки делятся на натуральные
(НК) и синтетические (СК), и исторически первым типом
каучука, применяемым в производстве кабелей и проводов,
был НК, который широко применяется и в настоящее время.
Несмотря на постоянное снижение потребления, он продолжает,
оставаться одним из основных каучуков, применяемых в кабель-
ной промышленности.
Натуральные каучуки можно легко перерабатывать, они
обладают высокими физико-механическими и диэлектрическими
свойствами, а главное — невулканизованные резины на основе
НК имеют высокую когезионную прочность (в отличие от
его синтетического аналога), что позволяет накладывать тон-
костенные оболочки кабелей. Производство НК в мире
неуклонно возрастает. Основными производителями НК яв-
ляются Малайзия, Индонезия, Таиланд, Сингапур, Шри Ланка
и др. В последнее время НК начал производить Вьетнам.
В соответствии с «Международным стандартом по качеству
и упаковке натурального каучука» установлено восемь меж-
дународных типов НК, каждый из которых подразделяется
на несколько сортов. Типы НК различаются по методу
получения и составу (главным образом, по степени чистоты
и окисленности). Сорта определяются на основании описаний
в международных стандартах по внешнему виду и путем
сравнения каучука с международными эталонными образцами
и копиями.
В кабельной промышленности применяют в основном
смокед-шитс рифленый (RSS) различных сортов.
Натуральный каучук представляет собой линейный длинно-
цепной полимер, а именно цис-1, 7-полиизопрен общей формулы
CH,	CHj/	CHj
1	Г 1	' 1	1
—сн2—С=СН—СН2— (СН2—С=С — CH J — С Н2—С=С—CHZ—.
Он состоит из молекулы длинного размера с молекулярной
массой от 30 000 до 10 млн, среднечисловая молекулярная
Масса М„ лежит в пределах 105—106. Содержание цис-1,4
гРУпп составляет примерно 98%. Благодаря регулярной
Таблица 3,1- Электроизоляционные свойства резины ва основе НК
Условия испытания	Удельное объемное сопротив- ление рк, Ом • м	Тангенс угла ди- электри- ческих потерь tg 5	Диэлек- трическая проницае- мость £	Электри- ческая ПрОЧ- ' ностЬ^ МВ/м'
До увлажнения при температуре, °C: 20	2,2-1013	0,003	2,2	42,5
40	9,2-10“	0,004	2,4	—— •
65	1,4-10“	0,003	2,5	-—
100	1,1-10“	0,021	2,4	—
После пребывания в воде при 20 °C в те- чение времени, сут: 1	2,1 -1013	0,009	2,6	38,9
14	2,1 1013	0,017	2,6	22,0
После пребывания в воде при 70 °C в те- чение времени, сут: 1	2,1 • Ю13	0,010	2,7	29,6
14	2,1-10“	'0,018	3,1	18,3
структуре НК обладает низкими температурой хрупкости
и стеклования (около — 70 °C).
При комнатной температуре НК аморфен, но при длитель-
ном хранении (более года) кристаллизуется, причем скорость
кристаллизации увеличивается с понижением температуры
и проходит через максимум при —25 °C. Обычно перед
переработкой его подвергают декристаллизации («распарке»)
и пластикации в резиносмесителе до пластичности 0,35—0,50.
Ряд химических соединителей ускоряют пластификацию НК —
это каптакс, альтакс и др.
Вулканизация резиновых смесей на основе НК обычно
производится в присутствии серы или тиурама. В качестве
ускорителей вулканизации применяют каптакс, альтакс, дифе-
нилгуанидин и др., а в качестве активаторов и диспергаторов —
оксид цинка и стеариновую кислоту соответственно. Наилуч-
шими мягчителями являются парафин, церезин и другие
соединители нефтяного происхождения.
Вулканизация резиновых смесей из НК проводится прй
температуре не выше 175—180° С. При более высокой тем-
пературе происходит реверсия каучука, сопровождающаяся
снижением механических характеристик. Резины на основе НК
имеют высокие физико-механические и диэлектрические свой-
ства.
В табл. 3.1 приведены электроизоляционные свойства НК
смокед-шитс, вулканизированного в присутствии тиурама—1
части, оксида цинка — 5 частей, стеариновой кислоты — 0,5
части на 100 частей (по массе) каучука.
52
к недостаткам резин на основе НК следует отнести их
горючесть, низкие маслобензостойкость, озоностойкость, све-
тостойкость, стойкость к воздействию сильных кислот.
3.2.	СИНТЕТИЧЕСКИЕ КАУЧУКИ ОБЩЕГф НАЗНАЧЕНИЯ
К синтетическим каучукам общего назначения относятся
эластомеры, резины на основе которых находят широкое
применение в народном хозяйстве, в том числе и в кабельной
промышленности. К этой группе каучуков можно отнести
изопреновый каучук (СКИ), бутадиеновый каучук (СКД),
бутадиен-стирольный каучук (БСК), бутилкаучук (БК), этилен-
пропиленовые каучуки (СКЭП и СКЭПТ). Указанные каучуки
обладают широким комплексом свойств, они работоспособны
при температуре 65—105 °C, но не обладают какими-то ярко
выраженными характеристиками (масло- и бензостойкость,
негорючесть, высокая термостойкость), что отличает их от
каучуков общего назначения.
3.2.1.	Изопреновый каучук. Технологическая схема получения
СКИ включает следующие основные стадии [10,11]: поли-
меризация изопрена, дезактивация катализатора, стабилизация
полимера, водная дегазация каучука, сушка и очистка воз-
вратного растворителя. Изопрен в каучуке может располагаться
в следующих вариантах:
—н2с	 сн2—сн2 сн2—сн2 сн2 —
ЦИС-1, ^-присоединение
сн,
I
сн2=с—сн =сн2
Мономер изопрена
гРАНС-1, ^-присоединение
53
CHj	сн3
I	I
CH2—C ““CHj““C *”
I	I
— CH	CH
II	II
CH2	CH2
H	H
I	I
—CH2—C~CH2—C —
I	I
C— CH5 C—CHj
II	II
CH2	CH2
1, 2-присоединение 3, ^-присоединение	1
Поливариантность направлений вхождения молекулы изоп-1
рена в полимерную цепь обусловливает многообразие структур1
образующихся полиизопренов, которые отличаются друг от
друга как относительным содержанием звеньев определенного
типа, так и характером расположения в макромолекулах.
Микроструктура СКИ оказывает решающее влияние на физико-
механические свойства резин на их основе. Прочность ненапол-
ненных вулканизатов минимальна при суммарном содержании
1, 2- и 3, 4-звеньев 20—60%.
В настоящее время в основном выпускаются каучуки
с содержанием цис-1, 4-звеньев 92—99%.
В табл. 3.2 приведены сравнительные технические данные
СКИ и НК [11, 12].
В основном технология переработки СКИ такая же, как
и НК. Однако из-за наличия у СКИ области, где вязкость
мала, а молекулярная масса велика, можно ввести ингредиенты
преждевременно, и они будут плохо диспергированы. Это
обстоятельство необходимо учитывать при составлении режима
смешения СКИ.
Как правило, в кабельной промышленности применяется
СКИ с пластичностью по Карреру свыше 0,4, который не
требует предварительной пластикации. В процессе смешения
температура резиновых смесей возрастает медленно. Из-за
отсутствия остаточных сдвиговых усилий при смешении необ-
ходимо следить за равномерным распределением ускорительной
группы. Для этого рекомендуется применять двухстадийное
смешение, давать «отдых» смеси между операциями смешения
и вулканизации, применять маточные смеси, предпочтительно
с НК. Ускорители с высокой температурой плавления для
лучшего распределения желательно применять в виде цинковых
солей.
По кинетике вулканизации изопреновые каучуки подобны
натуральным. При завышении температуры вулканизации воз-
можно явление реверсии (распада) каучука. Для предотвраще-
ния этого явления в каучук вводят дополнительно проти-а
востарители, в основном производные фенилендиамина. я
54	I
Таблица 3.2. Характеристики основных марок СКИ в сравнении с НК
Показатель	СКИ-3	Америпол	НК
Содержание звеньев, %:			
Цис-1.4	92—99	97	97,8
Транс-1,4 1 2	0—4 0—2	0 0	0 0
3,4	1—3	0—3	2,2
Непредельность, %	94—98	94	95—98,5
Температура стеклования, °C	-70	-70	-70
Неисполненные вулканизаты			
разрушающее напряжение прн растяже-	29г—32	25—27	30—32
нии, МПа			
Относительное удлинение при разрыве, %	750—850	900	750—850
Эластичность по отскоку, %	65—75	70	65—75
Сажевые вулканизаты			
Разрушающее напряжение при растяже-	26—35	25	28—36
НИИ, МПа			
Эластичность по отскоку, %:,			
при 20 °C	48	46	50
при 100 °C	55	53	67
Температура хрупкости, °C	-58	— '	-58
Истираемость, см3, при работе 1 кВт-ч	260	—	250
Каучук СКИ-3 из-за присутствия в нем водорастворимых
минеральных солей непригоден для Применения в изоляционных
резинах, так как сопротивление изоляции в процессе увлажнения
значительно снижается. Поэтому в кабельной промышленности
применяется специальный диэлектрический каучук СКИ-ЗД,
который по своим диэлектрическим свойствам не уступает НК.
Несмотря на то что СКИ-ЗД по своим электроизоляцион-
ным и физико-механическим характеристикам практически не
уступает НК, однако полностью заменить НК в настоящее
время не может в основном из-за низкой когезионной про-
чности, что не позволяет накладывать относительно тонкие
(0,6—2 мм) изоляционные оболочки на кабельной линии не-
прерывной вулканизации. Так, когезионная прочность резино-
вой смеси на основе НК, наполненной техническим углеродом,
составляет при растяжении 1,5—2 МПа, а на основе СКИ-30
1—0,4 МПа.
В связи с тем что СКИ-ЗД, так же как и НК, по
теплостойкости уступает другим каучукам в изоляционных
резинах, он обычно применяется в сочетании с бутадиеновым
и бутадиен-стирольным каучуками.
Обычный СКИ-3 может быть использован в шланговых
резинах.
3.2.2.	Бутадиеновый каучук. Бутадиен — мономер, на основе
которого благодаря трудам акад. С. В. Лебедева было ор-
ганизовано первое в мире производство синтетического
каучука. Еще до недавнего времени отечественная кабельная
55
промышленность широко применяла натрий-бутадиеновые ка-
учуки (СКБ, СКБМ). Однако открытие стереоспецифической
полимеризации позволило получить стереорегулярный цис-1,4-
полибутадиен (СКД), промышленное производство которого
организовано во многих странах мира (США, Япония,
ФРГ, Италия, Великобритания).
Бутадиеновые каучуки получают при полимеризации бутади-
ена в растворе в присутствии катализаторов. Из всего
многообразия каталитических систем лишь катализаторы на
основе титана, кобальта и никеля нашли промышленное
применение и привели к созданию промышленного производ-
ства этого каучука.
Технология получения СКД заключается в следующем.
Бутадиен и растворитель (толуол, циклогексан или бензин)
тщательно очищаются и высушиваются, и из их смеси
приготовляется шихта. Катализатор готовится отдельно и за-
тем добавляется в реактор. После получения необходимой
степени полимеризации катализатор дезактивируется, а непро-
реагировавший мономер и растворитель удаляются. Готовый
полимер выделяется из раствора, просеивается, высушивается
и упаковывается.
Применяемый в кабельной промышленности СКД имеет
молекулярную массу 200 000—300 000, плотность 910—
920 кг/м3, температуру стеклования минус 105—110° С, поли-
дисперсность 4—5	Содержание цис-1,4-звеньев равно
87—93%, транс-1,4-звеньев 3—8%, 7,2-звеньев 3—5%.
Бутадиеновый каучук является аморфным при комнатной
температуре, но легко кристаллизуется при пониженной тем-
пературе. Степень кристаллизации каучука невелика, и поэтому
для усиления вводят активные наполнители. Лучшими являются
печные технические углероды (ПМ-70, ПМ-Ю0 и др.), при
этом количество наполнителя и мягчителя может быть введено
значительно больше, чем в НК или стирольный каучук, что
удешевляет смесь.
Ввиду высокой регулярности полимерной цепи и отсутствия
боковых винильных групп этот каучук обладает исключитель-
ной морозостойкостью (температура стеклования до — 110° С).
Для сравнения натрий-бутадиеновый каучук, содержащий 51 —
57% цис-7,4-звеньев имеет температуру стеклования —48° С.
Другой особенностью СКД является то, что он не меняет
вязкости при механической обработке. Так, после пребывания
в резиносмесителе при 150° С в течение 10 мин его вязкость
по Муни при 100° С снижается с 40 до 38, в то время как
для НК вязкость снижается с 90 до 53, а у бутадиен-
стирольного каучука—с 54 до 45. Смеси СКД с техническим
углеродом имеют неудовлетворительные технологические свой-
ства (вальцуемость, шприцуемость, каландруемость), что, веро-
56
ятно, связано с образованием прочного сажекаучукового геля,
который не разрушается даже при 120° С, а также низкую
когезионную прочность. Поэтому на практике обычно исполь-
зуют композиции СКД с НК, БСК или другими каучуками.
Лучшие результаты достигаются при соотношении каучуков
1:1, причем ингредиенты можно вводить только тогда, когда
оба каучука образуют гомогенную смесь.
Вулканизацию резиновых смесей на основе СКД производят
при помощи серы и ускорителей. Следует отметить, что
присоединение серы к СКД происходит медленнее, чем к СКИ-
3, так как наряду с вулканизацией происходит цис-транс-
изомеризация СКД, достигающая 10% исходного содержания
цис-1,4-звеньев. Резины на основе СКД обладают достаточно
высокими прочностными характеристиками (особенно напол-
ненные техническим углеродом), хотя и меньшей температу-
ростойкостью по сравнению с резинами из НК. По сопротив-
лению тепловому старению резины из СКД превосходят
резины из НК. Так, после старения при 100° С в течение
96 ч прочность резины из НК снижается от 31 МПа до
5,3 МПа, а резины из СКД — от 23,1 МПа до 13,4-МПа.
Однако основное преимущество резин из СКД — исключи-
тельно высокая морозостойкость (эластичность сохраняется
при температуре ниже —65° С). Поэтому все кабели в ис-
полнении ХЛ имеют оболочки из резин, содержащих СКД.
Кроме того, было показано, что добавление в изоляционные
резины СКД повышает их стойкость к проминам.
3.2.3.	Бутадиен-стирольный каучук (БСК) — продукт сопо-
лимеризации бутадиена и стирола—наиболее распространен-
ный тип каучуков общего назначения, синтез которых осущест-
вляется в эмульсии. БСК относится к некристаллизующимся
полимерам нерегулярного строения со статическим распределе-
нием мономерных звеньев. Около 30% звеньев стирола изо-
лированные, примерно 40% расположены попарно, 80% бутади-
еновых звеньев полимерной цепи имеют присоединение в по-
ложение 1,4, главным образом в транс-формуле (около 70%),
около 20% присоединены в положение 1,2. Разновидностью
бутадиен-стирольных каучуков являются бутадиен-х-метилсти-
рольные каучуки (БМСК), характеризующиеся близкими струк-
турой и свойствами. Промышленный выпуск и потребление
БСК составляют около 60% общего количества синтетических
каучуков, а это более 3 млн. т [11, 15].
Производство БСК (БМСК) состоит из следующих стадий:
1) сополимеризация мономеров в эмульсии, отгонка незапо-
лимеризовавшихся мономеров; 2) выделение и сушка каучука.
Для придания каучукам с повышенной молекулярной массой
гРебуемой пластичности в латекс на стадии полимеризации
Добавляют эмульсию пластификатора в количестве 15—50
.57
частей на 100 частей каучука (по массе). Применяемый
пластификатор должен быть нелетучим в процессе получения
каучука, резиновых смесей и при эксплуатации изделий. Лучшей
' совместимостью с БСК обладают масла, содержащие значи-
тельное количество ароматических углеродов и небольшое
парафинов. Наиболее полно этим требованиям отвечает масло
марки ПН-6 (до 91% ароматических углеводородов). Такие
каучуки называются маслонаполненными. В кабельной про-
мышленности применяют каучук СКС-30 АРКМ-15.
Введением дисперсии сажи на стадии латекса получают
саженаполненные каучуки. Возможно также совместное введе-
ние в латекс сажи и масла, т. е. получение сажемасляных
каучуков.
Все низкотемпературные БСК содержат 22—25% связанного
стирола, что является оптимальным в отношении свойств
каучука. Регулирование БСК (типа СКС-30 АРК) не требует
предварительной пластикации.
В основном смеси из БСК обрабатываются так же, ках
смеси из НК. Однако БСК менее термопластичны, чем НК,
поэтому резиновые смеси из них быстрее нагреваются в процес-
се их изготовления. При изготовлении смесей с техническим
углеродом мягчители вводятся, как правило, после того, как
основная часть технического углерода совмещена с каучуком.
Применение лакового битума значительно облегчает процесс
изготовления смесей. Смеси из БСК шприцуются при меньших
скоростях, чем смеси из НК, и характеризуются большей
усадкой. Введение в смесь каолина в качестве наполнителя
значительно улучшает шприцуемость и придает резиновой
оболочке более гладкую поверхность. Так как резиновые смеси
на основе БСК сильно разогреваются, шприцевание нужно
проводить при более низкой температуре.	\
Вулканизация БСК осуществляется обычными приемами
для ненасыщенных каучуков с помощью серы и ускорителей.
Вследствие их меньшей ненасыщенности скорость их вул-
канизации несколько меньше, чем у НК. Явление реверсии
вулканизации у БСК выражено в меньшей степени, чем
у смесей из НК. Скорость вулканизации БСК больше зависит
от дозировки ускорителя, чем от дозировки серы, особенно
в начальный период процесса. Поэтому, как правило, содер-
жание серы не превышает 2 частей (по массе).
В качестве ускорителей вулканизации применяют каптакс
альтакс, тиурам, сульфинамиды, дитиокарбаматы. Смесь и3
БСК можно также вулканизировать и несернистыми вул-
канизующими агентами — диазосоединениями, хинонами, перок-
сидами и смолами. На практике в отечественной кабельной
промышленности для изоляционных кабельных резин применя-
ются тиурам в количестве 2,5—3 части (по массе), а ДЛ<
58
шланговых резин—сера в сочетании с каптаксом, альтаксом
л тиурамом.
Резины на основе БСК, наполненные активным техническим
углеродом в количестве 50—60 частей (по массе), характеризу-
ется высокими физико-механическими свойствами.
Вулканизаторы из БСК по сопротивлению тепловому
старению, стойкости к истиранию превосходят резины из НК
и СКИ-ЗД и уступают им по температуростойкости и стойкости
к многократным деформациям. Из большого ассортимента
выпускаемых БСК в кабельной промышленности по различным
технико-экономическим соображениям применяются лишь два
типа: диэлектрический СКС-30 АРПД в сочетании с НК
и СКИ-ЗД для изоляционных резин и СКС-30 АРКМ-15
в сочетании с СКД для шланговых резин.
3.2.4.	Бутилкаучук представляет собой сополимер изобути-
лена с небольшим количеством (1—5%) изопрена. Его получа-
ют путем ионной полимеризации в растворе при температуре
около —100° С. Растворителем служит низкокипящий хлори-
рованный углеводород (метилхлорид, СС14). Катализаторами
являются полигалоидные металлы, обычно А1С13 и BF3. По
окончании полимеризации реагирующую смесь обрабатывают
горячей водой или паром для удаления растворителя, а затем
вводят противостаритель (0,15%) и стеарат цинка (2%) (для
устарения липкости).
Установлено, что изопреновые звенья присоединяются в по-
Средняя молекулярная масса БК равна 250000— 300000,
плотность 910 кг/м , температура стеклования 67 —69° С,
вязкость по Муни при 100° С равна 38—71.
Бутилкаучук относится к легкокристаллизующимся каучу-
кам. По сравнению с НК он лучше набухает в алифатических
растворителях и стоек к спиртам, кетонам, эфирам и т. п.,
а также к растительным и животным маслам. Газопроница-
емость БК и его вулканизатов во много раз ниже, чем
> других СК, и уступает только газопроницаемости тиокола.
По влагостойкости БК является одним из лучших (табл.
3), и вследствие этого, а также из-за малого количества
иРимесей (только остатки катализатора) и неполярности ис-
ходных мономеров он обладает высокими диэлектрическими
свойствами (табл. 3.4).
59
Таблица 3.3. Влагопог лощение БК по сравнению е другими
каучуками
Тип каучука	Влагопоглощение при температуре, °C							
	20				70			
	Время испытания,			сут	Время испытания, сут 1			
	1	4	7	14	1	4	7	14 i
Бутилкаучук	0,21	0,28	0,38	0,55	0,95	1,0	1,2	— i
НК	1,0	2,4	2,9	4,4	3,5	6,4	10,2	12,1
СКС-30 АРПД	0,27	0,66	0,76	1,07	1,05	1,3	1,5	1,'
СКИ-ЗД	0,18	0,37	0,72	1,07	1,2	1,6	1,7	1,9:
скэп	0,22	0,52	0,54	0,68	0,99	1,1 24,6	1,3	1,<
Наирит	1,8	4,9	7,0	8,8	н,з		34,1	54,:
ХСПЭ	0,64	5,4	8,3	14,3	7,3	21,5	33,7	97,1
Таблица 3.4. Электроизоляционные свойства БК
Условия испытания	ру, Ом -м	tg 3	е	Е, МВ/м
До увлажнения при температуре, °C: 20	2,1 -1013	0,004	2,2 	25
40	1,1-1013	0,005	2,3	—
65	4,6 1012	0,006	2,3	—
85	2,1-1012	0,005	2,3	—
100	8,5-Ю11	0,009	2,4 '	—
После пребывания в воде в течение 14 сут при температуре, °C: 20	2,1  1013	0,004	2,4	22
70	2,1-1012	0,007	2,5	18
Малое количество двойных связей в молекулах БК делает его
пассивным к химическим воздействиям: кислороду, озону,
кислотам. Так, при 130° С БК окисляется значительно медленнее
БСК и особенно НК. БК с непредельностью 0,6—1% позволяет
получать резину, которая в напряженном состоянии не разрушает-
ся озоном при концентрации 0,15% (по объему). При воздействии
концентрированных серной и азотной кислот вулканизаты из БК
даже через несколько месяцев не изменяют своих свойств, в то
время как резины из НК разрушаются уже через несколько часов.
При нормальной температуре БК обладает высокой уп-
ругостью, что затрудняет процесс изготовления резиновых
смесей. Поэтому смешение резиновых смесей и их шприцевание
и каландрование производят при повышенных температурах.
Так как БК является кристаллизующимся каучуком, введе-
ние активных наполнителей (технического углерода, белой
сажи) не увеличивает прочности вулканизатов, однако при
этом повышаются эластичность и сопротивление раздиру. J|
60	Л
Ввиду малой неопределенности резиновые смеси из БК
вулканизуются трудно. Это объясняется невысокой скоростью
й узким плато вулканизации при использовании традиционных
вулканизующих агентов. Для повышения технологичности ре-
зиновых смесей разработаны новые вулканизующие системы.
Для вулканизации изоляционных резин применяется система,
состоящая из n-хинондиоксима, альтакса и пероксида марганца
(или свинца), которая не вызывает коррозии токопроводящей
жилы, придает вулканизату высокие теплостойкость, озоностой-
кость и хорошие динамические свойства.
Недостатками резин из БК являются его пониженная
«ползучесть» при повышении температуры и невысокая тем-
пературостойкость. Так, при повышении температуры испыта-
ния от 20 до 100° С прочность БК падает более чем в 3 раза.
Два этих момента очень важны, поскольку кабели большинства
типов работают в тепловом режиме.
В настоящее время БК практически полностью заменен
на этиленпропиленовый каучук. Следует, однако, отметить,
что в последнее время ведутся работы по созданию галоге-
нированных бутилкаучуков — продуктов взаимодействия БК
с хлором и бромом.
Галогенированные БК, сохраняя все ценные свойства БК,
имеют ряд преимуществ, основными из которых являются
совмещение и совулканизация с высоконепредельными каучу-
ками, высокая скорость вулканизации, возможность получения
теплостойких резин с относительно простыми вулканизиру-
ющими группами.
3.2.5.	Этиленпропиленовый каучук. До начала ,50-х годов из
этиленовых углеводородов только изобутилен использовался для
получения каучука в виде сополимера с изопреном (бутилкаучук).
Попытка получить каучукоподобные продукты из более доступ-
ных и дешевых этиленовых углеводородов нормального строения
не увенчалась успехом. Такая возможность возникла после
открытия Циглером катализаторов, способных полимеризовать
этилен при низких температурах и давлении с образованием
высокомолекулярных полимеров. Каучуки из этилена и пропиле-
на на катализаторах Циглера были впервые получены Натта.
В промышленных условиях выпускаются двойные предель-
ные сополимеры этилена и пропилена (ЭДК) и тройные
этилена, пропилена и диенового углеводорода (ЭПДК).
Благодаря ценному комплексу свойств этиленпропиленовые
каучуки завоевывают все большую популярность в мировой
практике. Эти каучуки наиболее дешевы, имеют наименьшую
плотность, обладают уменьшенной тепло-свето-погодо-озоно-
стойкостью, высокими диэлектрическими свойствами [16—18].
Кабельная промышленность является одним из основных
Потребителей ЭПК. Большинство кабельных фирм технически
61
развитых стран изготовляет изоляционные и шланговые резины
(там, где не требуется маслостойкость) только из ЭПК.
В настоящее время с изоляцией из ЭПК выпускают низ-
ковольтные (силовые, судовые, шахтные, шланговые) кабели,
кабели на среднее напряжение (6—35 кВ) и высоковольтные
кабели напряжением до 220 кВ.
В связи с этим этиленпропиленовые каучуки, во всяком
случае для кабельной промышленности, можно рассматривать
как каучуки общего назначения.
В настоящее время двойной ЭПК получают путем поли-
меризации этилена и пропилена в инертном растворителе
(например, в н-гексане) или при избытке полипропилена
в присутствии комплексного катализатора (соединения титана
и ванадия плюс алюминий-алкид) при температуре 30° С
и давлении 7 МПа. При получении тройных полимеров (ЭПДК)
применяют третий мономер диенового типа.
Для кабельной промышленности в СССР выпускаются
специальные диэлектрические каучуки СКЭП-240Д и
СКЭПТ-40Д (СКЭПТ-Э40Д), которые отличаются от обще-
промышленных меньшим содержанием золы и нормированием
содержания водорастворимых солей. Технологические свойства
ЭПК (ЭПДК) зависят от средней молекулярной массы, ее
распределения и химического состава.
Обычно применяют каучуки с вязкостью по Муни 30—40.
Изготовление смесей в резиносмесителе обычно проводят при
температуре 70—90° С в начале смешения и 120—130° С при
выгрузке смеси. Для улучшения шприцуемости в качестве
мягчителя рекомендуется вводить легкие минеральные масла.
Вулканизация этиленпропиленовых каучуков осуществляется,
как правило, пероксидами, хотя каучуки, содержащие диеновый
мономер, в принципе можно вулканизовать с помощью
обычных систем из серы и органических ускорителей. Из
большого числа пероксидов наибольшее применение получили
пероксиды дикумила и дитретического бутила.
В отечественной кабельной промышленности применяется
пероксид бпотдет-бутилпероксидиизопропилбензола (зарубеж-
ный аналог «Пероксимон F-40»), который в отличие от
пероксида дикумила не придает неприятного запаха вул-
канизатам, обеспечивает их высокие электроизоляционные свой-
ства, хороший баланс между технологическими свойствами
и степенью вулканизации резин, высокую теплостойкость
и легкость совулканизации с другими полимерами, включая
пластики. Образование трехмерной сетки протекает за счет
отрыва радикалами, образующимися в результате распада
пероксида, атома водорода от молекулы насыщенного поли-
мера и возникновения в связи с этим свободных радикалов
у третичного атома углеродной цепи.
При использовании ЭПДК вулканизация проходит также
и по двойным связям в боковой цепи, при этом плотность
сшивки значительно возрастает [19].
Введение в резиновую смесь дополнительно серы, тиурама
или других органических ускорителей способствует улучшению
свойств вулканизата. Оксид цинка в количестве 3—5 частей
(по массе) повышает сопротивление резин тепловому старению.
В последние годы широкое применение нашли соагенты
вулканизации бифункционального действия кремнийорганичес-
кой природы, которые значительно увеличивают плотность
сшивки, увеличивают взаимодействие между каучуком и напол-
нителем, а также гидрофобизируют последний, в результате
чего резины становятся исключительно влагостойкими, а сле-
довательно, сохраняют высокие электроизоляционные свойства
в процессе увлажнения. За рубежом широкое распространение
получили замещенные силаны общей формулы Rt—Si—
—(ОС2Н5)3, где 7?! = SH, NH2, СН2 = СН—. В СССР
также применяют замещенные силаны. Кроме того, использу-
ются также органосилоксаны и силазаны, причем последние
значительно увеличивают термостойкость резин.
Высокие электрические параметры резин на основе ЭПК,
правильно подобранные рецептуры позволили создать кабели
высокого напряжения повышенной теплостойкости (с допусти-
мой температурой изоляции 90° С вместо 65° С) и меньших
габаритных размеров благодаря увеличению максимально до-
пустимой напряженности электрического поля (до 4—5 МВ/м
вместо 2—2,5 МВ/м). Это играет также важную роль при
изготовлении кабельных жил на кабельных линиях непрерывной
вулканизации.
Кроме изоляционных резин разработаны и широко применя-
ются проводящие резины на основе ЭПК. Высокая проводи-
мость таких резин (10—100 Ом см) достигается применением
высокоактивных углеродов (ПМ-80Э, ПМ-100В и др.). Там,
где не требуется маслобензостойкость, резины из ЭПК можно
применять в шланговых резинах. Шланговые резины по ресурсу
превосходят резины на основе каучуков общего назначения,
при этом после 90 сут старения при 120° С резины сохраняют
морозостойкость при температуре —55° С и озоностойкость
при концентрации озона 0,01%.
3.3.	СИНТЕТИЧЕСКИЕ КАУЧУКИ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
3.3.1.	Хлоропреновый каучук (ПХП)-—один из первых син-
тетических каучуков, однако его значение сохраняется до сих
ПоР- Кабельная промышленность является одним из основных
его потребителей (10—15% всего производства). Ассортимент
Срабатываемых ПХП довольно широк.
63
. каучука при регулировании процесса полимеризации меркаптанами:
1—присоединение фрагментов регулятора; 2—разветвление у углеродного атома; 3
звенья 3, 4; 4—звенья цис-1, 4; 5 — разветвление по двойной связи; 6—присоединен
фрагментов инициатора; 7—звенья I, 2; анконец молекулы
Наиболее широко используются следующие группы ка-
учуков: каучуки, модифицированные серой, с регулированием
молекулярной массы с помощью тиурамов; каучуки общего
назначения, регулированные меркаптанами; каучуки специаль-
ного назначения с определенными свойствами.
Схематически строение полихлоропрена приведено на
рис. 3.1 [21].
Основные марки отечественных и зарубежных типов ПХП
достаточно подробно описаны в литературе и поэтому здесь
не приводятся.
До последнего времени в кабельной промышленности
в основном применялся наирит марки КР-50, а также наирит
марки ПНК. В 1988 г. начат серийный выпуск ряда других
марок наирита—ДКР, ДСН, ДМ, ДХ, ДС. Наирит марки
ДС самостоятельно не применяется и в смесь вводится вместо
основного полимера для уменьшения усадки. Так, при введении
10 частей (по массе) наирита марки ДС вместо наирита
марки ДН понижается усадка резиновой смеси.
Каучуки этой серии превосходят ранее применяемые по
стабильности при хранении и переработке, а вулканизаты на
их основе обладают несколько лучшей теплостойкостью.
Рецептура резиновых смесей на основе новых марок наирита,
технология изготовления резиновых смесей и их переработка
практически мало отличаются от применяемых ранее. Резины
64
на основе хлоропреновых каучуков продолжают широко при-
меняться в шланговых оболочках шахтных, силовых, судовых
и ДРУГ*1* типов кабелей, где требуется маслостойкость, озоно-,
светостойкость и повышенная стойкость к нераспространению
горения. К сожалению, до настоящего времени не решена
проблема создания наиритовых резин, сохраняющих длительное
время достаточно высокую (до —50° С) морозостойкость.
3.3.2.	Бутадиен-нитрнльный каучук (БНК) является продук-
том совместной полимеризации бутадиена и нитрила акриловой
кислоты. Из большого ассортимента БНК в кабельной про-
мышленности применяются БНК только мягких марок (БНК-
СКН-18МК, СКН-26МК и СКН-40МК) с фиксированной
пластичностью (0,51—0,70) или твердостью по Дефо 600—800.
Это связано с тем, что БНК жестких сортов практически не
поддаются пластикации и не могут быть переработаны на
червячных прессах.
Основными достоинствами БНК являются их высокая
маслостойкость при повышенных температурах, а также те-
плостойкость. Специальные резины из БНК могут длительно
работать на воздухе при 120° С (при условии защиты от
действия света) и при 150° С (в маслах).
Низкие диэлектрические параметры БНК (ри« 107 Ом -м,
tg 5=0,2 ^-0,3, 8% 10= 15) не позволяют использовать их в изо-
ляционных резинах. Однако это же обстоятельство делает их
незаменимыми при применении в электропроводящих резинах
для экранов высоковольтных и шахтных кабелей.
Резины из БНК обладают низкой атмосферостойкостью
и поэтому в чистом виде не применяются в шланговых оболочках.
Однако при совмещении (СКН-18МК) с наиритом удается создать
резины, которые можно длительно эксплуатировать на открытом
воздухе в интервале температур от —60 до +90° С.
3.3.3.	Хлорированный полиэтилен (ХПЭ) является эластоме-
ром, который производится путем хлорирования полиэтилена
низкого давления. Содержание хлора в эластомере 36—42%,
плотность . 1160 —1250 кг/м3. Благодаря химической насыщен-
ности полимерной цепи, наличию хлора он обладает высокой
тепло- и термостойкостью, озоно- и атмосферостойкостью,
стойкостью к маслам и топливам.
Вулканизация смесей на основе ХПЭ производится при
помощи пероксидов (пероксид дикумила, 2,2-бпс-бутилперокси-
Диизопропилбензол и др.) или облучения в присутствии
соагентов (например, триаллилцианурат). Присутствие любых
аР°матических добавок снижает эффект вулканизации. В качест-
ве стабилизаторов в основном применяют соединения свинца
'силикат свинца, свинцовые глет и сурьма). Оксид цинка
отрицательно сказывается на теплостойкости резины, так как
1Нициирует дегидрохлорирование ХПЭ и его разложение.
5 3125	•	65
В качестве наполнителей могут быть использованы раз-
личные типы технического углерода, мела и диоксида кремния
при условии, что PH наполнителя не должно быть менее 7.
Наполнитель вводят в количестве 30—200 частей (по массе).
В качестве пластификаторов могут быть использованы
сложные эфиры (диоктилсебацинат, диоктиладинат) и хлори-
рованные парафины. Смешение резиновых смесей и их пере-
работка производятся на обычном оборудовании.
За рубежом резины на основе ХПЭ широко используются
при изготовлении изоляционно-шланговых, электропроводящих
и шланговых оболочек кабелей и проводов, длительно работа-
ющих при температурах 90° С в условиях воздействия масел,
топлива и других агрессивных сред.
3.3.4.	Хлорсульфированный полиэтилен (ХСПЭ) получается
путем пропускания хлора и сернистого ангидрида через раствор
полиэтилена в четыреххлористом углероде. В полученном
продукте на каждые 7 углеродных атомов приходится 1 атом
хлора и на каждые 90 углеродных атомов—1 хлорсульфирован-
ная группа, молекулярная масса ХСПЭ примерно 20000.
Хлорсульфированный полиэтилен смешивается с наполни-
телями без предварительной пластикации. Технический углерод
и кремниевая кислота увеличивают прочность ХСПЭ.
Для повышения морозостойкости вводят пластификаторы
класса сложных эфиров. Наиболее активной вулканизующей
системой является комбинация органической кислоты (кани-
фоль, стеариновая кислота) или тиазольных и дитиокар-
баминовых производных с оксидами двухвалентных металлов,
например, РЬО и MgO. Вулканизация обычно производится
при температуре 150—160° С. Резины на основе ХСПЭ могут
длительно работать при температуре 90° С и кратковременно
до 200° С.
Недостатком ХСПЭ является низкая морозостойкость. Эла-
стичность резин сохраняется примерно до — 30° С. В табл.
3.5 приведены электроизоляционные свойства резин на основе
ХСПЭ.
Полиолефиновые термоэластопласты представляют собой
предельные сополимеры этилена и пропилена с блоками
различной структуры. Они состоят из этиленпропиленовой
фазы с кремнийорганическими гомополимерными концевыми
блоками, образующими термолабильные домены. Они могут
быть несшитыми и частично сшитыми. Последние все более
широко применяются в кабельной промышленности. Сшитые
полиолефиновые ТЭП получают путем динамической вул-
канизации, которая заключается в вулканизации каучуков
в процессе их смешения, с термопластами и представляют
собой частицы вулканизата, диспергированные в непрерывной
термопластической матрице [22, 23].
66
Таблица 3.5. Электроизоляционные свойства изоляционной резины
на основе ХСПЭ
Условия испытания	Ру, Ом м	tgS	£	Е, МВ/м
До увлажнения при температуре, °C: 20	8,5 1011	0,025	4,2	45,1
65	4,2 Ю10	0,380	12,6	
85	4,5 • 10s	1,0	10,0	
После пребывания в воде при 20° С в течение времени, сут: 1	1,3 10“	0,036	4,9	36,1
14	91O10	0,246	9,3	9,1
Термоэластопласт марки сантопрен фирмы Monsanto
(США), полученный динамической вулканизацией, представляет
собой олефиновую многофазную систему, работоспособную
в интервале температур от —40 до +125° С (кратковременно —
до 150° С).
Теплостойкость и погодостойкость сантопрена весьма высо-
ки: при испытании в везерометре или в термостате при 125° С
в течение 1000 ч прочность, относительное удлинение и модуль
упругости при 100%-ном удлинении сохраняют не менее 85%
первоначального значения. Он выдерживает воздействие озона
в течение 70 ч при концентрации 50 млн’1.
Температура хрупкости сантопрена различных марок на-
ходится в пределах от —34 до —60° С.
Все сорта сантопрена хорошо шприцуются, при этом
наибольшая производительность наблюдается на прессах с од-
нозаходными шнеками при L)D = 24:1, степени сжатия 3:1.
Полиэфирные термоэластопласты (ТЭП) синтезируют из
трех компонентов—диметилтерефталата, полигликоля и ко-
роткоцепных диодов. В результате получается блок-сополимер
с чередующимися мягкими блоками (аморфная фаза), состо-
ящими из эластичных сегментов политетраметиленгликоля,
и жесткйми блоками политетраметилентерефталата (кристал-
лическая фаза).
Сочетание низкой температуры стеклования с высокой
температурой плавления позволяет использовать эти полимеры
В широком интервале температур.
Рекомендованные для практического применения полиэфир-
ные ТЭП характеризуются очень высокими физико-механичес-
кими показателями: сопротивлением разрыву выше 40 МПа,
относительным удлинением 500—800%. Эти свойства ТЭП
сохраняются до 150° С и выше. Полиэфирные ТЭП имеют
также хорошую теплостойкость: в течение 1 мес при 120° С
Их свойства практически не ухудшаются, а после пребывания
в течение 14 сут при 150° С сопротивление разрыву снижается
До 19—35 мПа. Температура хрупкости ниже —70° С.
5*	67
Фирма Du Pont выпускает различные типы полиэфирных
ТЭП Hytrel различных марок (4055, 4056, 5555 и др),
различающихся молекулярной массой и применяющихся в ка-
честве шланговых оболочек кабелей.	)
Хайтрел обладает высокой влагонепроницаемостью, высо-1
кой стойкостью к истиранию, стойкостью ко многим маслам'
и топливам, сохраняет гибкость при низкой температуре.
Полиэфирные ТЭП легко перерабатываются на обычном:
экструзионном оборудовании.
3.4.	СИНТЕТИЧЕСКИЕ КАУЧУКИ ПОВЫШЕННОЙ НАГРЕВОСТОЙКОСТИ
3.4.1.	Силоксановый каучук и резины на его основе. Развитие
современной техники потребовало создания новых эластичных
материалов, работающих в диапазоне температур от —60 до
+ 250° С и имеющих достаточно высокие физико-механические
и диэлектрические параметры. В наибольшей степени этим
требованиям отвечают резины на основе силоксановых ка-
учуков.
Силоксановые каучуки представляют собой высокомолеку-
лярные кремнийорганические соединения, которые получаются
при конденсации силандиолов и представляют собой цеп!
чередующихся атомов кремния и кислорода:
где R| и R2 могут быть как алифатическими, так и ароматичес-
кими радикалами, придающими каучукам специфические свой*
ства.
В Советском Союзе выпускаются наряду с диметилполи-
силоксанами (СКТ) метилвинилполисилоксаны (СКТВ), метил-
винилфенилполисилоксаны (СКТМФ) и др. Силоксановые ка-
учуки имеют молекулярную массу 400 000— 1 000 000.
В кабельной промышленности применяют, как правило,
готовые резиновые смеси на основе силоксановых каучуков.
Это обстоятельство значительно упрощает весь цикл изготов-
ления электротехнических изделий. Силоксановые резиновые!
смеси представляют собой малокомпонентные системы, сся
стоящие, в основном, из каучука, наполнителя и вулканизуя
ющего агента.	1
В качестве усиливающего наполнителя применяется тонкся
дисперсный диоксид кремния (аэросил), который позволяет
получать резины с высокими физико-механическими парамеЯ
68	I
„ами. Кроме кремнеземных наполнителей применяются другие
инертные наполнители, которые придают резинам специфичес-
кИе свойства: улучшают шприцуемость (диоксид титана),
повышают твердость и маслостойкость (каолин, диатомит),
придают электропроводность (технический углерод).
При применении кремнеземных наполнителей (аэросила)
наблюдается изменение технологических свойств резиновых
смесей, т. е. происходит структурирование, что, в свою очередь,
является следствием взаимодействия макромолекул каучука
с активным кремнеземным наполнителем. Для предотвращения
этого явления в силоксановые смеси вводятся специальные
антиструктурирующие добавки (низкомолекулярные силоксан-
диолы), которые существенно замедляют структурирование
смесей.
Для усиления отдельных свойств силоксановых резин в их
состав вводятся небольшие количества специальных добавок,
в основном, оксидов и диоксидов металлов переменной
валентности, которые повышают сопротивление резин тепло-
вому старению, сопротивление деструкции при высоких тем-
пературах в условиях ограниченного доступа воздуха и другие
свойства.
В отличие от резиновых смесей на основе органических
каучуков силоксановые резиновые смеси .вулканизуются ор-
ганическими пероксидами (пероксидами бензоила, дикумила,
дитретичного бутила, 2,4-дихлорбензоида и др.). Вулканизация
пероксидами протекает в результате дегидрирования боковых
радикалов с последующей сшивкой молекулярных цеяей уг-
леродными мостиками.
Существуют другие способы вулканизации силоксановых
резин: радиационная вулканизация (воздействие у-лучей или
элементарных частиц высокой энергии), вулканизация по фун-
кциональным концевым группам, преимущественно гидроксиль-
ным (гидросилилирование).
В процессе вулканизации выделяются продукты разложения
пероксида, которые в определенных количествах сохраняются
в резинах в свободном и связанном виде и после вулканизации.
В этом отношении пероксид дикумила имеет некоторое
преимущество перед пероксидом бензоила, так как образующа-
яся при распаде последней бензойная кислота снижает теп-
лостойкость резин, особенно в условиях ограниченного доступа
воздуха, что выражается в снижении механической прочности
Резин и появления липкости. Поэтому вулканизацию силок-
сановых резиновых смесей, как правило, проводят в две
стадии: первая стадия при температуре 120—150° С под
Давлением или при 325—375° С без давления на воздухе
вторая стадия в термошкафу с циркулирующим горячим
Оздухом при температуре 200—250° С (обычно на 25° С выше
69
температуры эксплуатации изделий). Продолжительность вто-
рой стадии зависит от толщины вулканизуемого изделия.
Во время второй стадии вулканизации, во-первых, удаля-
ются летучие, главным образом, продукты разложения перок-
сида, низкомолекулярные продукты реакции и др., а во-вторых,
улучшаются физико-механические и диэлектрические параметры
резин, особенно при низких и высоких температурах.
Вторую стадию вулканизации нельзя заменить увеличением
длительности процесса или повышением температуры на первой
стадии вулканизации.
Силиконовые резины не совмещаются с резиновыми смесями на
основе органических каучуков, поскольку при попадании в смесь на
основе силоксановых каучуков веществ, содержащих ненасыщенные
связи (неозон Д, каптакс и др.), вулканизация смеси не происходит.
В кабельной промышленности силоксановые резины при-
меняются в качестве изоляционной оболочки проводов и ка-
белей. Основными требованиями электротехнической промыш-
ленности к силоксановым резиновым смесям являются стабиль-
ность свойств во времени, пригодность к шприцуемости
и возможность вулканизации в воздушной среде при атмос-
ферном давлении в течение всего срока хранения смесей.
В настоящее время силоксановые резиновые смеси благодаря
применению эффективных антиструктурирующих добавок не
требуют предварительного вальцевания перед их переработкой
в изделия. Однако в некоторых случаях необходимо вальцева-
ние смесей, которое может осуществляться на обычных вальцах
при температуре валков не выше 40° С.
Шприцевание смесей может осуществляться на червячных
прессах, используемых в резиновой промышленности. Плавная
работа червячного' пресса обеспечивается при принудительном
его питании с помощью питающего ролика.
Непрерывная вулканизация без давления в горячем воз-
духе— наиболее распространенный способ вулканизации кабель-
ных изделий. Время вулканизации и связанные с ним скорости
шприцевания определяются толщиной оболочки, температурой,
диаметром изолируемого изделия и длиной вулканизационной
камеры. Непрерывную вулканизацию кабельных изделий можно
проводить также в паровой среде под давлением.
Отличительным свойством силоксановых резин является их
высокая теплостойкость. Обычная температура эксплуатации
силоксановых резин 180° С, но они могут длительно работать
при температуре 200—250° С и кратковременно при 300° С,
при этом физико-механические параметры остаются на до-
статочно высоком уррвне. Распад цепей вулканизованного
полимера начинается при 400° С.	Ь
Теплостойкость, морозостойкость и другие свойства силой
сановых резин зависят от применяемого типа силоксановое
70	,	I
каучука, имеющего различные органические радикалы в бо-
ковой цепи (метильные, винильные, этильные, 3,3,3-трифтор-
пропильные). Заменой части метильных звеньев на винильные
достигается увеличение скорости вулканизации резиновых сме-
сей. Введение небольших количеств фенильных звеньев позволя-
ет нарушить регулярность структуры полимера и повысить
морозостойкость силоксановых резин.
Силоксановые резины кроме высокой теплостойкости и мо-
розостойкости обладают также высокой озоностойкостью,
малым влагопоглощением, хорошей огнестойкостью и имеют
высокие диэлектрические свойства, мало изменяющиеся в про-
цессе увлажнения и в диапазоне температур от 20 до 200° С.
Фторсйлоксановые резиновые смеси изготовляются на ос-
нове фторсилоксановых каучуков. Фторсилоксановые каучуки
получаются методом полимеризации органоциклосилоксанов,
где часть метильных звеньев метилоксанового каучука заменена
на 3,3,3-трифторопропил.
Введение в силоксановые полимеры 3,3,3-трифторпропиль-
ных звеньев позволяет получать фторсилоксановые резины
с повышенной стойкостью к воздействию алифатических,
ароматических и хлорсодержащих растворителей.
Основным наполнителем фторсилоксановых резин является
тонкодисперсный диоксид кремния, обеспечивающий наиболь-
шую прочность. Применяются и инертные наполнители. Для
повышения термостойкости вводят комбинацию диоксида ти-
тана и красного оксида железа. При комнатной температуре
механические параметры фторсилоксановой резины ниже, чем
резины на основе фторкаучука, но при повышении температуры
до 200—250° С ее прочность падает незначительно в отличие
от резин на основе фторкаучуков.
Фторсилоксановые резины обладают высокой морозостой-
костью ( — 60° С). Переработка фторсилоксановых резиновых
смесей производится аналогично переработке силоксановых
резин. Вулканизуются резиновые смеси в две стадии: первая — в
прессе или на воздухе и вторая—прогрев в термошкафу при
200° С в течение 6—12 ч.
С учетом требований кабельной промышленности раз-
работаны рецептуры силоксановых резин специального назначе-
ния. Это такие требования:
+ 200^°ТОСПОСО^НОСТЬ В интеРвале температур от —60 до
повышенная теплостойкость с работоспособностью в ин-
тервале от -60 до +250° С;
повышенная тепло- и морозостойкость с работоспособ-
ностью в интервале температур от —90 до +250°;
Резина не должна подвергаться дополнительному термо-
статированию;
71 .
Таблица 3.6. Физико-механические н диэлектрические данные силоксановых резин
£
Й
ё
и
72
резина не должна распространять горения;
повышенная маслобензостойкость для шланговой оболочки
работоспособностью в интервале температур от —60 до
+200° С.
Силоксановые резины применяются в качестве изоляционной
оболочки теплостойких проводов и кабелей различного назначе-
нИЯ: в выводных проводах для электродвигателей, монтажных,
авиационных нагревательных проводах, судовых кабелях со
сроком службы 25 лет и др.
К недостаткам силоксановых резин можно отнести их
низкое сопротивление раздиру, набухание в бензине и аро-
матических углеводородах, а также их малую стойкость
к воздействию минеральных кислот и щелочей, особенно при
экстремальных температурах.
В табл. 3.6 приведены основные физико-механические
и диэлектрические данные силоксановых резин различного
назначения.
3.4.2.	Фторсодержащий каучук. Наибольшее распространение
получили три типа фторсодержащих эластомеров:
с содержанием фтора 53—70% на основе винилиденфторида
(CF2 = CH2) с гексафторпропиленом (CF2 = CF — CF3) и вини-
лидёнфторида с трифторхлорэтиленом (CF2 = FC1) с работо-
способностью в интервале температур от —40 до +200° С
с высокой термо-, химо- и коррозионной стойкостью;
с содержанием фтора 30 — 40% (фторсилоксановые) с ра-
ботоспособностью от —55 до +250° С и сочетающие высокую
термостойкость силоксанового каучука и маслостойкость фтор-
каучука;
фторалкилоксифосфазеновый каучук, по свойствам близкий
к фторсилоксанам.
Фторкаучуки обладают j достаточно высокой термостойко-
стью, что объясняется большой энергией связи С — F (от 400
До 500 кДж/моль). Полная насыщенность фторсодержащих
каучуков обусловливает их химическую стойкость к кислороду,
озону, маслам, автоматическим, алифатическим и хлорирован-
ным углеводородам при повышенных температурах. Набухание
вызывают полярные растворители, а также ледяная уксусная
кислота. Под влиянием щелочи фторкаучуки гидролизуются.
Фторкаучуки радиационно нестойки, при воздействии у-
нзлучения они структурируют, что выражается в потере
Растворимости и резком изменении механических свойств.
Фторкаучуки имеют удовлетворительные электрические свой-
Ства при нормальной температуре, которце с повышением
температуры заметно ухудшаются, что связано с их поляр-
ностью.
Резины на основе фторкаучуков являются малокомпо-
ентными системами и состоят из каучука, наполнителя,
73
вулканизующего агента и активатора. В качестве наполнителей
фторсодержащих каучуков применяются, главным образом,
диоксид кремния (аэросил, белая сажа) и фториды различных
металлов. При введении технического углерода снижается
стойкость к окислительным средам. Минеральные наполнителя
вызывают снижение скорости вулканизации резин, технический
углерод способствует ускорению вулканизации.	I
Для вулканизации применяются органические пероксиды
(пероксид дикумила и пероксид бензоила) и полифункциональ-
ные амины. Перекисная вулканизация в отличие от других
способов дает наиболее термостойкие и стойкие к агрессивным
средам вулканизаты.
Активаторами вулканизации являются оксиды металлов
(оксиды цинка, свинца, кальция), которые служат, кроме того,
акцепторами HF и способствуют образованию сетчатых струю
тур. Чаще для этих целей используется оксид кальция.
Фториды металлов способствуют повышению теплостой-
кости резин (особенно активен фторид кальция). Повышение
сопротивления раздиру достигается при применении в качестве
наполнителя диоксида кремния (аэросила).
Иногда для улучшения перерабатываемое™ добавляют
небольшое количество пластификатора. Пластификаторы для
фторкаучуков должны быть нелетучи, температуростойки, хоро-
шо совмещаться с полимером и не замедлять процесса
вулканизации. Небольшие добавки органических каучуков, таких,
как этиленпропиленовый (около 10 частей по массе), не толью
улучшают технологические свойства каучуков, но также повыша-
ют их эластичность, морозостойкость, практически не снижая ш
стойкости к агрессивным средам. При добавлении небольшой
количества низкомолекулярного полиэтилена (0,5—2 части по
массе) улучшаются технологические характеристики без заметно-
го ухудшения механических свойств и сопротивления тепловом;
старению, но при этом снижается стойкость к гидроксидам,
Высокая жесткость фторкаучуков затрудняет их переработку,
и по этой причине они до сих пор не нашли широкого
применения в кабельной промышленности.
Смеси изготовляют на холодных вальцах (температур
валков не выше 40° С). Введение ингредиентов в каучук й
вызывает затруднений. В процессе вальцевания фторкаучу»
не изменяют своей пластичности. Смеси на основе фтор®
учуков можно изготовлять и в резиносмесителе, но цй13
смешения равен не более 2—2,5 мин, а вулканизующий агей1
вводят на вальцах или во втором цикле смешения в резин0
смесителе при температуре не выше 70° С.	।
Для широкого внедрения фторкаучуков в кабельной пр°	ииои
мышленности необходимо создание шприцующихся композ8| р0,^ Умственным
ций. Фторолигомерные масла обладают хорошим пластифиг'
74
т-аблица 3,7. Физико-механические и диэлектрические показатели резни на
основе фторкаучуков	. \
~ * Показатель	Резина на
					каучука СКФ-26
МПа|
основе
12,2
290
-30° С
каучука
СКФ-260Д
газруш«~ад^ напряжение при растяжении,
Относительное удлинение при разрыве, %
Морозостойкость (на эргометре по
16.К71-098-90)
Диэлектрические характеристики
После увлажнения при 20°—24 ч
21,0
393
-40° ।
Удельное объемное сопротивление, Ом-м Тангенс угла диэлектрических потёоь Диэлектрическая проницаемость Электрическая прочность, МВ/м После набухания в щелочи pH = 10 ппи 1 течение 50 ч	к ди при 1	50° в	1,2-1011 0,090 10,3 25	4-Ю10 0,039 - 6,5 22
Разрушающее напряжение при растяжении МПя Относительное удлинение при разрыве %’ После набухания в дизельном топливе при 150° С в течение 50 ч		36,6 325	96,6 695
Разрушающее напряжение при растяжении Относительное удлинение при разрыве %’	МПа	54,9 280	119,7 490
рующим действием и позволяют изготовлять шприцующиеся
композиции резиновых смесей, которые легко перерабатывать
на обычных червячных прессах и вулканизовать на воздухе без
давления. При этом повышенная вулканизационная активность
каучука СКД-260Д позволяет использовать для вулканизации
менее активные пероксиды (хлорированный пероксид бензоила).
Вулканизация резиновых смесей на основе фторкаучуков
производится, как правило, в две стадии: первая—в прессе
ИЛИ вулканизационном котле при 140—160° С в течение
15—30 мин, вторая — в термошкафу при 200° С в течение
12—24 ч. Вторая стадия проводится для достижения оптималь-
ных свойств вулканизатов при всех способах вулканизации
первой стадии. При второй стадии удаляются газообразные
продукты, образующиеся при разложении вулканизующихся
агентов, и организуются поперечные связи ароматического
характера, которые устойчивы при высоких температурах. При
150—200 С резины на основе фторкаучуков не претерпевают
значительных изменений, однако при температуре выше 200° С
Рочностные свойства* резко меняются.
Существенным недостатком резин является их низкая мо-
розостойкость (до —25° С) ввиду сильного межмолекулярного
заимодействия.
75
Резины на основе каучука СКФ-260Д имеют морозостой
кость —40° С, что объясняется наличием гетероатомов междч
фторированными углеродными атомами каучука, которые по-
зволили нарушить упорядоченность структуры и снизит!
температуру стеклования каучука.
Резины на основе фторкаучуков не поддерживают горенщ
и после удаления из пламени моментально затухают. Кислород,
ный индекс для /резин с оксидом магния составляет 55.
Стойкость резин к свету, озону, воздействию микроор.
ганизмов, минеральных масел и многих растворителей придав!
им большую ценность.
В кабельной промышленности резины на основе фторсодер.
жащих каучуков используют в качестве изоляционно-шланговьц
оболочек термостойких проводов и кабелей, эксплуатируемых
в условиях попадания агрессивных сред.
Основные физико-механические и электроизоляционные по-
казатели резин на основе фторкаучуков приведены в табл. 3.7.
3.5.	ИНГРЕДИЕНТЫ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ
3.5.1.	Ускорители вулканизации. В кабельной промышлен-
ности, как в отечественной, так и за рубежом, используются
следующие типы ускорителей вулканизации: тиазолы, гуани-
дины, тиурамы, дитиокарбаматы, амины.
Тиазолы—это ускорители вулканизации средней активное™,
обеспечивающие широкое плато вулканизации. 2-меркаптобенз-
тиазол (каптакс) — наиболее распространенный ускоритель вул-
канизации шланговых резин. Он используется в комбинация
с серой, тиурамами или гуанидинами для сшивания композиций
на основе НК, бутадиеновых и бутадиен-стирольных каучуков
а также этиленпропиленовых тройных сополимеров.
Дибензотиазолилдисульфид (альтакс) — ускоритель вулкани-
зации, применяющийся самостоятельно или в сочетании с дру
гими типами ускорителей вулканизации. Он используете)
в резинах на основе полихлоропрена как замедлитель процесс»
вулканизации, обеспечивающий исключение подвулканизации
Гуанидины представляют собой ускорители вулканизат
замедленного действия. Дифенилгуанидин (гуанид Ф) испол»
зуется в сочетании с тиазолами и другими ускорителям1
в смесях на основе комбинации натурального и синтетически
бутадиен-стирольных каучуков. Помимо дифенилгуанидина ’
рубежом используется О-толилгуанидин (Vulkacit DOT1
,,Вауег“), по свойствам аналогичный дифенилгаунидину.
Тиурамы обеспечивают высокую скорость вулканизан15
Их можно применять самостоятельно или в сочетании с ДР-
гими ускорителями, они способны вулканизовать каучУ*
в отсутствие серы.
76
Тетраметилтиурамдисульфид (тиурам Д) используется в со-
четании с тиазолами и серой в шланговых резинах, в изо?
дяционных резинах применяется без серы и выполняет функцию
вулканизующего агента. Тиурам Д придает вулканизатам
высокую стойкость к термическому старению.
.Дитиокарбаматы — это ультраускорители, процесс вулкани-
зации которых характеризуется коротким плато. Диметил-
дитиокарбамат цинка (цимат) используется в резиновых смесях,
предназначенных для изоляции токопроводящих жил проводов
и кабелей, на кабельных линиях непрерывной вулканизации
применяется в сочетании с тиурамом Д. Он придает вул-
канизатам хорошее сопротивление старению.
К ускорителям типа аминов относятся ускорители, спе-
циально предназначенные для вулканизации резин на основе
полихлоропрена, в частности 2-меркаптоимидазолин (роданин
S-62). Вулканизаты с 2-меркаптоимидазолином обладают хо-
рошим сопротивлением старению. Недостатком этого уско-
рителя является его высокая токсичность. Для снижения
токсичности в настоящее время зарубежные фирмы для
вулканизации полихлоропрена предлагают новые, менее то-
ксичные материалы.
3.5.2.	Активаторы вулканизации. В качестве активаторов
вулканизации кабельных резин используется, в основном,
оксид цинк..! в сочетании со стеариновой кислотой. За
рубежом в кабельной промышленности наряду с оксидом
цинка применяются оксиды свинца и сурьмы. В качестве
активаторов перекисной вулканизации используются специ-
альные вещества типа производных этиленгликолей, циа-
нуратов, метакрилатов и др.
3.5.3.	Противостарители. В кабельном производстве для
защиты резиновых оболочек кабельных изделий от разруши-
тельного действия кислорода, озона, тепла и света использу-
ются противостарители—антиоксиданты и антиозонанты. По
специфическим признакам их можно разделить на следующие
группы.
I. Окрашивающие антиоксиданты с озонозащитным эффек-
том. Противостарители этой группы окрашивают полимерные
материалы в процессе их изготовления и эксплуатации и по-
этому используются только для производства темных изделий.
К таким противостарителям относятся производные н-фенилен-
диаминов (А-изопропил-А'-фенил-н-фенилендиамин, А-(1,3-ди-
метилбутил)-А'-фенил-«-фенилендиамин, смесь диарил-л-фени-
лендиаминов).
В отечественном кабельном производстве используется,
в основном, А-изопропил-А'-фенил-и-фенилендиамин (диафен
ФП, Vulkanox 4010N А). Это антиоксидант с очень хорошим
озонозащитным эффектом. Он защищает резины от воздействия
77
тепла, кислорода, металлических ядов, повышает сопротивление
резин к коронному разряду и используется в кабельных
резинах в сочетании с защитными восками.
П. Окрашивающие антиоксиданты без озонозащитного эф-
фекта. Противостарители этой группы защищают полимерные
композиции только от воздействия тепла и кислорода. К ним
относятся производные нафтиламина (фенил-а-нафтиламин, фе-
нил-Р-нафтиламин), дифениламина, дигидрохинолина. Из этой
группы противостарителей наибольшее применение в кабельных
резинах нашли фенил-Р-нафтиламин (нафтам-2, Vulkanox pan)
и 2,2,4-триметил-1,2-дигидрохинолин полимеризованный (ацето-
нанил, Vulkanox HS).
Нафтам-2 и ацетонанил эффективно защищают от тер-
мического старения изоляционные и шланговые резины на
основе каучуков общего назначения. Ацетонанил особенно
эффективен в комбинации с другими противостарителями, он
широко используется в резинах на основе ЭПДК, так как
эффективно защищает их от термической деструкции.
Ш. Неокрашивающие антиоксиданты без озонозащитного
эффекта не влияют на цвет полимерных композиций и при-
меняются для изготовления белых и цветных изделий. К неок-
рашивающим антиоксидантам относятся химические соедине-
ния, представляющие собой смеси алкил- и аралкилированных
фенолов, производные w-крезола, меркаптобензимидазола, спе-
циально гидрированные бпс-фенолы и многоядерные фенолы.
Наиболее распространенными неокрашивающими антиок-
сидантами являются следующие химические соединения: 2,2-
метилен-бис-(4-метил-6-т/?ет-бутилфенол) (НГ-2246, Vulkanox
BKF) — эффективный ингибитор термоокислительной деструк-
ции, нетоксичен, защищает резины от поверхностного фотоокис-
ления и от воздействия металлических ядов; 2,6-ди-гпрель
бутил-п-крезол (Jonol, Vulkanox КВ) — защищает резины от
воздействия тепла и света, нетоксичен; меркаптобензимидазол
(МБИ, Vulkanox МВ) — в комбинации с другими противостари-
телями образует синергетические системы, защищающие резины
от воздействия кислорода, тепла, металлических ядов.
IV. Неокрашивающие антиозонанты. За рубежом в кабель-
ном производстве в рецептуре светлых и цветных резин на
основе диеновых каучуков используются химические вещества
типа циклических ацеталей и их композиции с неорганическими
наполнителями и парафиновыми восками.
V. Ингибиторы атмосферного старения. К этой группе
противостарителей относятся воскоподобные материалы, за-
щищающие резины от атмосферного растрескивания, воз-
никающего под воздействием озона и солнечной радиации.
Защитные воски представляют собой смеси очищенных
парафиновых фракций и микрокристаллических восков. Имей
небольшую растворимость в вулканизованной резине, воски
мигрируют на ее поверхности и образуют непрерывную
защитную пленку. В зависимости от назначения используются
воски с различным молекулярно-массовым распределением.
В отечественном кабельном производстве применяются
защитные воски мелкокристаллической структуры; сплав АФ-1,
представляющий собой сплав церезинов, парафина и петро-
латума; паралайт-17 — композиция углеводородов парафина
и церезина.
3.5.4. Пластификаторы и мягчители. Пластификация является
наиболее простым и доступным способом модификации свойств
полимерных композиций. При введении пластификаторов в ре-
зиновые смеси улучшаются их технологические свойства, рас-
пределяются сыпучие ингредиенты в резиновых смесях, зна-
чительно сокращаются цикл смешения и энергозатраты.
Правильный подбор пластификаторов позволяет не только
значительно улучшить процесс переработки резиновых смесей
и качество поверхности изоляции и оболочки, но и повысить
эластичность вулканизатов, их морозостойкость, негорючесть
и другие характеристики.
В кабельной промышленности применяются мягчители
и пластификаторы разного химического состава, придающие
резиновым смесям разнообразные свойства. Их можно раз-
делить на следующие группы: продукты органического синтеза,
продукты переработки нефти, продукты растительного и жи-
вотного происхождения.
Из продуктов органического синтеза как в отечественной
кабельной промышленности, так и за рубежом основную
группу пластификаторов составляют фталаты. Фталаты ис-
пользуются в шланговых резинах на основе полярных каучуков
для повышения их морозостойкости. Наибольшее применение
нашли дибутилфталат, диоктйлфталат, дибутилсебацинат.
Из продуктов переработки нефти в кабельной промышлен-
ности используются парафины и композиции на их основе.
Парафины, представляющие собой смесь предельных углево-
дородов нормального строения и имеющие крупнокристал-
лическую структуру, используются, в основном, в качестве
мягчителей изоляционных резин, так как обладают хорошими
электроизоляционными свойствами. В качестве мягчителя шлан-
говых резин используется сплав парафина с петролатумом —
мягчитель ПП. Парафины и композиции на основе парафинов,
мигрируя на поверхность, защищают резиновую оболочку
кабеля от разрушительного воздействия атмосферного озона.
В качестве огнестойких мягчителей кабельных резин исполь-
зуются хлорированные парафины.
К продуктам нефтяного происхождения, используемым
в качестве мягчителей кабельных резин, относятся нефтяные
79
мксла, представляющие собой смесь углеводородов парафи
нового, ароматического и нафтенового ряда: вазелиновое,
трансформаторное, индустриальное масло, вазелин. Эти масла
применяются в неответственных изоляционных резинах, так-
как их электроизоляционные характеристики ниже, чем у па-
рафинов. Парафинонафтеновое масло «Стабилойл-18» является
эффективным мягчителем шланговых резин на основе тройного
этиленпропиленового сополимера.
В саженаполненных резинах для улучшения технологических
характеристик резиновых смесей и их обрабатываемости нашли
применение битуминозные материалы типа рубраксов. В ос-
новном, это нефтяные хрупкие битумы, используемые кабель-
ными предприятиями в дробленом виде. За рубежом для
изготовления кабельных изделий также применяются битуми-
нозные продукты типа рубраксов, выпускаемые в виде хлопьев,
чешуек, гранул.
Из продуктов растительного происхождения в кабельных
резинах для повышения их клейкости применяется сосновая
канифоль. Для замены дефицитной натуральной канифоли
разработаны рецептуры с октофором-^синтетической алкил-
феноламинной смолой.
Стеариновая кислота—продукт растительного и животного
происхождения—широко используется в кабельных резинах
и помимо функции мягчителя выполняет роль диспергатора
ингредиентов и активатора процесса вулканизации. Стеариновая
кислота применяется в изоляционных и шланговых резинах.
Заменителями стеариновой кислоты,- вырабатываемой из
натурального сырья, являются синтетические жирные кислоты
(СЖК) фракции Сп — С2|. СЖК используются только в шлан-
говых резинах, т. к. имеют непостоянный состав и примеси в ви-
де изо-дикарбоновых и низкомолекулярных кислот, что отрица-
тельно сказывается на эксплуатационных характеристиках резин.
3.5.5. Наполнители. Одним из наиболее эффективных спо-
собов модификации свойств резин является их наполнение —
введение твердых тонко дисперсных порошкообразных ве-
ществ— наполнителей, которые способствуют улучшению фи-
зико-механических и технологических свойств резин, а также
«разбавлению» каучуков, т. е. сокращению их распада в целях
снижения себестоимости материала.
Наполнители подразделяют на активные, часто называемые
усилителями, и неактивные (инертные). Усилители увеличивают
прочность резин при растяжении, сопротивлении истиранию
и раздиру. Наполнители, не изменяющие свойств резин,
называют инертными.
К активным наполнителям относятся технический углерод,
оксиды цинка и магния, коллоидная кремниевая кислота,
карбонат магния, гидроксид алюминия, каолин и др., к неак-
80	.
тивным—мел, тальк, барий и др. Из активных наполнителей
в кабельной промышленности нашли применение технический
углерод, каолин, коллоидная кремниевая кислота и, в последнее
время, гидроксид алюминия, который позволяет также созда-
вать резины повышенной негорючести, которые в процессе
горения не выделяют токсичных и корродирующих продуктов
й плотных дымов. Из неактивных наполнителей широко
попользуются мел и тальк.
При введении наполнителя в эластомер между ними
возникает адсорбционное, а иногда и химическое взаимодейст-
вие на границе раздела фаз. Это взаимодействие возрастает
с увеличением поверхности контакта эластомер—наполнитель,
т е. с увеличением дисперсности последнего, при этом неко-
торые высокодисперсные наполнители способны прочно ад-
сорбировать на своей поверхности макромолекулы каучука,
которые образуют на ней слой связанного каучука. В связанном
каучуке подвижность макромолекул ограничена, что сущест-
венно влияет на свойства материала. При введении низкодис-
персных наполнителей интенсивность межфазного взаимодей-
ствия значительно меньше, и связанный каучук на поверхности
частиц наполнителя не образуется.
Рассмотрим основные активные наполнители.
Технический углерод является основным усилителем шлан-
говых резин. Его получают неполным сжиганием или тер-
мическим разложением газообразных или жидких углеводо-
родов. Выпускают большое количество марок технического
углерода, различающихся физико-механическими характеристи-
ками, элементным составом, размерами частиц, удельной
поверхностью, способом получения и видом используемого
сырья. Состав технического углерода, %: собственно углеро-
да— 98,1—99,4, кислорода—0—3,5, водорода — 0,4—0,9, се-
ры—0,1—0,8 и минеральных веществ 0,1—0,2. Плотность
технического углерода 1800—1900 кг/м3. Элементарной части-
цей технического углерода является частица, состоящая из
множества микрокристаллов. Первичные частицы в техническом
Углероде образуют характерные цепочечные структуры. Размер
й форма первичных структур обусловливают свойство тех-
нического углерода, называемое структурностью. Частицы
в этих структурах связаны прочными химическими связями,
поэтому они не разрушаются в процессе смешения. При
Развитой первичной структуре невулканизованные смеси по-
лучаются более вязкими, с более гладкой поверхностью,
Уменьшается их усадка при шприцевании, увеличиваются
твердость, модуль упругости, износостойкость вулканизатов.
Первичные структуры, объединяясь друг с другом, образуют
торичные структуры, более слабые, разрушающиеся в процессе
тготовления резиновых смесей.
6 3125	8,
Поверхность частиц технического углерода может содержа^
различные функциональные’ группы, которые придают ем)
либо кислотные, либо щелочные свойства. Углерод кисльц
марок (рН<4) снижает скорость вулканизации резиновых
смесей, а щелочных (pH >8) повышает ее.
При температурах обработки и вулканизации резиновых
смесей технический углерод реагирует с другими ингредиентами
с образованием различных химически активных групп.
В зависимости от способа получения и применяемого сырц
технический углерод разделяется на следующие типы: диф.
фузионный (канальный), печной и термический.
Содержание технического углерода в резиновых смесях
колеблется в широких пределах и составляет в среднем 50—60%.
В кабельной промышленности широко используются рецеп-
туры резиновых смесей на основе комбинации технических
углеродов различных марок. Технический углерод, кроме того,
используется для создания электропроводящих резин.
В кабельной промышленности применяется печной элект-
ропроводящий технический углерод двух марок по свойствам
Приближающийся к импортному техническому углероду типов
ХС-72. П 267 Э или П 366 Э. Углерод этих марок различается,
в основном, по степени дисперсности и структурности, а сле-
довательно, по уровню проводимости.
Коллоидная кремниевая кислота является неорганическим
усиливающим наполнителем. В СССР выпускают коллоидную
кремниевую кислоту двух видов: осажденную жидкофазную —
белая сажа марок БС-120, БС-100, БС-50, БС-30 с удельной
поверхностью 120, 100, 50 и 30 м2/г соответственно и размером
частиц 22, 27, 54 и 90 нм и газофазную (аэросил) марок А-380,
А-300 и А-175 с размером частиц 3—15, 5—20 и 10—40 нм.
Аэросил применяется только в кремнийорганических кабельных
резинах, а белая сажа — в некоторых специальных изоляционных
и шланговых резинах. Каолин повышает механическую прочность
резин в меньшей степени, чем технический углерод и белая сажа.
Однако в сочетании с техническим углеродом он нашел широкое
применение в кабельных резинах, так как позволяет получать
смеси, обладающие хорошими технологическими свойствами
(малая усадка, хорошая шприцуемость) при сохранении высоких
физико-механических показателей резин. Обычный каолин (марок
КР и П-2) применяют, главным образом, в шланговых резинах.
Применение каолина в изоляционных резинах невозможно из-за
его высокой гигроскопичности, из-за чего электроизоляционные
параметры резин в процессе увлажнения снижаются.
В связи с этим для кабельной промышленности в настоящее
время разработаны дегидратированные каолины марок КД-3'
и КД-10 с содержанием частиц менее 2 мгм 70 и 63°/’
соответственно.	Ji
82
Тригидрат алюминия А1(ОН)3в последнее время находит
широкое применение в зарубежной и отечественной кабельной
промышленности, так как позволяет получать изоляционные
(( шланговые резины, которые в процессе сгорания не выделяют
вредных, коррозирующих соединений, а также плотных дымов.
Результаты испытаний А1(ОН)3 в изоляционных (на основе
ЭПК-50) и шланговых (на основе наирита) резинах показали,
чТо увеличение его степени дисперсности приводит к умень-
шению пластичности изоляционной смеси, но не оказывает
влияния на пластичность шланговой смеси, при этом физико-
механические показатели обеих резин увеличиваются. Однако
при этом снижаются диэлектрические характеристики изоляци-
онных резин в процессе увлажнения при 20 и 70° С.
Модификация А1(ОН)3 жирными кислотами, особенно мета-
криловой кислотой, приводит к значительному улучшению
технологических и физико-механических свойств изоляционных
резин.
Мел является основным инертным наполнителем кабельных
резин, так как при его введении значительно снижается их
стоимость, а иногда улучшаются электроизоляционные харак-
теристики резин. В кабельной промышленности применяется
мел природный молотый мокрого (марок ММО, ММФ) или
сухого обогащения (марок ММС-1 и ММС-2), а также мел,
химически осажденный. В настоящее время ведутся работы
по получению мела из отходов известняка и мрамора.
Тальк молотый обогащенный марок ТКВ и ТК1 получил
широкое применение в изоляционных влагостойких резинах
благодаря своему малому влагопоглощению. Кроме того, тальк
позволяет получать резины с меньшими значениями диэлектри-
ческой проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь.
Недостатком резин, содержащих тальк, является их малая
эластичность, вызываемая его анизотропностью. Поэтому
тальк, как правило, применяется с мелом. Для высоковольтных
резин на основе этиленпропиленовых каучуков применяется
микротальк, который придает им высокие диэлектрические
свойства: pr= 1013 Ом • м, tg 3 = 0,003 = 0,007, £ = 2,4=2,6.
Общими требованиями ко всем минеральным наполнителям
являются однородность, отсутствие склонности к агломерации
в процессе хранения и изготовления смесей, высокое содержание
основного вещества, строго определенная степень дисперсности,
минимальное содержание веществ, отрицательно влияющих на
’'ектроизоляционные свойства и тепловое старение резин,
хорошая влагостойкость.
; Следует отметить, что при изготовлении резин некоторых
>>пов применяются материалы, не указанные в общей клас-
' Фикации ингредиентов: красители, антипирены, репелленты,
Асептики и т. д. [24].
83
3.6. КЛАССИФИКАЦИЯ И НАЗНАЧЕНИЕ КАБЕЛЬНЫХ РЕЗИН
Кабельные резины согласно ТУ 16. К71-098-90
ляются на классы: изоляционные, изоляционно-защитные и
щитные.
Изоляционные резины служат для изолирования ток<
проводящих жил, изоляционно-защитные резины — для из<
лирования кабелей, проводов и шнуров, обладающих способ
ностью защиты от внешних воздействий, защитные (шла!
говые)—для внешних защитных оболочек некоторых кабеле!
В число кабельных резин входят также электропроводящи(
применяемые для экранирования гибких кабелей, и так называ
емые починочные резины, используемые для сращивания ил
ремонта кабелей. В пределах соответствующих классов резин!
делятся на типы и марки (табл. 3.8).
В кабельных изделиях резины используются, главны)
образом, для изолирования токопроводящих жил и внешне!
защитной оболочки гибких переносных кабелей, проводо
и шнуров, для силовых и контрольных кабелей напряжение!
до 660 В, осветительных проводов, кабелей и проводов дл
питания всевозможных электротехнических установок, для спе
диализированных кабелей (судовых, автомобильных, самолет
ных, геофизических и др.).
Изоляционные и изоляционно-защитные резины (табл. 3.9
отличаются типами и количественным содержанием полимера
что обусловливает их физико-механические и электроизоляци
онные свойства.
Для изоляции, допускающей длительный нагрев токопро
водящей жилы до температуры. 65° С, применяются резина
на основе каучуков общего применения типов РТИ-0, РТИ-
РНИ, а также изоляционно-защитные резины типов РТИ1
и РТИШМ.
Резины типа РТИ-0 обладают повышенными физико-меха-
ническими и электроизоляционными параметрами. Они пред-
назначены для изолирования ответственных кабельных из
делий.
Наиболее широко для изолирования кабелей, проводе’
и шнуров применяют резины типа РТИ-1. Обладая хорошим®
характеристиками, они отвечают эксплуатационным требовав
ям всех кабельных изделий на переменное напряжение Дс
660 В и постоянное до 1000 В (кроме упомянутых выше особ®
ответственных кабелей и проводов).
Резины типа РНИ от других изоляционных резин отлич®
ются способностью не распространять горение. Они примеи®
ются главным образом в проводах, к которым предъявляет^
требование нераспространения горения (например, провод waf
ки АППР).
84	1
Таблица 3.8. Перечень кабельных резни
Класс	Тип	Содержа- ние поли- мера в резине, %	Основные марки резин	Характеристика и область применения
Изоляцион- ные	РТИ-0 РТИ-1 РНИ РТЭПИ-1 РТСИ-1	40 33 35 30 Не нор- мируется	ТСШ-50; ТСШ-40; ТСШМ-40; КС-0-50; ТС-0-45; ОВР-40 ТСШ-33; ТС-35; ТС-33; ТСШМ-35 НШИ-35 ИД-45; ИД-40ПЭ; ЭПТИ-45 К-69; К-673; К-1520; К-69Т	Резина повышенного качества на основе натурального каучука, изопренового каучука и их ком- бинации с бутадиеновым, бу- тадиен-стирольным и другими синтетическими каучуками для изоляции токопроводящих жил Резина общего применения на основе натурального каучука, изопренового каучука и их ком- бинации с бутадиеновым, бута- диен-стирольным и другими си- нтетическими каучуками для изоляции токопроводящих жил Резина, не распространяющая горения, на основе полихлоро- прена для изоляции токопрово- дящих жил Резина повышенной теплостой- кости на основе этиленпропиле- новых каучуков для изоляции токопроводящих жил Резина повышенной теплостой- кости на ^основе силоксанового каучука для изоляции токо- проводящих жил
Изоляцион- но-защит- ные Защитные	РТИШ РТИШМ РШ-1	33 35 50	ШСИ-33; ШСИ-35 ИШМ-45; ИШМ-40 ШВП-50	Резина на основе натурального каучука, изопренового каучука и их комбинации с бутадиено- вым,	бутадиен-стирольным и другими синтетическими ка- учуками для изоляционно-за- щитной оболочки проводов, ка- белей и шнуров, работающих в средних и легких условиях Резина морозостойкая на осно- ве натурального каучука, изоп- ренового каучука и их ком- бинаций с бутадиеновым, бута- диен-стирольным и другими синтетическими каучуками для изоляционно-защитной оболоч- ки проводов, кабелей и шнуров, работающих в средних и легких условиях Резина на основе натурального каучука, изопренового каучука и их комбинаций с бутадиеновым,
85
, Продолжение табл. 3.8
Класс	Тип	Содержа- ние поли- мера в резине, %	Основные марке резни	Характернстика н область применения
				бутаднен-стирольным и други- ми синтетическими каучуками для оболочек кабелей, работа- ющих в тяжелых условиях
	РШМ-2	45	ШМ-45; ШМК-45У	Резина морозостойкая на основе изопренового каучука и его ком- бинации с бутадиеновым, бута- диен-стирольным и другими синтетическими каучуками для оболочек кабелей, проводов и шнуров, работающих в сред- них и легких условиях
	РШТ-2	40	ШБТМ-40	Резина теплостойкая на основе изопренового, бутадиенового, бу- тадиен-стирольного и других син- тетических каучуков и их ком- бинаций для оболочек кабелей, проводов и шнуров, работающих в средних и легких условиях
	РШТМ-2	45	ШД-45; ШТМС-45; ШТМ-45	Резина теплостойкая повышен- ной морозостойкости на основе изопренового, бутадиенового, бу- тадиен-стирольного и других син- тетических каучуков и их ком- бинаций для оболочек кабелей, проводов и шнуров, работающих в средних и легких условиях
	РШН-1	50	ШН-50	Резина маслостойкая, не рас- пространяющая горения, на ос- нове полихлоропренового син- тетического каучука (наирнт) для оболочек кабелей, работа- ющих в тяжелых условиях
	РШН-2 А	40	ШН-40	Резина маслостойкая, не рас- пространяющая горения, на ос- нове полихлоропренового син- тетического каучука (наирит) для оболочек кабелей, проводов и шнуров, работающих в сред- них и легких условиях
Для изоляции на рабочую температуру до 85° С применя-
ется резина типа РТЭПИ-1 на основе этиленпропиленового
каучука (высоковольтные кабели на напряжение 6, 10 и 35 кВ,
силовые кабели повышенной теплостойкости и т. д.).
Для изоляции токопроводящих жил на рабочую тем-
пературу до +180° С используются резины типов РТСИ-1
и РТСИ-2. Это резины повышенной теплостойкости на основе
силоксанового каучука.
86

Таблица 3.9. Примерное распределение типов изоляционных
и изоляционно-защитных резни по основным областям нрнменения
” Тип резины	Основные, области применения
рти-о	Кабели для геофизических работ, рентгеновские, плавучие, специальные гибкие и др.
рТИ-1	Кабели шахтные, силовые, контрольные, судовые, установоч- ные провода и шнуры, шланговые кабели, провода и шнуры для погружных электронасосов, кабели, провода я шнуры связи, кабели управления и т. д.
РНИ	Шиуры осветительные марки АППР
РТИШ	Изоляционно-защитная оболочка одножильных кабелей, про-
ртишм	водов и шнуров шланговых, установочных, бытовых, для подвижного состава
рТЭПИ-1	Силовые гибкие кабели, силовые кабели повышенной тепло- стойкости для стационарной прокладки, кабели для аэродром- ных огней
РТСИ-1	Выводные провода марок РКГМ, ПВКФ, ПРКА,
РТСИ-2	судовые кабели
Резины для защитных оболочек. При транспортировании,
хранении, монтаже и эксплуатации кабельные изделия подвер-
гаются различным механическим воздействиям и влиянию
света, влаги и т. д. Поэтому необходимо в зависимости от
конструкции кабеля, провода и шнура скрученные или оди-
ночные изолированные жилы заключать в защитную оболочку
из материала, наиболее отвечающего условиям монтажа эк-
сплуатации данного кабельного изделия.
Резиновые оболочки применяются, главным образом, для
переносных кабелей и проводов, так как требуется таким
изделиям придавать максимальную гибкость. К ним относятся
шланговые кабели и провода общего применения, шахтные
кабели, экскаваторные, судовые переносные, электросварочные,
лифтовые и кабели и провода многих других типов. Однако
в ряде случаев резиновая оболочка используется также для
силовых кабелей стационарной прокладки (для судовых ка-
белей, для кабелей вертикальной прокладки и т. д.).
Гибкие переносные кабели работают в тяжелых, умеренных
или легких эксплуатационных условиях. Так, шахтные и эк-
скаваторные кабели эксплуатируются в исключительно тяжелых
Условиях. Их тащат по земле, подвергают деформациям изгиба
Различного характера, на них попадают куски добываемых
Пород, по ним проезжают автомобили, они зачастую находятся
в воде и т. д. Такие же кабели и провода, как судовые,
лифтные, для радиоустановок, шланговые кабели и провода
общего применения и некоторые другие, работают в срав-
нительно умеренных и легких условиях. Поэтому в соответствии
с ‘У 16. К71-098-90 защитные оболочки кабелей, предназначен-
ных для тяжелых условий эксплуатации, изготовляют из резин
87
механически более прочных типов РШ-1 и Р1ПН-1 с содер-
жанием каучуков 50%, а для средних и легких условий—из
резин типов РШМ-2, РШТ-2, РШТМ-2, РШН-2 с содержанием
каучуков 40—45%, причем резины типов РШН-1 и РШН-2,
не распространяющие горение и обладающие нефтестойкостью,
предназначены для негорючих шахтных и судовых кабелей,
нефтестойких каротажных и буровых кабелей и других изделий,
к которым предъявляются требования негорючести и масло-
стойкости.
Электропроводящие резины используются в высоковольтных
и шахтных кабелях. Как известно, в высоковольтных кабелях
высокая напряженность электрического поля вызывает процесс
ионизации, сопровождаемый образованием озона Оз, который,
являясь сильным окислителем, разрушающе действует на
резиновую изоляцию. Процесс разрушения начинается с об-
разования характерных трещин, которые по мере продолжения
воздействия озона постепенно увеличиваются. Процесс закан-
чивается электрическим пробоем изоляции. Действие образу-
ющегося в электрическом поле озона на изоляцию проявляется
в местах наибольшей механической напряженности, т. е. на
участках резких изгибов кабелей, что особенно характерно
для кабелей в эластичной резиновой оболочке. Таким образом,
если изоляция неозоностойка, то она должна быть защищена
от воздействия озона конструктивно, иначе кабель будет
быстро выходить из строя. Защиту осуществляют наложением
на поверхность резиновой изоляции или между токопроводящей
жилой и изоляцией, а иногда с обеих сторон слоя электро-
проводящей резины, характерной особенностью которой яв-
ляется пониженное электрическое сопротивление.
В силу тяжелых эксплуатационных условий в подземных
шахтах кабели по разным причинам получают механические
повреждения, приводящие к коротким замыканиям, что может
служить причиной поражения людей электрическим током
и взрывов метановоздушной среды. Наличие в кабеле поверх
изоляции элемента, способного при механическом воздействии
на оболочку кабеля мгновенно передать импульс к быстро-
действующей коммутационной аппаратуре для опережающего
отключения электрооборудования, позволяет предупредить ава-
рию. Таким защитным элементом служит экранирующий слой
из электропроводящей резины, накладываемый поверх каждой
изолированной жилы.
Ниже приводятся характеристики специальных резин. К ним
в частности, относятся резины для заполнения кабелей. В ряДе
случаев в конструкцию кабелей вводят круглый или профи-
лированный резиновый сердечник, размещаемый по оси кабеля.
Обычно это делается для герметизации или для устойчивости
конструкции многожильного кабеля при недостаточном коли-
честве жил, обеспечивающих их равномерную скрутку. В целях
равномерного заполнения повивов добавляют холостые жилы
в виде резиновых жгутиков диаметром, равным диаметру
изолированных жил.
В процессе эксплуатации иногда имеют место повреждения
изоляции или защитной оболочки. Бывает также необходимость
увеличить строительную длину' кабелей. В этих случаях для
заполнения исправляемых участков применяют специальные,
так называемые починочные невулканизированные резины.
Такие резины изготовляют в виде ленты толщиной 0,4—0,6 мм,
шириной 20— 50 мм, намотанной в ролик с прослойкой во
избежание склейки слоев ленты телефонной бумагой или
синтетической пленкой. Заполнение исправляемого места произ-
водят путем многослойной обмотки починочной резиновой
лентой.
Починочные резины отличаются высокими упругими свой-
ствами, необходимыми для обеспечения плотной и безобрывной
намотки ленты по заделываемому месту кабеля.
За последние годы получили значительное применение
’провода и кабели в резиновых оболочках с концевыми
заделками контактов. Заделку концов кабелей с запрессовкой
металлической арматуры производят с помощью специальных
изоляционных и защитных резин. Это так называемые резины
для концевых заделок кабелей. К этим резинам предъявляются
особые требования—способность адгезии к металлу, специ-
фические технологии свойства, обеспечивающие плотную за-
прессовку места заделки.
Резины таких марок отвечают характеру заделки соответ-
ствующих изделий. Содержание каучука в таких резинах
составляет 30— 40%.
3.7. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КАБЕЛЬНЫХ РЕЗИН
Общее механическое состояние кабельных резин харак-
теризуется прочностью при растяжении, относительным удлине-
нием при разрыве и относительной остаточной деформацией.
Эти показатели предусмотрены стандартом на кабельные
Резины.
Так как внешняя защитная оболочка кабеля подвергается
Различным механическим воздействиям, то прочность при
I Растяжении является важной характеристикой для защитных
Резин, которые служат материалом для оболочки. Что касается
изоляционных резин, то для них прочность при растяжении
является первостепенным показателем, так как изоляция,
| ак правило, защищена от внешних механических воздействий
акой-либо оболочкой. Для изоляционной резины важно не
°лько первоначальное значение прочности при растяжении,
89
сколько сохранение исходного уровня прочности после тер.
мического старения. Резины на основе синтетических каучуков
имеют меньшую прочность, чем резины на основе НК. но
более стойки к тепловому старению.
Относительное удлинение при разрыве играет одинаково
важную роль как для изоляционных, так и для шланговых
резин, так как оно выражает эластические свойства, служащие
основной, отличительной чертой резины.
Остаточное удлинение, показывающее степень деформации
Образца резины после его растяжения и разрыва, зависит от
рецептурного состава резины и, главным образом, установ-
ленного режима вулканизации (температура теплоносителя
и продолжительность вулканизации). Этот показатель непо-
средственно выявляет, насколько правильно проведен процесс
вулканизации резиновой оболочки. При недовулканизации зна-
чение остаточного удлинения повышается, а при перевул-
канизации снижается; и то и другое нежелательно. Поэтому
показатель остаточного удлинения служит эффективным сред-
ством контроля технологии производства.
Ряд кабелей в защитной оболочке работает в тяжельи
условиях, сопряженных с ударными нагрузками, волочением
по земле, наездами колесного транспорта и т. п. Поэтому
для защитных резин, применяемых в таких кабелях, имеет
важное значение сопротивление раздиру. Этот показатель
предусмотрен в ТУ 16.К71-098-90 для защитных резин типов
•РШ-1 и РШН-1, предназначенных для гибких кабелей с тяже-
лыми условиями эксплуатации.
Ввиду того что каучуки и другие ингредиенты, входящие
в рецептуру резин (иногда 12—15 компонентов), по своему
происхождению, составу и технологии изготовления разнород-
ны, свойства резиновых смесей колеблются. Причиной от-
клонений могут служить также и технологические нарушения
при смешении резиновых смесей, но практически наиболее
вероятной причиной служит состояние качества ингредиентов
Это приводит к некоторым колебаниям прочности при рас-
тяжении и относительного удлинения, сопротивления раздиру
электрических параметров и т. д. .
Стандарт на кабельные резины нормирует не номинальные
качественные показатели, а допустимые нижние пределы показа
телей. Поэтому, анализируя качество резиновой изоляция
и защитной оболочки на кабельных изделиях, следует РаС'
сматривать не только минимальные, установленные стандартов
показатели, но и весь диапазон фактических показателей.
Анализ распределения фактических показателей по диапа-
зонам прочности при растяжении и относительного удлинен»*
кабельных резин показывает, что у них имеется до воль»1
большой запас по физико-механическим показателям. ( jg
90	Я
з8 ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАБЕЛЬНЫХ РЕЗИН
Для кабелей, проводов и шнуров существенное значение
имеют электрические характеристики применяемых в качестве
изоляции материалов, в частности изоляционных резин.
Главными параметрами, характеризующими электроизоляци-
онные свойства резиновой изоляции, являются удельное объем-
ное электрическое сопротивление и электрическая прочность.
Удельное объемное электрическое сопротивление рг резин
зависит от типов каучуков и остальных компонентов. Практи-
чески значение рг путем соответствующих рецептурных моди-
фикаций можно варьировать в пределах от 0,1 до Ю'30м м
и получать резины с различной электрической проводимостью.
Значение рк определяют на стадии изготовления резиновых
смесей до наложения на жилы на образцах резин в виде
плоских пластин. В некоторых случаях (если это оговорено
в соответствующих ГОСТ или ТУ) измеряю! сопротивление
изоляции сначала после изолирования жил отдельных кабель-
ных изделий, а затем при окончательных выходных испытаниях
этих изделий в готовом виде.
Электроизоляционные параметры у кабельных резин тем
выше, чем больше содержание каучука в них. Исключение
составляет резина типа РНИ. Это объясняется тем, что в этой
резине применяется высбкополярный, не распространяющий
горение полихлоропреновый каучук.
На фактические параметры вулканизованной резиновой
изоляции может оказывать существенное влияние ряд факторов,
связанных с качеством применяемых материалов и соблюдени-
ем установленных технологических режимов. Если смеси полу-
чаются неоднородными, электрические параметры снижаются.
3.9.	МОРОЗОСТОЙКОСТЬ КАБЕЛЬНЫХ РЕЗИН
Кабели, провода и шнуры работают в различных клима-
тических условиях, в том числе и на морозе. Поэтому
в стандартах на кабельные резины устанавливаются нормы
морозостойкости для всех защитных резин:
Тип резины	Моро-
зостой-
кость,
°C
РТИШ ..........................  .'.....	-40
ртишм .....................:............. -50
РШ-1 ......;...............:............. —50
РШМ-2 .....:.........................     -50
РШТ-2 .............  ;.................   -40
РТШМ-2 .................................. -50
Ршн-1 ...............  •.......:........  -зо
РШН-2 ........;.......................... -30
91
Морозостойкостью (холодостойкостью) резины называется
предел отрицательной температуры, при которой она в условц-
ях данного вида деформации не разрушается. Следует отметить,
что представление о том, что морозостойкость резины означает
сохранение эластических свойств при отрицательных темпера,
турах, неверно.
Характерные эластические свойства резин объясняются гиб.
костью их молекулярных цепей при приложении растягивающих
сил. Молекулы содержащихся в резине каучуков выпрямляются
и ориентируются относительно друг друга. Упругие свойства
резин создаются стремлением молекул под воздействием
теплового движения возвращаться к их первоначальному
положению, поэтому степень эластичности данной резину
находится в прямой зависимости от интенсивности теплового
движения, т. е. от температуры окружающей среды. Резина
по мере снижения температуры постепенно переходит из
эластического в твердое состояние и начинает разрушаться
в местах, механически наиболее напряженных, с образованием
характерных трещин.
При воздействии низких температур благодаря внутренним
структурным изменениям увеличивается разрывная прочность
резин и одновременно в связи с уменьшением эластических
свойств снижается относительное удлинение.
Снижение эластичности резин при низких температурах
является следствием происходящих в них процессов кристал-
лизации или стеклования каучуков, которые носят обратимый
характер. У резин, затвердевших под воздействием низких
температур, после повышения температуры полностью вос-
станавливаются первоначальные эластические свойства.
Морозостойкость любой резины в основном зависит от
морозостойкости применяемого каучука. Поэтому для получе-
ния морозостойких резин используют НК в сочетании с син-
тетическими или такие специальные типы СК, обладающих
повышенной морозостойкостью, как стереорегулярный СКД.
Однако в ряде случаев по условиям эксплуатации требуется
применение в резинах маслонефтестойких каучуков, к которым
относятся полихлоропреновый каучук наирит, дивинилнитриль-
ный каучук СКН. Но эти каучуки в силу их полярности не
обладают высокой морозостойкостью. В этом случае в целях
повышения морозостойкости резины применяют пластифика-
торы типа дибутилфталата, диоктилсебацината, дибутилсеба-
цината, которые обладают резко выраженной полярностью,
хорошо совмещаются с полярными каучуками и снижают их
температуру стеклования.
При транспортировке, монтаже и эксплуатации кабельных
изделий наиболее часто встречающимися видами деформаций
являются изгиб и удар.
92
На морозостойкость резин заметно влияет длительное
старение при хранении и эксплуатации кабельных изделий.
Сопутствующим фактором являются также климатические
условия, в которых находятся кабельные изделия. С течением
времени в той или иной степени снижается морозостойкость,
прежде всего, внешней резиновой оболочки.
3.10.	СТОЙКОСТЬ К ВОЗДЕЙСТВИЮ ПЛАМЕНИ,
МАСЛОСТОЙКОСТЬ И БЕНЗИНОСТОЙКОСТЬ КАБЕЛЬНЫХ РЕЗИН
Стойкость к воздействию пламени для кабелей и проводов
означает сопротивление распространению горения. Для ряда
кабельных изделий этот вопрос имеет существенное значение
при эксплуатации, так как часто при коротких замыканиях
в электрической сети или при возникновении пожаров в помеще-
ниях провода и кабели служат источником распространения
огня.
Главной причиной горения служит горючесть входящих
в состав резины каучука, мягчителей, сажи. Особенно подвер-
жены горению бутадиеновые, бутадиен-стирольные каучуки,
которые, разлагаясь под воздействием высокой температуры,
выделяют легковоспламеняющиеся вещества.
Некоторого снижения горючести можно достичь рецептур-
ным путем, например введением в резиновую смесь хлори-
рованного парафина, уменьшением содержания каучука и др.,
но наиболее правильным способом получения трудногорючих
резин является применение в них хлоропренового каучука.
В таких резинах наличие хлора исключает возможность
распространения горения, поэтому в ТУ 16.К71-098-90 преду-
смотрены специальные типы резин.
Стойкостью резины к воздействию агрессивной жидкости
называется способность сохранять необходимые технические
свойства и работоспособность при воздействии той или иной
среды. Для некоторых кабелей и проводов, эксплуатируемых
в агрессивных средах, существенное значение имеют маслостой-
кость и бензиностойкость. Для таких изделий применяют
резины или пластмассы, обладающие маслостойкостью и бен-
зиностойкостью.
Наиболее явным признаком неудовлетворительного сопро-
тивления воздействию агрессивных сред служит набухание
полимера. Это явление обусловлено подверженностью набуха-
нию большинства типов каучуков, являющихся основой резины,
главным образом НК и синтетических бутадиеновых, бутадиен-
Стирольных каучуков. У каучуков после максимального насыще-
ния растворителем, что обусловлено избирательной способ-
ностью каучука того или иного типа, набухание постепенно
переходит в процесс растворения. У резин, как правило,
93
воздействие растворителя ограничивается набуханием в мак!
симальной степени, но в некоторых случаях, главным образом
при окислительной деструкции, резины также обнаруживают
способность перехода в форму раствора.
Резины, стойкие к агрессивным средам, можно получить
рецептурным способом — путем введения в смесь некоторых
стойких к воздействию растворителей наполнителей, мягчителей
и др., но этот способ недостаточно эффективен. Наилучшим
способом получения маслостойких и бензиностойких резин
является применение в резинах соответствующих СК, не
подверженных набуханию в растворителях. Такими каучуками
можно считать полихлоропреновые (наирит) и бутадиен-нит-
рильные (СКН) каучуки, хлорированный и хлорсульфированный
полиэтилены.
Методы определения воздействия агрессивных сред (мас-
лостойкость, бензиностойкость и др.) различны. Наболее
широко распространены методы испытания по ГОСТ 9.030-74.
В последнее время в кабельной промышленности внедрен
другой, новый метод определения стойкости резиновой или
пластмассовой изоляции и оболочки к воздействию масел
и бензина по ГОСТ 25018-81. По этому методу физико-
механические показатели резин типов РШН-1 и РШН-2 после
24 ч пребывания в масле марок И-40А и И-50А по ГОСТ
20799-75 при температуре (100±Г)С не должны снижаться
(прочность при растяжении более чем на 20%, относительное
удлинение более чем на 25%).	d
3.11.	СТОЙКОСТЬ КАБЕЛЬНЫХ РЕЗИН К СТАРЕНИЮ .
Признаками старения каучуков и резин служат потеря
эластичности, ухудшение электрических и физико-механических
параметров, морозостойкости и других основных характери-
стик. Со временем внешний слой резиновой оболочки постепен-
но твердеет, образуются трещины, и в определенный период
времени оболочка становится хрупкой, способной разрушаться.
Все это является следствием процесса окислительной деструк-
ции содержащегося в резине каучука под воздействием кис-
лорода, озона, света, тепла, агрессивных сред, механической
нагрузки и других факторов.
Присоединение кислорода, происходящее по месту двойных
связей каучука, приводит к разрыву цепи с образованием
радикалов, обладающих реакционной способностью. Наиболее
активной реакционной способностью обладают пероксидные
радикалы. Пероксиды служат автокатализаторами цепной р6'
акции процесса окисления.
На интенсивность окислительного процесса влияет боль-
шинство компонентов, входящих в резиновые смеси, причем,
94
если один из них способствует процессу, то другие, наоборот,
служат ингибиторами, т. е. средством торможения процесса
окисления. Так, технический углерод затрудняет доступ кис-
лорода к каучукам.
Процесс старения проходит первоначальную стадию ин-
дукционного периода, в пределах которого не проявляется
резкое влияние результатов окисления, но за пределами этого
периода наступает интенсивное старение. Продолжительность
индукционного периода зависит от различных факторов.
Для замедления старения в резиновые смеси вводят раз-
личные химические и физические противостарители, хотя они
и не способны полностью предотвратить процесс старения,
а оказывают лишь частично ингибирующее воздействие.
Из всех существующих видов старения для кабельных
резин имеет значение тепловое и атмосферное старение.
Тепловое старение обусловлено тем, что кабельные изделия
на протяжении многолетнего срока эксплуатации находятся
под воздействием тепла, выделяемого, с одной стороны,
токопроводящей жилой в связи с электрической нагрузкой
(др 65° С), а с другой стороны — температурой окружающего
воздуха, доходящей до 50—60° С.
При тепловом старении скорость окисления вулканизата
зависит от реакционной способности каучуков, составляющих
основу данной резины. Так, полярные (хлоропреновые и нцт-
рильные) каучуки меньше подвержены тепловому старению,
чем неполярные (натуральный, синтетические: изопреновый,
бутадиеновый, бутадиен-стирольный). Например, в хлоропре-
новых резинах взаимодействию кислорода с двойными связями
препятствует атом хлора, присутствующий в молекуле каучука.
В нитрильных же резинах замедлению старения способствуют
продукты окисления, обладающие высокоэффективными защит-
ными свойствами.
Сопротивление старению резин с применением других
синтетических неполярных каучуков и НК несколько слабее,
но скорость их окисления зависит от содержания двойных
связей в главных и боковых цепях. Так как двойные связи
в главных цепях более активны, то бутадиеновые синтетические
каучуки, имеющие до 43—49% двойных связей в боковых
Цепях, обладают большей сопротивляемостью окислению. Ре-
зины на основе НК менее нагревостойки, чем резины на
основе СК.
На старение резин могут оказывать влияние также неко-
торые ингредиенты смесей. Например, коэффициент старения*
защитных резин, наполненных газовой и печной сажей, при
‘ Под коэффициентом старения понимается коэффициент/ характеризу-
аый снижение механических параметров резин в процессе старения.
95
продолжительном старении ниже, чем коэффициент старения
резин с термической или ламповой сажей. Влияет на старение
и наличие в минеральных наполнителях поливалентных ме-
таллов. Обращает на себя внимание характер действия вул-
канизующего агента—серы, которая при комнатной темпера-
‘ туре стабилизирует каучуки, а при повышенных температурах
ускоряет процесс окисления. Одновременно с этим ускоритель
вулканизации—тиурам (тетраметилтиурамдисульфид) значите-
льно замедляет старение.
Ввиду явного преимущества так называемых бессернистых
резин (высокая нагревостойкость, большая сопротивляемость
старению) в СССР в изоляционных резинах сера как вул-
канизующий агент не применяется, она заменена тиурамом-Д
в сочетании с каптаксом и другими ускорителями вулканизации.
Установлено, что на старение резиновой изоляции могут
влиять некоторые конструктивные особенности кабельных изде-
лий. Так, выяснено, что алюминиевые проволоки, применяемые
в токопроводящих жилах, более инертны к процессу окисления
изоляции, чем медные. Имеет значение также конструкция
скрутки жил. Чем больше свободного пространства внутри
скрученных жил, следовательно, больше кислорода, тем интенси-
внее протекает процесс окисления изоляции. Значит, менее гибкие
кабельные изделия находятся в более благоприятных условиях.
В кабелях, проводах и шнурах применяются защитные
оболочки различного типа. Почти все они могут участвовать
в процессе окисления изоляции, если нет сепаратора, затруд-
няющего непосредственный контакт изоляции с оболочкой.
Вредное влияние оболочки на изоляцию может происходить
путем миграции из поливинилхлоридных пластикатов йекото-
рых пластификаторов, из сернистой резиновой оболочки—серы,
из оплетки—пропиточных составов и др.
Весьма четко и определенно проявляется зависимость старения
кабельных резин от температуры окружающей среды. Чем выше
температура среды, тем быстрее протекает процесс старения.
Главными показателями, характеризующими сопротивление
резины тепловому старению, являются степень снижения про-
чности при растяжении и относительное удлинение при разрыве
после воздействия тепла. Поэтому в мировой практике принят
метод оценки сопротивления кабельных резин старению по
изменению именно этих показателей.
В отличие от теплового старения атмосферное старение,
также выражающееся в изменении физико-механических и ДРУ"
гих параметров, является следствием воздействия на резйНУ
различных климатических условий в процессе хранения и экс-
плуатации на открытом воздухе. Главными факторами ат;
мосферного старения служат солнечный свет и озон, который
I содержится в окружающем воздухе. На степень воздействия
озона влияют сопутствующие факторы — кислород, темпера-
тура, влажность и др. Атмосферному старению подвержены,
главным образом, наружные защитные оболочки кабельных
изделий, находящиеся в непосредственном контакте с внешней
средой. Изоляционные резины, как правило, защищены от
атмосферных воздействий.
Воздействие света. Окисление и деструкция каучуков,
приводящие к ухудшению технических свойств резин, являются
результатом фотохимического процесса, возникающего под
воздействием света. Механизм этого явления по данным
исследований представляется следующим образом. В результате
влияния света молекулы каучуков возбуждаются, предваритель-
но поглощая квант энергии, соответствующий длине волны
света. Активность окисления резины зависит от интенсивности ।
солнечной радиации. Световые лучи с 'малой длиной волны
оказывают наиболее сильное разрушающее действие. Световое
старение может иметь место при любом виде светового
воздействия—при прямом облучении, рассеянном свете, в за-
крытых помещениях, в темноте, но, конечно, с различной
эффективностью.
Внешний вид резиновой оболочки, подвергшейся световому
старению, обычно представляет собой затвердевшую поверх-
ность с беспорядочной сеткой мелких поверхностных трещин,
иногда с измененной окраской.
Каучуки гораздо больше подвержены окислению под воз-
действием световых лучей, чем резиновая смесь; степень
воздействия зависит от содержания в каучуках двойных связей.
Частичная защита резиновой смеси от окисления с помощью
ингредиентов указывает на светофильтрующую роль последних.
Известна такая же способность серы, тиурама, каптакса, оксида
цинка, технического углерода и др.
Воздействие озона. Озон — один из самых активных
агрессивных факторов, нарушающих нормальное состояние
резины. Признаками озонного воздействия служат образование
характерных трещин на поверхности оболочки, расположенных
перпендикулярно оси напряжения, и снижение первоначальных
физико-механических и других показателей.
По активности окислительного воздействия на резину озон
значительно превосходит кислород. Озон является продуктом
превращения кислорода в результате фотохимического воз-
действия солнечных лучей. Воздушные потоки доносят его до
земной поверхности, причем в весенне-летний период концен-
трация озона увеличивается из-за грозовых разрядов ,и об-
лучения земного шара Солнцем. На протяжении суток кон-
центрация озона в воздухе тоже неодинакова. До полудня
количество озона растет и к 14—15 ч достигат максимального
УРовня, а в дальнейшем постепенно уменьшается и к полуночи
? 3125	от
падает до самого низкого уровня, что соответствует ходу
нагревания и охлаждения окружающего воздуха. Но еслй
концентрация озона в воздухе находится в прямой зависимости
от температуры окружающей среды, то от влажности воздуха
она находится в обратной зависимости: чем выше влажность,
тем меньше концентрация озона в воздухе.
Озон разрушающе действует на резину в местах деформации
растяжения, а в местах деформации сжатия и в ненапряженных
местах воздействие может ограничиваться образованием окис-
ленной поверхности пленки. Смонтированные кабели и провода,
эксплуатируемые в среде повышенной концентрации озона,
будут подвергаться воздействию озона на напряженных участ-
ках изгибов трасс проводов и в местах концевых заделок,
если они не защищены надежно. Количество, размеры и ско-
рость развития трещин зависят от критической деформации
резины, времени воздействия озона, температуры и других
условий. Однако главным фактором служит концентрация
озона. Разрушение резин происходит в напряженных местах
лишь при повышенных концентрациях озона, а при нормальной
концентрации деструкция ограничивается образованием сетки
неглубоких трещин.
Воздействию озона подвержены те резины, основой которых
служат неозоностойкие каучуки. К ним относятся НК, бутади-
еновые, бутадиен-стирольные, нитрильные каучуки. Наиболь-
шей озоностойкостью отличаются силоксановые резины, срав-
нительно озоностойки также полиизобутилен, тиокол, хлоро-
преновые каучуки, бутилкаучук, этиленпропиленовые каучуки.
Как видно из сказанного выше, атмосферное старение
кабельных резин является одним из важных факторов, опре-
деляющих продолжительность сроков службы кабельных из-
делий, особенно изделий, работающих в полевых условиях.
Чаще всего кабельные изделия испытывают совместное воз-
действие света и озона. Поэтому меры предупреждения ат-
мосферного старения приобретают весьма существенное прак-
тическое значение. В числе таких мероприятий используется
рецептурный путь, т. е. подбор необходимого состава каучуков.
Глава четвертая
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАБЕЛЬНЫХ РЕЗИНОВЫХ
СМЕСЕЙ
Изготовление кабельных резиновых смесей является одним
из основных технологических процессов в производстве про-
водов и кабелей с резиновыми оболочками. Собственно процесс
приготовления резиновой смеси заключается в смешении 20-"
98
60% каучука с 17—38% наполнителя и 2—3% других
нгредиентов (порошки,: масла и легкоплавкие смолы) в специ-
альных смесительных агрегатах (резиносмесителях) для рав-
нОмернОГО распределения ингредиентов в каучуке. Процесс
смешения существенно влияет на качество резин и себесто-
имость готовых изделий. Установлено, что получение гомоген-
ной смеси в основном зависит от следующих факторов:
тщательности подготовки ингредиентов, количества обрабаты-
ваемого материала, продолжительности смешения, последова-
тельности введения ингредиентов,' температуры смешения, ско-
рости вращения роторов резиносмесителя, давления плунжера
ла смесь, пластичности смеси [25]. При скоростных режимах
смешения цикл приготовления кабельной резиновой смеси
составляет примерно 5—И мин.
В дальнейшем продолжительность цикла может быть со-
кращена, и за это время необходимо обеспечить подготовку
й поступление в резиносмеситель всех ингредиентов в заданных
дозах. Решение этих задач возможно только при создании
поточно-автоматизированных линий.
В условиях автоматизированного поточного производства,
в основе которого лежат процессы приготовления резиновых
смесей, под названием резиноделательный цех следует понимать
комплекс производственных элементов, связанных с под-
готовкой, промежуточным хранением, дозировкой и смешением
ингредиентов. Такая структура резиноделательного цеха объ-
ясняется наличием непрерывных непредельных поточных
связей, из которых трудно выделить какой-либо участок
Рис. 4.1. Структурная схема резиноделательного цеха
99
как самостоятельную единицу и решать вопросы его ав.
томатизации вне связи с остальными участками цеха.
Структурная схема современного резиноделательного цеха
кабельного завода представлена на рис. 4.1 [24].
4.1.	ПОДГОТОВКА ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ	1
Применение качественного сырья является одной из ос-
новных предпосылок получения резиновых смесей, полностью
отвечающих техническим требованиям. В идеальном случае
поступающие ингредиенты не нужно дополнительно обрабатц.
вать (сушка, просев, измельчение и др.). Ингредиенты должны
удовлетворять также условиям транспортабельности, хранения,
дозировки и подачи в резиносмеситель. Этим требованиям
больше всего удовлетворяет твердое сырье, получаемое в гра-
нулированном виде. В настоящее время, к сожалению, в гра-
нулированном виде поступают некоторые типы технического
углерода, ускорителей, светлых ингредиентов. Однако большин-
ство типов сырья поступает в негранулированном виде.
На кабельных заводах, где требования к кондиции матери-
алов очень высокие и определяются не только условиями
транспортабельности (т. е. сохранять свои свойства при транс-
портировке и хранении), но технологическими соображениями,
подготовка ингредиентов носит первостепенный характер и,
в основном, сводится к их очистке от посторонних включений,
а также в придании им такой формы, которая облегчает их
последующее дозирование и смешение.
4.1.1.	Подготовка каучуков. Как уже указывалось выше,
каучуки являются основным сырьем, применяемым для пригото-
вления резиновых смесей. Общее количество марок различных
типов каучуков, используемых в кабельной промышленности,
превышает 10 наименований. В связи с особыми физико-
механическими свойствами большинство каучуков перед употреб-
лением подвергают специальной подготовке для придания
качества и формы, удовлетворяющих как технологическим
требованиям, так и требованиям механизации и автоматизация
производства. До настоящего времени выпускаемые формы всея
типов СК, изготовляемых в СССР, не унифицированы (брикеты,
гранулы, листы), в связи с чем существуют большие затруднения
при их подготовке и развеске. В промышленности СК ведут®
работы по стандартизации выпускаемых форм каучука и преди®
лагается, что каучуки будут поступать к потребителю в виЖ
отдельных блоков в форме прямоугольного параллелепипеда $
стандартными размерами 660 х 330 х 180 мм в полиэтиленово11
упаковке массой 32:—34 кг. Следует однако заметить, что многи£
СК обладают большой текучестью, поэтому первоначальна*
форма их может сохраняться только 10—15 сут.
СК и НК перед подачей в резиносмеситель подвергают
предварительной обработке: распарке, резке, разогреву, измель-
чению и пластикации.
СК, поступающие на кабельные заводы в кипах массой
д0 30 кг, не требуют обработки, при этом поверхность кип
должна быть предварительно очищена от загрязнений. Кипы
кассой более 30 кг необходимо разрезать на меньшие куски,
ряд каучуков (НК, СКИ-ЗД, наирит) в процессе транспор-
тировки и хранения могут кристаллизоваться и стать очень
жесткими, что затрудняет их дальнейшую резку и пластикацию.
Поэтому эти каучуки подвергают предварительной распарке
для их декристаллизации. Декристаллизацию каучуков проводят
в стационарной механизированной камере с принудительной
циркуляцией горячего воздуха при температуре не выше 80° С
в течение 8—36 ч для НК и 6—24 ч для наирита в зависимости
от условий хранения.
На крупных (шинных) заводах применяют распарочные
камеры туннельного типа. Нарезанный вдоль листов каучук
помещают на полки цепного конвейера, проходящего через
туннельную печь, обогреваемую горячим воздухом (70—80 °C).
Иногда применяют также электронагревательные камеры для
распаривания каучука с помощью токов высокой частоты
ТВЧ (25—50 МГц). Кипу помещают на металлический пластин-
чатый транспортер периодического действия. Когда она поров-
няется с электродом (металлической пластинкой), транспортер
останавливается и кипа начинает нагреваться. Транспортер
экранирован металлическими листами и заземлен. При ис-
пользовании установки мощностью 30 кВт можно в течение
40 мин нагреть до 45 °C четыре кипы каучука массой по
100 кг каждая. Однако этот способ не получил широкого
распространения па кабельных заводах, так как большинство
кип деформировано, и, следовательно, не обеспечивается их
равномерный разогрев.
Этот недостаток устраняется при декристаллизации каучука
на специальных установках в поле токов сверхвысокой частоты
(900—2450 МГц). Этот способ позволяет упростить камеры
(не требуется контакт с электродом) и обеспечивает разогрев
неравномерно деформированных кип, которые трудно разогре-
вать на установках ТВЧ.
После декристаллизации кипы каучука режут. Для резки
применяют вертикальные и горизонтальные гидравлические
ножи с звездообразным расположением лезвий и гидравличес-
кие гильотинные ножи с одним лезвием.
В последнее время на ряде предприятий применяют ав-
томатические гильотинные ножи, режущие кипы каучука на
куски определенной толщины. Подача кип под нож и отбор
Урезанных кусков автоматизированы. Такие ножи вместе
101
с транспортерами и автоматическими весами входят в сос ав
систем автоматической развески каучуков [26].
Натуральный каучук в необработанном виде обладает
весьма низкой пластичностью (0,05—0,08 по Карреру) и не
способен быстро смешиваться с остальными ингредиентами
Поэтому перед пуском в производство НК подвергаются
пластикации. Пластикация может быть выполнена на вальцах,
в червячных пластикаторах и резиносмесителях. Процесс пла-
стикации в резиносмесителях наиболее механизированный,
требует минимальных трудовых затрат, и поэтому только
этот способ практически используется в отечественной кабель-
ной промышленности. Пластикация НК производится при
температуре 120—140 °C с каптаксом в дозировке 0,2 части
на 100 частей (по массе) каучука. Время пластикации 6—10 мин.
Применение каптакса (как, впрочем, и других химических
пластификаторов) позволяет снизить затраты на 35% по
сравнению с затратами на пластикацию без него. Пластикация
каучука СКИ-ЗД производится по аналогичным режимам.
После пластикации НК подвергается фильтрации через набор
сеток № 2 + 063 + 045+ не более 028 для последующего примене-
ния в изоляционных резинах и через набор сеток № 2 + 09 +
+ 063 + 045 для последующего применения в защитных резинах.
Если с НК предварительно были сняты упаковочные листы
(«рубашки»), то его можно не подвергать фильтрации. Пласти-
цированный НК и каучук СКИ-ЗД хранят в виде рулонов или
пластин, опудренньГх мелом или покрытых тальковой пастой
(98% талька и 2% трансформаторного масла). Время выдержки
пластифицированных каучуков составляет не менее 6 ч.
4.1.2.	Подготовка сыпучих материалов. Сыпучие материалы,
применяемые в кабельных резиновых смесях, должны отвечать
требованиям кабельной промышленности, что и отражено
в требованиях ГОСТ и ТУ на них. Только такие материалы
могут непосредственно идти в производство. Однако на
практике большая часть этих материалов (мел, каолин, оксиды
цинка и магния, красители, ускорители и др.) нуждается
в предварительной подготовке—сушке, просеве или воздушной
сепарации. Повышенная влажность минеральных наполнителей
(особенно мела) может явиться причиной брака. В частности,
она может вызвать запрессовку агломератов различного раз-
мера в резиновой смеси, увеличение пористости резиновой
оболочки в процессе вулканизации и т. д.
Многолетний опыт показал, что белые наполнители ведут
себя удовлетворительно на всех переделах при содержании
влаги менее 0,5%. Исключение составляет технический углерод,
для которого допускается большая влажность,1 так как он не
склонен к агломерации и не применяется в изоляционных
резина».	|
102	I	1
В качестве оборудования для сушки наполнителей применя-
ет барабанные и шнековые сушилки непрерывного действия,
с электрическим или паровым обогревом. Конструкция таких
агрегатов и принцип их действия подробно описаны в [24].
Как уже указывалось, в технической документации на
материалы в большинстве случаев оговорено полное прохож-
дение материала через сетку № 014 или 016, однако на
практике этого нет, поэтому материалы подвергают просеву
на воздушных сепарационных установках или центробежных
сеялках через капроновую ткань или латунную сетку.
За рубежом некоторые порошкообразные материалы вы-
пускают в виде текучих дисперсий. Они содержат до 80%
порошкообразных ингредиентов и до 20% мягчителей. Объем
таких композиций в 2 раза меньше объема исходных ком-
понентов. Текучие дисперсии перекачивают насосами и хранят
в бункерах. Для улучшения диспергирования тугоплавких
ускорителей в каучуках иногда в резиносмесителях изготовляют
маточные смеси, содержащие 50—80% ускорителей. Приготов-
ляют и так называемые ускорительные пасты. Ускорители
смешивают с нейтральными пластификаторами или жирной
кислотой, оксидом цинка и красителями в специальных клее-
приготовительных машинах. Следует отметить, что все эти
операции вызваны вынужденной ориентацией на сырье низких
кондиций, являются очень энергоемкими, ухудшают санитарно-
гигиенические условия, а их автоматизация не всегда цриводит
к экономическим и рациональным схемам.
4.1.3. Подготовка мягчителей и смол. Парафин и другие
воскоподобные материалы расплавляют в камерах для разо-
грева твердых мягчителей с электрическим, паровым или
водяным обогревом и фильтруют через сетку № 016. Жидкие
мягчители, пластификаторы и масла (марки ДБФ и др.) не
нуждаются в предварительном подогреве, их только фильтру-
ют. Тугоплавкие мягчители (канифоль и др.) очищают, снимая
(скалывая) наружный слой, и дробят на молотковой дробилке
на куски размером 1—5 мм. Дробить эти материалы в ша-
ровых мельницах или дезинтеграторах не рекомендуется, так
как даже при незначительном разогреве смолы размягчаются
11 слипаются. По этой же причине не следует делать больших
запасов дробленого материала, особенно в жаркое время года.
Материалы, поступающие на заводы в виде гранул (стеариновая
кислота, нефтяные битумы) или чешуек (смола СФ-010А,
1иафен ФП), в предварительной обработке не нуждаются,
1 их распаковывают непосредственно перед взвешиванием.
4.1.4. Дозирование ингредиентов. Выше были рассмотрены
'г,°собы подготовки твердых и жидких компонентов для
Ридания им необходимого качества и транспортабельности,
следующими основными и наиболее ответственными
103
технологическими операциями процессов приготовления ра
зиновых смесей являются операции, связанные с дозировкой
их компонентов. Качество резины, рациональное использование
исходных материалов, санитарно-гигиеническое состояние
резиноделательного производства во многом зависят от
совершенства систем дозировки.
Различают три метода дозировки материалов: по времени,
а также объемный и весовой методы. Метод дозировки по
времени, несмотря на ряд преимуществ (низкая первоначальная
стоимость механизмов управления, возможность легко изме-
нять состав смеси, простота системы управления), имеет
и существенные недостатки — небольшая точность дозировки
состава смесей в результате колебаний скорости подачи
материалов, влияние на точность дозировки погрешности
командных приборов, работающих во времени, зависимость
точности дозировки от высоты столба материала. Поэтому
этот метод не имел применения в кабельной промышленности.
Объемный метод также недостаточно точен, но иногда
его применяют, используя насосы-дозаторы плунжерного типа
для жидких ингредиентов.
Весовой метод дозировки является наиболее точным
и благодаря этому нашел широкое применение в кабельной
промышленности. Независимо от типа применяемых весов
погрешность при взвешивании не должна превышать ±1%
заданной массы. Особое внимание нужно уделять точности
дозирования активных компонентов, входящих в состав ре-
зиновой смеси: вулканизующих агентов, ускорителей и ак-
тиваторов вулканизации, стабилизаторов и т. п.
В настоящее время на большинстве заводов применяют
полуавтоматические и автоматические весы. Автоматические весы
являются неотъемлемой частью поточных линий изготовления
резиновых смесей. Однако ряд ингредиентов (каучуки, смолопо-
добные материалы и трудносыпучие порошки) пока не поддаются
полному автоматическому дозированию. Взвешивание каучуков
производится на полуавтоматических весах. Они предназначены
для последовательного взвешивания четырех различных компонен-
тов и соответственно оснащены четырьмя ленточными питателя-
ми. Последние имеют две рабочие скорости: большую для
основной (грубой) засыпки материала в весовой котел и малую
для досыпки материала. Весы имеют восемь весовых коромысел,
что позволяет производить дистанционное их включение
Загрузка каучуков на эти весы происходит вручную, а остальные
операции — взвешивание и разгрузка — автоматизированы.
Для взвешивания мелов, каолина, талька, технического
углерода на большинстве кабельных заводов применяют а®'
тематические весы с пультом программного управления. Эт®
весы, как правило, оснащены аэроционными питателями.
Дозирование жидких и расплавленных мягчителей произ-
одится специальными автоматическими весами с про-
гпаммным управлением и со встроенным питателем. В качестве
питателей применяют небольшие бачки с двумя коническими
кЛапанами. Один клапан настраивают на основную заливку
мягчителя, а второй — на доливку. Питающие бачки, весовой
к0Вщ и сливная воронка снабжены электроподогревом. Взве-
шивание прочих сыпучих материалов (вулканизующих веществ,
ускорителей, стабилизаторов, красителей и т. п.) производится,
как правило, вручную на почтовых весах. Готовые навески
можно затаривать в мешочки из полиэтилена или каланд-
рованной резины.
В настоящее время в ряде отраслей промышленности,
в том числе и кабельной, создаются автоматизированные
системы хранения, подготовки, дозирования и подачи в резино-
смесители всех ингредиентов резиновых смесей.
4.2.	СМЕШЕНИЕ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ
\ Смешение — процесс приготовления резиновых смесей пу-
тем диспергирования в каучуке порошкообразных и жидких
ингредиентов до получения гомогенной однородной фазы.
Процесс смешения в каучуке и резиновой смеси условно
протекает в две стадии: на первой стадии происходит смешение
вязкости каучука и введение в него ингредиентов, а на
второй—их диспергирование до получения однородной массы.
При этом протекают следующие физико-химические превраще-
ния [27, 28]: разрушение крупных агломератов ингредиентов
и полимерных блоков до более мелких структур, внедрение
порошкообразных и жидких ингредиентов в каучук с наруше-
нием его склонности к образованию общей грубодисперсной
массы смеси в результате слипания отдельных микрообъемов,
диспергирование агломератов тонкодисперсных наполнителей
До минимального размера составляющих их первичных частиц
с одновременным механохимическим взаимодействием поверх-
ности частиц с каучуковой фазой.
Гомогенизация или простое смешение — перемещение ча-
стиц от одной точки смеси к другой без изменения формы,
обусловливающее повышение однородности смеси.
Механическая деструкция каучука сопровождается сниже-
нием его вязкости (пластикация), разогревом вследствие выделе-
ния энергии внутреннего трения, обусловливающего ускоренное
пРотекание термоокислительных процессов, снижением эффек-
тной вязкости смеси. Протекание всех этих процессов
пределяет качество смешения, однако считается, что опре-
еДяющИми процессами являются гомогенизацця и диспер-
Р°вание.
105
Гомогенизация (простое смешение) зависит главным of
разом от накопления деформации сдвига, а диспергирована
определяется реализуемыми напряжениями сдвига или вЯз
костью смеси. Косвенно это подтверждается тем, что в процесс
смешения различных каучуков с техническим углеродом н
лабораторном резиносмесителе на разрушение каучука затра
чивается около 200 МДж/м3, агломератов технического угде
рода — 600 МДж/м3, на внедрение порошкообразных и жидк^
ингредиентов в каучук — 600 МДж/м , а на их распределена
в смеси—до 1100 МДж/м3 [29, 30].
4.3.	ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕЗИНОСМЕСИТЕЛЕЙ
Закрытый резиносмеситель состоит из двух горизонтальны}
роторов фигурной формы (рис. 4.2), вращающихся в закрытой
камере, установленной на массивной фундаментной плите.
Камера имеет два Окна: верхнее для загрузки компонентов,
закрываемое верхним затвором, находящимся под давлением
плунжера пневматического цилиндра, и нижнее для выгрузи
смеси, закрывающееся нижним затвором (отодвигающим или
откидывающим дверкой). При перемешивании смесь и рабочие
органы машины нагреваются. Поэтому камеры и роторы
охлаждают водой. Устройство современного резиносмёсителх
типа РСВД-140-30 показано на рис. 4.3. Производительност!
смесителя зависит от его конструкции, а также от тех
нологических факторов,
определяемых порядком за-
грузки материалов и про-
должительностью смеше-
ния. Основными характера
стиками резиносмесител»
являются вместимость сме-
сительной камеры V, часто-
та вращения роторов «р
давление, передаваемое ®
смесь, р и мощность элек-
тродвигателя W. В кабель-
ной промышленности испо-
льзуют в основном резияо-
смесители с овальными Р®’
торами (типа «Бенберй"
имеющие К=250 л. "г'
= 20-^30 об/мин, Г
= 0,665 МПа и
4-630 кВт. Фрикция
ров составляет 1 :1,18.
которые резиИосмесите-
106
Рис. 4.3. Схема современного резиносме-
сителя типа РСВД-140-30:
I—резиносмеситель; 2—фундаментная плита;
3—загрузочная воронка; 4— горловина воров-
ки; 5—задняя стенка воронки; 6—пневмати-
ческий цилиндр; 7—универсальные шарниры
муфты; 8—блок-редуктор; 9— зубчатая муфта;
10 — электродвигатель
имеют переменную частоту вращения. Увеличивая частоту
вращения в начале цикла и снижая ее в конце цикла, можно
изготовлять в одну стадию смеси, равноценные смесям при
двУстадийном смешении.
В закрытых смесителях деформация каучука и резиновой
^еси, а соответственно и само смешение происходят во всем
ьеме материала и во всех частях камеры. Однако скорости
^®ига в различных точках объема деформируемого материала
а личаются друг от друга более чем на два порядка,
напряжение сдвига—в 5—6 раз [31]. Наибольшая скорость
107
сдвига наблюдается в зазоре между гребнем ротора и стенкой
камеры. Средняя скорость сдвига уср в элементном объеме
деформируемого материала рассчитывается по уравнению [25]
уср = ир//г0, где h0 — расстояние между поверхностью роторд
и стенкой камеры (зазор).
Характер процесса смешения определяется степенью объем,
ного заполнения камеры, давлением верхнего затвора, частотой
вращения роторов и температурой. Масса заправки резино.
смесителя обычно определяется как произведение свободного
объема камеры, плотности смеси и коэффициента заполнение
камеры К3, который зависит от вязкости смеси, частоты
вращения ротора и его формы и колеблется в пределах 0,5—0,8.
Мощность смесителя зависит от реологических свойств
материала, геометрии роторов и объема деформируемой смеси:
'	W*=4U3n$L/h0-,	(4.1)
И/с = Ку"+1уэ, .	(4.2)
где IV*—мощность на единицу длины ротора; L—ширина
кромки лопасти ротора; уэ — эффективный объем смеси; и3—
эффективная вязкость; К—коэффициент заполнения камеры;
скорость сдвига; у — индекс течения.
Параметры, входящие в (4.1) и (4.2), по-разному влияют
на We. Например, при уменьшении зазора в 7 раз потребляемая
мощность возрастает всего на 3—5%. Поэтому существует
оптимальное значение /г0 (около 5—7 мм), значительное от-
клонение ot которого в сторону увеличения или уменьшения
приводит к ухудшению качества смеси. При износе резиносме-
сителя (увеличении /г0) уменьшение мощности компенсируется
увеличением объема загрузки. Поскольку V3 зависит от
давления, при его увеличении мощность смешения возрастает.
Одновременно повышается температура смеси. Это проис-
ходит благодаря уменьшению пустот в камере, что позволяет
увеличить объем загрузки, скорость захвата смеси роторами
и сократить режим смешения. Однако рост мощности при
повышении давления на смесь происходит до определенного
уровня (в зависимости от состава смеси), так как, если
верхний затвор дошел «до упора», усилие передается не яа
смесь, а на конструкцию резиносмесителя [27, 28, 31, 33]-
При смешении каучука с ингредиентами из-за возникновС'
ния значительных сдвиговых усилий и деформаций выделяете®
значительное количество тепла, что приводит к интенсивном)
повышению температуры смеси. Поскольку при механически®
обработке каучука и смеси процессы носят необратимы®
характер (вязкое течение), практически вся энергия, передав®'
емая на привод, превращается в тепло. Масса обрабатываемо®’
материала обычно весьма значительна (150—200 кг), поверх
108
ность теплоотвода сравнительно невелика, а его температуро-
проводность низка (около 0,00046 м2/с). Поэтому температура
в резиносмесителе быстро понижается, но не успевает достичь
равновесного значения, т. е. процесс передачи при смешении
является нестационарным и может быть представлен ура-
внением
dT/dt = B(E~Ql)t,	(4.3)
где В—постоянная; Е—общая поглощенная энергия; Q—
тепло, отобранное в систему охлаждения; t—время.
Температура смеси не должна быть слишком высокой,
так как при сильном понижении вязкости, которая изменяется
с температурой по экспоненциальному закону, и напряжения
сдвига ухудшается распределение ингредиентов. В то же время
температура оказывает сильное влияние на характер механо-
химических, деструктивных и термоокислительных процессов;
при температуре до 100° С преобладает механическая, а выше
150° С — окислительная деструкция. Установлено [27], что при
смешении в смесителях типа «Бенбери» имеется определенный
«инерционный» интервал температур, при котором коэффици-
ент трения между смесью и металлом в камере постоянен;
этот интервал составляет 20—40° С для смесей на основе
НК, 30—50° С для смесей на основе СКН и СКЭП, 40—50° С
для смесей на основе БК.
4.4.	РЕЖИМЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СМЕСЕЙ
В настоящее время основная масса кабельных резиновых
смесей изготовляется в смесителях высокого давления с ча-
стотой вращения роторов 20—30 об/мин (тип РСВД-250).
Процесс резиносмешения может быть выполнен в одну
или две стадии. Одноступенчатый процесс смешения по способу
загрузки ингредиентов может быть последовательным или
одновременным.
При одностадийном последовательном смешении ингреди-
енты вводят в следующем порядке. Сначала при закрытом
нижнем затворе загружают каучук, маточные смеси, регенерат,
химические пластификаторы и содержимое перемешивают под
Давлением верхнего затвора, затем добавляют противостари-
тели и диспергаторы. После распределения диспергаторов
в смеситель добавляют технический углерод и другие напол-
нители, а мягчители вводят после распределения активных
Наполнителей.
При введении наполнителей и мягчителей верхний затвор
Должен находиться в поплавковом положении (т. е. без дав-
ления воздуха) до полного поглощения их каучуком, после
чего на верхний затвор подают давление.
109
Современные конструкции смесителей снабжены приспособ-
лениями для подачи технического углерода и мягчителей под
опущенный верхний плунжер. Мягчители подают под давле-
нием.
Одностадийное последовательное смешение применяется
только на тихоходных смесителях, еще имеющихся на ряде
заводов. Продолжительность смешения при этом составляет
6—12 мин. Этим методом невозможно достичь хорошего
диспергирования технического углерода, поэтому резиносмеси-
тели заменяют модернизированными, с более прочным кор-
пусом, с удлиненной воронкой, позволяющей вводить тех-
нический углерод и мягчители при опущенном плунжере
и вмещающей полную загрузку материалов на один цикл,
с большой питательной воронкой, улучшенной системой про-
тивопыльных уплотнений и уплотнений корпуса и дверок.
Такие смесители имеют четырехкрылый ротор, обеспечивающий
более эффективное смешение. Привод ротора осуществляется
через редуктор с помощью гибких муфт. Смесительные камеры
охлаждают водой, протекающей через высверленные отверстия,
для охлаждения роторов применяют турбуляторы. Температура
в таких смесях регулируется автоматически. В ряде случаев
смесители снабжены откидной нижней дверкой, обеспечива-
ющей быструю выгрузку.
При одностадийном процессе смешения на современных
смесителях загрузку активных наполнителей производят после
загрузки каучука при закрытом плунжере, после чего через
открытый затвор подают ингредиенты, применяемые в малых
количествах, а затем—мягчители при закрытом плунжере.
Продолжительность смешения сокращается до 5—7 мин.
При смешении в быстроходных смесителях резиновые
смеси сильно разогреваются, что приводит к снижению вяз-
кости смеси и интенсивности смешения. Поэтому смешение
проводят в две стадии с промежуточной выдержкой и охлажде-
нием резиновой смеси. На первой стадии готовят маточную
смесь, содержащую все ингредиенты, кроме агентов вул-
канизации и ускорителей, которые вводят на второй стадии.
В кабельной промышленности на первой стадии применя-
ются смесители с частотой вращения роторов 30 об/мин.
Смешение на второй стадии производят в смесителях с ча-
стотой вращения 20 об/мин, так как температура смеси не
должна превышать температуру активации ускорителей
(110° С). Некоторые современные смесители снабжают приво-
дами, обеспечивающими плавное изменение числа оборотов,
что позволяет подучать смеси при более низких температурах-
В последнее время для приготовления смесей с повышенной
вязкостью применяют закрытые смесители с овальными ро;
торами типа «Интермикс». Особенностью таких смесителей
НО
является наличие взаимозацепляющихся роторов, которые
имеют цилиндрическую поверхность с одним большим вин-
товым выступом и двумя винтовыми выступами меньшего
размера. Клиновидные лопасти одного ротора входят во
впадины другого. Обработка материала происходит, в основ-
нОм, в зазоре между роторами, а не между роторами
й стенками камеры.
Существуют два способа загрузки: прямой, когда сначала
загружаются каучуки, а потом—все остальные, ингредиенты
(последними мягчители), и обратный, когда сначала загружают
мягчители, затем—технический углерод и последними — ка-
учуки. При обратном способе загрузки обеспечивается более
интенсивное смешение смесей, содержащих большое количество
высокоструктурного технического углерода. Однако при получе-
нии смесей, содержащих технический углерод с нормальной
или низкой структурностью или небольшое его количество,
этот способ загрузки применять не рекомендуется. Кроме
того, при таком способе загрузки необходимо герметизировать
нижнюю дверку смесителя.
Ведутся также работы по непрерывному смешению рези-
йовых смесей. При таком смешении в отличие от периодичес-
кого не происходит резких изменений мощности и температуры.
Кроме того, появляется возможность использовать отводимое
тепло для предварительного нагрева ингредиентов, поступа-
ющих в зону загрузки. Это позволяет значительно повысить
КПД оборудования, обеспечить стационарность температурного
режима смесителя и получение смесей с однородными свой-
ствами, а также совместить процессы смешения и формирова-
ния резиновых смесей.
В большинстве случаев смесители непрерывного действия
имеют такую же конструкцию, как и машины червячного
типа, с одним или несколькими роторами (червяками).
Интенсивное перемешивание материалов происходит в двух-
червячных резиносмесителях непрерывного действия, в которых
червяки расположены так, что витки нарезки и перемешива-
ющие элементы одного червяка входят в соответствующие
элементы нарезки другого червяка. Червяки с переменным
шагом нарезки имеют зоны с обратной нарезкой, в которых
тормозится движение смеси к разгрузочному отверстию и уве-
личивается деформация сдвига.
Существенной трудностью в организации непрерывного
смешения является отсутствие системы непрерывного дозирова-
ния ингредиентов. Кроме того, такие смесители невыгодны
на производствах, потребляющих резиновые смеси различного
состава, так как их приходится часто перестраивать. (Именно
таким производством является изготовление кабельных резин).
Однако их с успехом можно использовать для приема
Ш
и доработки смесей из резиносмесителей периодического дей-
ствия, а также для проведения второй стадии смешения. При
использовании машин непрерывного действия для доработки
смесей продолжительность двухстадийного смешения сокраща-
ется в 1,5 раза, а одностадийного—в 2 раза.
В настоящее время в отечественной кабельной промышлен-
ности используют только резиносмесители периодического
действия.
4.5.	ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА
И ХРАНЕНИЕ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ
В процессе смешения необходимо получить гомогенную
резиновую смесь с заданными технологическими свойствами,
пригодную для переработки на червячных прессах. Смесь из
резиносмесителя выгружают в виде бесформенных кусков.
Перед тем как направить готовую смесь в производство, ей
требуется придать определенную форму, а в большинстве
случаев подвергнуть дополнительной механической обработке
для улучшения диспергирования ингредиентов или введения
в нее вулканизующих веществ. Поэтому после смешения
в резиносмесителе смесь подают сначала на вальцы, а затем
в червячные машины (стрейнеры), снабженные различными
головками (фильтрующей, листующей, гранулирующей или
комбинированными).
Число вальцов, агрегированных с резиносмесителем, а также
их габаритные размеры зависят от производительности резино-
смесителя. Так, для резиносмесителя типа РС-250-20 необ-
ходимы одни вальцы с длиной валков 2100 мм, а для типа РС-
250-30—двое таких вальцев, причем первые вальцы должны
быть снабжены механизированным перемешивателем, а дру-
гие— ножами для срезки ленты смеси. Непрерывная лента по
транспортеру поступает в фильтр-пресс. Фильтрация позволяет
удалить из резиновой смеси различные посторонние включения,
а также комочки порошкообразных ингредиентов. Фильтрацию
смесей выполняют после первой стадии смешения, т. е. до
введения вулканизующих веществ.
Поскольку кабельные заводы в настоящее время в основном
оснащены червячными прессами с удлиненными шнеками, их
питание производится холодной резиной в виде лент (грану-
лирование широкого применения в отечественной промыш-
ленности не имеет).
Срезанная с вальцов лента проходит через охладитель,
где охлаждается водой и обрабатывается противоадгезионной
мыльно-стеариновой эмульсией, и укладывается в виде гар-
мошки на поддоны или в контейнеры. Иногда ленты наматы-
вают на катушки.
112
41
4.6.	ПОТОЧНО-АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ЛИНИЯ
ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СМЕСЕЙ
За последние годы в СССР на кабельных заводах создан
оЯд поточных линий для изготовления резиновых смесей,
которые получили сокращенные названия ПАЛ (поточная
автоматизированная линия).
Эти поточные линии состоят из ряда последовательно
совмещенных производственных процессов, которые имеют
технологическую, механическую и электрические связи, позво-
ляющие из разрозненных механизмов создать единый комп-
лексный агрегат. Значительный прогресс в этой области дала
разработка систем, в которых технологическое оборудование
кроме обработки выполняет также функцию транспортирования
материала (например, шнековые индукционные сушильные
устройства) и, наоборот, транспортных устройств, которые
кроме транспортирования выполняют функции обработки ма-
териалов (например, сушка сыпучих в процессе пневмотран-
спортирования).
Компоновка оборудования, входящего в состав поточной
линии, а также выбор того или иного вида непрерывного
транспорта для передачи материалов от одной операции
к другой решаются на различных заводах по-разному в за-
висимости от местных условий [35].
Так, поточная полуавтоматическая линия завода «Азов-
кабель» смонтирована в одноэтажном здании резиноподгото-
вительного цеха, а отделение по подготовке материалов
размещено в многоэтажном здании высотой 30 м, которое
примыкает непосредственно к корпусу цеха. Оборудование
подготовительного отделения находится на расстоянии 100 м
от резиносмесителя. Сыпучие материалы транспортируют при
помощи четырех основных и двух вспомогательных пневмо-
транспортных систем [36].
Как видно из схемы поточной полуавтоматической линии
(рис. 4.4), светлые сыпучие материалы загружаются из мешков
или ларей в воронку 52 и элеватором 57 поднимаются до
загрузочной воронки электросушилки 50. После сушки матери-
алы шнеком 45 подаются в сито грубого просева 42, которое
расположено внутри бункера 43 вместимостью 7,8 м3. Пред-
варительно просеянный и просушенный материал из бункера
43 через шлюзовой затвор по замкнутой пневмотранспортной
системе 32, 44 проходит в верхний циклон 31, откуда через
Шлюзовой затвор поступает в приемный бункер 30 вмести-
м°стью 7,8 м3. Из приемного бункера 30 при помощи
ВеРтикальных течек и шнека сыпучие материалы подаются
в Двойной шнековый питатель 29, из которого поступают
в сеялки тонкого просева 59. Окончательно просеянный
8 3125	ИЗ
Рис. 4.4. Принципиальная схема поточной полуавтоматической
материал по вертикальным течкам 33 транспортируется в кон-
трольный бункер 34 и далее верхними шнеками 53 подается
в сборный бункер 39 вместимостью 7,8 м3.
Отсевы из сеялки тонкого просева 59 при помощи шнеков
58 и 35 и контрольного бункера 34 попадают в пневмотран-
спортную систему 36, которая транспортирует их в циклон-
разгрузитель 47, откуда через шлюзовой затвор 46 поступает
в сеялку грубого просева 42 для повторного просева. Воздух
из циклона-разгрузителя поступает в фильтр 48 и вентилятором
49 удаляется в атмосферу. Бракованный материал при помощи
шнека 58 и пневмотранспортной системы 55 транспортируется
в циклон 57, откуда через шлюзовой затвор 60 попадает
в бункер отходов 37. Воздух из циклона 57 поступает в фильтр
56, а затем через вентилятор 54 выбрасывается в атмосферу
Обработанные материалы из бункера 39 через шлюзовой
затвор 40 и пневмосистему 38, 41 подаются в верхний циклон
28, из которого через шлюзовой затвор 27 с помощью шнека
26 поступают в расходные бункеры 25, расположенные наД
пневмовинтовым питателем.
Использование для транспортировки пневмовинтового пита'
теля обеспечивает по сравнению с установками обычного тШ®
уменьшение затрат на бесполезное перемещение больших Ма
114
линии изготовления резиновых смесей на заводе «Азовкабель»
воздуха и снижение общего удельного расхода энергии на
1 т перемещаемого материала. Это обусловлено тем, что
концентрация смеси в установке данного типа во много раз .
выше, чем во всасывающих устройствах «классического» пнев-
мотранспорта, а диаметр трубопровода и удельный расход
воздуха значительно меньше.
Одновременно упрощается система очистки воздуха. Из
расходных бункеров 25 материал под действием собственного веса
поступает в приемную воронку питателя 24, откуда быстроход-
ным напорным шнеком 23 подается в смесительную камеру 22.
Шнек имеет переменный шаг, уменьшающийся по направлению
к камере, что необходимо для создания пылевой пробки,
предотвращающей прорыв сжатого воздуха из камеры 22.
Сжатый воздух из ресивера 10 подается в камеру через
пористую перегородку 21 в виде множества микроструек,
благодаря чему процесс смешения протекает интенсивно с ма-
лыми потерями давления, и в трубопровод вводится окон-
чательно приготовленная смесь.
Шнек питателя приводится в движение от электродвигателя
''°Щностью 7 кВт с частотой вращения 980 об/мин. Для
Редотвращения попадания пыли из камеры шнека в подшип-
/и служат воздушные и манжетные уплотнения.
115
Материалы от питателя 24 транспортируются по трубо.
проводам диаметром 60 мм из нержавеющей стали в приемные
бункера 4 и 6, оборудованные фильтрами для очистки воздуХа
и сигнализаторами уровня типа УКМ. Внутренняя поверхность
бункеров покрыта антикоррозионным материалом. Наполнение
бункеров осуществляется следующим образом. Нижний датчик
УКМ подает команду на подачу воздуха и включение в работу
пневмовинтового питателя. При наполнении бункера верхний
датчик отключает питатель; подача воздуха для продувки
трубопровода продолжается после этого еще 2 мин.
Сажа после очистки в специальных сеялках-дозаторах /у
поступает в расходные надвесовые бункера 3 и 5 по вакуумной
системе трубопроводов (диаметр 150 мм).
Одним из основных элементов данной вакуумной транспорт-
ной системы является разгрузочное устройство 1, изготовленное
на базе серийного пневматического разгрузчика цемента типа
С-362Б, модернизированного по рекомендации завода «Амур,
кабель». В нем радиальный подвод материала заменен на
тангенциальный в кольцевую полость выше разгрузочного
шнека, что устраняет возможность выдувания материала из
межвиткового объема.
Такая конструкция существенно уменьшает количество ма-
териала, осаждающегося на рукавных фильтрах, и, следователь-
но, повышает производительность вакуум-линии.
Из осадительной камеры 1 сажа шнеком с помощью
механизма выгрузки подается в распределительный шнековый
питатель 2, который направляет сажу в расходные бункера
3 и 5 вместимостью 4,5 м3. Бункера 3 и 5 снабжены
пневмозадвижками и оборудованы сигнализаторами уровня
типа ИКС-2 (искробезопасный контроль сопротивлений), ко-
торые сигнализируют о наличии материала в бункерах
и дают команду в цепь автоматического управления вакуум-
транспортом.
В линию вакуум-транспорта вмонтированы вакуумметры
вакуумного типа ВЭ-16Р6, которые отключают сеялку-дозатор
при уменьшении вакуума в линии и предотвращают тем
самым забивание трубопроводов сажей. Для создания вакуума
в пневмосистеме используются два водокольцевых вакуум-
насоса 20 типа РМК-4.
Жидкие мягчители самотеком по трубам с паровым обо-
гревом поступают в дозировочные бачки 7 из специальны*
плавильных ванн 9, установленных над ними. Дозаторы
работают на принципе автоматического объемного дозирования
с помощью поршневого насоса.
Каучук перед загрузкой в резиносмеситель 14 гильотинный
ножом 12 разрезают на куски, после чего подают с помощь^
подъемника 11 к месту развески. Куски каучука взвешиваю1
116
fla циферблатных весах 8 и укладывают на конвейер загрузки
вместе с мелкими ингредиентами, доставляемыми из
централизованной навесочной.
По соответствующей команде от системы автоматического
«правления загрузки куски каучука и мелкие ингредиенты
загружают в смеситель.
В соответствии с технологией производства резиновых
смесей производится загрузка сыпучих наполнителей. Сыпучие
материалы взвешивают на дозировочных автоматических весах
/5 типа 4ДПК-80. Взвешенный материал поступает через течку
в смесительный бункер 17, откуда спаренным шнековым
питателем загружается в резиносмеситель. Контроль выгрузки
материалов осуществляется датчиком типа УКМ.
Смесительный бункер 17 оборудован пневмовибраторами,
не допускающими сводообразования сыпучего материала в бун-
кере. Порядок загрузки материалов устанавливается командо-
аппаратом КЭП согласно установленной программе. Готовая
резиновая смесь выгружается из резиносмесителя 14 на лен-
точный транспортер 18 и подается на листовальные вальцы 19.
Значительный интерес представляет проект резиноделатель-
ного цеха с суточной производительностью 100 т для завода
«Верхневолжсккабель». Особенностью данного проекта является
высокая степень механизации и автоматизации вспомогатель-
ных и производственных процессов.
Выгрузка материалов, упакованных в мешки, производится
с помощью разгрузочного конвейера, состоящего из двух узлов:
основного и телескопического. Основной узел представляет собой
часть конвейера, перемещающегося по рельсовому пути. Телеско-
пический узел представляет другую часть конвейера, имеющую
переменную длину и поворачивающуюся на 180° в горизонталь-
ном направлении. Для растаривания мешков используется
мешкоразгрузочное устройство, выполняющее в автоматическом
режиме разрезку мешков на три части и их пакетирование
в кипы. Пропускная способность устройства — 600 мешков в час.
Белые наполнители по пневмотранспорту подают в склад-
ские бункера и таким же способом в расходные бункера,
установленные над резиносмесителем.
Технический углерод в контейнерах, выгруженный из ва-
гонов, складируют в складском корпусе. Подачу технического
углерода к расходным бункерам с участка разгрузки контей-
неров производят скребковым герметизированным конвейером.
Каждый резиносмеситель имеет индивидуальную систему взве-
шивания и дозирования материалов.
Подачу материалов, применяемых в малых количествах
к резиносмесителю, а также их дозирование производят для
каждой рецептуры в контейнерах по команде с пульта
Управления.
117
Необходимые параметры дозирования, нулевые допуски
весовых устройств вводятся с помощью клавиатуры.
После дозирования выводятся следующие отчетные данные:
дата, время суток, заданное количество материала, дозирование
количества материала, отклонение от допусков по количеству.
По окончании смены выводится рапорт рабочей смены,
где указывается общая масса каждого материала.
Глава пятая
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ И ОБОЛОЧКИ
ИЗ ПЛАСТМАСС МЕТОДОМ ЭКСТРУЗИИ	|
5.1. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМУ	Й
ПРОЦЕССУ И ПАРАМЕТРЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА II
4 л
Экструзия представляет собой процесс выдавливания ма-
териала через кольцевое отверстие или отверстие какой-либо
другой формы. В кабельном производстве материал экст-
рудируется, как правило, через кольцевое отверстие в виде
трубки, облечающей токопроводящую жилу или заготовку
кабеля. Пластмассы в производстве кабелей и проводов
экструдируются в расплавленном состоянии. Экструдируемые
невулканизированные резины представляют собой многоком-
понентные смеси, причем некоторые из компонентов могут
быть жидкими.
Экструзия является наиболее прогрессивным технологичес-
ким процессом при производстве кабелей и проводов с ис-
пользованием пластмасс и резин, так как она обеспечивает
высокую производительность оборудования, возможность на-
ложения однородного монолитного слоя материала, получение
кабельных изделий большой длины. Процесс экструзии об-
легчает автоматизацию кабельного производства.
Задачей технологического процесса экструдирования явля-
ется получение из исходных полимерных материалов кабельных
изделий или полуфабрикатов требуемого качества с мак-
симальной производительностью при минимальных затратах.
Поскольку при переработке методом экструзии полимер в про-
цессе транспортировки внутри экструдера переводят из твердого
состояния в вязкотекучее, а затем после формования обратно
в твердое состояние, то приходится рассматривать ряд сложных
физических процессов. Процесс нагревания полимера и его
расплавление как за счет подводимого внешнего тепла, та*
и за счет тепла, выделяющегося при внутреннем трении,
описываются законами термодинамики и теплопередачи.
Для описания процессов течения расплавленного полимер®
используются законы гидродинамики и реологии. В процесс
118	.	Я
охлаждения и формирования структуры происходит кристал-
лизация или стеклование. В ряде случаев, например при
получении сшитой или вспененной изоляции, физические процес-
сы сопровождаются и химическими превращениями. Примеры
использования физических и химических законов для оп-
тимизации технологического процесса будут приведены ниже.
Технологический процесс изготовления изоляции и оболочки
кабельных изделий связан с рядом требований, предъявляемых
к исходным материалам. Прежде всего, они должны полностью
соответствовать нормативно-технической документации. Заго-
товка должна быть чистой и сухой; на отдающей таре она
должна быть намотана плотными правильными рядами без
перехлестывания и слипания витков, вызывающих рывки и ме-
ханические повреждения при размотке; для обеспечения не-
прерывности процесса желательно, чтобы длина заготовки на
отдающей таре была максимально возможной или чтобы
используемые отдающие и приемные устройства обеспечивали
переход с одной приемноотдающей тары на другую без
остановки процесса.
Для выпрямления проволоки и ее дополнительной очистки
перед входом в головку экструдера при необходимости устанав-
ливают устройства для ее выравнивания и удаления загрязнений
с поверхности. Для исключения возможности загрязнения
полимерного материала освобождение его от заводской упаков-
ки нужно производить либо непосредственно перед переработ-
кой, либо при централизованной подаче к экструдеру по
трубопроводам при помощи пневмотранспорта—на центра-
льном складе. При этом во избежание конденсации влаги на
гранулах полимера его следует выдержать перед переработкой
при температуре производственного помещения не менее 12 ч.
При необходимости материал следует предварительно подсу-
шить, так как при содержании влаги более 0,1% ее выделение
при переработке приведет к образованию пузырей в изоляции;
это особенно часто бывает необходимо при переработке
полиамидов, композиций ПЭ, содержащих технический углерод,
и поливинилхлоридных пластикатов, особенно наполненных.
Наиболее эффективна сушка в вакууме, допускается сушка
в специальных устройствах, устанавливаемых на загрузочный
бункер экструдера или в специальных шкафах на поддонах.
гак как различные партии полимерных материалов могут
Несколько отличаться между собой по технологическим свой-
ствам, то для переработки должен поступать материал, строго
Рассортированный по партиям.
Технологический процесс нужно вести таким образом, чтобы
J ухудшить качество заготовки и полимерного материала.
'*атяжение кабельного изделия на всем протяжении от от-
дающего до приемного устройства не должно приводить
119
к необратимым деформациям, что может вызвать большие
усадки. Перегрев заготовки при нанесении наружных покрытий
может привести к деформации и даже к частичному оплавлении)
изоляции жил заготовки. Конструкции экструдера и особенно
головки должны быть такими, чтобы исключить возможность
образования зон, где перерабатываемый материал может
застраиваться, перегреваться и разлагаться, загрязняя изоляции)
продуктами деструкции. Уровень физико-механических и элек-
трических показателей в результате переработки материала,
как правило, не должен снижаться. К недопустимому снижению’
например, относительного удлинения при разрыве могут при’
вести слишком низкая температура расплава, охлаждение
расплава в матрице при соприкосновении с холодной заготов-
кой, чрезмерная вытяжка и резкое охлаждение изоляции после
выхода из головки.
Важнейшим требованием к процессу экструзии является
обеспечение требуемой формы и геометрических размеров:
толщины, диаметра и концентричности. Необходимо обеспечить
не только средний уровень этих . параметров, но и их
стабильность по длине кабельного изделия.
Нарушение режима охлаждения может приводить к об-
разованию усадочных раковин, что снижает напряжение воз-
никновения частичных разрядов. Чрезмерная вытяжка расплава
и тем более вытяжка уже охлажденного затвердевшего пласт-
массового слоя приводит к возникновению недопустимых
внутренних напряжений, что может вызвать большие усадки,
деформации внутреннего проводника и даже растрескивание
изоляции при термоударах. Технологический процесс должен
обеспечивать получение однородного полимерного покрытия
без разрывов с гладкой поверхностью.
Кроме указанных выше общих требований в ряде случаев
к технологическому процессу предъявляют специфические тре-
бования: степень сшивки (для сшивающихся композиций),
степень вспенивания (для вспенивающихся композиций), рав-
номерность окраски, адгезия и др.
Рассмотрим основные параметры технологического процесса
экструзии, правильный выбор которых позволяет выполнить
перечисленные выше требования. Часть этих параметров опре-
деляется конструкцией экструдера и всего агрегата, а часть
характеризует режим переработки. Из конструктивных парамет-
ров важнейшим является диаметр червяка, определяющий при
прочих равных условиях объемную производительность экст-
рудера (см. § 5.3).
При выборе размера экструдера можно пользоваться да8'
ными, приведенными на рис. 5.1. Конструкция червяка влияет
не только на производительность, но и на качество переработки
материала. К наиболее важным параметрам конструкции
120
Рис. 5.1. Производительность П экструдеров с различным диаметром червяка
в зависимости от частоты вращения червяка:
диаметры червяка, мм: 1—200; 2—150; 3—120; 4—90; 5 — 80; 6—60; 7—45
червяка относятся степень сжатия, длина зоны сжатия, наличие
или отсутствие насадок, улучшающих пластикацию, и барьеров,
отделяющих расплав от нерасплавленных гранул. Конструкция
червяка предопределяет профиль нарастания давления, что
непосредственно влияет на стабильность размеров готового
изделия. Решетка и сетки, устанавливаемые у входа в головку,
играют двоякую роль: во-первых, отфильтровывают от рас-
плава различные примеси, а во-вторых, создают противодав-
ление, способствующее лучшей гомогенизации материала.
Конструкция формующего инструмента (дорна и матрицы)
определяет форму готового изделия и, прежде всего, зависит
от способа наложения полимерного покрытия: трубкой или
с обжатием (под давлением). В первом случае в инструменте
происходит формование трубки, которая затем вытягивается
и осаживается на заготовку, а во втором случае наложение <
полимера на заготовку и его формование происходят внутри
инструмента.
Основными параметрами инструмента являются углы дорна
и матрицы, а также поперечный размер и длина формующей
части. Именно в формующем инструменте в расплаве раз-
виваются самые высокие деформирующие напряжения, которые
МогУт в определенных случаях приводить к разрушению
Расплава, что является причиной снижения качества изделий.
Нри изготовлении изделий сложной формы (например, плоских
с перемычкой между жилами и др.) особое значение приоб-
Ретает конструкция входа в формующую часть матрицы: при
121
неправильно сконструированном входе форма изделия искажу
ется.
Существенное влияние на качество оказывает систецц
нагрева и терморегулирования; она включает нагреватели
цилиндра и головки экструдера с приборами контроля и ре.
гулирования, систем охлаждения цилиндра, червяка и загрузок
ной зоны. Для некоторых материалов требуется особо точное
поддержание температуры; современные системы позволяю?
обеспечить отклонение в пределах не более + Г С. Охлаждение
загрузочной зоны необходимо для обеспечения стабильной
подачи гранул из загрузочного бункера в цилиндр экструдера.
Охлаждение червяка и цилиндра необходимо как для умень-
шения инерционности работы нагревателей, так и для отвода
излишнего тепла, выделяющегося из-за внутреннего трения
в полимере; в ряде случаев охлаждение червяка позволяет
оптимизировать режимы переработки. Для обеспечения необ-
ходимого качества существенны не только температура рас-
плава, но и профиль изменения температуры в экструдере.
Следующими важными параметрами технологического про-
цесса являются линейная скорость и режим охлаждения. При
изготовлении изоляции и оболочки методом экструзии скорость
процесса обычно ограничивается не производительностью эк-
струдера, а либо условиями охлаждения, либо сдвиговыми
напряжениями, развиваемыми в матрице. В следующих пара-
графах рассмотрены примеры выбора оптимальных значений
рассмотренных параметров.	Ц
5.2. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ
РАСПЛАВОВ ПОЛИМЕРОВ
Поскольку процесс переработки расплавов полимеров неиз-
бежно связан с течением расплавов под воздействием различных
сил, вызывающих в нем упругие, высокоэластические (зави-
сящие от времени) и пластические (необратимые) деформации,
то для исследования таких систем необходимо привлекать
реологию, которая изучает закономерности деформации и тече-
ния в материалах под воздействием механических напряжений.
Под воздействием приложенного гидростатического давления
расплав перемещается в направлении X от большего давления
к меньшему, при этом скорость перемещения vx зависит от
координаты Y, перпендикулярной направлению скорости
у стенок канала скорость слоев равна скорости стенки (т. е
около неподвижной стенки скорость равна нулю) и увеличива-
ется по мере удаления от нее. Перемещение слоев жидкости
относительно друг друга происходит под воздействием я8'
пряжения сдвига т. Градиент скорости называют скорость#
сдвига y—dvxjdY. Между напряжением и скоростью сдвига
122
рИ установившемся ламинарном течении существует следу-
ющая взаимосвязь:
x=-riY",	(5.1)
где Л—величина, зависящая от вязкости жидкости, а п зависит
оТ свойств жидкости. При п=1 уравнение (5.1) представляет
собой уравнение Ньютона, где т|—динамическая вязкость.
Для ньютоновских жидкостей т прямо пропорционально
У а Л зависит только от температуры и не зависит от
условий течения. Строго говоря, к ньютоновским относятся
только низкомолекулярные жидкости, а расплавы полимеров,
течение которых сопровождается сложными взаимодействиями
как между макромолекулами, так и между надмолекулярными
образованиями, характеризуются большей или меньшей зави-
симостью вязкости от скорости сдвига (аномалией вязкости),
у таких полимеров, как полиамиды, полиэтилентерефталат,
поликарбонат, аномалия вязкости выражена слабо (и%1). В то
же время у расплавов полиэтилена, пластифицированного
поливинилхлорида и других наблюдается сильная зависимость
г| от у, при этом Т] уменьшается с увеличением у, т. е. п > 1.
Для практических расчетов вводят понятие эффективной
вязкости и эффективной скорости сдвига, значение которых
несложно получить экспериментально, например по данным
полимерной вязкозиметрии. Из этих же данных определяют
энергию активации вязкого течения Е, которая характеризует
влияние температуры на вязкость по уравнению
r] = Tioe£/RT.	(5.2)
Чем выше энергия активации, тем сильнее влияет тем-
пература на вязкость. Значения Е (кДж/моль) для некоторых
полимеров составляют:
При у=0	При У = 1Оэс_*
ПЭНП .......S..................... 16	6
ПЭВП .......Г.,................... 28	10
ПВХ-пластикат .................... 40	16
С увеличением давления р вязкость увеличивается примерно
по закону т) = т)оехр(Рр); для полиэтилена Р = (1,2ч-1,4) • 10® Па.
Однако при дальнейшем увеличении давления в расплаве
начинаются процессы, аналогичные кристаллизации, и вязкость
Р^ко возрастает. Критическое давление зависит от темпера-
ТУРЬ1. Оно составляет, например, для ПЭ 60 МПа при +150° С
и 120 МПа при +165° С.
Таким образом, способность расплава течь характеризуют
Ривыми течения, связывающими т, у, р при различных
ТеМпературах.
В качестве примера практического использования реологи-
,еских данных рассмотрим установившийся ламинарный поток
.123
Рис. 5.2. К расчету параметров
в формующем канале матрицы
в формующей части матрицы
при изготовлении кабельного из-
делия (рис. 5.2), исходя из урав-
нения (5.1) и полагая для про-
стоты п = 1. В потоке расплава
выделим цилиндрический У эле-
мент толщиной dr и длиной dL
движущийся в направлении X на
расстоянии г от оси канала рав-
номерно и прямолинейно со ско-
ростью vr. На этот элемент воз-
действуют следующие силы: пе-
репад давления dp, действующий
на площадь 2itrdr; напряжение сдвига т, создающееся на
наружной поверхности элемента, равной 2n(r+dr)dL, и ока-
зывающее тормозящее действие, а также напряжение сдвига,
действующее на внутреннюю поверхность элемента 2itrdL,
Суммируя действующие силы, получаем исходное уравнение:
dp • 2itrdr — т2п (г + dr) dL + т • 2itrdL = 0.	(5,3)
После преобразования и интегрирования по г с учетом, что
dp р
— получаем

(5.4)
где	—постоянная интегрирования, определяемая из гранич-
ных условий, или с учетом (5.1)
ц 2 г )
(5.5)
Исходя из определения скорости сдвига и (5.5), запишем
дифференциальное уравнение скорости
dvr = --(75+—}dr,	(5.6)
q\L2 г )
интегрируя которое по г, получаем скорость потока на
расстоянии г от оси канала
rr=--(^+Ctlnr+C2\	(5.7)
Т] 4	/
Объемный расход, определяемый из dQ = vr2nrdr путем и0'
тегрирования, составляет
e-7[s^c''J(ri)+C15+c’]; (5"
124
Теперь по уравнениям (5.4)—(5.7), применяя соответствующие
граничные условия и определяя Сг—С3, можно рассчитать
ровные параметры потока в любой точке матрицы. Для общего
случая, показанного на рис. 5.1, граничные условия принимают
виД; ПРИ r~B2 vr — 0 и Qr — Q (полная объемная производитель-
ность), а при r = Rv, = w (линейная скорость жилы). Заметим, что
при w=0 получаем частный случай для потока в кольцевом канале,
а при Т?!=0—случай изготовления прутка. Опуская громоздкие
промежуточные вычисления, учитывая, что на практике объемную
производительность можно легко определить из равенства
Q = mw(Rl3a-R21)-rt,	(5.9)
где Rизд — наружный радиус готового изделия при +20° С,
а т — коэффициент увеличения объема материала в матрице,
равный отношению удельного объема материала при температуре
экструзии к удельному объему при + 20° С, и вводя обозначения
р=г//?1; в=*^± л=(№-1)(^±1+в\
2 in Л	\ 2	)
получаем расчетные формулы для показателей процесса эк-
струзии, приведенные в табл. 5.1. По приведенным формулам
могут быть рассчитаны напряжение и скорость сдвига в любой
точке сечения* формующего канала матрицы, их максимальные
значения (у стенки матрицы), а также скорость потока в любой
точке и объемная производительность.
Ниже приведены формулы для расчета максимальной
скорости сдвига у для каналов различной формы при п#1:
Форма канала	у.
Зи+1 Q
Цилиндрическая ........................................  —
п пЛ3
„	/	Зи+1/г’+я’
Коническая ....,...................,..................... =	О
2п kR3R3
...	,	2(2л+1) Q
'	п bh2
v	2л+1 Q
Кольцевая ......,........................ 2-----------------------
Отсюда нетрудно определить остальные параметры потока,
например Q и vr для цилиндрического канала:
е=
ПРПЯП2+3
2(л + 3)т]Лп’
п + 3 (Rn2+i-ra + 1)
2"-1(л+1) nRn+3
(5.10)
(5.И)
125
Таблица 5.1. Расчетные формулы для показателей процесса экструзии при различных условиях
выпрессоааним
Продолжение табл. 5.1
Показатель	Вид инструмента		
	для плотного наложения	для свободного наложения (трубкой)	Для прутка
Скорость сдвига уг	„	/ R22-Rl A Q — ЛИЦ 	— R? 1 , *	\21nJ?2/J?i	7 Г R22-Rjl	w n(R22-Rl)(Rl + Rl-^±l\^ r\nR2IR1] r\nR2/R1 \	lnR2/Rj	nA	А Q\ 2r	] 	\ rlnR2/R1J		4Qr nR2
Максималь-
ная скорость
сднига уК2
R1-R2! V
R22\nR2IRj
Напряжение
£ сдвига т.
Р R2-R2 \ ид]
. 4L\	rin R2/rJ + г In Л2/Л,
Р L R22'R21 '
4L _ r\nR2/Ri_
Рис. 5.3.' Эпюры распределения скоростей в формующем канале:
а—плотное наложение; 6—трубка; в—пруток
На рис. 5.3 приведены эпюры распределения скоростей
потока расплава в формующих каналах различных типов.
Следует обратить внимание на одно важное следствие
распределения скоростей по сечению потока при экструдирова-
нии изоляции кабеля. После выхода из матрицы тормозящее
влияние стенок канала прекращается, а на некотором удалении
от выхода из матрицы все слои полимера начинают двигаться
с одной и той же скоростью готв (скоростью отвода). Если
сопоставить готв со скоростями полимера в матрице для
изготовления прутка, то станет ясно, что
V' = 0>Vota>VR2,
' т. е. слои, находящиеся у стенки формующего канала, будут
«отставать», растягиваться (ориентироваться) и оказывать
тормозящее воздействие на выход прутка. В то же время
слои, находящиеся ближе к центру канала, будут «опережать»
отвод прутка, стремясь ускорить его выход из матрицы, а их
движение будет тормозиться прутком, вышедшим из матрицы.
В результате лишний материал будет перетекать к периферии,
усиливая разбухание экструдата. При наличии в центре фор-
> мующего канала жилы и отсутствии проскальзывания скорость
отвода будет задаваться скоростью жилы, поэтому
VR, ~ w ~ И отв > VR> К ,•
В результате слои, находящиеся на некотором удалении
от жилы будут «отставать», растягиваться, что приведет ।
к уменьшению сечения изоляции по сравнению с сечением
формующего канала, т. е. будет происходить как бы само-
вытягивание, самоориентация полимера. Рассмотренная схема
подтверждается экспериментально (рис. 5.4). При отсутствии
торможения и принудительного отвода жилы в условиях
эксперимента обнаружено снижение диаметра по изоляции,
которое составило 11 —16% при L]D~ 2 — 2,5 и 18—22% при
L/Z>= IO-;-15, что соответствует 20—35% вытяжки по сечению-
«Самовытяжка» возрастает с увеличением длины формующей
части матрицы, угла входа в формующую часть матрииьЬ
а также температуры расплава, и несколько уменьшаете*
128
рис. 5.4. Влияние технологических факторов на самопроизвольный диаметр £>с:
а_ПЭНП: температура расплава Г„=180 С, частота вращения червяка и= 15 об/мин;
пиаметр матрицы £>м, мм: 1 — 5,8; 2—5,4; 3—5,0; 4—4,6 (L—длина матрицы);
б—ПЭНП; Р„ = 4,6мм; Д = 75 мм; Гр. °C: 5—180; 6 — 220; 7—200
с увеличением производительности и расстояния от дорна до
входа в формующую часть матрицы.
При разработке технологии переработки следует учитывать
такие реологические свойства, как эластическую турбулентность
(неустойчивое течение), эластическое восстановление (разбуха-
ние) расплава, способность к вытяжке и др. Неустойчивое
течение расплава наблюдают при высоких скоростях экструзии;
сначала появляется матовость поверхности, затем с увеличе-
нием скорости поверхность экструдата становится более ше-
роховатой (при этом говорят о возникновении дефекта типа
«кожуры апельсина») или экструдат принимает винтообразную
форму. Дальнейшее увеличение скорости приводит к появлению
периодических дефектов типа «поверхность бамбука», и, на-
конец, расплав распадается на части и появляются нарушения
сплошности покрытия. Режимы, при которых наблюдается
начало искажения расплава, называют критическими. Они
характеризуются двумя факторами: ткр и укр. Считается, что
эти два фактора приводят к возникновению неустойчивого
течения. Влияние первого сказывается в том, что при высоких
скоростях и малых сечениях канала максимальное напряжение
сдвига у поверхности матрицы настолько возрастает, что
пРоисходит разрыв потока и местное проскальзывание рас-
плава— в этот момент снижается напряжение сдвига. Затем
вновь происходит сцепление расплава, и процесс повторяется,
Чт° приводит к наблюдаемым дефектам.
Вторым фактором, вызывающим неустойчивость течения,
является значительная эластическая деформация в местах
Умения сечения потока, которая возрастает с увеличением
^Ла входа. Критические режимы течения особенно важно
”итывать как при изолировании на высоких скоростях
5 3|25	170
проводов малых размеров, так и при переработке материалов!
имеющих низкие значения укр (некоторые фторполимерц
и высоконаполненные пластмассы).
Для предотвращения неустойчивого течения использукц
несколько способов. Во-первых, можно повысить температур,,
расплава, что снизит вязкость и напряжение сдвига, а тдд^
сократит время релаксации. Во-вторых, следует применять
матрицы с малым углом входа (при уменьшении угла входа
от 90 до 20° критическая скорость сдвига увеличивается в 3~~.j
раз) или с конической формующей частью с конусностью
3—6°. При применении таких матриц для изготовления
полиэтиленовой изоляции жил городских телефонных кабелей
получают приемлемое качество при скоростях сдвига порядка
105—106 с . И наконец, третьим способом является примене-
ние наложения изоляции методом трубки, когда площадь
поперечного сечения между дорном и матрицей существенно
выше, чем у изоляции; в этом случае расплав преходит через
формующий инструмент с небольшой скоростью, а окончатель-
ное формование происходит при вытяжке трубки, образованной
расплавом.
О явлении эластического восстановления, приводящем к раз-
буханию экструдата, уже упоминалось ранее. Причиной раз-
бухания является накопление упругих деформаций как на
входе в формующую часть матрицы, так и при ориентации
макромолекул в самой формующей части; в результате воз-
никают нормальные напряжения, приводящие к разбуханию.
В чистом виде это явление можно обнаружить, если экструдат
выходит из инструмента самопроизвольно, т. е. не тормозится
и не отводится принудительно, поскольку в реальных условиях
экструзии он может нивелироваться благодаря вытяжке. Тем
не менее эластическое восстановление необходимо учитывать
при проектировании формующего инструмента.
При прохождении расплава по формующему каналу проис-
ходят два конкурирующих процесса, определяющих разбухание:
во-первых, ориентация макромолекул и накопление нормальных
напряжений и, во-вторых, релаксация накопленных напряжений
из-за теплового движения. Итог этих двух процессов и пред-
, определяет разбухание.
Многочисленными экспериментами установлено, что зави-
симость разбухания от скорости сдвига проходит через мак-
симум, значение которого с ростом температуры увеличивается,
а максимальное разбухание сдвигается в область болыни*
скоростей сдвига. Поэтому в области относительно низки*
скоростей с ростом температуры разбухание уменьшаете*
а при высоких, наоборот, увеличивается. Поскольку
увеличении длины формующей части возрастает время Д^
протекания релаксационных процессов, то при этом наблЮД3'
130
тсЯ снижение разбухания. Если экструдат после выхода из
формующего инструмента быстро охладить, т. е. не дать
’оЗМожности разбуханию реализоваться, то тем самым в нем
останутся замороженные внутренние напряжения, которые
проявятся при последующей эксплуатации в виде искажения
первоначальной формы, усадки и т. п. При этом чем выше
температура, тем больше искажения и тем быстрее они
реализуются; полностью эластическое восстановление в этом
случае проявится при нагревании экструдата выше температуры
плавления.
рассмотрим на примерах, как следует учитывать эластичес-
кое восстановление при конструировании формующего инст-
румента. При экструзии изделий круглого сечения разбухание
можно в определенных пределах компенсировать вытяжкой.
Сложнее обстоит дело при экструзии изделий более сложной
формы (рис. 5.5). Если для изготовления прутка прямоуголь-
ного сечения использовать формующий инструмент [1], у ко-
торого входная часть А имеет коническую поверхность,
а формующая часть Б представляет в сечении прямоугольник
[2], то экструдат будет иметь форму в виде овала со
скругленными краями [3], так как длина формующей части
у краев будет больше, чем в центре (L2>L), а напряжение
сдвига, следовательно, меньше. Для получения правильной
формы следует изменить сечение формующего канала инст-
румента [4].
Однако проще изменить не сечение формующего канала,
а скорректировать длину формующей части и входную зону
так, чтобы отношение длины канала к его длине (или радиуса
к длине) в различных участках оставалось постоянным [5].
Та же ошибка при изолировании установочных двухжильных
проводов с перемычкой приводит к перерасходу материала
из-за утолщения перемычки в ее центральной части.
Остановимся кратко еще на одном явлении, происходящем
при течении полимеров. При сдвиговом течении затрачиваемая
t’nc С г
5- Формирующие части матрицы, ие учитывающие (7—3) и учитывающие
(4 и 5) разбухание
131
механическая энергия из-за внутреннего трения частично пре.
вращается в тепловую, что вызывает повышение температур^
расплава. Нетрудно показать, что выделяемая энергия равна
отношению квадрата напряжения сдвига к вязкости. А посколь.
ку напряжение сдвига, как показано выше, зависит от коор.
динаты, перпендикулярной направлению движения потока
и достигает максимума у стенки канала, то и увеличение
температуры из-за внутреннего трения будет максимальны^
вблизи стенки матрицы. Экспериментально установлено, что
приращение температуры может достигать нескольких десятков
и даже сотни градусов.
5.3. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
ЭКСТРУДЕРА
Экструдеры, или червячные прессы,—это один из типов
кабельного оборудования, предназначенного для наложения
полимерных материалов методом экструзии. На рис. 5.6 по-
казаны общий вид и принципиальная схема экструдера.
Перерабатываемый материал периодически загружается или
непрерывно подается, например с помощью системы пнев-
моподачи, в загрузочную воронку экструдера. Этот материал
может иметь форму гранул (полиэтилен, поливинихлоридный
пластикат, фторполимеры) или лент (резина). В цилиндре
перерабатываемый материал захватывается червяком, име-
ющим винтовую нарезку, и перемещается вдоль оси по
Рис. 5.6. Принципиальная схема экструдера:	.
1 — загрузочная воронка; 2— перерабатываемый материал; 3—червяк; 4— втулка; -г
цилиндр; 6—нагреватели; 7—сетки; 8—решетка; 9—головка пресса; 10—дорн; (L
матрица; 12—накладываемый слой изоляции или оболочки; 13 — токопроводящая
или заготовка; 14 — насадка червяка; 15 — охлаждающий воздух; 16 — вентилятор; ‘'
приводной электродвигатель; 18—система приводных шестерен
132
^правлению к головке. Внутри цилиндра находится плотно
запрессованная в него втулка, которая изготовляется из
коррозионно-стойкой стали. По мере продвижения внутри
цилиндра перерабатываемый материал нагревается и постепен-
но размягчается. Разогрев материала происходит как за счет
механических усилий, возникающих в винтовом канале нарезки
червяка, так и за счет нагревателей, расположенных между
втулкой и цилиндром. Иногда используется нагрев индукци-
онного типа. С наружной поверхности цилиндр охлаждается
с помощью воздуха, подаваемого вентилятором, или воды,
циркулирующей в каналах над поверхностью цилиндра.
Внутри втулки цилиндра расположен червяк, типовая кон-
струкция которого показана на рис. 5.7. Червяк имеет по
всей длине винтовую нарезку, и при вращении червяка
перерабатываемый материал захватывается и перемещается
благодаря силе трения вдоль винтовой нарезки по направлению
к головке. В зависимости от направления экструдера, в котором
применяется червяк, конструкции последнего различны. Ос-
новным параметром червяка является соотношение его рабочей
длины L и диаметра D. Отношение L/D для червяков,
применяемых в кабельном производстве, находится в пределах
от 4 до 25. Червяк приводится во вращение через систему
шестерен от электродвигателя постоянного тока с тиристорным
управлением, что обеспечивает плавную регулировку скорости
и поддержание ее постоянной с высокой точностью. Крепление
червяка в цилиндре экструдера консольное—возникающие
значительные осевые нагрузки воспринимаются подшипниками.
По длине экструдер может быть разделен на три зоны,
в каждой из которых перерабатываемый материал находится
в различном состоянии: зона I—зона загрузки, зона II—зона
сжатия, зона III—зона выдавливания — дозирующая.
В зоне I, расположенной непосредственно после загрузочной
воронки, поливинилхлоридный пластикат или полиэтилен на-
ходится еще в форме гранул. По мере движения вдоль
винтовой нарезки перерабатываемый материал размягчается
и в зоне II представляет собой смесь гранул и расплава.
В зоне III материал находится уже в состоянии расплава.
На выходе зоны III экструдера расплав полимера выдавлива-
ется из цилиндра в головку и поступает к формующему
инструменту, образующему кольцевой зазор,—дорну и мат-
Н«с. 5.7. Типовая конструкция червяка, применяемого в экструзионных аг-
регатах для кабельной техники
133
рице, внутри которых непрерывно движется изолируемая
токопроводящая жила или полуфабрикат кабеля.
Расплав полимера фильтруется через сменный пакет метал,
лических сеток, размещаемых между цилиндром и головкой.
Повышение давления в головке обеспечивается с помощью
решетки с отверстиями, разбивающей поток расплава полимера
на много потоков меньшего сечения (по числу отверстий).
Решетка находится непосредственно за сетками по направлению
движения к головке. На конце червяка расположена насадка,
назначение которой—способствовать более равномерному тече-
нию расплава полимера, исключающему образование застойных
зон, в которых скорость движения расплава равна нулю. Как
правило, насадка имеет на поверхности кольцевую нарезку.
При вращении из-за сил трения червяк нагревается и поэтому
охлаждается с помощью холодной дистиллированной воды,
протекающей в его теле через трубки, расположенные в про-
дольных проточках.
Так как полимер в различных зонах экструдера находится
в различном состоянии и имеет различную плотность, то
объем витков червяка в зоне I больше, чем в зоне III.
Отношение этих объемов называется компрессией, или степе-
нью сжатия, и количественно равно отношению плотности
расплава к насыпной массе гранул. Компрессия в червяках
для переработки пластмасс осуществляется, как правило, путем
изменения глубины винтовой нарезки при постоянном по
длине червяка шаге нарезки, а в червяках для переработки
резиновых смесей чаще всего используется убывающий шаг
нарезки. При выборке материалов для червяка стремятся
к тому, чтобы сила трения между поверхностью червяка
и расплавом полимера была минимальной, а между поверх-
ностью червяка и втулкой цилиндра — максимальной.
Рассмотрим изменение давления по пути движения расплава
вдоль оси червяка. Перерабатываемый материал при перемеще-
нии из зоны I в зоне III испытывает сопротивление продвиже-,
нию, складывающееся в результате действия сил трения
о стенки кольцевой нарезки и поверхность втулки цилиндра
и сил сопротивления, оказываемых элементами головки (ин-
струмент, сетки и т. д.). Поэтому, если на входе в цилиндр
в зоне загрузки давление равно атмосферному, то в зоне III
и в головке оно повышается в десятки раз. Увеличению
давления по длине червяка способствует также наличие ком-
прессии. Изменение давления вдоль оси червяка показано на
рис. 5.8.
При проведении расчетов, связанных с течением расплава
полимера, как правило, пренебрегают изменением давления
в зонах I и II, принимая за противодавление Др разность
между давлением р2 на выходе в головку и давлением pi на
134
Рис. 5.8. Изменение давления вдоль оси червяка:
- зоны: /—загрузки; //—переходная; ///—дозирующая
входе в Зону III, которое в этом случае принимается равным
атмосферному:
^P=Pi-Pi-	(5.12)
С одной стороны, наличие противодавления снижает произ-
водительность экструдера, с другой—способствует получению
более плотной и гомогенной изоляции, препятствует образова-
нию в изоляции воздушных включений.
Расчет производительности Q экструдера основан на при-
нципе наложения трех потоков расплава полимера в цилиндре,
относящихся к единице времени: прямого Q„g, обратного
бобр и утечки бут. Схема, приведенная на рис. 5.9, показывает
направления этих потоков; на схеме приведены также обозначе-
ния, которые будут использованы в дальнейшем при выводе
расчетных аналитических выражений [4].
Очевидно, что результирующий поток в единицу времени, •
или производительность экструдера, составит
е=еПР-ео6Р-еУТ.	(5.13)
Прямой поток создается при вращении червяка и протекает
® направлении скорости v0, как это показано на схеме.
Обратный поток направлен противоположно прямому потоку
и возникает как следствие противодавления в цилиндре.
Противодавление создает и поток утечки, но этот поток
в°зникает в зазоре между гребнем нарезки червяка и втулкой
135
цилиндра, необходимом для свободного вращения червяка.
Естественно, что фактически существует единый поток расплава
Q, который движется от загрузочной воронки к головке,
а обратный поток и поток утечки лишь уменьшают этот
общий поток и, следовательно, сжимают производительность
экструдера.
В общем случае течение жидкости описывается линейным
дифференциальным уравнением Навье—Стокса:
gradp = |iAv,	(5.14)
где р—локальное давление; р.—вязкость; v — вектор локальной
скорости расплава полимера; А — оператор Лапласа.
Если считать, что характер движения расплава полимера
ламинарный, а сам расплав представляет собой несжимаемую
изотропную жидкость, то для движения расплава по оси X со
скоростью vx, т. е. вдоль кольцевого канала червяка, уравнение
(5.14) может быть представлено в следующей форме:
др I S2vx 32рД Svx бц Svx дц
дх JySz2 ду2 J dz dz~l~ ду Sy
(5.15)
В представленной форме уравнение не требует, чтобы
жидкость — расплав полимера — обладала ньютоновскими свой-
ствами, а процесс был изотермичен. Это объясняется тем,
что вязкость зависит от положения элемента жидкости в канале
и определяется температурой и градиентом скорости в рас-
сматриваемой точке. Однако решение уравнения в общем виде
крайне затруднено, и поэтому делается ряд допущений, по-
зволяющих в дальнейшем получить инженерные формулы для
расчета производительности экструдера.
Учитывая, что вязкость расплава незначительно изменяется
в поперечном сечении канала, т. е. d}i/8z=0, можно упростить
(5.15) следующим образом:
136
др_ (d2vx <32vx\ dvx др
дх dz2 + dy2 J + dy dy
(5.16)
Далее, считая, что температура расплава по всей площади
сечения постоянна (изотермический режим), можно предполо-
жить постоянство вязкости расплава по поперечному сечению.
Тогда 5p/Sy=0, а
др (d2vx d2v\
(5.17)'
Кроме того, можно пренебречь изменением скорости течения
по оси d2vxfdz2 = 0. Это полностью справедливо для червяков
с малым отношением глубины нарезки к его ширине (hib).
Тогда d2vx/dz2 = Q или
др_ <32рх д2их_\др
дх ду2 ’ ду2 ц дх'
(5-18)
Полученное выражение (5.18) относится к одномерному
течению расплава в канале червяка, причем после сделанных
допущений расплав должен рассматриваться как ньютоновская
жидкость.
Как указывалось выше, в реальном экструдере изменение
давления по длине дозирующей зоны принимается линейным.
В этом случае
8Р ~^Р _Р2~Р1
дх Ах La
где Ьд—длина дозирующей зоны.
Следовательно, если обозначить - — как М, то
ц Ах
d2vx 1 Ар.
ду ц Ах
(5.19)
После двукратного интегрирования получаем
v = My2/2 + Ау+В.	(5.20)
Граничные условия, необходимые для определения постоян-
Я и В в (5.20), могут быть сформулированы следующим
°°Разом. Прежде всего условно примем, что червяк непо-
движен, а цилиндр вращается вокруг него в сторону, про-
Ивоположную направлению червяка, при этом относительное
’еРемещение червяка, расплава полимера и цилиндра не
Меняется. Тогда при у = 0 v = 0, а при y = h v = v0. Поэтому
В = 0 и A = v0/h — Mb/2.
(5-21)
137
У
Рис. 5.10. Эпюры скоростей прямого, обратного И результирующего потоков
в канале червяка
_	,, 1 Др 
С учетом того, что М~~—находим
ц Дх
hy-y2hp
h 2ц Дх
(5.22)
В (5.22) первое слагаемое представляет собой скорость прямого
потока, а второе—скорость обратного потока, при этом
потоком утечки пренебрегаем.
Графически выражение (5.22) можно интерпретировать в ви-
де эпюры скоростей, как это показано на рис. 5.10.
Для того чтобы выразить объемную производительность
экструдера через параметры экструдера, прежде всего рас-
смотрим схему канала червяка с движущимся в нем потоком
расплава (рис. 5.11).
Элементарный объемный расход материала в единиц}'
времени AQ, или производительность в рамках элементарного
Рис. 5.11. Схема канала червяка с движущимся в нем ( потоком расплав3
138
участка AS может быть выражена через скорость потока vt на
элементарном участке:
Ag,=vt A S=vtb&y.	(5.23)
Я
рассматривая Q как lim £Ag£ при л-+со (Ау->0) и переходя
i= 1
к бесконечно малым приращениям, получаем:
h
Q = ^ibdy.	(5.24)
о
С учетом (5.22)
(5.25)
2	12ц Ах
Далее выражаем и0, b и Ар/Ах через параметры экструдера:
частоту вращения п, диаметр червяка D, длину червяка
L й параметры винтовой нарезки:
Oo = 7tZ>«cos(p.	(5.26)
Если обозначить расстояние вдоль оси червяка, соответст-
вующее расстоянию Ах по оси канала червяка, как AZ, то
A/=Axsin<p и Ax = A//sin<p.	(5.27)
Из анализа рис. 5.10 следует, что
b — (a — b') cos <р и a = nPtgq>.
Считая, что Ь’с:а. получаем
7> = nPsinq>.	(5.28)
С учетом (5.26)—(5.28) находим	'
ff2Z>2w2sin<pcos(pft TtZ>sin2<p^3 Др
2	12ц ДУ’
Выражение (5.29) не учитывает влияния потока утечки. С учетом
потока утечки
__n2Z)2n2sin<pcos<p, n£>sin2<p 3Др n2D283tg(p Др
У	h	12^, ду- ( 	)
Обозначим длину дозирующей зоны экструдера Ll2 и давление
Массы соответственно в начале и конце дозирующей зоны
Как Pi и р2. Тогда, считая, что давление увеличивается
с Начала дозирующей зоны, а в загрузочной и переходной
^°Нах давление равно атмосферному и изменение давления
остоянно по длине потока, получаем
Ap/A/=(p2-A)/Z12.	(5.31)
139
Обычно для упрощения вводятся обозначения
. rt2Z>2Asin<pcos<p -ч
А-----------------------------------2--------;
7rZ)/i3sin2q)
В \2ЦГ~'	>
c_7t3D383tg<p
\2Ь' Ъц
Поэтому уравнение (5.30) может быть представлено следующим
образом:
Q = An-(B+C)Aplp. -	(5.33)
Коэффициенты А, В и С определяются только геометрией
червяка и цилиндра, т. е. они постоянны для данного типа
экструдера при использовании одного й того же червяка.
Противодавление Др зависит от параметров головки экст-
рудера.
Известно, что количество массы, проходящей через фор-
мующий инструмент в головке, прямо пропорционально пе-
репаду давления в головке и обратно пропорционально
эффективной вязкости материала и сопротивлению протекания,
которое зависит от профиля и размеров данного канала.
Поэтому производительность экструдера может быть опре-
делена как
Q = bp!pR,
(5-34)
где R—сопротивление протекания в канале.
При расчетах чаще пользуются, однако, величиной, обрат-
ной сопротивлению протеканию к = 1 /R, так называемой посто-
янной сопротивления канала. Тогда
Q = ^pk/p.	(5.35)
Принимая, что перепады давлений и вязкость расплава по
длине дозирующей зоны и длине головки равны, и приравнивая
(5.33) и (5.35), получаем
е=—
l + r(S+C)
К
(5.36)
Из выражения (5.36) нетрудно видеть, что производитель-
ность экструдера при сделанных допущениях определяете»
только частотой вращения и геометрией червяка, головк”
и формующего инструмента.
140
Когда вязкость расплава в дозирующей зоне щ и
неодинакова, что обычно и бывает на практике,
щаемых уравнений приобретает следующий вид:
pr
ре
бчерв=Ап - (В+С) &р/цч;
Q ГОЛ	/ Рг*
головке
система
(5.37)
В этом случае, приравнивая (?ЧерВ и (?гол, получаем
Л ft
0—,-----------.	(5.38)
1+у(В+С)^
к рч
Это выражение позволяет несколько уточнить результаты,
полученные при использовании (5.36). Из анализа (5.36) следует,
что если головка отсутствует и масса вытекает свободно
(Др = 0), то имеет место случай максимальной теоретической
производительности экструдера:
Qmax = An.
Наоборот, если головка закрыта (Q = 0), то
Ли = (В+С)Др/щ
В этом случае противодавление максимально:
&ртах = Апр/(В+С).	(5.39)
Выражение (5.39) используется при расчете крепления голов-
ки к экструдеру.
Имеется ряд уточненных методов расчета производитель-
ности экструдера, позволяющих учесть влияние некоторых
факторов, не учитываемых при расчете производительности
в соответствии с (5.38).
Например, если значения Ь' и а соизмеримы, а это
справедливо для некоторых случаев экструзии полимерных
материалов, то
n2D2h(l—sin <р cos ср. '
тс Dh 3 (1 — b'/а) sin 2 ф
12L12
(5.40)
Еще более точные результаты могут быть получены, если
Учитывать зависимость вязкости расплава полимера от гради-
ента скорости, или скорости сдвига, однако при этом необ-
ходимо иметь более широкий спектр экспериментальных дан-
НЬ1Х и проведение расчетов существенно усложняется.
141
С учетом вышеизложенного расчета производительности
экструдера при изготовлении кабельных изделий состоит
следующих этапов.
1.	В соответствии с требованиями технической докумец.
тации на заданный кабель, провод или полуфабрикат определи,
ются диаметры токопроводящей жилы и диаметр по изоляция
(при изолировании) или диаметр кабельной заготовки под
оболочкой и наружный диаметр по оболочке (при ошлангова.
нии). По конструктивным параметрам выбирается тип экст-
рудера, так как каждый тип экструдера можно использовать
для изолирования токопроводящих жил или ошлангования
заготовок на определенном диапазоне диаметров.
2.	На основании технических характеристик экструдера
выбираются следующие параметры: частота вращения червякй
п, длина дозирующей зоны £12, глубина нарезки червяка
в дозирующей зоне h, шаг нарезки а, ширина гребня нарезка
Ь', зазор между гребнем нарезки и втулкой цилиндра 8, угол
нарезки <р, температурный режим по зонам экструдера.
3.	В соответствии с рекомендациями, содержащимися
в гл. 5, 6, выбираются рабочий инструмент, а также конст-
руктивные размеры дорна, матрицы, решетки и сеток.
4.	Предварительно рассчитывается производительность эк-
струдера в соответствии с (5.36). Сначала определяются
значения коэффициентов А, В и С. Значение постоянной
головки, входящей в (5.36), рассчитывается как
(5.42)
где к3—к3—постоянные решетки, кольцевого конического
перехода дорна, цилиндрического зазора между дорном и мат-
рицей.
1- 128ДР ’
где т—число отверстий в решетке; J0TB—диаметр
Ар—толщина решетки.
отверстия;
Обозначения очевидны из рис. 5.12.
(5.43)
(5.44)
£3 = тЧрА3/12£м.
Вязкость расплава зависит от скорости сдвига, и этй
зависимости экспериментально определены для всех матерй'
142
,]0Bj перерабатываемых в
кабельной промышленности
методом экструзии.
Скорость сдвига в кана-
пе червяка
уч = лЛп/й.	(5.45)
Для определения цг и цч
в первом приближении счи-
таем скорости сдвига в ка-
нале червяка и головке при-
мерно равными.
После предварительного
расчета производительности
экструдера gnp значения
скоростей сдвига и вязкости
по участкам головки уточ-
няются.
В решетке скорость сдвига рассчитывается следующим
образом:
Y1 = 32 бпр/тл ^тв.	(5.46)
По значению уц по экспериментальным графикам определя-
ется уточненное значение щ (в решетке) и, следовательно,
перепад давления расплава в решетке:
Рис. 5.12. Схема дорна и матрицы и обо-,
значения, используемые при расчете по-
ДРреш 6прЦ1/^1-	(5-47)
Аналогично для конического перехода скорость сдвига
л (7?
ср. вх + 7?ср
. вых )(8вх + 8
вых)
И для конического перехода, как и для решетки,, определя-
ются вязкость расплава ц2 и перепад давления:
А/\Он. пер 6npPz/^2-	(5-49)
Соответственно для матрицы в зоне цилиндрического
перехода
v - 3 Д2(лб/Ср+Д)	(5.50)
А/’матр^бпрРз/^З-	(5.51)
Общий перепад давления в головке	
Др= f	I'p i=l	>=1Л<	(5.52)
Г43
Уточненное значение производительности экструдера
Ап
6=н(д+с)у^	5,53)
Иг
Полученное значение Q должно отличаться от gnp Ве
более чем на 10%. Если отличие превышает 10%, то проводится
второе уточнение расчета скоростей сдвига и вязкостей расплава
до тех пор, пока расхождение полученных результатов це
превышает 10%.
5.	По полученному значению производительности экстру,
дера рассчитывается линейная скорость наложения полимерного
покрытия гл:
v„ = Q/S,	(5.54)
где 5—поперечное сечение накладываемого покрытия.
После проведения расчета производительности проверяется,
не превышает ли рассчитанное значение Q паспортной произ-
водительности выбранного экструдера. Если полученное значе-
ние Q превышает паспортную производительность пресса,
необходимо либо снизить частоту вращения червяка и, если
это возможно, либо провести расчет повторно и выбрать
экструдер с большим диаметром червяка.
5.4.	КЛАССИФИКАЦИЯ ЭКСТРУДЕРОВ
И ИХ КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
В кабельной промышленности используются одночервячные
прессы, которые в зависимости от взаимного положения
центральных осей червяка и токопроводящей жилы или
заготовки, проходящих через головку, могут быть разделены
на экструдеры с прямоугольной головкой, с косоугольной
головкой и прямоточные.
Экструдеры с прямоугольной головкой чаще применяют
на кабельных заводах, так как они наиболее удобны в экс-
плуатации, их легко выполнить откидными, что обеспечивает
смену формующего инструмента, фильтрующих сеток и решет-
ки. При применении прямоугольных головок, в которых угол
между осью червяка и жилы заготовки составляет 90°, проще
производить чистку червяка и головки. Схема прямоугольной
головки и общий вид экструдера с прямоугольной головкой
показаны на рис. 5.13. Однако в прямоугольной головке поток
перерабатываемого материала испытывает поворот на 90,
что осложняет центровку изоляции.
Ось косоугольной головки экструдера (рис. 5.14) располо-
жена по отношению к оси червяка под углом 40—60°. Это
144
Рис. 5.13. Схема прямоугольной головки и общий вид экструдера с прямо-
\	угольной головкой:
/—дорн; 2—матрица; 3—перерабатываемый материал; 4 — червяк; 5—цилиндр; 6—
токопроводящая жила или заготовка
позволяет уменьшить угол поворота расплава при выходе из
цилиндра, несколько выравнивает путь расплава. Однако
косоугольные головки имеют увеличенный объем. Так же как
и прямоугольные, они должны быть откидными для удобства
в эксплуатации.
При увеличении объема головки в целом одновременно
увеличивается и объем каналов, через которые проходит
; Рис. 5.14. Схема
4oPH; 2—матрица;
10 3125
и общий вид экструдера с косоугольной головкой:
3—перерабатываемый материал; 4— червяк; 5—цилиндр; 6—
токопроводящая жила или заготовка
145
I
расплав, что приводит к повышению вероятности образовали,
«мертвых» зон, где скорость потока заметно снижается. Эт0
может привести к застойным явлениям, выражающимся в ча>
стичном разложении полимерного материала и получения
некачественной изоляции (инородные включения, шерохова.
тость поверхности и т. д.).
В прямоточных экструдерах (рис. 5.15) поворота потока
расплава не происходит. Поэтому при использовании прямотой,
ных экструдеров легче всего достигается равномерное ц0
толщине наложение покрытия. Но заправка экструдера и его
чистка заметно усложняются, так как дорн находится на
вращающемся червяке. Поэтому прямоточные экструдеры при-
меняются в том случае, когда отверстие в дорне не требуется
(производство трубок, нитей, пленок и т. п.).
Выпускаемые для кабельной промышленности экструдеры
различаются прежде всего по диаметру червяка и клас-
сифицируются в размерный ряд именно по этому принципу;
20, 32, 45, 63, 90, 125, 160, 200 мм. В ряде случаев используются
также мощные экструдеры с диаметром шнека 250 мм, которые
выпускаются по индивидуальным заказам. Частота вращения
и производительность экструдеров, применяемых в кабельном
производстве, приведены в табл. 5.2. Следует учитывать, что
в таблице приведены ориентировочные значения производитель-
ности. Фактическое значение может отличаться от указанных
и определяется реологическими характеристиками перерабаты-
ваемого материала, размерами формующего инструмента и тре-
бованиями к качеству изделия.
Червяк экструдера охлаждается водой, циркулирующей
в трубе, расположенной в специальном канале внутри червяка.
Цилиндр экструдера охлаждается либо воздухом, либо водой.
Водяное охлаждение более интенсивное, однако воздушное
Рис. 5.15. Схема и общий вид прямоточной головки:	,
I—дорн; 2—матрица; 3—перерабатываемый материал; 4—червяк; 5—цилиндр:
токопроводящая жила или заготовка
146
J
ица 5.2. Диапазон регулирования частоты вращении червяков экструдеров
и производительность экструдеров
Показатель	Диаметр червяка, мм						
	32	45	60	90	125	160	200
^пазон регулиро- вания частоты вра- щения, об/мин Производительность „ри переработке по-	5—60	10—150	16—160	6—120	10—100	9—90	5—80
	25	50	115	200	300	550	760
пиэтилена низкой плотности, кг/ч Производительность при переработке по-	30	60	135	240	350	650	900
							
1Ивинилхлорндного пластиката, кг/ч							
охлаждение позволяет проще обеспечивать постоянство задан-
ной температуры по зонам цилиндра экструдера. При водяном
охлаждении экструдер снабжается системой труб, располагав
емых рядом с нагревательными элементами. В эту систему
из бака, выполненного из нержавеющей стали, с помощью
насоса подается дистиллированная вода. Бак с насосом, как
правило, располагается под цилиндром экструдера.
Регулирование систем охлаждения обычно взаимосвязано
с регулированием систем обогрева. Это позволяет снизить
динамические нагрузки на нагревательные элементы и повысить
их ресурс, обеспечить высокую точность поддержания заданной
температуры. Одновременно представляется возможным исклю-
чить разложение расплава полимера даже при остановке червяка.
Для обеспечения высокого качества наложения шланга
и повышения производительности используется вакуумирование
головки и цилиндра экструдера. В частности, экструдеры,
изготовляемые комбинатом SKET (ФРГ), снабжаются вакуум-
агрегатом, соединительным шлангом с устройством регули-
рования степени вакуума и прибором, показывающим остаточ-
ное давление (обычно оно не превышает 8 кПа).
Экструдеры, изготовляемые фирмой Reifenhauser (ФРГ),
снабжаются системами вакуумирования двух типов: с отделе-
нием и последующей очисткой выделяющихся при экструди-
Ровании газов и более простыми — с непосредственным вы-
носом выделяющихся газов в атмосферу (рис. 5.16). Общий
ВйД применяемого вакуум-агрегата показан на рис. 5.17.
При наличии системы отделения газов выделяющиеся газы
^лаждаются с помощью воды, циркулирующей по змеевику,
у Конденсируются с образованием жидкой и твердой фаз.
РУбопроводы и вентили, соприкасающиеся с газами, выпол-
нен коррозионно-стойкими.
147
С отделением
газов
Подвод охлазк\^
дающей жид- \
кости и под- ‘°
ключение ва-
куумного насоса
Рис. 5.16. • Системы вакуумирования экструдеров фирмы Reifenhauser (ФРГ);
I—окно со стеклом для наблюдения за процессом; 2—вентиль регулировки давления;
3—вакуумметр; 4—гофрированный шланг; 5—тройник; 6—отделитель; 7—охлаждение;
8—вентиль разрежения; 9—обогрев (повторное плавание); 10—воздушный вентиль
С'концевым выключателем; 11— инжектор газа; 12—воздушный вентиль; 13—кольцевой
жидкостный насос; 14—двигатель переменного тока; 15 — ресивер давления; 16—элек-
тромагнитный вентиль
Экструдеры для переработки резиновых смесей имеют ряд
особенностей. Эти особенности обусловлены тем, что в отличие
от пластмасс резиновые смеси являются многокомпонентными,
причем эти компоненты находятся как в твердом, так и в жид-
ком состоянии. Известно, что в состав резиновых смесей
входят каучук, минеральные и углеродные наполнители, жидкие
мягчители и т. д. Кроме того, наличие в составе резиновых
смесей вулканизующих агентов не позволяет поднять тем-
пературу в цилиндре и головке выше 50—90° С во избежание
преждевременной вулканизации резиновой смеси. Поэтому
экструдеры для переработки резиновых смесей имеют более
короткие червяки с отношением длины червяка к его диаметру
£/£> = 44-12. Практически в цилиндре и головке экструдеров
для переработки резиновых смесей протекают процессы, ко-
торые характерны для загрузочной зоны экструдеров №
переработки пластмасс.
Следует отметить некоторые особенности червяков экст-
рудеров для переработки резиновых смесей, кроме упомянуто»
короткой длины:
1)	глубина нарезки находится в пределах 0,15—0,25 диамет-
ра червяка, в то время как у червяков для переработки пластмасС
эта глубина существенно меньше (0,05—0,15 диаметра червяка)-
148
Рис. 5.17. Общий вид вакуум-агрегата к экструдеру
2)	червяки, как правило, выполняются двух- или трехзаход-
НЫМИ, что позволяет повысить производительность экструзии
в условиях протекания более простых процессов переработки
по сравнению с процессами, протекающими при переработке
пластмасс;
3)	червяки имеют убывающий шаг, что обеспечивает луч-
шУю перерабатываемость резиновой смеси благодаря более
Равномерной ее подаче в головку и более плавному увеличению
давления (компрессия порядка 1:1,5).
Применяемые при переработке резин прямоугольные голов-
должны иметь возможно меньший объем и плавные
1	149
переходы, что исключает образование застойных зон и це.
допустимые перегревы резиновой смеси, преждевременную
вулканизацию.
При выборе диаметра матрицы необходимо учитывать,
что диаметр изолированной жилы или заготовки с наложенной
резиновой оболочкой после выхода из экструдера увеличива-
ется. Коэффициент усадки &ус находится в пределах 1,05—1,5
и зависит от толщины, диаметра провода, пластичности
резиновой смеси, длины цилиндрической части матрицы. Если
проанализировать формулу
D2 -d2
(5’55>
Г/м и Л' нар
где DM—диаметр матрицы; dx—диаметр жилы (заготовки);
Dm—диаметр изолированной жилы (наружный диаметр обо-
лочки); t/д. наР — наружный диаметр дорна, то нетрудно видеть,
что Риз при куа = 1,05ч-1,5 несколько превышает DM.
Исходя из особенностей процесса переработки резиновых
смесей, характера протекающих процессов, которые при пе-
реработке носят в основном механический характер, в этом
случае можно рассчитывать производительность экструдеров
Q упрощенным способом:
Q=VByniknp,	(5.56)
где Ув— объем витка нарезки червяка; у>—плотность; п —
частота вращения червяка; i—заходность (количество заходов)
червяка; &пр— коэффициент проскальзывания.
Коэффициент кпр показывает, насколько реальная произ-
водительность экструдера ниже расчетной, &пр = 0,18ч-0,25.
Снижение производительности по сравнению с расчетной
объясняется наличием противодавления, неполным заполнением
червяка резиновой смесью, наличием окружного и осевого
смещения отдельных участков в смеси, заполняющей нарезку
червяка.
Экструдеры для переработки термопластичных фторполи-
меров также имеют ряд особенностей. Особенности технологии
переработки термопластичных фторполимеров связаны с вы-
сокой вязкостью расплавов этих полимеров, высокой тем-
пературой плавления, близкой к температуре разложения,
и выделением при переработке коррозионно-активных газооб-
разных продуктов.
Температура расплава термопластичных фторполимеров от-
носительно высока и близка к температуре разложения, поэтому
необходима тщательная регулировка температуры по зонам
экструдера. Считается, что колебания температуры не должны
превышать + Г С. При переработке фторполимеров недопу-
150
стимы даже местные охлаждения расплава, поэтому даже
г0ловка и переходная зона экструдеров имеют от трех до
пяти обогреваемых участков. Червяк экструдеров обычно не
оХлаждают, а охлаждение цилиндра чаще всего  воздушное,
хотя зона загрузки охлаждается водой.
Следует отметить также, что из-за большой вязкости
расплава фторполимеров температура экструдера может от-
личаться от температуры расплава, поэтому экструдеры осна-
щаются специальными электрическими термометрами; более
того, в ряде случаев рекомендуется контролировать давление
расплава в выходной зоне экструдера.
Обладая высокой вязкостью расплава, термопластичные
фторполимеры имеют невысокие критические скорости сдвига
расплава. Поэтому прохождение расплава внутри головки
должно быть максимально облегчено во избежание затор-
маживания потока и разложения полимера. Это достигается
благодаря плавным внутренним переходам деталей головки,
сглаживанию углов, имеющихся в конструкции.
Для предотвращения возможности разрыва потока расплава
при достижении критических скоростей сдвига применяют
экструдеры с небольшими диаметрами червяка и частотой
вращения. (1—50 об/мин). В связи с высокой вязкостью рас-
плава фторполимеров мощность привода экструдера должна
быть увеличена по сравнению с экструдерами для переработки
полиэтилена и поливинилхлоридного пластиката в 1,5—2 раза,
а привод должен обеспечивать плавное регулирование частоты
вращения (как правило, используется привод постоянного тока
с тиристорным управлением).
При переработке термопластичных фторполимеров выделя-
ются агрессивные летучие продукты, при температурах выше
300— 3 50° С — перфторизобутилен, фтористый карбонил.
В свою очередь, железо, входящее в состав сталей, исполь-
зуемых для изготовления экструдера, оказывает на разложение
фторполимеров каталитическое влияние. Поэтому для изготов-
ления деталей экструдера приходится применять коррозионно-
стойкие хромоникелевые и никель-молибденовые сплавы с от-
носительно небольшим содержанием железа.
Применяемая для наложения на токопроводящую жилу
матрица выполняется двухконусной: коническая часть матрицы
Делается с двойным углом (первый угол 30—60, второй 5—20°).
5.5.	ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ НАЛОЖЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ
ПОКРЫТИЙ
Одновременное наложение многослойных электроизоляци-
онных и защитных покрытий находит все более широкое
применение в технологии производства кабелей и проводов
151
как с пластмассовой, так и с резиновой изоляцией. Первонда
чально целью этой технологии было повышение производитель,
ности труда, экономия материальных и энергетических ресур.
сов, производственных площадей. Дальнейшие исследования
кабельных изделий с многослойными монолитными покрыти.
ями и изучение всех возможностей технологии одновременного
наложения покрытий показали, что преимущества новой тех-
нологии вышеперечисленными не исчерпываются [40—42].
По сравнению с другими способами технология одновремен-
ного наложения полимерных покрытий приводит к качественно
новым результатам с наименьшими затратами. Этот способ
не требует создания принципиально новых полимерных матери-
алов и дорогостоящего технологического оборудования с прин-
ципиально новой технологией.
Применение многослойных монолитных покрытий позволяет
распределить функции покрытия по слоям, что значительно
облегчает требования к материалам каждого слоя. Подобрать
один материал, использование которого позволило бы удов-
летворить все предъявляемые к кабельному изделию требова-
ния, в ряде случаев крайне сложно. Например, один и тот
же материал не может одновременно обладать такими свой-
ствами, как эластичность и высокое сопротивление продав-
ливанию и прорезанию [40].
Задача существенно облегчается, если вместо одного слоя
нанести два слоя разных полимерных материалов с общей
эквивалентной толщиной. При этом часть функций, например
электроизоляционные свойства, механическую прочность к про-
резанию и продавливанию, можно возложить на первый слой,
а другую часть — эластичность, химостойкость, маслостойкость,
стойкость к атмосферным воздействиям — на второй слой.
В целом применение многослойных монолитных покрытий
в кабельных конструкциях открывает следующие возможности.
управлять конечными свойствами изоляционных и защитных
покрытий кабелей путем подбора слоев, соотношения их
толщин, последовательности их наложения;
по-новому подойти к вопросу модификации или создания
новых композиционных материалов для многослойных покры-
тий с учетом активного химического, физического, диэлект-
рического взаимовлияний слоев;
максимально отказаться от компромиссных решений при
выборе материалов, от материалов с универсальными свой-
ствами (как правило, более дорогих) и путем подбора раз-
личных материалов для многослойного покрытия добиться
оптимальных свойств этих покрытий с наименьшими затра-
тами;
повысить качество, надежность, нагревостойкость и ср°к
службы кабельных изделий.'
152
Кроме вышеизложенного следует отметить также, что во
многих случаях просто невозможно создать кабельные изделия
с резиновой или пластмассовой изоляцией (особенно высоко-
вольтные) без применения многослойных покрытий.
В настоящее время можно вполне определенно сказать,
что многослойное наложение полимерных покрытий является
весьма эффективным и перспективным способом создания
кабельных изделий с оптимальными параметрами.
Для одновременного наложения на токопроводящукэ жилу
или заготовку кабеля нескольких слоев полимерного материала
используются сдвоенные или строенные экструдеры. В этом
случае материал каждого слоя перерабатывается в отдельном
экструдере и поступает в общую головку, причем работа
обоих экструдеров синхронизирована. Экструдеры могут по-
давать материал в общую головку, располагаясь под углом
один к другому (V-образная схема) или напротив друг друга
(Т-образная схема). Различные схемы расположения экструдеров
при двухслойном наложении материала показаны на рис. 5.18.
При V-образном расположении экструдеров угол между ними
^с-5.18. Схемы расположения экструдеров при двуслойном наложении
 покрытия:
а, б—К-образное расположение; в, г—Т-образное расположение
153
составляет 30—40°. При одновременном наложении нескольких
слоев, как уже указывалось, не только обеспечивается воз,
можность наложения различных материалов, например элек,
тропроводящего и изоляционного, но и повышается качество
выпускаемых кабельных издейий. В частности, при наложении
изоляции одной и той же толщины и двухслойном наложении
электрические параметры изоляции заметно повышаются по
сравнению с однослойным наложением, так как при этом
слабые или дефектные места в одном из слоев могут
перекрываться вторым слоем материала.
Особый случай представляет собой использование двух
экструдеров для получения полимерной изоляции, имеющей
дополнительную к основной расцветку (например, желто-зеле-
ной изоляции, применяемой для заземляющих жил кабелей).
При этом экструдер, используемый для расцветки, и основной
экструдер располагают по одну сторону от изолируемой жилы,
и, как правило, дополнительный экструдер на кабельных
заводах устанавливают вертикально над общей головкой под
углом 90° к оси червяка основного экструдера, хотя в принципе
можно использовать практически любое расположение обоих
экструдеров.
На рис. 5.19 показан экструдер типа VMP30 финской фирмы
Nokia, предназначенный для раскраски основной изоляции,
диаметр червяка 30 мм, производительность при переработке
поливинилхлоридного пластиката около 15 кг/ч. Такой экст-
рудер можно использовать при производительности основного
экструдера до 300 кг/ч. В отличие от типовых экструдеров,
характеристики которых приведены в табл. 5.4, частота враще-
няя червяка для экструдера типа VMP составляет от 10 до
150 об/мин. Экструдер имеет загрузочный бункер с четырьмя
секциями, в каждой из которых помещается полимерный
материал одного цвета, причем время, необходимое для
перехода от одного раскрашиваемого материала к другому,
при частоте вращения 150 об/мин составляет 2—3 мин. Такой
экструдер можно устанавливать на рельсах рядом с основным
и откатывать в сторону, если дополнительная раскраска
изоляции не требуется.
На общую головку могут одновременно работать три
экструдера, в частности, если требуется последовательно на-
ложить электропроводящий, изоляционный и снова электро-
проводящий слои. Три слоя можно накладывать с помощью
общей головки и при использовании двух экструдеров. Этот
способ применяется при использовании для электропроводящих
слоев по жиле и по изоляции одного и того же материала.
Три слоя материала можно накладывать также последовательно
(в тандем) или по комбинированной схеме: сначала два слоя
в одной общей головке, а затем еще один с помощью
третьего экструдера, расположенного отдельно. Четыре слоя
полимерного материала можно накладывать следующим об-
разом: два экструдера, работающих на общую головку,
расположены в тандем еще с двумя экструдерами, работа-
ющими на другую общую головку. В частности, такую схему
используют при изготовлении высоковольтных силовых кабелей
с полимерной изоляцией, когда сначала накладывают элект-
ропроводящий экран по жиле и эмиссионный слой, а затем
изоляционный слой и электропроводящий экран по изоляции.
Таким образом, на практике используют различные вари-
анты компоновки экструдеров с головками многослойного
наложения:
головка двухслойного наложения с двумя экструдерами;
головка двухслойного наложения с двумя экструдерами,
позволяющая благодаря дополнительной подаче материала
наносить цветовую маркировку;
головка трехслойного наложения с тремя экструдерами;
головка трехслойного наложения с двумя экструдерами;
Две пары экструдеров с головками двухслрйного наложения,
Установленными последовательно (за один проход накладыва-
ется четыре слоя).
В процессе наложения многослойных кабельных покрытий
Центральное место занимают головки двухслойного наложения.
155
Кабельные экструзионные линии многослойного наложения
отличаются от обычных линий однослойного наложения именно
этим узлом.
Головка двухслойного наложения—своеобразное совмещение
двух головок однослойного наложения, при этом матрица
наложения первого слоя одновременно является донором для
наложения второго слоя. На рис. 5.20 приведена принципиальная
схема головки. Дорны в обоих случаях имеют достаточно
сложную конфигурацию каналов, по которым течет расплав
полимера, с разделением потоков и их последующим соединением.
К головкам двухслойного наложения предъявляются тре-
бования в основном такие же, как и к головкам однослойного
наложения, а именно:
. реологически благоприятные условия течения расплава по-
лимера по каналу, т. е плавное изменение поперечного сечения
канала и его формы, обеспечивающие равномерное давление
по периметру кольцевого зазора между дорном и матрицей;
автоматически управляемая система регулирования тем-
пературы головки на каждом участке;
точная воспроизводимость фиксации отдельных деталей
в целях корригирования потоков расплава;
Рнс. 5.20. Принципиальная схема головки двухслойного наложения:
1—корпус; 2—коническая втулка (с фасонными каналами) для наложения наружного
слоя изоляции; 3—коническая втулка (с фасонными каналами) для наложения внутреннего
слоя изоляции; 4—дорнодержатель; 5—дорн; б—матрица; 7—прижимные гайки;
центрирующие болты; 9—нагреватель
156
легкий монтаж, демонтаж, обслуживание и ремонт головки.
Отметим также некоторые требования, особенно актуальные
дя головок двухслойного и трехслойного наложения:
отсутствие «мертвых зон»;
минимальное расстояние от кончиков шнеков до матрицы;
соотношения сечений каналов разных слоев взаимосвязано
с соотношениями толщин слоев покрытия.
Соотношения толщин в многослойных кабельных покрытиях
и их общая толщина регулируются с помощью подбора
соответствующих формующих инструментов (дорнов и матриц),
согласования оборотов шнеков с линейной скоростью изо-
лирования и изменения соотношения скоростей вращения
шнеков, работающих в общую головку.
Конструкции современных головок многослойного наложе-
ния позволяют регулировать соотношения толщин экструдиру-
емых слоев в достаточно широких пределах благодаря измене-
нию частоты вращения шнеков. Таким образом удается
наложить слой из пластмассы или резины с минимальной
1>Ис- 5.21. Конструкция головки двухслойного наложения фирмы General Cable
1 ,	(США):
п0е7(.~экструдеры; 3—камера вулканизации; 4—нагреватель; 5—термоэлектрические
РВо Разователн: 6 — корпус; 7—вкладыш; в — втулка формующая; 9 — втулка; 10—до-'
Держатель; 11— матрица; 12—матрица промежуточная; 13— фланец; 14 — материал
Солирующий (внутренний слой); 15— материал изолирующий (наружный слой)
157
Рис. 5.22. Общий вид головки фирмы Troster (ФРГ) в сборе с экструдера^
для пластмасс
толщиной до 0,1 мм, в то время как при однослойном
наложении нанести слой толщиной менее 0,3 мм очень сложно.
Как правило, головки, предусмотренные для пластмасс,
снабжены электрическим обогревом, а для резин — обогревом
с помощью жидких теплоносителей.
На рис. 5.21 приведена конструкция головки двухслойного
наложения изоляции из вулканизующегося полиэтилена разных
модификаций фирмы General Cable (США). На рис. 5.22 показан
IP*'
Рис. 5.23 Головка двухслойного наложения конструкции ЕФ ВНИИКП
зобранном виде
) )
158
бщий вид головки для двухслойного наложения изоляции
0)3 пластмасс в сборе с двумя экструдерами фирмы Troster
^В^СССР на многих кабельных заводах успешно использу-
тСя головки многослойного наложения для резин и пластмасс
как зарубежного, так и отечественного производства. На
рис. 5.23 приведена головка в разобранном виде для нанесения
двухслойной комбинированной изоляции из вулканизующегося
полиэтилена и кремнийорганической резины.
Эти материалы имеют разные температурные режимы
экструзии. В зоне экструзии вулканизующегося полиэтилена
необходимо обеспечить температуру НО—130° С, а в зоне
экструзии кремнийорганической резины — около 70° С. Для
обеспечения этих требований нагреватель головки размещен
между дорном и дорно держателем. Непосредственно нагрева-
ется нижний экструзионный канал головки до 130° С [43].
Наружного нагревателя головка не имеет. Благодаря естест-
венному перепаду температуры верхний канал экструзии (по
которому подается кремнийорганическая резина) нагревается
значительно ниже 130° С. При необходимости головку можно
снабдить еще и рубашкой для охлаждения.
5.6.	ЭКСТРУЗИОННЫЕ АГРЕГАТЫ И ПОТОЧНЫЕ КАБАЛЬНЫЕ
ЛИНИИ
Экструзионные агрегаты, используемые для наложения
пластмассовых изоляции и оболочек, представлены на рис. 5.24.
Принцип действия экструзионной линии заключается в сле-
дующем. Жила или заготовка с отдающего устройства поступа-
ет в компенсатор, обеспечивающий постоянство натяжения.
Кроме того, компенсатор может использоваться и для смены
барабанов (катушек) с жилой или заготовкой без остановки.
Однопроволочные токопроводящие жилы спрямляются в пра-
вильно-прямильном устройстве. Все токопроводящие жилы
желательно подогревать до 100—150° С в специальном устрой-
стве, располагаемом перед входом в экструдер. После выхода
» экструдера изолированная жила или заготовка с допол-
нительным покрытием охлаждается в ванне с проточной водой.
>атем в обдувочном устройстве с поверхности полимерного
п°крьпия удаляется влага. Перед тяговым устройством рас-
полагаются измеритель диаметра и устройство для контроля
'лектрической прочности покрытия, а после тягового устрой-
-гва—измеритель длины.
Для обеспечения равномерного натяжения изолированной
Силы или заготовки перед приемным устройством располага-
компенсатор. Приемное устройство, как правило, выпол-
нен сдвоенным. Отдельные узлы экструзионной линии могут
159
Рнс. 5.24. Принципиальная
1 — отдающее устройство; 2—правильное устройство; 3— экструдер; 4—маркирующее
приемное устройство;
- I'
отсутствовать, для линий специального назначения можно
использовать узлы, отличные от перечисленных, однако в целом
приведенная схема экструзионной линии может рассматриваться
как типовая.
Рассмотрим отдельные чиповые узлы экструзионных линий.
Применяемые отдающие устройства могут быть как осевого,
так и пинольного типа, причем пинольные полуоси могут
перемещаться в вертикальном и горизонтальном направлениях,
что необходимо для установки барабанов различных габаритов.
Кроме того, широко используются отдающие устройства
безынерционного типа.
Отдающее устройство безосевого типа с принудительным
вращением барабана показано на рис. 5.25. Это устройство
сдвоенного типа, хотя применяются и устройства, рассчитанные на
установку одного отдающего барабана, который устанавливается
между перемещаемыми пинолями с помощью подъемного
механизма, а привод осуществляется от регулируемого электродви-
гателя. Частота вращения отдающего барабана изменяется по
сигналу, поступающему от компенсатора роликового типа
Устройство снабжено электромеханическим тормозным устрой-
ством, обеспечивающим быстрое торможение барабана и останов-
ку всей экструзионной линии при обрыве проволоки или окончании
проволоки, жилы или заготовки на отдающем барабане.
Друтое отдающее устройство пинольного типа показан0
на рис. 5.26. Это устройство снабжено электромеханически^
механизмом перемещения станины.
160
схема экструзионной линии:
устройство; 5 — охлаждающая ванна; 6—измерительные приборы; 7—сдвоенное
8—шкаф управления	1
Сдвоенное отдающее безынерционное устройство флайер-
ного типа для однопроволочных жил показано на рис. 5.27.
В таких устройствах Отдающие барабаны устанавливаются
’>Ис- 5.25. Отдающее устройство безосевого типа с принудительным вращением
барабана
" 3125	161
О Л
Рис. 5.26. Отдающее устройство пинольного типа
)
неподвижно, а проволока сходит с этих барабанов по фланцу
барабана через сменный приводной флайер. Конические ворон-
ки, выполняемые с учетом требований звукоизоляции, направ-
ляют проволоку с отдающего барабана к компенсатору
и правильно-прямильному устройству. Внутренний конец про-
волоки на одном из барабанов сваривается с наружным
концом проволоки на другом барабане, что обеспечивает
Рис. 5.27. Сдвоенное отдающее безыинерционное устройство флайерного типа
162
непрерывность работы линии, так как после схода проволоки
с первого барабана начинается ее сход со второго. Барабаны
устанавливаются с .помощью передвижной подъемной каретки.
Компенсаторы представляют собой систему роликов, верхние
из которых являются неподвижными, а нижние могут переме-
щаться под действием натяжения жилы или заготовки в верти-
кальном направлении. Если натяжение ниже требуемого, то
нижний ролик опускается вниз; при увеличении натяжения этот
ролик поднимается вверх. Эти перемещения ролика в компенсато-
ре, установленном после отдающего устройства, воздействуют на
тормозное устройство отдающего барабана. Перемещения ролика
в компенсаторе, расположенном перед приемным устройством,
обеспечивают равномерное натяжение изолированной жилы или
кабельной заготовки с покрытием путем изменения ее скорости
при увеличении диаметра намотки на приемном барабане.
Правильно-прямильное устройство используется только для
однопроволочных жил и представляет собой комбинацию
роликов, расположенных в горизонтальной и вертикальной
плоскостях. Ролики расположены попарно со смещением друг
к другу, вращаются благодаря движению проволоки и выпрям-
ляют ее перед входом в устройство подогрева.
Устройство подогрева жилы имеет контактные ролики,
через которые подводится ток к участку движущейся жилы,
огибающей эти ролики. Предварительный подогрев жилы
обеспечивает лучшую адгезию изоляции к жиле и позволяет
поднять скорость изолирования благодаря тому, что исключа-
ется недопустимое охлаждение расплава полимера в головке
экструдера при входе в головку неизолированной жилы.
После выхода из экструдера изолированная жила или
заготовка с наложенным в экструдере покрытием поступает
в охлаждающую ванну, состоящую из одного или нескольких
охлаждающих желобов (рис. 5.28). Длина каждой секции охла-
ждающей ванны около 4 м. Секции охлаждающей ванны
обычно изготовляются из коррозионно-стойкой листовой стали
и соединяются между собой фланцами. Секции представляют
собой два желоба, вставленных один в другой; по внутреннему
желобу в потоке воды проходит охлаждаемое изделие, наруж-
ный желоб используется для транспортировки воды, посту-
пающей из внутреннего желоба.
На практике применяются различные системы охлаждения —
°ткрытые, замкнутые и полузамкнутые. При открытой системе
необходимое для охлаждения количество воды полностью
вбирается из заводской системы водоснабжения, а нагретая
8 результате охлаждения изделия вода также полностью
8°звращается в заводскую систему.
При замкнутой системе резервуар для воды, теплообменник
11 охлаждающая система образуют замкнутую систему.
Рис. 5.28. Охлаждающая ванна линии ME 1—60
Находящаяся в резервуаре вода насосами подается к ванне,
а затем снова возвращается в резервуар.
При полузамкнутой системе охлаждения циркуляционная
система включает резервуар для воды, теплообменник, охла-
ждающую секции и наружную сеть для свежей воды. При
повышении температуры воды выше определенной, при которой
мощность теплообменника для охлаждения воды становится
недостаточной, автоматически начинается отвод нагретой воды
и подвод свежей. При охлаждении изолированных проводников
сравнительно малых диаметров (менее 8 мм) вместо погруже-
ния в воду можно использовать вариант охлаждения раз-
брызгиванием. Экструзионные линии можно снабжать устрой-
ствами для нагрева воды (так называемые станции теплой
воды), состоящими из резервуара, погружных электрических
элементов, циркуляционных насосов и системы регулирования.
Эти устройства позволяют нагревать воду до 90° С и обес-
печивать при необходимости ступенчатое охлаждение.
Влага с поверхности изоляции удаляется путем обдува
струей воздуха поД давлением около 0,2 МПа.
Применяемые тяговые устройства бывают колесного и гу-
сеничного типов (рис. 5.29 и 5.30). Тяговое устройство колес-
ного типа состоит из двух шкивов, которые изолировочная
жила или заготовка огибают несколько раз, что увеличивает
силу трения между поверхностью шкивов и кабельного изделия
ди полуфабриката. Такие
.,с!ройства используются при
Полировании или ошланговании
Цельных изделий, имеющих
малые диаметры, и при срав-
нйтельно высоких линейных ско-
ростях. Тяговое устройство ко-
лесного типа может иметь также
шкивы с трапецеидальным же-
]0бом, в который уложен провод
рай кабель. Кабельное изделие
прижимается к поверхности же-
поба клиновидным (по форме
желоба) ремнем. Прижимные ро-
лики являются подвижными,
и их положение может изменять-
ся в зависимости от диаметра
изолированной жилы или зато- Рис- 5.29. Тяговое устройство го-
товки. Такие тяговые устройства	лесного типа
можно использовать для кабельных изделий как малых, так
и больших диаметров.
Тяговые устройства гусеничного типа (рис. 5.30) имеют
две или три гусеницы, расположенные в вертикальной или
горизонтальной плоскости и движущиеся в противоположных
Рис. 5.30. Тяговое устройство гусеничного типа
165
направлениях. В месте соприкосновения с кабельным изд
лием поверх ремней или цепей гусениц имеются эластдь
ные резиновые накладки с желобообразным профилем д/
размещения изолированной жилы или заготовки. Тяговь?
устройства гусеничного типа предназначены для кабельц^
изделий больших диаметров или имеющих малую гибкое^
Они обеспечивают строгое постоянство линейной скород
и натяжения в заданных пределах.
Современные тяговые устройства оснащаются электродвига.
телями постоянного тока с тиристорным управлением, обес.
печивающим бесступенчатое регулирование скорости.
На экструзионных линиях, как правило, применяются ав-
тематические приемные устройства сдвоенного типа, обес-
печивающие высокую производительность (рис. 5.31). Устрой,
ства такого типа обеспечивают автоматическую загрузку и съем
барабанов, установку их между пинолями, раскладку изо-
лированной жилы или заготовки. При заполнении одного ц3
барабанов кабельное изделие или полуфабрикат переводится
для приема на пустой барабан, а заполненной барабан
останавливается, и производится его съем. Сдвоенное приемное
устройство может располагаться в герметичном кожухе со
смотровыми окнами, что полностью обеспечивает соблюдение
требований техники безопасности.
В ряде случаев можно также использовать высокоскорост-
ные приемные устройства контейнерного типа (рис. 5.32).
Изолированная жила или заготовка укладывается в контейнер
Рис. 5.31. Приемное устройство сдвоенного типа
166
Рис. 5.32. Высокоскоростное приемное устройство контейнерного типа
по спирали, а встроенный в приемное устройство компенсатор
обеспечивает схему заполненного контейнера без снижения
рабочей скорости.
5.33. Схема расположения бесконтактного измерителя диаметра фирмы
Beta (Великобритания) и его принципиальная схема
167
Рис. 5.34. Схема поточной автоматической линии для
1 — отдающий контейнер с заготовкой-проволокой; 2—машина среднего волочецщ
6 — контрольно-измерительная аппаратура; 7—приемное устройство; 8—робот1
На экструзионных линиях можно использовать также бухто-
приемные устройства, оснащенные двумя приемными катушка-
ми. После намотки изделия на одну из катушек провод
автоматически переводится на незаполненную катушку. После
этого автоматически отрезается жила и тормозится заполненная
катушка, с которой снимается указанная бухта провода.
Имеются автоматические бухтоприемные устройства, на кото-
рых увязка, съем и упаковка бухт производятся автоматически.
Экструзионные линии оборудуются различной- контрольно-
измерительной аппаратурой. Измерители диаметра бывают
контактного или бесконтактного типа. Контактный измеритель
диаметра размещается непосредственно после охлаждающего
устройства, и как правило, состоит из двух роликов, между
которыми и проходит измеряемое изделие. Если диаметр
измеряемой изолированной жилы или заготовки отклоняется
от номинального, то один из роликов (подвижный) перемеща-
ется, и это перемещение передается на измерительный прибор
или используется для преобразования в электрический сигнал,
обычно подаваемый в систему электропривода к тяговому
устройству. На экструзионных линиях комбината SKET (ФРГ)
ощупывание поверхности измеряемого изделия производится
сапфировыми скользящими башмаками и измерительными
роликами. Микрометрический винт с измерительной резьбой
позволяет осуществлять установку размера с помощью вер'
тикальной шкалы с ценой деления 0,01 мм. Измерительная
головка изготовляется из нержавеющей стали и имеет специ-
альный подъемный механизм, позволяющий головке вывор3'
чиваться, если провод или кабель имеет чрезмерное утолщение
Широкое применение, особенно при экструдировании с бо.тг
шими скоростями, получили также бесконтактные измерите^
168
производства изолированной жилы телефонного кабеля:
с приставкой отжига; 3— экструдер; 4—шкаф управления; 5 — охлаждающая ванна;
9—складирующее устройство для хранения изолированных жил
диаметра, которые устанавливаются непосредственно после
головки экструдера. Принцип действия прибора — фотоэлект-
рический. Схема расположения бесконтактного измерителя
диаметра и его принципиальная схема на примере прибора
фирмы Beta (Великобритания) показаны на рис. 5.33. Скани-
рующий луч лазера, ощупывающий поверхность изделия,
фокусируется в фотощели. Полученная информация анализиру-
ется, и необходимая информация передается к ЭВМ, вос-
производящим профиль или размер измеряемого изделия.
На экструзионных линиях, как и на других типах кабельного
технологического оборудования, устанавливаются измерители
длины. Измерение длины изделия осуществляется с помощью
медного ролика, который огибается движущейся изолированной
килой или готовым кабельным изделием. Принцип действия
летчика выработки основан на подсчете количества элект-
рических импульсов, поступающих от концевого выключателя
Датчика. Длина окружности мерного ролика 0,5—1 м; его
рабочая поверхность обладает повышенной износостойкостью.
Мерный ролик приводится в движение движущимся кабельным
изделием. Допуск, по диаметру мерного ролика определяет
погрешность при измерении длины кабельного изделия.
Один из вариантов конструкции мерного ролика заключа-
ли в следующем: на оси ролика крепится диск из изоляци-
чного материала с медной пластиной, который во время
' Мщения входит в паз концевого выключателя, при этом
1 гин оборот ролика соответствует одному П-образному им-
'ДЬсу, образующемуся при прохождении в пазе медной
‘Истиной.
других устройствах для измерения длины в качестве
' Дчика может быть использована система из четырех роликов,
169
1
фактически представляющих собой два тяговых устройства
колесного типа, расположенных друг под другом в виде
сэндвича, как это сделано в измерителе длины фирмы Beta.
Экструзионные линии оснащаются приборами для контроля
изоляции высоким напряжением как контактным, так и бес-
контактным методом. Счетное устройство регистрирует коли-
чество дефектных мест (по существу, электрических пробоев),
причем количество пробоев можно фиксировать на бумажной
ленте с включением световой сигнализации для ориентации
обслуживающего персонала. Испытательное напряжение, как
правило, составляет 6—50 кВ.
В ряде случаев на экструзионных линиях устанавливаются
приборы для измерения эксцентриситета накладываемого слоя
полимерного материала, емкости и других параметров.
Использование экструзионных агрегатов создает принципи-
альную возможность создания поточных полуавтоматических
и автоматических линий для производства различных кабель-
ных изделий, на которых в одну последовательную цепочку
совмещаются несколько. технологических операций (волочение,
отжиг, изолирование и т. д.). Поточные линии обеспечивают
повышение производительности труда благодаря исключению
некоторых промежуточных операций, экономии производст-
венных площадей и сокращению обслуживающего персонала.
Поточные линии применяются для производства изолиро-
ванных жил телефонных кабелей, установочных проводов, жил
сигнально-блокировочных и силовых кабелей, кабелей сельской
связи с пористой изоляцией и других изделий.
Принцип действия поточных линий может быть проил-
люстрирован на примере поточной автоматической линии для
производства изолированной жилы телефонного кабеля, схема
которой показана на рис. 5.34. Такая линия обеспечивает
изготовление изолированных жил диаметром 0,32—0,9 мм при
максимальных скоростях до 2500 м/мин.
В качестве исходной заготовки используется отожженная
медная проволока диаметром 3 мм или твердая медная
проволока диаметром 2,5 мм. Применяемый экструдер имеет
червяк с диаметром 60 мм и соотношением длины и диаметра
червяка Z/Z) = 24. Лйния длиной 36 м снабжается устройством
дозирования концентрированно окрашивающей смеси, распо-
ложенным над загрузочной воронкой экструдера. Головка
экструдера позволяет накладывать комбинированную изоля-
цию, основой которой является пористый полиэтилен, а поверх
пористого материала накладывается сплошной защитный слои
полиэтилена (так называемая пленкопористая изоляция).
Поточные автоматические линии для производства изо-
лированных жил телефонных кабелей управляются с помощью
ЭВМ.
170
5.7.	ВЫБОР *И РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ИНСТРУМЕНТА
В производстве проводов и кабелей применяют два способа
наложения полимерных покрытий на заготовку: плотное (с
обжатием под давлением) и свободное (трубкой), о чем уже
упоминалось в § 5.1. Схемы наложения покрытий показаны
на рис. 5.35.
Первый способ позволяет получить покрытие, плотно
охватывающее заготовку, с минимальными воздушными за-
зорами между заготовкой и покрытием; вытяжка и, следо-
вательно, ориентация минимальны, что обеспечивает также
относительно небольшую усадку и минимальные относительные
перемещения элементов кабеля на концах при циклических
изменениях температуры.
Применение свободного наложения позволяет снизить рас-
ход материала при негладкой поверхности заготовки, сущест-
венно облегчает центровку и заправку заготовки в дорн, так
как зазор между заготовкой и дорном может быть больше,
чем при первом способе. Так как по второму способу
необходима значительная вытяжка экструдата, то возрастает
ориентация и, следовательно, усадка, однако скорость прохож-
дения расплава в формующей части инструмента ниже, чем
скорость отвода провода, что увеличивает производительность
переработки материалов с низкой критической скоростью
сдвига.
К недостаткам этого способа относится то, что расплавы
ряда полимеров имеют недостаточную способность к вытяжке,
особенно при наличии в материале посторонних гелеобразных
включений, агломератов наполнителя, которые приводят при
высокой вытяжке к появлению точечных разрывов и даже
к полному обрыву трубки при ее вытяжке.
Варианты технологического инструмента приведены на
рис. 5.36. Дорн служит для ввода заготовки в формующую
головку и точного направления ее в матрицу. Он должен
обеспечивать концентрическое положение заготовки в матрице,
Рис. 5.35.. Схемы наложения полимерных покрытий:
"плотное наложение; б—свободное наложение; /—дорн; 2—матрица; 3—заготовка;
4—расплав
171
Рис. 5.3б. Варианты технологического инструмента:
а—дорн для плотного наложения; б—то же для свободного наложения; в—матрица;
г—вставка с наконечником из твердого сплава; д—матрица с конической формующей
частью
что требует минимального зазора между заготовкой и цилин-
дрической частью дорна, но одновременно свободное и рав-
номерное без рывков введение заготовки в матрицу. Кроме
того, при большом зазоре возможно проникновение расплава
в дорн, что исключает возможность нормального ведения
технологического процесса. Исходя из этого, диаметр отверстия
дорна выбирают по следующему соотношению:
^1 ==-^заг + ^заг + ^/,	(5.57)
где Z)3ar и Азаг— номинальный диаметр и максимальный
допуск на диаметре заготовки; Д' — размер зазора, обес-
печивающий свободное прохождение заготовки через дорн.
Величина А' зависит от размера и вида заготовки; рекомен-
дации по выбору Dt и А' приведены в табл. 5.3.
Значение угла дорна а не имеет принципиального значения,
однако для обеспечения плавности потока расплава его обычно
выбирают по возможности минимальным, обычно в пределах
20—60°. Во всяком случае, угол дорна не должен превышать угол
входа в матрицу и обычно меньше его приблизительно на 10 •
* При недостаточном значении усиливается вибрация
заготовки и облегчается проникновение расплава в дорн. Вместе
с тем при большом значении /t затрудняется заправка жилы
в дорн и из-за увеличения трения растет натяжение. С учетом
этого значение /j принимают равным 2—5 мм для жил малых
размеров и (2—3) />заг для жил крупных размеров и сердечников
кабелей. Размер D2 должен превышать не более чем на 1 х,м
для заготовок мелких размеров и 2—5 м для больших размеров-
172
Л
Таблица 5.3. Исходные данные для выбора отверстия дорва
Р„г,мм	А„,+А', мм		Д', мм
	Однопроволочиая жила	Многопроволочная жила	Сердечник кабеля
чДенее 0,5	0,02—0,03	0,03—0,05	—
От 0,5 до 2	0,03—0,1	0,05—0,1	0,1—0,3
От 2 до 5	0,05—0,2	0,10—0,2	0,2—0,5
От 5 до 10	0,15—0,30	0,15—0,3	0,3—0,8
От 10 до 20	0,2—0,5	0,2—0,5	0,5—1
Более 20	—	—	0,7—1,5
Дорны, как и матрицы, изготрвляют из высококачественных
сталей (например, марок У-12 и У-8, ХГ, ХВГ, Х12, а также
ЩХ15 и ШХ9) с последующей термообработкой до твердости
по Роквеллу 58—65, хромированием (толщина хрома 0,015—
0,05 мм) и полировкой.
Параметр шероховатости поверхностей, соприкасающихся
с заготовкой и пластмассой, не должен превышать 0,16—
0,32 мкм при изолировании жил и 0,4—0,64 при наложении
оболочек.
При применении нехромированного инструмента резко со-
кращается его устойчивость к износу, при этом требования
к качеству поверхности остаются прежними. Максимальному
износу подвержена внутренняя цилиндрическая часть дорна,
причем износ усиливается с уменьшением диаметра изо-
лированной проволоки и увеличением скорости изолирования.
Для увеличения долговечности дорна применяют твердосплав-
ные наконечники, например используют сплавы марок ВК-6
И ВК-8, а при изолировании жил диаметром менее 0,6 на
скоростях более 400 м/мин применяют наконечники из нату-
ральных или синтетических алмазов.
Для головок различной конструкции необходимо применение
и Дорнов различной конструкции, поэтому в целях унификации
часто дорны, особенно для заготовок малых размеров, делают
составными, состоящими из корпуса, размещаемого в до-
РНодержателе головки, и малогабаритной вставки (рис. 5.36, г),
конструкция которой пригодна для использования в головках
Различных типов.
Важным параметром инструмента является расстояние от
кончика дорна до входа в формующую часть матрицы,
обычно конструкция головки позволяет, перемещая дорн вдоль
вентральной оси, регулировать это расстояние. С увеличением
Расстояния растет плотность наложения полимерного покрытия
”а жилу и снижается сопротивление потоку, однако увеличивав
^тся растягивающие усилия на жилу и усложняется заправка
173
жилы в головку. Поэтому, если не требуется большое
обжатия, это расстояние не превышает 2—3 мм; в остальных
случаях оно может составлять 2—3 диаметра экструдата
В ряде случаев для обеспечения минимального обжатия, ц0
в сочетании с минимально возможной вытяжкой применящт
дорн, заканчивающийся небольшой трубкой, которая частично
вводится в формующую часть матрицы (рис. 5.36, б).
Конструкция матрицы показана на рис. 5.36, в; ее главными
параметрами является угол входа р15 длина и диаметр
формующей части существенно влияют как на стабильность
диаметра, так и на степень ориентации полимера, т. е. На
последующую усадку. С учетом этих факторов при плотном
наложении обычно выбирают диаметр матрицы
Пм = Пзаг+(1 4-1,1)28, где 8 — толщина изоляции; D3ar — диаметр
заготовки; Lr = (2h-4)Z)„, но не менее 5—9 мм при изготов-
лении изоляции, и £ = (0,Зн-1)DM при изготовлении оболочек.
Как показано в § 5.1, для снижения критических скоростей
применяют матрицу с конической формующей частью, показан-
ную на рис. 5.36, д, у которой DM = (0,95-? 1)/)из, а £2 = (Ю+
-15)£>м, р2 = 3-6°.
Инструмент для свободного наложения (трубкой) показан
на рис. 5.36, б и в. Принципиальным отличием такого инст-
румента от рассмотренного выше является то, что кроме
сдвиговых воздействий в формующей части инструмента рас-
плав после выхода из инструмента подвергается значительной
продольной деформации — вытяжке, что приводит к увеличе-
нию ориентации макромолекул. Это предопределяет анизо-
тропию свойств и увеличение продольных напряжений, прояв-
ляющихся в усадке. Ориентация зависит, прежде всего, от
степени вытяжки кв, которая характеризуется отношением
площади поперечного сечения расплава в формующем канале
инструмента к площади поперечного сечения экструдата в го-
товом изделии, т. е.
Чем больше степень вытяжки, тем выше скорость изо-
лирования и меньше сдвиговые деформации в формующей
части инструмента. Максимально допустимая степень вытяжки
является свойством материала, хотя ее можно в определенных
пределах регулировать, например изменением температуры (с
повышением температуры расплава допустимая степень вытяж-
ки возрастает).
Высокую степень вытяжки допускают такие материалы,
как полиамиды, поликарбонат и полисульфон, ФЭП, ПФА>
ПВДФ; меньшую степень вытяжки допускают такие материалы,
174
ак ПЭ, ЭТФЭ и ПВХ-пластикаты. Существенно снижают
допустимую степень вытяжки различные неоднородности рас-
плава, вызывающие концентрацию продольных напряжений,
такие, как посторонние включения, гелеобразные включения
(«гелики»), агломераты наполнителя и пигмента, а также
в0здуШные включения в расплаве. Кроме того, партии матери-
ка также могут отличаться между собой по способности
к вытяжке. Поэтому на практике не рекомендуется применять
инструмент с максимально возможной для данного материала
степенью вытяжки. При этом следует иметь в виду, что
увеличение степени вытяжки ведет к снижению относительного
удлинения при разрыве (в направлении ориентации); например,
в [4] приведены следующие данные для изделий из ПЭНП:
к„ %	е, %	к,, %	е, %
0	750	100	500
50	720	150	380
Для уменьшения внутренних напряжений в полимерном
покрытии обычно стремятся работать при минимальной степе-
ни вытяжки, применяя большие степени вытяжки только в тех
случаях, когда это приводит к каким-либо преимуществам,
например для наложения особо тонких покрытий или для
повышения скорости переработки материалов с низкой кри-
тической скоростью сдвига. Хотя допустимые степени вытяжки
даже для однотипных материалов, но различных марок могут
в значительной степени отличаться между собой, при раз-
работке инструмента и выборе максимальной степени вытяжки
можно ориентировочно руководствоваться следующими реко-
мендациями:
Материал	к,
ПА .............................. 10—100
ФЭП ..I..,.......:............... 50—150
ПФА ...................... :..... 50—250
ПВДФ ............................20—150
ЭТФЭ ............................. 10—50
ПЭНП ............................. 5—20
ПВХ-пластикат ................... 2—6-
Как показано на рис. 5.35, расплав в процесе вытяжки
пРинимает коническую форму, т. е. у конической трубки
происходит одновременное уменьшение как толщины стенки,
Так и внутреннего и наружного диаметров. В идеальном
СлУчае при оптимальных размерах инструмента в момент
^Прикосновения конуса расплава с заготовкой толщина стенки
. 175
конуса, наружный и внутренний диаметры должны быть равдЯ
соответственно толщине, наружному и внутреннему диаметра^*
покрытия. Если же матрица взята меньшего диаметра, То
толщина конуса достигнет заданного значения, когда его
диаметр еще будет превышать заданный (при большем диамет-
ре матрицы внутренний диаметр конуса достигнет заданного
значения, когда толщина его еще будет выше требуемой
толщины покрытия); в этих случаях нарушается равномерность
вытяжки расплава по сечению. Равномерность вытяжки можно
характеризовать величиной Р, где
^=р^-.
D г Л
^н -^заг
(5.59)
Обычно значение р выбирают в пределах от 1 до 1,1;
при р<0,9 возможно недостаточно плотное наложение по-
крытия на заготовку и искажение формы, а при Р > 1,2
^возможны частые обрывы конуса. Таким образом, исходя из
(5.58) и (5.59), расчет инструмента сводят к выбору значения
к и вычислению £)м и Da по формулам .
Da = D3ar

(5.60)
или
(5.61)
(5.62)
Учитывая, что Р« 1, можно применять упрощенные формулы:
Da = D3ary/k и DM = DK3/k.	(5.63)
Поскольку концентричность наложения полимерного по-
крытия при свободном наложении определяется, прежде всего,
концентричностью экструдируемой трубки, то превышение
значения DL над D3ar не так критично, как при инструменте
с обжатием; обычно значение А' выбирают в пределах
максимальных значений, указанных в табл. 5.3. Угол Pj обычно
составляет 30—60°, а угол а на 5—10° меньше. Длину
формующей части матрицы обычно выбирают в зависимости
от зазора между матрицей и дорном:
£ = (5-И5)(£>м —£>д)/2,	(5.64)
хотя в ряде случаев ее приходится увеличивать, например при
переработке фторопластов £ = 40-^70 мм. Длина формующей
части дорна L2 либо равна L, либо превышает ее на 3--5 мМ-
176
•Таблица 5.4. Основные размеры матриц для наложения изоляции и оболочек
нз полиэтилена н ПВХ-пластиката
	 Материал изоляции или оболочки	Диаметр кабеля или провода по изоляции или оболочке D, мм	Основные размеры матриц		
		Внутренний диаметр, мм	Длина цилиндрической части, мм	
			при наложе- нии изоляции	при наложе- нии оболочки
Полиэтилен	От 0,5 до 5	+ 5% D	5	2—3
	От 5,1 до 15	+ 5% D	5	5—7
	Свыше 15,1	+ 5% D	5	7—10
ЦВХ-пластикат	От 0,5 до 5,0	+ 3% D	2—5	4
	От 5,1 до 15,0	+ 3% D	5—10	5—8
	Свыше 15,1	+ 3% D	12	10
Продольная регулировка взаимного положения дорна и мат-
рицы (в пределах +1,5 мм) позволяет изменять степень
обжатия и длину конуса расплава. При изготовлении проводов
и кабелей крупных размеров, т. е. при значительном кольцевом
зазоре между формующей частью дорна и матрицы может
случиться, что из-за низкого гидростатического сопротивления
части потока полимера, огибающие рассекатель и дорнодер-
жатель, не успевают свариться в матрице, и получится
покрытие с продольной полосой низкой прочности. Поэтому
следует обращать внимание на то, чтобы кольцевой зазор
в инструменте был по крайней мере не больше 80% площади
зазора между корпусом головки и рассекателем.
Основные размеры матриц для наложения изоляции и обо-
лочек из полиэтилена и поливинилхлоридного пластиката
приведены в табл. 5.4.
При использовании инструмента для свободного наложения
часто используют вакуумирование дорна, что позволяет ре-
гулировать длину конуса расплава. Остаточное давление при
этом должно составлять 2—20 кПа.
5.8.	ВЫБОР И РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНЫХ И СКОРОСТНЫХ РЕЖИМОВ
Температурные и скоростные режимы переработки во
многом взаимосвязаны. Скорости переработки полимеров в ка-
бельной промышленности составляют от нескольких метров
а минуту до 1500—2500 м/мин; в значительной степени ко-
’еблются и температурные режимы переработки даже од-
нотипных материалов. Что же предопределяет выбор тех
или иных .температурных и скоростных режимов? Это, прежде'
Всего, экономические факторы, требующие повышения ско-
Р°стей переработки и снижения энергоемкости, в частности
12 3125	177
температуры переработки. Однако и здесь есть определенные
ограничения: если количество продукции одного маркоразмера
которое надо изготовить на данном виде оборудования
велико, что исключает необходимость частых заправок и пе-
реналадок, а длина заготовки практически неограничена, ?0
целесообразно применять непрерывные поточные линии и ра,
ботать при максимально возможных скоростях. При этом
следует учитывать, что сам по себе рост скоростей увеличивает
время выхода на установившийся режим, т. е. увеличивает
длину кабеля, на которой происходит настройка режима-
поэтому при ограниченной длине заготовки и необходимости
частых перестроек процесса при переходе с одного мар-
коразмера на другой, а тем более с материала на материал,
при максимально возможной линейной скорости количество
отходов будет возрастать. В этом случае оптимальной с точки
зрения экономики будет скорость, меньшая, чем максимально
возможная.
Рассмотрим технические факторы, Влияющие на выбор
скорости переработки. Конструкция экструзионного агрегата,
его технические возможности, в том числе производительность
экструдера, имеют важное значение, однако в большинстве
случаев не производительность экструдера определяет скорость,
а, наоборот, технически обоснованная скорость переработки
определяет выбор того или иного агрегата, включая размер
экструдера.
Скорость сдвига, развиваемая потоком расплава в фор-
мующей части матрицы, не должна превышать допустимых
значений. Из расчетных формул, приведенных в табл. 5.1, 5.2,
следует,что максимальная скорость сдвига обратно пропорцио-
нальна третьей степени радиуса матрицы, г. е. при изготовле-
нии проводов малого размера критические режимы течения
могут явиться фактором, ограничивающим скорость. Рассмот-
рим пример расчета максимальной скорости сдвига для
наиболее простого случая — инструмента для свободного нало-
жения. Из формул, приведенных в § 5.1, нетрудно показать, что
Ymax = 6e/7tZ)cpA2,	(5.65)
где Лср = (/)м + /)я)/2, см; A = (DM-Da)/2, a g—производитель-
ность (по объему), см3/с, которую можно рассчитать по
формуле
б=?/р«;
здесь q—производительность (по массе), г/с, а р,—плотность
полимера при температуре переработки, г/см3. Учитывая, 410
v • 100 л . 2	2 ,
60 4^п ^заг)Р2О,
178
где »—линейная скорость	изолирования, м/мин,
? ог0—плотность полимера при 20° С, окончательно получаем
_	20v	р20
(А.-Д,)* р, 
До этой формуле рассчитываем скорость изолирования для
следующих условий: Даг = 0,5 мм, 7)м = 0,8 мм, Р=1, Ас=.1ОО,
р=5мм, Ом = 8мм, р20 = 2100 кг/м3, pt= 1490 кг/м3,
<Р=10с’1:
10(8 —5)  100 1490 lnr
И — --------- — = 1 об м/мин.
20	2100	'
Наиболее критичными условиями с точки зрения возник-
новения неустойчивого течения являются переработка матери-
алов, характеризующихся низкими критическими скоростями
сдвига (например, некоторых термопластичных фторополиме-
ров), и тонкостенное изолирование малогабаритных жил при
высоких скоростях. Например, при изолировании жил город-
ских телефонных кабелей (диаметр жилы 0,32—0,6 мм) слоем
ПЭ толщиной 0,15—0,2 мм при скоростях до 2500 м/мин
скорость сдвига достигает (2 — 3) • 105 с . Результатом увеличе-
ния скорости является нарушение гладкости поверхности, что
показано на рис. 5.37. Для обеспечения устойчивой работы
на высоких скоростях рекомендуется применять матрицы
с конической формующей частью, чертеж которой дан на
рис. 5.36,0.
На рис. 5.38 показаны зависимости скорости начала неустой-
чивого течения от угла входа в формующую часть матрицы
Рис. 5.37. Фото проводов, изготовленных Ври скорости:
/ — 200; 2—20; 3 — 2000 м/мин
12*
179
Рис. 5.38. Зависимость критической
скорости v от угла входа в мат-
рицу а для различных сортов ПЭ
при различных режимах nepepaj
ботки различных марок ПЭ. Од.
повременно для снижения ско.
рости сдвига приходится значи-
тельно увеличивать температуру
расплава (до 270—300° С), при-
менять предварительный подо-
грев жилы перед входом в голов-
ку, чтобы при соприкосновении
с ней не происходило охлаждение
расплава, а также обогрев мат-
рицы, температуру которой уста-
навливают на 30—50° С выше,
чем температура расплава. Дли-
тельное пребывание полиэтилена
при таких температурах неизбежно приводит к его окислению
и деструкции. Поэтому следует стремиться к минимально
возможному времени пребывания материала в экструдере, т. е.
работать на экструдере минимально возможного размера и при
максимальной его производительности.
Для определения времени пребывания материала в экст-
рудере следует исходить как из его производительности, так
и из вместимости экструдера, т. е. объема материала, необ-
ходимого для заполнения экструдера:
Диаметр червяка, мм
25
38
50
63
90
Вместимость экструдера,
103 см3
0,1
0,3
0,75
1,4
3,5
Эти данные следует рассматривать как ориентировочные,
так как вместимость экструдера зависит от конкретных констру-
кций червяка и головки, а при необходимости ее можно легко
определить экспериментально. В целях предохранения материа-
ла от окисления при высоких температурах при остановках
экструдера рекомендуется до остановки либо снизить темпера-
туру, либо заменить материал в экструдере на более термостой-
кий или на материал с повышенным содержанием антиоксида
Немаловажным фактором, ограничивающим линейную ско-
рость изолирования, является то, что с увеличением скорости
происходит рост давления расплава в головке, а также РоСГ
растягивающей нагрузки на жилу. На рис. 5.39 показаны
зависимости, полученные при изолировании жил городе^’*
телефонных кабелей обычными марками ПЭ; видно, что У*е
при скорости 1300 м/мин давление при ПТР, равном 0,5 г/10 миЫ
достигает 50—60 МПа, что близко к предельно допустимы-
180
рис. 5.39. Зависимость давления р и на-
тяжения F жилы в головке от скорости
изолирования v:
1—3—ПТР = 2 г/10 мин, диаметр матрицы со-
ответственно равен 1,05—0,9 и 0,72 мм; 4,
5— ПТР=0,5 г/-10 мин, диаметр матрицы равен
1,05 (разные конструкции матриц);----дав-
ление; --------------натяжение
Рис. 5.40. Зависимость давления
в головке р от скорости изолирова-
ния v для ПЭ марок;
/- 102-02К; 2— 153-02К; 5-102-194
значениям для современных экструдеров. Из рис. 5.39 следует,
что с уменьшением размера жилы давление соответственно
увеличивается, а натяжение достигает 45—55 Н, что соответству-
ет растягивающему напряжению 150—200 МПа и может приво-
дить к вытяжке и обрывам жилы. Проблема снижения давления
решается путем применения специальных композиций полиэтиле-
на, предназначенных для высокоскоростной экструзии (рис. 5.40).
Одним из основных факторов, определяющих возможную
скорость изолирования и ошлангования, являются условия
охлаждения готового изделия: прежде чем провод или кабель
поступит на тяговое устройство, необходимо охладить полимер
не только ниже температуры плавления, но и до такой
температуры, при которой он не будет деформироваться
и повреждаться. Теория процессов охлаждения полимерного
покрытия рассмотрена ниже, а в настоящем параграфе рассмот-
рим некоторые вопросы влияния режима охлаждения на качество
кабеля и на выбор линейной скорости. В качестве максимальных
температур, до которых нужно охладить изоляцию до попадания
ее на тяговое устройство, можно принять следующие:
Материал
Температура,
С
ПЭНП ............................... 60—80
ПЭВП ..............................90—110
ПВХ-пластикат ................... 60—90
ФЭП, ПФА .........................   180—200
ЭТФЭ .............................   160—180
ПВДФ .............................. 110—140
ПА-6 и ПА-610 ..................... 160—190
181
Для сокращения длительности охлаждения температур^
охлаждающей воды должна быть минимальной. Расчетов
и экспериментом нетрудно показать, что при охлаждении
провода с жилой диаметром 1 мм и толщиной изоляции из
ПЭ 0,25 мм водой с температурой +25° С (температура
расплава 210° С) температура изоляции снижается до +70° с
за время примерно 0,7—2 с (большее значение соответствует
режиму, когда жила, входящая в головку, имеет температуру
210° С). Это означает, что при длине охлаждающей ванну
10 м скорость может составить 850—300 м/мин. По этой
причине типовые технологические процессы допускают охлажде-
ние тонких (не более 0,7 мм) покрытий из ПЭ и ПВХ-
пластиката, т. е. материалов, у которых температура расплава
не превышает 200—220° С, производить в водопроводной воде.
Однако резкое охлаждение даже тонких покрытий обладает
рядом недостатков. Релаксационные процессы пройти не ус-
певают, поэтому фиксируется неравновесная структура, о чем
говорилось выше. Плотность резко охлажденного экструдата
ниже, чем у медленно охлажденного образца, т. е. меньше
равновесной, преобладает аморфная фаза, замораживаются
внутренние напряжения, связанные с разбуханием и ориентацией
расплава. В процессе последующей эксплуатации структура
будет стремиться прийти в равновесное состояние, и свойства
будут постоянно изменяться. Например, у полиэтилена, у ко-
торого при медленном охлаждении плотность составляет
922 кг/м3, в результате резкого охлаждения плотность со-
ставила 917,3 кг/м3 и в дальнейшем постоянно возрастала (в
условиях хранения при +25° С):
Время, сут	Плотность, кг/м
0,06	917,3
0,25	917.7
1	918,3
6	918.9
17	920,2
133	919,8
Эти йзменения структуры и основных физических свойств
могут в процессе эксплуатации, особенно при повышенных
температурах, приводить к отрицательным последствиям: усад-
кам, перераспределению внутренних напряжений, что в ряде
случаев приводит к появлению трещин при тепловом старений,
и снижению морозостойкости при наличии мест концентраций
механических напряжений.
Другим важным отрицательным следствием быстрого охла-
ждения является образование пустот внутри изоляции, меха-
низм возникновения которых рассмотрен в § 2.3. Пустоты
при охлаждении образуются в момент, когда наружные слой
182
у,ке охладились и затвердели,
з температура внутренних при-
низилась к температуре плав-
ания, около которой происхо-
дит резкое изменение плотности
(СМ- рис. 2.3). Поэтому идеаль-
ным режимом охлаждения был
бы такой, когда температура.
охлаждающей среды была бы
близка к температуре плавления.
Теоретически и эксперименталь-
йо показано, что пустоты не
образуются, если охлаждение на-
чинать хотя бы с температуры
70—90° С. Ориентировочное вре-
мя, необходимое для охлаждения
Рис. 5.41. Минимальное время
охлаждения изоляции из ПЭНП
изоляции из ПЭНП, в этих
условиях без образования внутренних пустот показано на
рис. 5.41. Для различных материалов требуется разная скорость
охлаждения. Например, большие значения диапазона, указан-
ного на рисунке, соответствуют ПЭ марки .78, а меньшие —
маркам 102, 107 и 153. Поскольку температура плавления
ПЭВП выше, то для исключения внутренних пустот тем-
пературу охлаждающей воды следует повысить до 80—95° С,
а линейную скорость в ряде случаев придется снизить примерно
на 10-15%.
Неравномерность охлаждения (а следовательно, и вероят-
ность образования внутренних пустот) возрастает, разумеется,
не только с увеличением толщины слоя, но и с возрастанием
температуры расплава, что в ряде случаев ограничивает
возможность увеличения температуры расплава и, следователь-
но, линейную скорость. По этой причине относительно толстые
слои из материалов с высокой температурой переработки
(например, термопластичных фторполимеров) до входа в воду
охлаждают сначала в воздушной среде либо воду вообще не
применяют. Это в свою очередь также ограничивает линейную
скорость. Следует заметить, что если плотность материала
вблизи температуры плавления резко не изменяется (например,
У ПВХ-пластиката), то и склонность его к образованию
внутренних пустот гораздо ниже. Именно по этой причине
при наложении покрытий из ПВХ-пластиката допускается
охлаждение в водопроводной воде даже для сравнительно
больших толщин.
Следует упомянуть еще о нескольких факторах, ограничива-
ющих скорость переработки. С увеличением линейной скорости
приходится увеличивать и скорость вращения червяка, что
неизбежно влияет на изменение температурных режимов в ци-
линдре и условия гомогенизации и пластикации. Эти проблемы
183
рассмотрены ниже при анализе температурных режимов. Кроме
того, ограничивать линейную скорость могут в ряде случаев
- технологические процессы, совмещаемые с экструзией, например
вулканизация композиций, содержащих пероксиды. В этом
случае, с одной стороны, скорость ограничивается временем
необходимым для реализации процессов сшивания, т. е. длиной
вулканизационной трубы, с другой стороны, если даже увеличи,
вать длину трубы вулканизации или ускорять интенсивность
процесса вулканизации другими способами, то скорость будет
ограничиваться производительностью экструдера, так как во
избежание разложения пероксида и преждевременной сшивки
расплава в экструдере переработку приходится вести при
низких температурах расплава, не превышающих 130—135° С.
Рассмотрим подробнее выбор температурных режимов.
Самой нижней границей температуры является, разумеется,
температура плавления, когда полимер переходит в текучее
состояние. Фактически минимальная температура расплава
должна быть выше температуры плавления на некоторое
значение, чтобы вязкость расплава позволяла осуществлять
экструзию; для этого вязкость не должна превышать 105-—
106Пас. Температуру расплава приходится дополнительно
повышать, когда необходимо снизить давление в экструдере
или увеличить критические скорости сдвига.
Вместе с тем максимальная температура переработки огра-
ничивается температурой, при которой не развиваются еще
процессы окисления, деструкции и сшивания полимера; при-
ходится иногда снижать температуру для оптимизации условий
охлаждения с целью исключить образование пустот в изоляции.
При свободном наложении полимерного покрытия, изменяя
температуру, можно установить оптимальную степень вытяжки,
так как повышение температуры хотя и увеличивает способ-
ность к вытяжке, но одновременно и ограничивает ее, снижая
прочность расплава.
При выборе температурных режимов следует учитывать
динамику процесса, т. е. то, что материал в экструдере,
продвигаясь в цилиндре, постепенно нагревается как из-за
тег лты. поступающей от нагревателей экструдера, так и из-за
внутреннего трения. Поэтому как температура расплава, так
и свойства расплава будут определяться не только тем-
пературой экструдера, но, главным образом, длительностью
пребывания цри этой температуре. С увеличением длительности
пребывания полиэтилена в экструдере ускоряется расход ста-
билизатора, особенно при высоких температурах, что отража-
ется на стойкости к старению; в ПВХ-пластикатах может
протекать процесс дегидрохлорирования с образованием пустот
в экструдате; у фторопластов из-за деструкции возрастает
ПТР, что показано на рис. 5.42.
184	:
рис. 5.42. Зависимость ПТР
от длительного прогрева
(цифры у кривых обознача-
ют температуру, °C):
_____тефлон-100;------тефлон-
160
При продвижении материала по шнеку гранулы постепенно
разогреваются, и к зоне сжатия должен подойти расплав, не
содержащий нерасплавленных гранул. При увеличении скорости
вращения червяка зона окончания плавления может сдвинуться
в направлении головки и дойти до зоны сжатия, что приведет
к резкому увеличению колебаний давления. Особенно критично
это явление при переработке материалов, имеющих в отличие
от ПЭ и ПВХ-пластиката четко выраженную температуру
плавления с небольшой зависимостью механических свойств
от температуры, например полиамидов. В этом случае нерас-
плавленные гранулы, попадая в зону сжатия, могут вообще
прервать истечение расплава.
Существенное влияние на качество изделий оказывает
степень гомогенизации расплава, т. е. однородность расплава
по температуре и вязкости. Экспериментально установлено,
что перепад температуры по глубине канала червяка может
достигать 20—30° С, что при недостаточной гомогенизации,
естественно, снижает качество изделий. Степень гомогенизации
возрастает с увеличением энергии, затрачиваемой на переме-
шивание, т. е. значения и длительности приложения сдвиговых
напряжений, а при увеличении температуры расплава из-за
снижения вязкости уменьшается напряжение сдвига, а следо-
вательно, и степень гомогенизации. По этой причине, если
чкструдер работает при максимальной объемной производи-
тельности и низком сопротивлении головки, гомогенность
Расплава может быть недостаточной. На срезе с поперечного
Учения кабеля с полиэтиленовой изоляцией, наложенной в усло-
анях недостаточной гомогенизации, видны участки различной
Прозрачности; слои расплава, которые касались стенки фор-
мующего инструмента, где, как известно, напряжение сдвига
достигает максимума, имеют максимальную прозрачность
185
Рис. 5.43. Схема червяка с нарезкой барьерного типа:
1 — гранулы; 2—расплав (Д <Д2)
и однородность. Ликвидировать этот эффект можно путем
увеличения сопротивления у входа в головку (например,
установкой дополнительных фильтрующих сеток), что приводит
как к увеличению сдвиговых напряжений, так и к длительности
их воздействия.
С этой точки зрения существенные преимущества дает
червяк с разделяющейся нарезкой (барьерный или дифферен-
циальный червяк), впервые предложенный фирмой Maileffer
(Швейцария), схема которого показана на рис. 5.43. В этом
червяке происходит постоянное разделение гранул и расплава
благодаря перетеканию последнего в самостоятельный винто-
вой канал; нерасплавившиеся гранулы не имеют возможности
попасть в головку, что автоматически регулирует степень
гомогенизации. Благодаря этому производительность экстру-
дера увеличивается на 20—40%. Червяки такого типа успешно
используют при переработке ПЭ, фторопластов и ПВХ-
пластикатов. Особенно эффективны они в последнем случае,
так как позволяют увеличить производительность без увеличе-
ния температуры.
Рассматривая выбор температурных режимов, следует оста-
новиться на часто возникающем вопросе, как нужно откор-
ректировать температурные режимы с учетом размера экст-
рудера. В простейшем случае при изготовлении одного-и того
же провода с одинаковой линейной скоростью на разных
экструдерах переход, например, с меньшего экструдера на
больший ведет из-за большей вместимости последнего к уве-
личению длительности пребывания материала в экструдер6-
т. е. температуру цилиндра экструдера следует снизить.
Следует одновременно учитывать, что увеличение глубины
нарезки червяка будет' при этом приводить к большей неод-
нородности расплава. Поэтому при возможности выбора нужно
всегда стремиться применять экструдер возможно меньшего
186
Рис. 5.44. Схемы регулирования
температуры экструдера
размера, используя не более 60—80% его максимальной
производительности, для сохранения возможности регулирова-
ния и управления процессом.
Существенное значение для обеспечения высокого качества
изделия имеет стабильность давления и температуры расплава.
Прежде всего, стабильность обеспечивается благодаря конст-
рукции и системе регулирования (рис. 5.44). При применении
нагревателей сопротивления в сочетании с принципом регу-
лирования «включено — выключено» (рис. 5.44, а) максимальная
температура нагревателей достигает 800° С, поэтому, когда
температура цилиндра достигает t2 [заданное значение плюс
А (чувствительность)], даже после отключения нагревателей
продолжается нагрев цилиндра. Такая система дает колебания
температуры порядка ±10° С, она не обеспечивает стабиль-
ности технологического процесса и является устаревшей. На-
греватели индукционного типа (рис. 5.44, б), в которых нагрев ,
осуществляется наведением вихревых токов в теле цилиндра,
обеспечивают отсутствие перегревов; колебания температуры
зависят только от чувствительности системы контроля и ре-
гулирования и обычно составляют от ±2 до ±5° С. Самые
^временные системы имеют нагреватели сопротивления, раз-
мещенные в массивных литых радиаторах из алюминиевого
1'плава для охлаждения (рис. 5.44, в); они сочетаются с тиристор-
ной системой регулирования, которая обеспечивает подачу
)Лектрической мощности к нагревателю пропорционально раз-
’’’’Це между заданной и фактической температурами, которые
Часто измеряют с помощью трех последовательно соединенных
187
Таблица 5.5. Технологические режимы при переработке ПЭНП
Толщина изоля- ции*, мм	Скорость червяка, мин'1	Линейная скорость, м/мин	Температура экструдера по зонам, °C					АД™*, МПа	
			I	II	III	IV	Г оловка		
1,15	39	100	180	215	215	215	220	0,74	1,7
1,15	37	100	160	180	235	220	215	0,48	1,2
3,2	70	40	170	190	190	190	190	о;зо	4,8
3,2	70	40	160	178	235	215	200	0,1	3,8
* Диаметр жилы 1,63 мм.
термопар, размещаемых в цилиндре, в наиболее горячей
и наиболее холодной точках нагревателя. Такие системы (их
иногда называют системой ПИД — Proportional Integrating and
Derivating) обеспечивают точность температуры ±1°С.
Стабильность температуры и давления расплава зависит
не только от температуры цилиндра, но в значительной мере
и от принятых режимов, переработки, в частности от профиля
распределения температуры по зонам экструдера, от конст-
рукции червяка, его охлаждения и др. В табл. 5.5 приведены
экспериментальные данные по переработке ПЭНП, показыва-
ющие, что применение «горбатого» профиля распределения
температуры заметно снижает колебания давления и тем-
пературы.
Стабилизация процесса переработки ПВХ-пластиката с при-
менением «горбатого» профиля распределения температуры
позволяет в ряде случаев исключить образование пустот
в экструдате. Применение охлаждения червяка, особенно в за-
грузочной зоне, также стабилизирует процесс благодаря умень-
шению эффективной глубины нарезки червяка. На рис. 5.45
показано, что при включении охлаждения червяка стабильность
Рис. 5.45. Влияние охлаждения червяка на
стабильность диаметра изоляции (фрагмент
диаграммной ленты)
наружного диаметра су-
щественно увеличивается.
Для обеспечения тре-
буемого качества следует
учитывать особенности
переходных, неустановив-
шихся режимов. Даже ес-
ли экструдер полностью
прогрет до заданной тем-
пературы и заполнен рас-
плавом полимера, любое
изменение скорости вра-
щения червяка вызовет
изменение распределения
давления и температурь1’
188
а также сдвиговых напряжё-
Йий, что и является причиной
розникновения неустановивше-
гося режима; для его стаби-
лизации требуется определен-
ное время. В процессе неуста-
йовившегося режима произво-
дительность, а в ряде случаев
0 некоторые параметры мате-
риала будут изменяться. Для
примера на рис. 5.46 показано
изменение диаметра кабеля после включения экструдера: значе-
Рис. 5.46. Изменение диаметра изо-
ляции при неустановившемся режиме
ние диаметра достигло установившегося значения после того,
как было изготовлено примерно 130 м кабеля, т. е. потребо-
валось пропустить через экструдер материал, объем которого
примерно в 1,5 раза больше вместимости экструдера.
Важным фактором температурного режима является тем-
пература заготовки, входящей в головку экструдера. Пред-
варительный обогрев заготовки способствует, во-первых, удале-
нию поверхностной влаги и загрязнений, которые могут при
соприкосновении с расплавом из-за испарения образовать на
границе раздела пузыри, а также снизить адгезию. Во-вторых,
уменьшается количество теплоты, передающейся от расплава
к жиле, в результате чего снижается фактическая температура
расплава; это может привести к появлению дефектов при
скоростях сдвига, близких к критическим. Кроме того, контакт
с холодной заготовкой может приводить к возникновению
внутренних напряжений в изоляции, что в ряде случаев
приводит к ее растрескиванию.
Ниже приведены температуры переработки полимеров, при-
меняемые в кабельной промышленности. Приведенные данные,
разумеется, следует рассматривать как ориентировочные:
Наименование материала
Температура
расплава, °C
ПЭНП:
толщина до 0,3 мм и скорость более
1000 м/мин ................:.. 270—310
толщина от	0.3	до 0,8 мм ..... 190—230
толщина более	0,8 мм .......... 150—200
трубки воздушно-пластмассовой изо-
ляции ......................... 150—180
Вулканизующийся	ПЭ ............... 120—130
ПЭВП ............................. 240 280
ПВХ-пластикат .................... 150—180
ФЭП .............................. 330—400
ЭТФЭ ............................. 290—350
ПФА .............................. 380—400
ПВДФ ............................. 200—290
ПА ............................... 270—290
189
5.9.	НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ Щ
И ОБОЛОЧКИ
В § 5.7 и 5.8 рассмотрены рекомендации по расчету
и выбору основных технологических параметров переработки
полимерных материалов при изготовлении изоляции и оболоч-
ки. К настоящему времени в целях унификации оборудования
и технологических режимов разработаны типовые технологичес-
кие процессы изготовления различных элементов кабельных
, изделий, в том числе и из полимерных материалов, подробное
описание которых приведено в [4]. Поэтому в данном
параграфе целесообразно рассмотреть только некоторые осо-
бенности этих процессов, недостаточно полно отраженные
в предыдущих публикациях. Остановимся сначала на тонкостен-
ной изоляции.
Разделение изоляции на тонкостенную и толстостенную
в значительной степени условно. Обычно под тонкостенной
изоляцией понимают такую, толщина которой не превышает
примерно 20% диаметра изолируемой жилы или проволоки.
В ряде случаев тонкостенной можно считать изоляцию, пе-
репадом температуры на которой при расчете режимов охла-
ждения можно пренебречь.
Со времени начала применения пластмасс в кабельной "
технике толщина изоляции начала быстро снижаться. В насто-
ящее время технологические свойства материалов и применя-
емое оборудование позволяют обеспечивать стабильное качест-
во при толщинах до 0,15—0,13, а в| ряде случаев и до
0,10—0,07 мм, при этом тенденция уменьшения толщины
сохраняется. Основными проблемами при изготовлении изо-
ляции является обеспечение качества поверхности и элект-
рической прочности. Проблема качества поверхности связана,
как показано выше, с возникновением режима неустойчивого
течения при высокой скорости сдвига, значение которой
возрастает пропорционально диаметру матрицы в третьей
степени. Поэтому для тонкостенной изоляции следует приме-
нять матрицы с конической формующей частью и малым
углом входа. В целях увеличения критической скорости сдвига
следует по возможности увеличить температуру расплава,
особенно в тех участках, где развиваются максимальные
сдвиговые, напряжения; поэтому температуру на выходе из
головки часто устанавливают на 30—50е' С Выше, чем в пред-
ыдущих зонах.
Металлическая жила, входящая в головку, легко отнимает
теплоту у тонкого слоя расплава, снижая температуру слоя,
соприкасающегося с жилой. Это может привести к ухудшению
физико-механических свойств изоляции (прочности и относи-
тельного удлинения), поэтому требуется предварительный по-
190

догрев жилы перед входом в головку. Температура пред-
варительного подогрева является результатом компромисса
двух противоположно влияющих факторов: с точки зрения
теплового баланса температура жилы должна быть близка
к температуре расплава; вместе с тем при увеличении тем-
пературы жилы ухудшается охлаждение изоляции после ее
выхода из головки экструдера, что может привести даже
к возникновению пустот в изоляции и между изоляцией
и жилой. Оптимальную температуру предварительного обо-
грева устанавливают экспериментально; для ПЭ и ПВХ-
изоляции она обычно составляет 80—120° С, а для термо-
пластичных фторполимеров 120—220° С.
Высокое сопротивление потоку расплава при изготовлении
тонкостенной изоляции приводит к росту давления, что в ряде
случаев вынуждает отказаться от применения мелких фильтру-
ющих сеток. Вместе с тем наличие в полимере посторонних
включений особенно критично именно для тонкостенной изо-
ляции.
Для типового технологического процесса рекомендуется
применять не менее двух фильтрующих сеток с номинальным
размером ячейки от 140 до 200 мкм (№ 014—020). Однако
для обеспечения минимального количества включений следует
использовать сетки № 004 с минимальным отверстием 40 мкм
(следует иметь в виду, что это номинальный размер ячейки,
а стандартами на металлические сетки допускается определен-
ное количество отверстий размером выше номинального).
По мере загрязнения сетки давление на нее будет нарастать,
и она может прорваться. Чтобы увеличить долговечность
пакета сеток и сократить периодичность замены, следует за
мелкой сеткой устанавливать более крупную, а перед ней —
также более крупную, которая позволит задержать наиболее
крупные включения. Таким образом, пакет состоит из разных
сеток, номинальный размер отверстий которых (считая от
червяка) выбран по следующему правилу: d1x3d2x9di^
^3d2^dt; желательно, чтобы крайние сетки с размером dt
были из высокопрочного материала, а размер отверстий
в опорной решетке был не более (3—5)0?!. Влияние фильтру-
ющих сеток на качество изоляции толщиной 0,2 Мм видно
из табл. 5.6.
Поскольку мелкие фильтрующие сетки необходимо часто
Менять, то разработаны специальные устройства, позволяющие
Ускорить процесс их замены или очистки. На рис. 5.47 дана
схема устройства с поворотной решеткой, позволяющего без
Разборки головки в течение нескольких минут очистить
^грязненные сетки потоком расплава, а на рис. 5.48—схема
соловки, в которой замена сеток производится без снятия
соловки путем извлечения патрона с инструментом.
191
Таблица 5.6. Влияние фильтрующих сеток на качество изоляции
Размер отверстий в фильтрующих сетках, мкм	Среднее пробивное напряжение, кВ	Коэффициент вариации	Среднее расстояние км, между пробоями при испытании на аппарате сухого испытания при 7 кВ
Без сеток	22,9	0,126	3,8
300	22,2	0,130	4,1 Я
100	26,7	0,114	12,9 Л
45	39,1	0,097	58,3 Я
Иногда для уменьшения числа дефектов изоляции, вызыва-
емых посторонними включениями, применяют разделение пото-
ка расплава в головке или в инструменте, т. е. фактически
применяют многослойную изоляцию. Схема одной из конст-
рукций такого инструмента показана на рис. 5.49.
К дефектам тонкостенной изоляции могут приводить также
гелеобразные включения в материале, представляющие собой
частицы того же полимера, но резко отличающиеся молекуляр-
ной массой, а следовательно, и вязкостью. Они обычно не
оказывают заметного влияния на свойства изоляции, но,
проходя через фильтрующие сетки и имея другую вязкость,
нарушают равномерность потока, образуя поверхностные де-
фекты в виде «пупырышков», а при работе с высокой степенью
вытяжки могут привести к точечным разрывам изоляции.
Охлаждение для тонкостенной изоляции, как показано выше, не
является критичным, поэтому при отсутствии пустот в изоляции
допускается применение охлаждения в водопроводной воде.
При отработке технологического режима изготовления тон-
костенной изоляции следует контролировать следующие па-
раметры изоляции: прочность и относительное удлинение при
Рис. 5.47. Схема устройства для быст-
рой очистки сеток:
1—сетка; 2—решетки;	3— поворотная
обойма
Рис. 5.48. Схема голонки с решетке*1
и сеткой;
I—кольцевая решетка; 2—гольцевая сети
192
растяжении (значения которых
должны быть близки к значе-
ниям параметров исходного
материала); статистические па-
раметры распределения про-
бивного напряжения (средняя
электрическая Прочность
должна быть не менее элект-
рической прочности материа-
ла, а коэффициент вариации —
Рис. 5.49. Инструмент с разделением
потока:
1—дорн; 2—расплав; 3—канал в дорне;
4—матрица
не менее 0,12—0,15). Кроме
того, в процессе производства
следует контролировать тол-
щину изоляции, концентрич-
ность и среднее расстояние между пробоями при испытании
АСИ.
При изготовлении толстостенной изоляции предъявляются
особые требования как к условиям гомогенизации расплава,
так и к режимам охлаждения; в ряде случаев, например для
изоляции радиочастотных кабелей большое значение имеет
также стабильность -диаметра. При применении дополнитель-
ного сопротивления, например, путем установки дополнитель-
ных сеток устраняется нестабильность диаметра, связанная
с недостаточной гомогенизацией расплава.
Для изготовления изоляции силовых кабелей высокого
напряжения, а также высоковольтных кабелей различного
назначения следует применять особо чистый полиэтилен, по-
лучаемый в результате специальной операции очистки путем
фильтрации через пакет сеток, содержащих сетки с особо
малым размером ячеек. Если перерабатываемый полиэтилен
содержит небольшое количество включений, то операцию
очистки можно совмещать с изготовлением изоляции.
Как указывалось выше, материалы с резкой зависимостью
плотности от температуры (к ним относится и полиэтилен)
особенно подвержены образованию пустот внутри изоляции
при слишком быстром ее охлаждении. Поэтому температуру
охлаждающей воды в первой секции следует устанавливать
не менее 80 90, а в ряде случаев даже 90—95е С. Для
повышения равномерности охлаждения можно увеличить воз-
душный зазор между головкой и первой секцией ванны, так
как в воздушной среде расплав будет охлаждаться медленнее.
Если же устранить пустоты не удается, то изоляцию можно
накладывать в несколько слоев (проходов), охлаждая каждый
слой отдельно. Для обеспечения сваривания последующего
слоя с предыдущим поверхность заготовки следует подогревать
перед входом в головку до температуры, близкой к температуре
плавления.
13 3125
193
5.10.	ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ
ФТОРПОЛИМЕРОВ И ПОЛИАМИДОВ
Особенности переработки термопластичных фторполимеров
обусловлены спецификой их свойств. Из-за высоких тем-
пературы плавления и вязкости расплава необходимо, чтобы
нагреватели экструдера обеспечивали нагрев до температуры
400—450° С, для чего их мощность должна составлять 4—
4,5 Вт/см2. Фланец, соединяющий головку с цилиндром, также
должен быть обогреваемым. Близость температуры переработ-
ки и разложения, а также высокие требования к стабильности
проводов и кабелей обусловливают необходимость высокой
точности поддержания температурного режима: колебания не
должны превышать +1 ° С. Следует также непосредственно
контролировать температуру расплава. Экструдеры для фтор-
полимеров не отличаются в принципе от обычных и выпол-
няются из специальных коррозионно-стойких сплавов, так как
продукты, выделяющиеся при переработке фторполимеров,
вызывают интенсивную коррозию обычных сталей, а железо,
входящее в их состав, является катализатором разложения
фторполимеров. Для частей экструдера, контактирующих с рас-
плавом, применяют хромоникелевые и никель-молибденовые
сплавы с небольшим содержанием железа, например, марок
ХН 77ТЮР (ЭИ-473Б) и 47 НХМ. Применяют червяки как
с короткой, так и с большой длиной зоны сжатия; последнее—
главным образом, для ПВДФ; степень сжатия 2,5—3.
Хорошие результаты дает червяк барьерного типа. Для
равномерного прогрева расплава глубина канала в дозирующей
зоне не должна превышать 6% диаметра червяка. Охлаждение
червяка обычно не применяют. Частота вращения червяка,
как правило, не превышает 50 мин-1, что ограничивается
невысокими критическими скоростями сдвига. Решетки и сетки
обычно не применяют, но, если есть необходимость увеличить
сопротивление (при большой толщине изоляции), улучшить
гомогенность расплава (при применении наполнителей или
концентратов красителя) или проводить фильтрацию при
экструзии, то сетки и решетки должны быть изготовлены из
коррозионно-стойких сплавов и не создавать застойных зон.
Поскольку фторполимеры негигроскопичны, то нет необ-
ходимости в предварительной подсушке материала. Однако
влага может конденсироваться на поверхности гранул, а также
сорбироваться пигментами концентратов красителей; в этом
случае может потребоваться либо предварительная сушка
в течение 8—16 ч при 120—160° С, либо обдув горячим
воздухом перед подачей гранул в бункер экструдера.
Как указывалось выше, скорость переработки термопластич-
ных фторполимеров обычно ограничивается наступлением ре-.
жимов неустойчивого течения. Используют два пути увеличения
скорости: повышение температуры расплава и снижение макси-
мальной скорости сдвига. Первый путь реализуется как путем
увеличения температуры на матрице и на головке, так и путем
сокращения отвода теплоты к дорну и заготовке. Это достига-
ется установкой в дорн либо обогревателя либо теплоизолиру-
ющей втулки, что обычно может быть реализовано при
относительно больших размерах изготовляемого кабеля и соот-
ветственно дорна.
Второй путь — это свободное наложение изоляции. Такой
способ применяют при переработке всех фторпластов, однако
ЭТФЭ и ПВДФ, имеющие более высокие критические скорости
сдвига, могут быть переработаны и способом с обжатием.
фторопласт-40111,. характеризующийся относительно высокой
критической скоростью сдвига и низкой способностью к вы-
тяжке, накладывают на жилу обычно с обжатием. Выбор
конкретных размеров формующего инструмента ведется в по-
рядке, указанном в § 5.7; критические скорости сдвига,
рекомендуемые степени вытяжки и температуры переработки
приведены в гл. 2 и 5.
Цилиндрическая часть дорна обычно выступает из матрицы
на 0,5—1,5 мм; для ФЭП и ПФА длина формующей части
составляет 50 мм, длина конуса расплава—10—50 мм. При
большем конусе может возникнуть нестабильность толщины
изоляции, овальность и увеличиться внутренние напряжения,
а чрезмерно короткий конус может привести к нарушению
нормальной вытяжки. Длину конуса можно регулировать путем
вакуумирования дорна.
При переработке фторполимеров практически всегда следует
применять предварительный подогрев заготовки до темпера-
туры не менее 150—180° С. Это не только снижает охлаждение
расплава, но также повышает- адгезию, снижает усадку и внут-
ренние напряжения, способствует увеличению относительного
удлинения при разрыве. Если фторопластовую оболочку на-
кладывают на заготовку, способную сорбировать значительное
количество влаги, то заготовку во избежание образования
пузырей следует предварительно подсушить. С этой же целью
иногда применяют обогрев конуса расплава после его выхода
из головки. Для охлаждения используют как горячую, так
и холодную воду в зависимости от требуемых свойств, а часто,
особенно когда толщина изоляции превышает 0,5—0,8 мм,
и воздушное охлаждение.
Качество изоляции характеризуется уровнем физико-меха-
нических характеристик и отсутствием трещин при одновремен-
ном воздействии теплоты и механических напряжений. При-
меняют экспресс-метод, в соответствии с которым образцы
провода, навитые на пятикратный (или однократный) диаметр,
13 *	195
помещают на 5 мин в кремнийорганическую жидкость, натре,
тую обычно до +200° С, а затем осматривают на наличие
трещин или проверяют испытательным напряжением.
Экструдируемые материалы на основе полиамидов применя-
ют в кабельной промышленности, главным образом, для
создания тонких покрытий — толщиной от 0,05 до 0,20 мм.
Технология их переработки определяется рядом специфических
свойств. Прежде всего, следует учитывать высокое влагопог-
лощение полиамидов. Если в материале содержится свыше
0,2% влаги, то она будет выделяться, образуя пузыри в эк-
струдате и ускоряя деструкцию материала. Поэтому перед
переработкой обычно требуется подсушка материала. Количест-
во влаги в материале определяется общепринятыми способами,
на что необходимо существенное время.
На практике можно использовать экспресс-метод: гранулы
в количестве нескольких штук нагревают до температуры
переработки (например, на головке экструдера), если после
расплавления в грануле образовались пузыри, то материал
следует дополнительно высушить; отсутствие пузырей свидетель-
ствует о возможности переработки. При высушивании гранул
следует учитывать не очень высокую стойкость полиамидов (ПА)
к окислению. Поэтому в целях сокращения длительности сушки
ее следует проводить во вращающихся цилиндрических камерах
в вакууме. Вращение камеры обеспечивает равномерный нагрев
гранул, а вакуум уменьшает количество кислорода и сокращает
время сушки благодаря повышению ее интенсивности.
Температура стенок камеры должна быть около 100—
140° С, а остаточное давление — не более 2,5 кПа. Длитель-
ность сушки зависит как от условий сушки, так и от исходной
и конечной влажности, а также от объема загружаемого
материала, и обычно составляет несколько часов. Поскольку
горячий материал увлажняется быстрее, то в конце периода
сушки следует сначала снизить температуру, а затем поднять
давление. После сушки материал следует хранить в герметичной
таре, не допускающей попадания влаги, так как на открытом
воздухе материал снова увлажнится через 5—15 ч (в зависи-
мости от влажности окружающего воздуха).
Следующая особенность связана с узким температурным
диапазоном плавления и резкой зависимостью механических
свойств от температуры. В отличие от большинства применя-
емых в кабельной технике полимеров, например ПЭ и ПВХ-
пластиката, гранулы которых при температурах, приближа-
ющихся к температуре плавления, размягчаются и могут быть
относительно легко деформированы в канале червяка, гранулы
полиамидов почти до самой температуры плавления сохраняют
довольно высокую твердость. Если такие нерасплавленные
гранулы полиамида подойдут к зоне сжатия червяка, то это
приведет к пульсациям расхода, возрастанию нагрузки на червяк
И даже к остановке экструдера. Поэтому профиль нарастания
температуры в цилиндр должен быть таким, чтобы к зоне
сжатия подходил только расплав, не содержащий нерасплавлен-
ных гранул. Следовательно, хотя и может быть применен червяк
с L/D=i5, но лучшие результаты получаются при L/D не менее
20. Желательно использовать червяки с короткой зоной сжатия,
равной (0,5—V)D, и с дозирующей зоной длиной (5—6)D.
Очень важной особенностью полиамидов является низкая
вязкость расплава, достигающая 10-5—10-6 МПа с. Столь
низкая вязкость хотя и способствует увеличению производи-
!ельности, но одновременно приводит к ряду затруднений. Во-
первых, снижается давление, развиваемое червяком, увеличива-
ется его склонность к созданию пульсаций. Поэтому следует
применять червяк с небольшой глубиной канала в дозирующей
зоне и сетки для создания противодавления. Во-первых, особо
жесткие требования предъявляются к размеру зазора между
червяком и цилиндром, так как при большом зазоре воз-
растающий поток утечки, который обычно в расчетах не
учитывают, может заметно снизить производительность.
Кроме того, из-за низкой вязкости расплав может под
воздействием противодавления перетекать назад в направлении
к загрузочному бункеру и при соприкосновении с гранулами
застывать, образуя в экструдере «пробку». Этот аномальный
режим возможен особенно при остановке экструдера. Описан-
ные особенности обусловливают специфику пуска и остановки
экструдера. При пуске следует сначала установить температуры
на цилиндре на 15—20° С выше номинальных, обеспечив
заполнение экструдера при скорости вращения червяка не
более 2—5 мин-1. После этого следует установить номиналь-
ную температуру и скорость, следя за нагрузкой на двигатель
экструдера. При перерывах в работе остановку червяка нужно
проводить плавно, постепенно снижая скорость и давление;
при кратковременных перерывах лучше вообще не останавли-
вать червяк, а только замедлить его вращение. При плановом
прекращении работы или длительных перерывах следует за-
менить ПА в цилиндре на другой материал, например ПЭВП,
вто облегчит чистку экструдера.
При переработке ПА применяют инструмент для свободного
Наложения (см. рис. 5.36, б); степень вытяжки составляет от
5 До 25. Для регулирования длины конуса можно использовать
вакуумирование дорна. Охлаждение обычно проводят в во-
допроводной воде, при этом получается структура с Преоб-
Ладанием аморфной фазы, дающая максимальную гибкость
11 эластичность. Высокие критические скорости сдвига ПА
Дозволяют работать на очень высоких скоростях, начиная от
*•'0—300 м/мин и более.
197
5.11.	ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ ВСПЕНИВАЮЩИХСЯ КОМПОЗИЦИИ
В кабельной технике применяют несколько способов получе.
ния вспененного полимерного покрытия. Так называемый
физический метод вспенивания основан на том, что в полимер
под давлением вводят газ, растворяющийся в нем в соответ-
ствии с законом Генри: C=ph, где С—концентрация рас.
творенного газа,/? — давление; h—коэффициент растворимости
Введение газа можно осуществлять либо путем его подачи
непосредственно в расплав полимера, находящийся в цилиндре
экструдера (например, азота в ПЭ), либо путем предваритель-
ного насыщения им гранул полимера при выдержке их
в течение нескольких суток в газовой среде под давлением.
Так вводят дихлордифторметан (хладон-12) в ФЭП.
При изменении температуры и давления полимер оказыва-
ется перенасыщен газом, и последний начинает выделяться
из расплава полимера с образованием газовой фазы в виде
пузырьков, создавая ячеистую структуру.
Химический метод вспенивания основан на введении в гра-
нулы полимера химических веществ, называемых газообразова-
телями, вспенивающими агентами или порообразователями,
которые при определенной температуре в цилиндре экструдера
разлагаются с образованием газообразных продуктов. Послед-
ние, так же как и при физическом вспенивании, растворяются
в расплаве полимера, а затем при снижении давления образуют
пузырьки, приводящие к вспениванию расплава. Существуют
три модификации этого метода: при первом методе газооб-
разователи вводят в каждую гранулу полимера, при втором
используют концентраты газообразователя в полимере, сме-
шиваемые с чистым полимером перед экструзией, при
третьем — газообразователь наносят на поверхность гранул
полимера путем холодного смешения непосредственно перед
экструзией.
Некоторое применение нашел также метод изготовления
вспененной изоляции из раствора: раствор ПЭ в толуоле
наносят путем окунания на токопроводящую жилу с созданием
ячеистой структуры путем испарения растворителя.
Каждый из этих методов обладает своими достоинствами
и «едостатками. Физический метод применяют главным об-
разом для кабельных изделий с относительно толстой изо-
ляцией или в том случае, когда отсутствуют необходимые
газообразователи, например для получения вспененной изо-
ляции из ФЭП. Метод наложения изоляции из раствора
ограниченно применяют некоторые фирмы для получения
Очень тонкой изоляции, в частности для жил городски*
телефонных кабелей. Наибольшее распространение получйД
химический метод вспенивания, применяемый как для широкой
198

^руга полимеров, так и для различных толщин покрытий.
Поэтому ниже подробнее рассмотрим именно этот метод.
В процессе продвижения по цилиндру экструдера гранулы
с газообразователем нагреваются, и под воздействием теплоты
начинается реакция разложения газообразователя. Обычно
разложение идет по реакции первого порядка, где скорость
зависит от температуры. Период полураспада (т. е. время
необходимое для уменьшения концентрации в 2 раза) дл»
газообразователя ЧХЗ-57 зависит от температуры:
Температура, °C Время, ч
50	85
60	13
75	2,5
85	0,5
100	0,12
Таким образом, количество выделившегося газа будет
зависеть как от температуры, так и от длительности ее
воздействия, что следует учитывать при выборе температурно-
скоростных режимов переработки: чем больше длительность'
пребывания материала в экструдере, тем больше количество
образовавшегося газа.
Образовавшийся газ растворяется в расплаве полимера, при
этом следует иметь в виду, что газовой фазы еще не образуется,
а молекулы газа распределены между молекулами полимера.
В соответствии с законом Генри чем выше давление и ниже
температура расплава, тем больше газа при данной температуре
может раствориться в полимере. Если же давление мало, что
может быть на практике при неправильно выбранной конструк-
ции червяка и температурно-скоростном режиме (например, при
чрезмерно низкой скорости вращения червяка), то часть газа не
сможет раствориться в полимере и будет стремиться выйти
в атмосферу через загрузочный бункер экструдера.
Насыщение газа расплавом начинается в зоне плавления
червяка и особенно интенсивно происходит в дозирующей
воне. Именно режим работы этой зоны ответствен за количест-
во образовавшегося газа и равномерность его распределения
в расплаве. Желательно, чтобы основная часть газообразова-
теля разложилась в этой зоне, так как газообразователь,
Разлагающийся в головке, будет распределяться в расплаве
Менее равномерно. Поэтому процесс чаще всего регулируют
пУтем изменения температуры последней зоны цилиндра,
оставляя другие температуры неизменными. Таким образом,.
выявили первую особенность переработки вспенивающихся
постпозиций, заключающуюся в том, что температурный режим
орежде всего устанавливают в зависимости от температуры
скорости разложения газообразователя.
199
После выхода материала из цилиндра экструдера в головку
давление расплава начинает снижаться, и, как это следует из
закона Генри, снижается предельная концентрация газов
которые может сорбировать в себе расплав. В результате
этого газ будет стремиться выйти из расплава, и при некоторое
критическом давлении ркр скачкообразно начинает образовы-
ваться газовая фаза в виде микропузырьков. Образование
начальных микропузырьков будет происходить у различных
«дефектов» структуры расплава: частиц неразложившегося
газообразователя, твердых продуктов его разложения, специ-
ально вводимых в композицию зародышеобразователей и пр.
На этой стадии формируется количество будущих ячеек. Не
вдаваясь в подробности довольно сложного процесса зарож-
дения пузырьков, рассмотрим только основные процессы,
ведущие либо к их росту, либо к гибели. Давление газа рг’
заключенного в пузырьке, стремится увеличить его радиус
и компенсируется внешним давлением расплава рт, и лап-
ласовским давлением, обусловленным криволинейной поверх-
ностью пузыря р„. Величину рг можно определить либо исходя
из закона Менделеева—Клапейрона:
P-~'=Nk,
т
(5.67)
либо из уравнения состояния идеального газа:
ф =	(5.68)
где VT и Т—объем и абсолютная температура газа в пузырьке;
N—число молекул газа в пузырьке; к — постоянная Больцмана,
равная для одноатомных газов 1,38 • 10 ”23 Дж/К; m — масса
газа в пузырьке; R — универсальная газовая постоянная (табл.
5.7).
Из (5.68) следует, что при постоянных температуре и массе
'рт обратно пропорционально VT. Лапласовское давление можно
Таблица 5.7. Параметры газов как порообразователей в полимерной изоляии*
✓	Е, МВ/м		22—24			сп еч	
						1 о	1
			1,65	in			in in
	W		2,3 1,6—	1,3—]	1	2,0 1,35—1	
	/		30—700 50—500	50—400	>0—300	>0—250 450 10—170	
				СЧ	еч		г» 1
							
1 i	МПа		00 г» °®	-5,9	-19,6	-17,6 1,6 -5,9	
			ей	О*		оо<^4	
о S S S я и й 3				.	м	о	’’Г
	Степень вспени- вания, %		30—40	50—55	1	20—30	До 50 1
su	£		© L/-3			150	8
W л я с	Плотное кг/м3		920 550—6:	© еч	8 СП		
об							
wS							
ВП1		л”1' i	О	© '		©	©
	я 8		<001	©	1	© 1	© 1П
Tat	ев С,	«) #	© сч.				©
	о	мкм	1 04	-250	1	-100	lost-
		а TS	ио	-09	1	40-	25-
	Вид изоля- ции ... . _		I Сплошная Вспененная тонкостей-	ная Вспененная толсто-	стенная Сплошная	Вспененная Сплошная Вспененная	
							
	1						
	Мате]		пэнп		§ ь х S « s К &	С m &	
Газ	Молеку- лярная масса	R, Дж/кг	Нормал ьнЛ плотность, кг/м.
Азот N2	28	297	1,25
Оксид углерода СО	28	297	1,25
Аммиак NH3	17	488	0,77
Кислород О2	32	260	1,47
Диоксид углерода СО2	44	189	1,98
Воздух	. 28,8	287	1,29
200
201
Таблица 5.9. Температурно-скоростное
Материал изоляции	Ож, мм	О„, мм	Скорость, м/мин	мм	Температура Экс	
					I	II
ПЭНП	2,15	9,7	30—35	90	80—100	90—110
ПЭНП	1,2	2,4	100—120	63	100—110	110-120
ПЭНП	0,4	0,66	1200—1800	60—90	150—155	185
ПВХ-пла- стикат	10,2 1,2—1,3 0,5	13,0 2,4—3,2 1,2	40 150—300 1200	125 90 90	100—105 120—140 140	110—120 130—150 150
рассчитать по известной формуле, зная удельную поверхност-
ную энергию ст и радиус пузырька г:
р„ = 2а/г.
(5.69)
или
4лг3 (	, 2о\
/И-----1 Л -f"-- |.
ЗЯТИ вн	г /
Заметим, что с увеличением температуры поверхностная
энергия о будет уменьшаться. Учитывая, что объем пузырька
Кг=4тсг3, получаем в итоге	I
(5-70)1
(5.71)4
Из вышеприведенных формул следует, что в начальный
момент, когда г очень мал, 2ст/г»двн, поэтому такой об-
разовавшийся зародыш будет стремиться вытеснить из себя
газ обратно в расплав полимера и погибнуть, т. е. вероятность
возникновения микропузырьков близка к нулю.
В результате происходит пересыщение расплава газом, что
увеличивает вероятность образования микропузырьков. Для
спонтанного образования устойчивого микропузырька необ-
ходимо скопление достаточно большого числа молекул газа,
и только при образовании микропузырька с радиусом больше
критического, когда рвн соизмеримо с 2сг/г, возникают условия
для дальнейшего роста пузырька. Расчеты показывают, что
ткр равно примерно 10 —10 ~2 мкм, а число молекул газ3
в таком пузырьке составляет не менее 106—1011. Давление-
при котором возникают пузырьки с г>ткр, называют критичен
202
режимы при наложен»! вспененной изоляции						
/^удера по зонам, °C					Расстояние	Температура
	' ш	IV	Головка	Матрица	до ванны, м	в охлажда1д- щей ванне,. °C
	110—130	130—150	150—170	—	—	1 — 60 И —40
	120—130	130—140	140—150	200—210	0,8—1	1 — 70—80 II —20
	190	195	198—205	200—205	0,3—1,5	1—70 II—20
	125—140	130—140	135—140	110—135	0,5	20
	135—160	140—170	130—160	120—160	0,5—1,0	20	'
	160	160	175	185	0,5—1,5	20
ким дкр. Далее, снижение давления ведет к росту пузырька
с увеличением общего объема вспененного полимера.
Одновременно с ростом пузырьков сразу же начинается
процесс их слияния как из-за диффузии газа из мелких в крупные,
так и из-за разрушения перемычек между пузырьками. Таким
образом, со временем происходит сокращение количества
пузырьков, прежде всего благодаря поглощению мелких. По
этой причине ркр должно достигаться как можно ближе к выходу
экструдата из матрицы, так как в противном случае получается
структура с относительно небольшим количеством крупных
пузырьков. Поскольку при снижении температуры расплава
о резко возрастает, особенно вблизи температуры плавления, то
увеличение объема прекращается при охлаждении изоляции.
Поэтому, регулируя расстояние между головкой и охлаждающей
ванной, можно в широких пределах изменять степень вспенива-
ния, плотность, морфологию и наружный диаметр изоляции.
Процесс роста пузырьков, ведущий к увеличению объема
расплава, характеризуется степенью (кратностью) вспенивания
^в= Кп/Ро, гДе Ип—объем вспененного материала, а Ио — объем
исходной, невспененной композиции. Степень вспенивания мож-
но также охарактеризовать увеличением объема АИ/И0, где
Ко. При правильно выбранном режиме вспенивание
начинается после выхода экструдата из матрицы и ведет
к увеличению объема и наружного диаметра. Таким образом
выявляется вторая принципиальная особенность получения
вспененной изоляции: диаметр изделия формируется не в мат-
рице, а после выхода экструдата из нее при вспенивании.
Рост размера пузырьков и диаметра кабеля прекратится, когда
Давление внутри пузырька уравновесится наружным и лап-
ласовским давлением.
203
Основными параметрами вспененной изоляции являются
структура пены и макроскопические свойства. Структура пены
характеризуется средним диаметром пузырьков и распределе-
нием пузырьков по размерам, их формой, количеством пузырь,
ков в единице объема изоляции, равномерностью их рас-
пределения по сечению изоляции. К макроскопическим харак-
теристикам относятся степень вспенивания, плотность й от-
носительная диэлектрическая проницаемость. Средний диаметр
пузырька определяется на основании микроскопического изуче-
ния среза с поперечного сечения изоляции, при этом следует
учитывать, что фактический средний диаметр будет в 4/л: раз
больше, чем видимый в сечении диаметр. Форма пузырьков
определяется при изучении продольного и поперечного срезов
и их сравнения между собой.
Важнейшим параметром структуры является количество
пузырьков в единице объема, рассчитываемое по формуле
N=Ns/dcp, где Ns — видимое число пузырьков, на единицу
площади; dcp—средний диаметр пузырька. Типичные парамет-
ры изоляции приведены в табл. 5.8. Там же даны основные
макроскопические характеристики изоляции.
В принципе для переработки вспенивающихся композиций
пригоден любой экструдер, как и для сплошной изоляции.
Однако необходима повышенная точность поддержания тем-
пературы с отклонениями не более ± 1° С; желательно иметь
также охлаждение червяка. Глубина нарезки в дозирующей
зоне не должна быть очень мелкой, чтобы не допускать
перегревов из-за чрезмерного сдвига. Следует использовать
предварительный подогрев жилы (особенно при тонкой изо-
ляции) до 90—110° С. Холодная жила может привести к об-
разованию около нее невспененного монолитного слоя и к сни-
жению физико-механических свойств параметров изоляции,
а перегретая — к крупным ячейкам. Применяют технологичес-
кий инструмент с обжатием (см. рис. 5.36, а), диаметр
формующей части матрицы должен быть обычно меньше
диаметра изоляции и соответствовать соотношению
DM = ^(D23-D2x)/k+D2,	(5.72)
где к учитывает степень вспенивания и степень вытяжки
и обычно составляет от 1,5 до 2,2. Для тонкостенной изоляции
жил городских телефонных кабелей применяют матрицу с ко-
нической формующей частью с диаметром выхода, рассчитыва-
емым по формуле
Рм = 7(Риз + Рж)/1’6.	<
204
Температурно-скоростной режим зависит от применяемого
материала и вида кабельного изделия; типичные режимы
приведены в табл. 5.9.
Основными параметрами регулирования процесса являются
температура расплава, скорость вращения червяка и расстояние
от головки до охлаждающей ванны, дополнительными — тем-
пературы червяка, предварительного подогрева и охлаждающей
воды. В отличие от экструзии монолитной изоляции изменение
каждого параметра регулирования приводит к изменению
нескольких основных характеристик изоляции, что существенно
усложняет управление технологическим процессом. Поэтому
современные экструзионные агрегаты оборудованы управля-
ющими микропроцессорами, регулирующими основные пара-
метры экструзии по заданной скорости, емкости и диаметру.
Глава шестая
НАЛОЖЕНИЕ РЕЗИНОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ И ОБОЛОЧЕК
6.1.	СПОСОБЫ НАЛОЖЕНИЯ РЕЗИНОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ И ОБОЛОЧЕК
Основными требованиями при наложении резиновой изо-
ляции и оболочек на кабельные изделия являются равномер-
ность покрытия по толщине и концентричность по отношению
к заготовке кабельного изделия или к токопроводящей жиле
при обеспечении монолитности.
При наложении резиновой изоляции и оболочек в соответ-
ствии с перечисленными требованиями могут быть исполь-
зованы следующие различные способы:
а)	опрессование холодными резиновыми лентами на про-
дольно-покрыва тельном прессе с последующей вулканизацией
в котле;
б)	опрессование разогретой резиновой смесью в экструдере
с последующей вулканизацией в котле;
в)	опрессование разогретой резиновой смесью, совмещенное
с процессом вулканизации на линиях кабельных непрерывной
вулканизации (ЛКНВ).
Первые два способа очень старые, широко освещены
в литературе по технологии кабельного производства и находят
ограниченное применение в отечественной практике.
Третий способ, наиболее современный, постоянно совер-
шенствуется и имеет следующие преимущества:
отпадает необходимость в каландрах, свинцовых прессах
й вулканизационных котлах;
исключена деформация изоляции и оболочек в процессе
вУлканизации, так как после формования в головке экструдера
205
резиновая оболочка попадает непосредственно в вулканизаци-
онную камеру, минуя какие-либо усилия, вызывающие дефор-
мации;
обеспечено повышение производительности экструдеров, зна-
чительное увеличение съема продукции с единицы производ-
ственной площади;
уменьшено число обслуживающих рабочих и улучшены
санитарно-гигиенические условия труда.
Линии кабельные непрерывной вулканизации, ранее име-
новавшиеся АНВ-агрегатами непрерывной вулканизации, раз-
личаются по диаметру экструдера, установленного в линии,
так как размеры экструдера определяют диапазон выпрес-
совываемых изделий, а следовательно, и конструктивные осо-
бенности линии.
Парк АНВ, выпускавшихся отечественной промышленно-
стью, состоял из следующих трех типов: АНВ-115, АНВ-150
и АНВ-250. Согласно паспортным данным перечисленные
агрегаты имеют следующее назначение:
АНВ-115.— изолирование жил сечением от 0,75 до 16 мм2
и наложение шланговых оболочек с наружным диаметром до
15 мм включительно;
АНВ-150—изолирование жил сечением от 10 до 240 мм2
и наложение шланговых оболочек с наружным диаметром до
50 мм включительно;
АНВ-250—наложение шланговых оболочек с наружным
диаметром 35 мм и выше.
В связи с изменением типажа на экструдеры выпуск
АНВ-115 и АНВ-150 был прекращен. Вместо них изготовляются
линии ЛКНВ-125, ЛКНВ-160, в конструкцию которых помимо
увеличения диаметра червяка внесены и другие изменения,
о чем будет сказано ниже.
В процессе опыта эксплуатации выявлена необходимость
разработки других типов ЛКНВ: для одновременного наложе-
ния двух слоев изоляции, изоляции и электропроводящего
экрана, изоляции и оболочки—линии ЛКНВ-63 х 63, ЛКНВ-
90x90, ЛКНВ-160 х 160. На указанных линиях возможно на-
ложение изоляции с желто-зеленой расцветкой.
Основные типы и краткая характеристика новых типов
отечественных ЛКНВ приведены в табл. 6.1.
В состав линий ЛКНВ входят следующие основные узлы:
отдающее устройство, компенсатор, экструдер, заправочная
камера, вулканизующая камера, охлаждающее устройство,
тяговое устройство, приемное устройство.
Кроме того, линии в зависимости от назначения оснащаются
вспомогательными узлами: талькирующим устройством, об-
дувочным устройством, маркирующим устройством, аппаратом
сухого испытания, устройствами для соединения жил и т. fl-
206	I
кехническяе данные новых типов ЛКНВ
э
5
э
3
ЛКНВ-90х90, индекс 592045	20—220 х 2,8-15,5 4,4—19 (с од- ним слоем), 5,4—20 (с дву- мя слоями) 66 10
ЛКНВ-1606, индекс 247031	5—80 i 9,05—30 12—35 I 90
ЛКНВ-160х 160, индекс 247021	° S	1 II	I	MD	Tfr II	J	m	d 'АО	vn О
ЛКНВ-бЗхбЗ, индекс 247021	J5—300	1 0,65—4,0 1,8—7 (с од- 1 ннм слоем), 1 3,2—7 (с дву- мя слоями) 70 ю
ЛКНВ-125Ш, индекс 24704]	Й U-1	— II 7 в * \©
ЛКНВ-125И, . индекс 247051	<—s	_ ijfi	8й	«А О\ ►£ <? <?	а Д Д ^Д ® Д *Д s'" м а - О о .	СО	s®,
Показатель	Скорость опрессоваиия, м/мин Диаметр токопроводя- щих жил или заготовок кабелей до опрессова- ния, мм Диаметр кабельного из- делия после опрессова- ния, мм Длина вулканизационной камеры, м Длина охлаждающей камеры, м
207
По расположению вулканизационных камер ЛКНВ можм
разделить на горизонтальные, наклонные и вертикальные
Схемы расположения узлов горизонтального, наклонного и вер-
тикального ЛКНВ приведены на рис. 6.1—6.3.	I
Практика показывает, что ЛКНВ с горизонтально расположен-
ной вулканизационной камерой можно использовать для наложения
резиновой изоляции и оболочек на кабельные изделия диаметров
до 25 мм. При вулканизации на ЛКНВ изоляции и оболочек
большего диаметра помимо дефектов, получаемых от прикоснове-
ния к стенке вулканизационной камеры, иногда наблюдается
эксцентричность резиновой оболочки, обусловленная воздействием
собственного веса последней. Практикуемое в этом случае смещение
матрицы к одной стенке не всегда дает положительный эффект,
и качество изделия получается неудовлетворительным.
Одним из путей радикального решения этой задачи является
использование ЛКНВ с наклонным или вертикальным рас-
положением вулканизационных камер.
Наклонные ЛКНВ обеспечивают более высокие скорости
опрессования по сравнению с вертикальными линиями, а мон-
таж обходится дешевле, так как для их установки не требуется
сооружать здание башенного типа. Однако наклонные ЛКНВ
менее универсальные, поскольку в этом случае вес кабеля,
приходящийся на единицу его длины, ограничивается до-
пустимой степенью натяжения кабеля в изогнутой камере.
Наклонные ЛКНВ, имеющие вулканизационную камеру, по
форме напоминающую цепную линию, являются установками,
в которых управление натяжением кабеля становится весьма
критическим, так как небольшое изменение натяжения значитель-
но изменяет форму кривой, принимаемой кабелем, и, таким
образом, влияет на положение точки, в которой кабель впервые
вступает в контакт с внутренней стенкой вулканизационной
камеры. Желательно, чтобы точка соприкосновения кабеля со
стенкой камеры находилась как можно ближе к участку камеры,
заполненному водой, и во всяком случае не касалась ее до тех пор,
пока оболочка не вулканизируется достаточно, чтобы предотвра-
тить деформацию, эксцентриситет или истирание. При выборе
угла наклона вулканизационной камеры необходимо определить
точку контакта кабеля с трубой, для чего требуется знать массу на
единицу длины и максимально допустимое натяжение ДлЯ
каждого кабеля. В то же время необходимо вычислить время,
требующееся для вулканизации оболочки кабеля при данном
значении давления (температуры) пара, что позволит определить
длину вулканизационной камеры, необходимую при давно0
скорости линии. На основании полученных данных затем мой0?
будет определить общую длину и наклон вулканизационно0
камеры, имея, однако, в виду, что чем больше длина линии, теМ
больше натяжение потребуется для данного угла наклона.
208
s 5
I §
•>. о
14 3125
209
210
Математические вычисления, требующиеся для определения
конечной формы конкретной наклонной вулканизационной
камеры, вкратце сводятся к следующему.
Стрела провеса f кабеля от головки экструдера до зоны
пар—вода определяется из выражения
,	То, .	й	ГоГ	(LW)	.
f— — (secw —1) = — cos\-—1
J v	'	W	2T0
(6.1)
Определение длины по оси до любой точки, представленной
углом, производится по формуле
\	x=^ln(sec\|/-f-tg\|/),	(6.2)
где ф—угол наклона экструзионной головки; ——длина цепной
линии от головки экструдера до зоны пар — вода;
То—допустимое натяжение, приложенное горизонтально для
поддержания цепной линии; W—вес кабеля на единицу длины.
Схема провеса кабеля приведена на рис. 6.4.
Вертикальные линии отличаются универсальностью и просто-
той обслуживания. На них можно изготовлять кабельные изделия
практически любого размера, причем масса кабеля, приходящая-
ся на единицу его длины, может различаться в очень широких
пределах. Недостатком указанных линий является необходимость
сооружать башню, высота которой, естественно, бывает ограни-
ченной, что приводит к сокращению длины вулканизационной
камеры по сравнению с наклонными и горизонтальными ЛКНВ.
Это обстоятельство в сочетании с большим сечением вулканизуе-
мых кабелей приводит к тому, что максимальная линейная
скорость составляет на вертикальных ЛКНВ около 18 м/мин.
6.2.	ВУЛКАНИЗАЦИЯ РЕЗИН
Вулканизация—это процесс сшивания поперечными связями
в единую пространственную сетку молекул каучука. Количество
поперечных связей, образующихся при вулканизации, определя-
ет степень сшивания каучука, или степень вулканизации.
14*	211
В процессе вулканизации происходит изменение основный
технических характеристик вулканизата, и резиновая смесь из
пластичной становится упругой и эластичной. Вулканизация
является кинетическим процессом, т. е. характеризуется ско-
ростью.
Существуют различные способы вулканизации. В большин-
стве случаев каучуки, имеющие в макромолекуле двойные








связи, вулканизуют серой при температуре 140—160° С. Наряду
с вулканизацией серой все большее развитие получают другие
способы вулканизации с учетом того, что серные вулканизаты
обладают достаточно высокими термической и
не
химической

стойкостями. Каучуки могут быть вулканизованы не содер-
жащими серу агентами: органическими пероксидами, хинонами
и их оксимами или иминами, полигалогенсодержащими со-
единениями, диазодикарбосиэфирами, а также действием
ионизирующей радиации и ультрафиолетового света (фотовул-
канизация). В кабельной промышленности нашла широкое
применение вулканизация с использованием тиурамдисульфи-
дов, которая протекает по радикальному механизму с об-
разованием поперечных связей С — С.
Вулканизационная сетка состоит из растворимой части —
золь-фракции и нерастворимой части — гель-фракции. Схема-
тическое строение вулканизационной сетки, образованной тет-
рафункциональными узлами, дано на рис. 6.5.
Вулканизация как кинетический процесс обычно проходит
через четыре следующие стадии:
1)	индукционный период (реакция еще не начата, свойства
исходной смеси практически не меняются);
2)	поперечное сшивание (степень вулканизации увеличивает-
ся со временем, свойства вулканизата изменяются монотонно,
достигая оптимальных значений);
3)	плато вулканизации (свойства сохраняются на оптималь-
ном уровне);
4)	реверсия, или перевулканизация (свойства ухудшаются
по сравнению с оптимальными).
Соотношение этих периодов
Рис. 6.5. Схематическое строение вулка-
низационной сетки
зависит от состава резины
и характерно для каждого
из изучаемых свойств.
По мнению многих ис-
следователей, реакцию при-
соединения вулканизующего
агента, в частности серы,
к каучуку можно считать
реакцией первого порядка,
скорость которой зависит
от концентрации агента. Ес-
ли реакция протекает при
212
г • •
постоянной' температуре в образце, т. е. в изотермических
условиях, уравнение кинетики вулканизации должно иметь вид
-=А:(Со-С).	'	(6.3)
Это означает, что изменение количества прореагировавшего
вещества С—вулканизующего агента во времени t (или dC/dt)
пропорционально оставшемуся непрореагировавшим количеству
вещества (Со —С), при этом Со — начальная концентрация
вулканизующего агента; к—постоянная скорости реакции.
Постоянная скорости реакции к изменяется с температурой
Т в соответствии с уравнением
к-к0 ехр
/__{А
\ RTJ"
(6-4)
где U—энергия активации процесса вулканизации.
Если известны постоянные скоростей реакций кг и к2 при
двух температурах Тх и Т2, энергия активации может быть
вычислена из выражения
Т2-Т\
(6-5)
В ряде работ [11 ] относительное количество прореагирова-
вшего агента вулканизации С/Со и уровень свойств, получен-
ных при вулканизации, отождествляются. Так, согласно данным
Клакстона и Лиска относительный модуль, определенный на
приборе GEPAR, можно считать изменяющимся по закону
М,х-М0
что аналогично выражению
тг—1~ехр( —Ат),	(6.7)
Со
полученному при решении уравнения первого порядка, если
Учесть время собственно вулканизации — т. е. вычесть
продолжительность /0. Здесь Л/о—модуль в индукционный
период; Мг.—максимальный модуль; М—текущее значение
Модуля (при Т— const).
Вулканизация изделий происходит в условиях нестационар-
ных (переменных во времени) температур, распределенных по
’•’ассиву изделия.
• Было введено понятие температурного коэффициента вул-
канизации:	,	(
^=(^0R=-^-,	(6.8)
213
где t и tT+a—время вулканизации при соответствующих
постоянных температурах Т и Т+а, за которые достигает» я
один и тот же уровень параметров вулканизатов. Очевидно
что при а =10 k.d = k = 2 согласно теории Шеппарда и Виганда’
Приближенная теория Шеппарда и Виганда, применяемая
для области переменных температур, основывается на эм-
пирическом правиле, справедливом в относительно нешироком
диапазоне температур вулканизации: интенсивность вулкани-
зации удваивается, а время достижения определимой степени
вулканизации соответственно сокращается вдвое при повыше-
нии температуры на 10° С.
На практике оказалось, что к зависит от вулканизуемой
системы. Наиболее часто встречающиеся значения к лежат
в пределах 1,7—2,8.
В настоящее время значение температурного коэффициента
вулканизации к определяется из кинетических кривых при
различных постоянных температурах. Различают к, определен-
ные из кинетических кривых: предела прочности при растяжении
к„, модуля сдвига кы, присоединения серы ks, а также по
оптимальному времени вулканизации tmn — kt опт. Для того
чтобы физико-механические свойства резины при переменной
температуре ее вулканизации были такие же, как и при
вулканизации ее с постоянной температурой, необходимо для
расчета режима вулканизации при переменной температуре
брать то значение к, которое определяется из кинетических
кривых изменения того же самого физико-механического свой-
ства.
В процессе вулканизации одновременно с основным процес-
сом протекает процесс структурирования, уравнение которого
dN КТ
-л = ~км
(6.9)
где кг—постоянная скорости реакции, которая экспоненци-
ально растет с увеличением температуры; N—число активных
групп, способных вступать в реакцию. Как указывалось выше,
идет процесс деструкции:
где п — число связей, способных к деструкции и оставшихся
к данному моменту времени.
Тогда степень реакции структурирования
Л = ———=1 — expf — f	(6.16)
\ о /
214
а степень реакции деструкции
В=——-= 1 — ехр( — fk2dt ).	(6.11)
по	\ О /
При степени деструкции В свойства вулканизата уже не
удовлетворяют требованиям нормативно-технологической до-
кументации, Таким образом, время температурной обработки
должно быть больше А и меньше В.
Если А будет соответствовать tlmi„—минимальному време-
ни вулканизации, а В—tlmax—максимальному времени, то
получим
- ln(l— At)=jk1dt,	(6.12)
о
откуда можно найти
Тогда tlmax получим из уравнения
— 1п(1 -Л)=4 k2dtr	(6.13)
о
Зависимость постоянных скоростей реакции от температуры
следующая:
kt=k01e*p((6.14)
\	J
к2=к02ехр\	(6.15)
\	J
где иг и U2 — энергии реакции сшивания и деструкции;
R—газовая постоянная; к01 и к02— постоянные предэкспорен-
циальные множители.
При постоянной температуре вулканизации Т
^ = -p-ln(l-^i)exp-^,;	(6.16)
«01	J\1
/2=-±1п(1-В2)ехр^..	(6.17)
«02
Отношение максимального t к минимальному характеризует
Ихнологический диапазон процесса. Чем больше он, тем
Удобнее выбирать режим на практике
h=koi In(l-Bt)е /U2-Ui\
к02 ln(l-^!)eXp\ RT )'
(6.18)
На практике значение U определяют по заданной тем-
пературе экспериментально по механическим характеристикам
Полиции.
215
Рис. 6.6. Плато вулканизации для ре-
зин
Одной из основных техно,
логических характеристик ре.
зин является плато вулканиза-
ции, представляющее собой
зависимость механических ха-
рактеристик резин от времени
эксплуатации (рис. 6.6). На
участке 1-2 образуется про-
странственная, или сшитая,
структура полимера благодаря
действию вулканизующих ве-
ществ. На участке 2-3 механи-
ческие характеристики не изменяются, так как процесс вулкани-
зации завершен. На участке 3-4 доминирующее значение имеют
процессы деструкции, что приводит к снижению механических
параметров. Очевидно, чем меньше промежуток времени 1-2,
тем быстрее протекает вулканизация, тем выше производитель-
ность процесса. Очевидно также, что чем шире участок 2-3, тем
меньше опасность перевулканизации. Это обстоятельство важно
при вулканизации покрытий большой толщины, так как за
время, необходимое для вулканизации внутренних слоев, наруж-
ные слои не должны перевулканизовываться.
На практике для определения скорости вулканизации «аще
всего используют видоизмененное уравнение (6.8), представ-
ленное в следующей форме:
. (619) ।
t->	!
в котором К—температурный коэффициент скорости вул-
канизации; Т2, Т2— температуры вулканизации; Н, 12—время
вулканизации при температурах соответственно 7\ и Т2.
Скорость вулканизации J выражают в условных единицах.
За исходное время вулканизации берут время вулканизации
стандартной резиновой смеси при 143° С и давлении 0,3 МПа.
Количественно степень вулканизации выражается через эф-
фект вулканизации Е, определяемый в условных единицах:
E=Jt.	(6.20)
Следует отметить, что для резин, степень вулканизации
которых одинакова, эффекты вулканизации равны. Поэтому
для получения одинаковой степени вулканизации при различных
температурах следует соблюдать следующее условие:
(6-21)
В качестве вулканизующей среды можно использовать
различные вещества. В настоящее время основным вид0*?
теплоносителя является насыщенный пар, обеспечиваю^11
216	,
рабочие температуры до 220° С при высоком давлении (до
2,5 МПа). При существующей технологии парового нагрева
скорость вулканизации во многом зависит от теплофизических
свойств кабельных резиновых смесей. Однако температуро-
проводность резиновых смесей мала, что не позволяет обес-
печить равномерный нагрев, особенно для кабелей крупных
сечений с большой толщиной оболочки (до 5 мм).
Установлено, что для исключения пористости в процессе
вулканизации давление теплоносителя можно поддерживать
в пределах 0,3—1 МПа в зависимости от размеров кабельного
изделия. Дальнейшее повышение температуры пара за счет
повышения давления нецелесообразно по соображениям без-
опасности. Кроме того, хотя температура в камере и определя-
ется по давлению пара, однако на практике насыщенный пар
может попадать с некоторым превышением температуры. Если
превышение температуры больше допустимых 2—3° С, фак-
тический процесс до перехода пара в насыщенное состояние
не будет соответствовать заданному. Коэффициент теплоотдачи
перегретого пара заметно ниже, чем насыщенного, и, несмотря
на более высокую температуру, изделие при заданной продол-
жительности процесса может оказаться недовулканизованным.
Основным направлением интенсификации процесса вулка-
низаций кабельных изделий является применение новых теп-
лоносителей, обеспечивающих более высокую и стабильную
температуру нагрева независимо от давления и внутреннего
разогрева резиновых смесей путем диссипации механической
энергии или воздействия СВЧ-поля.
Разновидностью этого способа вулканизации является спо-
соб, разработанный фирмой Nokia (Финляндия). Благодаря
электрическому нагреву вулканизационной камеры до 400° С
можно обеспечить температуру пара до 250° С, что позволит
поднять линейную скорость примерно на 30%.
В качестве теплоносителя при вулканизации могут быть
использованы также жидкости, как, например, диэтиленгликоль
с температурой кипения 245° С, силиконовое масло. При
нагреве в среде высокотемпературной жидкости термодина-
мические условия теплообмена подобны условиям парового
нагрева, однако коэффициент теплоотдачи нагревающей среды
в этом случае несколько меньше, чем при паровом нагреве
= 3000 4- 4000 Вт/(м2 • К) ]. Кроме того, необходима стабили-
зация жидкости во избежание теплового старения.
Таким образом, способы вулканизации благодаря увеличе-
нию температуры теплоносителя хотя и позволяют интен-
сифицировать процесс, однако увеличивают неравномерность
вулканизации в радиальном направлении, особенно для кабелей
больших сечений, что приводит к нестабильности параметров '
’’золяции и оболочки.
217
Исключить отмеченные недостатки позволяют способы,
обеспечивающие объемный разогрев резиновых смесей.
В результате исследований вулканизации кабельных изделий
с использованием нагрева в электромагнитном СВЧ-поле
показано, что скорость нагрева зависит только от поглощенной
энергии СВЧ-поля. Удельное поглощение энергии при СВЧ-
нагреве выражается известной формулой:
7’ = 2n/£2£0£tg8,	(6.22) г
где Е—частота и напряженность приложенного поля; е и tg 8 —
диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических
потерь резиновой смеси.
Результаты проведенных испытаний, а также теоретические
расчеты показали, что наиболее пригодны для СВЧ-нагрева
резиновые смеси на основе полярных каучуков, а также
резиновые смеси на основе слабополярных каучуков с напол-
нителями— высокодисперсными типами технического углерода
(марок ПМ-50, ПМ-75). В то же время для изоляционных
резиновых смесей с высокими диэлектрическими параметрами
применение СВЧ-нагрева нецелесообразно.
Одним из способов, обеспечивающих объемный разогрев
резиновых смесей, является способ, заключающийся в дис-
сипативном разогреве резиновых смесей в экструзионной
головке в процессе низкочастотных колебаний дорна (5—10 Гц).
В отличие от СВЧ-нагрева при данном способе на разогрев
резиновых смесей не влияют природа и характеристики ком-
понентов резиновых смесей.
К способу, интенсифицирующему процесс вулканизации
благодаря внутреннему разогреву, относится способ, разрабо-
танный фирмой Anaconda Wire and Cable (США), при котором
использованы перед экструдированием нагрев током высокой
частоты или пропускание через термическую печь токо-
проводящей жилы.
Наряду с применением различных теплоносителей и систем
их максимального использования ищут и другие пути увеличе-
ния производительности и повышения качества изделия. Так,
японская фирма Fujkura Cable использует установку ультра-
звукового нагрева в жидкой среде. Источником ультразвука
может быть один или несколько кольцевых вибраторов, .через
которые пропускают изделие. При дополнительном ультра-
звуковом нагреве скорость может быть увеличена на 50%.
Одним из способов, обеспечивающих равномерную вул-
канизацию, является способ радиационного сшивания. Пре-
имущества радиационной технологии перед традиционными
способами химической вулканизации в среде насыщенного
пара заключаются в следующем: не требуется введение в ма-
териал вулканизующих агентов, процесс идет при комнатной
218
температуре; производительность не ограничивается скоростью
наложения изоляции на экструдере, экономится производст-
венная площадь; участок облучения занимает не более 100—
140 м2; уменьшаются отходы заготовки при заправке и окон-
чании работы; энергетические затраты на 20—60% меньше,
несмотря на то что электроэнергия дороже пара, но ее
требуется меньше в 2—5 раз.
Недостатки радиационного способа — ограничение толщины
изоляции из-за ограниченной глубины проникновения элект-
ронного пучка, а также выделение большого количества озона
при взаимодействии быстрых электронов с воздухом в камере
облучателя. Радиационная вулканизация резиновых смесей
находится в течение нескольких лет в стадии исследования.
Проведенный анализ способов, обеспечивающих внутренний
нагрев, показывает, что всем им присущ общий недостаток:
они не могут обеспечить равномерный разогрев резиновых
оболочек (кроме СВЧ-нагрева).
Однако способ СВЧ-вулканизации нельзя использовать для
вулканизации неполярных резин, применяемых для изоляции.
Разработанный перспективный способ разогрева резиновых
смесей путем колебаний дорна в экструзионной головке
позволяет получить температуру, близкую к температуре, при
которой происходит вулканизация.
6.3. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ
НЕПРЕРЫВНОЙ ВУЛКАНИЗАЦИИ
Все ЛКНВ построены по одному принципу, поэтому ниже
дано подробное описание линии ЛКНВ-125, имеющей наиболь-
шее распространение на кабельных заводах. Для линий других
типов приведены их особенности.
Линия ЛКНВ-125 разработана в изоляционном и шланговом
вариантах и предназначена в первом случае для изолирования
жил сечением 0,75—6 мм2, а втором — для изолирования
и ошлангования кабельных изделий диаметром до 15 мм.
Изолируемая жила или провод с отдающего барабана
через оборотный ролик поступает в головку червячного пресса,
где происходит наложение резиновой изоляции или оболочки.
Из головки пресса жила кабеля или провод попадает в вул-
канизационную камеру, соединенную с экструдером с помощью
телескопического затвора. Длина вулканизационной камеры
выбирается от 75 до 100 м в зависимости от назначения
агрегата. В вулканизационной камере изоляция или оболочка
вулканизируется, проходит через паровой промежуточный за-
твор и поступает в охлаждающую камеру. Охлажденная жила
Или провод, выходя из камеры, попадает на оборотный ролик,
Проходит по желобу с водой, а затем подвергается обдувке
219
воздухом для удаления влаги и поступает на тяговое колесо.
С тягового колеса изолированная жила проходит через аппарат
сухого испытания и принимается на приемный барабан.
Линии непрерывной вулканизации для наиболее эффектив-
ного использования производственной площади размещают на
площадках на высоте 3—4 м над работающим оборудованием
цеха. На одной верхней площадке устанавливают червячный
пресс с тяговым колесом и щиты управления с размещенными
на них контрольными приборами. Под площадкой располагают
отдающее устройство, приемное устройство, аппарат сухого
испытания и станция управления. На другой верхней площадке
размещают конец вулканизационной камеры с промежуточным
и концевым затворами, охлаждающей камерой и оборотный
ролик. Вулканизационная камера подвешивается на фермах
вдоль цеха. Для удобства монтажа и обслуживания вдоль
вулканизационной камеры над действующим оборудованием
цеха на металлических стойках или кронштейнах устанавливают
небольшую площадку. Иногда на одной площадке располагают
параллельно несколько агрегатов со смещением их по длине.
Отдающее и приемное устройства агрегатов размещают под
площадкой.
Рабочий на верхних площадках обслуживает червячный
пресс и по приборам следит за работой всего агрегата.
Другой рабочий находится под площадками — меняет приемные
барабаны, устанавливает отдающие барабаны с проволокой
или с изолированными жилами, производит учет и сдачу
продукции. Кроме того, этот же рабочий следит за работой
счетчика длины и аппарата сухого испытания. Если на
изолированной жиле и проводе, принятом на приемный барабан
или в контейнер, отсутствуют пробои изоляции, такой барабан
или контейнер с жилой направляют на дальнейшие операции
без перемоток.
Стандартное отдающее устройство на линиях непрерывной
вулканизации состоит из отдатчика для барабанов с диаметром
щек от 500 до 760 мм, с диаметром сердечника 300—400 мМ
и шириной 350 мм. На такой барабан помещается от 20 до
40 км проволоки или скрученной жилы. Отдатчики оборудо-
ваны устройством для механического подъема и спуска ба-
рабанов. Равномерное натяжение проволоки или жилы, по-
ступающей в пресс, обеспечивается регулированием тормозного
момента с помощью рычага с роликом. При натяжении жилы
поднимается рычаг с роликом, что уменьшает торможение
колрдочного или ленточного тормоза. При установке двух
отдатчиков на агрегате переход с одного барабана на второй
производится без остановки агрегата.
При наложении изоляции на однопроволочную медную
или алюминиевую жилу с бухт устанавливают конусы ДЛЯ
220
бухт под площадкой агрегата. Конус размещают с наклоном
5.-ИО0 так, чтобы ось его совпадала с отверстием в площадке.
При установке двух или трех конусов обеспечивается непрерыв-
ная подача проволоки путем сварки нижнего конца проволоки
в бухте с верхним концом второй бухты.
Экструдер для линии непрерывной вулканизации должен
обладать большой производительностью и широким диапазо-
ном ее регулировки, чтобы обеспечить наложение изоляции
различной толщины при максимально допустимых линейных
скоростях движения проволоки. Червяк пресса изготовляется
двухзаходным с убывающим шагом. Диаметр червяка 63, 90
и 125 мм, глубина нарезки в загрузочной зоне выбирается
равной (0,1—0,2) D, а в компрессионной и дозирующей зоне—
(0,5—0,1)0, компрессия равна 1,9—2,5.
Червяк экструдера изготовляется полым, внутрь него встав-
лена трубка с отверстиями для водяного охлаждения во время
работы. Конец червяка имеет конусный наконечник, позволя-
ющий уменьшать объем резины во внутреннем пространстве
головки.
Питание резиной экструдера производится лентами, снятымй
с вальцов механическим ножом. Для обеспечения равномер-
ности питания пресса подача резины производится с помощью
механического питателя, состоящего из двух роликов. Ролики
захватывают ленту резины и направляют ее в пресс со
скоростью, обеспечивающей непрерывное его питание. Привод
этих роликов осуществляется от червяка пресса.
Питание пресса из контейнеров с лентами резины может
быть ручным или непрерывным механизированным с установ-
ленных у пресса нагревательных вальцов. В связи с примене-
нием для питания агрегатов непрерывной вулканизации холод-
ных резиновых смесей разогрев и необходимая их пластикация
достигаются червяком при увеличении его длины до (10—15)0,
уменьшении глубины нарезки, особенно на выходной части
пресса, и увеличении компрессии. При работе пресса с длинным
червяком необходимо помнить о точном регулировании тем-
пературы в цилиндре пресса, так как превышение температуры
резины приводит к преждевременной частичной ее вулкани-
зации.
Головки экструдеров агрегатов непрерывной вулканизации
Рассчитаны для малого объема резины. Дорн и матрица
Жестко центрируются с помощью дорнодержателя и мат-
Рицедержателя. Для образования правильного кольцевого за-
3°Ра и равномерного распределения в нем давления резины
конец дорна глубоко введен в коническую часть матрицы.
Регулировка центровки изоляции жилы достигается с помощью
Установочных винтов, меняющих положение дорнодержателя
с Дорном по отношению к матрице. На выходной стороне
221
головки пресса имеется кольцевая выточка с прокладкой
в которую входит торец телескопической трубы. Производи’
тельность линии можно повысить путем наложения изоляц^
одновременно на две жилы.
На производительность экструдера и качество кабельных
изделий существенное влияние оказывает формующий инет,
румент (дорн, матрица). Основные геометрические размеры
формующего инструмента при наложении резиновой изоляции
следующие: угол конуса дорна а = 35-т-60°; диаметр отверстая
дорна </д = (1,04—1,09)</, где d—диаметр изолируемой заготов-
ки; длина цилиндрической части дорна 4—12 мм; угол конуса
матрицы Р = (65-н90°); диаметр отверстия матрицы Рм = 0,99с/Щ!
где <43 — диаметр изделия или заготовки по изоляции или
оболочке; длина формующей части матрицы не менее 3—7 мм.
При увеличении глубины погружения дорна в матрицу
уменьшается степень обжатия жилы резиной. Если цилинд-
рическая часть дорна глубоко погружена в матрицу или даже
выступает из нее, то изоляция или оболочка будут накладывать-
ся почти без обжатия. Такой способ наложения изоляции или
оболочки применяют для повышения изгибоустойчивости ка-
бельного изделия, особенно при возникновении в процессе
эксплуатации крутящих моментов относительно оси кабельного
изделия. Приведенные рассуждения относятся к работе на
экструдере без вытяжки, т. е. когда скорость выпрессования
резиновой смеси равна скорости жилы или скрученной заготов-
ки кабельного изделия.
Наложение изоляции с вытяжкой происходит в том случае,
когда токопроводящая жила или скрученная заготовка движется
через головку экструдера быстрее, чем выпрессовывается слой
резиновой смеси, при этом происходит вытягивание резиновой
смеси движущей жилой и уменьшение радиальной толщины
изоляции. При малых толщинах изоляции или оболочки работа
с вытяжкой позволяет несколько увеличить производительность
экструдера, но при слишком больших вытяжках возникают
внутренние напряжения в изоляции, которые могут вызывать
растрескивание покрытия в процессе вулканизации. При боль-
шой толщине изоляции и высокой пластичности резиновой
смеси наложение изоляции необходимо производить при ми-
нимальной вытяжке, так как чем больше вытяжка, тем больше
натяжение, а следовательно, и давление кабельного изделия
на тяговое устройство.
Для нормальной работы линии устанавливают второ*1
комплект отдающего и приемного устройств.
Для одновременного наложения на провод или жилу кабеля
изоляции и оболочки или изоляции и полупроводящего экра®
применяют экструдеры с двумя червяками, размещенным
под углом.
222
Разработаны линии ЛКНВ-63 х 63, ЛКНВ-90 х 90 со сдво-
е({ными V-образно расположенными экструдерами. Цилиндры
. вращающимися в них червяками с индивидуальным приводом
размещены под углом 45°. Каждый цилиндр пресса питают
различной резиной для получения двухслойной изоляции,
резина из одного из цилиндров подается в общую головку
р поступает в зазор между дорном и матрицей, образуя
первый слой изоляции. Резина из второго цилиндра поступает
по специальным каналам в промежуток между дорном и мат-
рицей, причем матрица для первого слоя изоляции является
дорнодержателем для второго слоя. Выходная матрица снаб-
жена регулировочными винтами для центровки изоляции.
Входной или заправочный затвор, соединяющий вулкани-
зационную камеру с головкой пресса, состоит из неподвижной
стойки и передвигающейся в ней с помощью зубчатых шестерен
и рейки телескопической трубы (рис. 6.7). При заправке и налад-
ке агрегата телескопическая труба вдвигается внутрь вул-
канизационной камеры. Пространство между вулканизационной
камерой и трубой служит для смены блока головки, проверки
и регулировки центровки при наладке пресса.
Вулканизационная камера имеет две основные конструкции.
Одна из них состоит из отдельных секций длиной 4,5—6 м,
собираемых болтовым соединением фланцев. Каждая секция
имеет паровую рубашку (одна труба вставлена в другую
большего диаметра с зазором 8—12 мм, завальцованные торцы
большей трубы приварены к внутренней трубе). Наружная
труба снабжена отводными трубками, соединенными при
помощи фланцев.
Для уменьшения конденсации пара в вулканизационной
камере температура ее стенок поддерживается близкой к темпе-
ратуре пара путем подачи в рубашку вулканизационной камеры
пара. Поверх наружной трубы накладывается теплоизоляция.
Выбор конструкции вулканизационной камеры зависит
от соотношения стоимости электроэнергии и пара высокого
1^6-7. Входной или заправочный затвор линии непрерывной вулканизации:
?л°вка экструдера; 2—штурвал запирающего механизма; 3—подвижная телескопичес-
РУба; 4—зубчатая рейка; 5 — маховичок с шестеренкой; 6 — цилиндр заправочной
камеры; 7—вулканизационная камера; 8—паровая рубашка
223
давления, а также от требований к качеству продукций
В том случае, когда пар получается от ТЭЦ, нет смысла
прибегать к индукционному нагреву. Когда пар высокого
давления получается с помощью термокомпрессорной уста-
новки, применение индукционного нагрева становится ра.
циональным.
Вулканизационная камера, так же как и внешняя труба
для рубащки, изготовляется из цельнотянутых труб высокого
давления с внутренним диаметром 50—85 мм и со стенками
толщиной 6—7,5 мм. Повышенная толщина трубы нужна из-за
возможного разрушения металла под воздействием сернистых
соединений, образующихся при вулканизации резины.
I Длины вулканизационной камеры выбираются в зависимо-
сти от ассортимента изготовляемой продукции и производст-
венной площади. Увеличение длины вулканизационной камеры
позволяет при прочих равных условиях увеличивать линейную
скорость наложения изоляции или оболочки. Однако в неко-
торых случаях, когда изолированию подвергаются жилы,
имеющие малую механическую прочность (например, алюмини-
евые жилы для установочных проводов и контрольных кабелей
или медные жилы сечением менее 0,75—1,5 мм2), длину трубы
уменьшают. В камере происходят нагрев и вулканизация
резиновых изоляций и оболочек паром при давлении до
1,96 МПа. В процессе вулканизации образуется конденсат,
отвод которого из вулканизационной камеры осуществляется
через конденсационный горшок, устанавливаемый в конце
камеры. Для облегчения стока конденсата вулканизационная
камера имеет небольшой наклон в сторону парового затвора.
Промежуточный паровой затвор предназначен для предот-
вращения свободного выхода пара из вулканизационной камеры
в охлаждающую трубу и попадания в вулканизационную
камеру воды из охлаждающей трубы при свободном прохож-
дении провода через затвор без повреждения изоляции. Про-
межуточный затвор представляет собой цилиндрическую ка-
меру, перемещающуюся вместе с охлаждающей камерой.
В охлаждающую камеру (трубу) провод поступает из вул-
канизационной камеры через промежуточный паровой затвор.
Камера устанавливается на роликах, по которым она перед-
вигается при открывании промежуточного затвора.
В охладающую камеру непрерывно подается насосом холод-
ная вода под давлением 0,49—0,68 МПа, обеспечивающая
интенсивное охлаждение резиновой изоляции и оболочки,
а также экономию пара при работе агрегатов. Кроме того,
наличие в охлаждающей камере воды под давлением пр6'
дупреждает возможность образования вздутий и разрывов
изоляции, особенно в кабелях и проводах с многопроволочной
жилой и большой толщиной резиновой изоляции или оболочки-
224
Давление воды в охлаждающей камере создается гидро-
статическим насосом. Во избежание возможности попадания
воды из охлаждающей в вулканизационную камеру в конце
последней установлен паровой контактный манометр, который
при уменьшении давления пара до 0,785—0,98 МПа отключает
гидравлический насос, и давление воды становится равным
атмосферному; одновременно с этим подается сигнал на пульт
управления. Охлаждающая камера через сальник входит в ка-
меру водяного затвора.
Охлаждающая камера заканчивается водяным затвором
(рис. 6.8). К корпусу затвора с помощью шарнирных болтов
крепится накидная гайка, зажимающая три кольцевые рези-
новые прокладки и одну стальную диафрагму. В отверстие
втулки вставляется нажимная втулка со встроенным кольцом,
давящая на стальную диафрагму и обеспечивающая уплотнение
резиновой прокладки поверх изолируемого провода. Давление
на нажимную втулку осуществляется коленчатым рычагом,
связанным с пневматическим цилиндром, давление воздуха
в котором равно 0,49—0,59 МПа. В рабочем состоянии
резиновые прокладки плотно обжимают изолируемый провод,
Рис. 6.8. Водяной (выходной) затвор линии непрерывной вулканизации
15 3125	225
ограничивая утечку воды. При наличии на проводе утолщений
они проходят через пружинящие прокладки, отжимая втулку.
Ввиду того что во время смены уплотняющих прокладок
корпус выходного затвора перемещается, подвод воздуха
к пневматическому цилиндру осуществляется гибким шлангом.
Провод после выхода из водяного затвора огибает поворот-
ный ролик и поступает в желоб с проточной водопроводной
водой, разделенный на несколько секций. Интенсивность охла-
ждения изоляции или оболочки в желобе регулируется числом
секций и количеством поступающей воды. При работе агрегата
непрерывной вулканизации следят за тем, чтобы провод был
полностью вулканизирован и высушен. При прохождении через
аппарат сухого испытания провод с влажной поверхностью
вызывает искаженные показания. Кроме того, прохождение
влажного провода через аппарат сухого испытания недопустимо
по условиям техники безопасности.
Обдувка воздухом предназначена для удаления влаги с по-
верхности провода. Устройство для обдувки представляет
собой железный кожух, внутренняя трубка которого в месте
выхода провода имеет отверстия, направленные навстречу
движению провода. В эту трубку подается воздух под дав-
лением 0,29—0,49 МПа. Потоки воздуха, выходящие из от-|
верстий трубки, сдувают с провода воду.
Тяговое устройство применяют барабанного типа, оно|
обеспечивает постоянную линейную скорость прохождения
провода через агрегат. С тягового колеса провод через
поворотный ролик поступает в аппарат сухого испытания.
Аппарат сухого испытания состоит из трансформатора
110/20000 В, регулятора напряжения, испытательного электрода
и сигнализирующих устройств. Значение испытательного на-|
пряжения устанавливается поворотом рукоятки регулятора
напряжения, который имеет дополнительную обмотку, пита-
ющую вольтметр.
Концы жилы заземляются на отдатчике и на приемнике.
Аппарат устанавливается перед приемным устройством. При
пробое изоляции срабатывают реле, включающие сигнальную
лампу. Кроме того, аппарат снабжен счетчиком числа пробоев,
включенным через промежуточный трансформатор и выпрями-
тель в сигнальную цепь реле. Для удобства контроля на
приемнике агрегата установлены два счетчика числа пробоев
с переключателем, механически связанным с рукояткой пере-
вода приемных барабанов. Это дает возможность непосред-
ственно контролировать качество жилы на каждом приемном
барабане и определять число пробоев на каждом барабаяе|
Высоковольтный электрод аппарата сухого испытания П°|
условиям техники безопасности размещают на высоте, ис'|
ключающей соприкосновение с ним обслуживающего персонала !
Изолированный провод через поворотные ролики и компен-
сатор поступает на приемный барабан.
Приемное устройство агрегата непрерывной вулканизации
состоит из сдвоенного приемника и контейнеров. Сдвоенный
Приемник позволяет переводить изолированный провод с од-
ного приемного барабана на другой без останова агрегата.
Для синхронизации тягового и приемного устройств применя-
ется компенсатор.
Электрический привод ЛКНВ должен обеспечить плавное
бесступенчатое изменение скорости пресса, тягового колеса
И приемного устройства с отношением 1:20, поэтому привод
JIKHB обычно осуществляется с помощью электродвигателей
постоянного тока. Пуск и регулирование скорости электро-
двигателя пресса, тягового и приемного устройств обычно
осуществляются раздельно. В некоторых схемах агрегатов
предусмотрена возможность синхронной работы экструдера
и тягового устройства. Такая схема дает возможность несколь-
ко уменьшить заправочные концы при пуске.
(	6.4. ТЕХНОЛОГИЯ НАЛОЖЕНИЯ РЕЗИНОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ
И ОБОЛОЧКИ
Обслуживать агрегат могут только хорошо квалифицирован-
ные специалисты, не только умеющие осуществлять те или
иные операции, но и разбирающиеся в работе основных
механизмов и приборов, установленных на ЛКНВ. Рабочие
ЛКНВ должны хорошо знать правила безопасности, связанные
с обслуживанием аппаратов, работающих при высоких давле-
ниях и температуре. Бригадир должен иметь наиболее высокую
квалификацию, осуществлять управление агрегатом, его заправ-
ку, пуск и остановку. Наличие на линии большого количества
механизмов и приборов требует особого внимания к агрегату
со стороны механика и электрика цеха.
Управление линии осуществляется с пульта, на котором
установлены указатели частоты вращения червяка и скорости
прохождения жилы, амперметры электродвигателей червячного
пресса и тягового устройства, кнопки пуска, остановки и ре-
гулирования скорости тягового и приемного устройств и ча-
стоты вращения червяка, кнопки аварийной остановки всего
агрегата, а также рукоятка переключателя автоматического
Регулирования диаметра провода.
На пульте управления наклонных и вертикальных агрегатов
Устанавливаются дополнительные показывающие и регули-
рующие приборы для контроля и регулировки уровня охла-
ждающей воды, давления воды, натяжения кабеля, регулировки
^Релы провиса и др. Пульт Д1КНВ для двухслойного
Полирования должен иметь еще приборы, показывающие
Таблица 6.2. Режимы вулканизации изделия сечением жилы 1,5—2,5 мм2
и толщиной изоляции 0,6—0,8 мм
Давление пара, МПа	Температура, °C	Скорость опрессования, м/мин	Давление пара, МПа	Температура, °C	Скорость опрессования, м/мии
0,98	183,2	Не более 70	1,37—1,47	197—200	130—150^
1,09	187,1	70—80	1,57—1,76	203 —209	150—170
1,18	190,8	80—110	1,76—1,96	170—200	190—200
1,27	194,2	110—130			
раздельно частоту вращения каждого червяка, и устройства
для регулирования частоты вращения червяков как отдельно
для каждого пресса, так и синхронно с учетом работы
тягового и приемного устройств.
В непосредственной близости от пульта управления рас-
положен щит с приборами, контролирующими и регулиру-
ющими тепловые режимы работы червячного пресса, вул-
канизационной камеры и других узлов.
Обязанности бригады определяются заводскими инструкци-
ями и зависят от конструкции агрегата и его назначения.
При работе на горизонтальном ЛКНВ изоляционного типа
обслуживающая бригада помимо наблюдения за показаниями
приборов и управлением механизмами при работе агрегата
контролирует качество изолированной жилы, ее диаметр,
показания счетчика количества прогаров на аппарате сухого
испытания и правильность раскладки жилы на приемном
барабане. Члены бригады наблюдают за давлением пара
в вулканизационной камере по манометрам, за давлением
воды в охлаждающей трубе и работой водяного насоса, за
работой аппарата сухого испытания по контрольной лампочке
и счетчику прогаров, за работой отдающего и приемного
устройств, за своевременной сменой барабанов.
Технологические параметры работы линии с указанием
давления пара и скорости опрессования каждого изделия
определяются таблицами, имеющимися в технологической
инструкции.
В табл. 6.2 приведены значения давления пара и скорости
опрессования на ЛКНВ-125 при наложении изоляции толщиной
0,5—0,8 мм на жилу сечением 1,5—2,5 мм2 при длине вул-
канизационной камеры 60 м.
Вследствие плохой теплопроводности резиновой смеси ско-
рость вулканизации будет уменьшаться с увеличением толщины
изоляции оболочки. Из расчетов и опыта известно, что перепад
температур возрастает не только от увеличения толщины
изоляции или оболочки, но и от абсолютного значения
температуры пара, т. е. давления. При толщине слоя бол#
5 мм перепад температур может достигать 60-^80 С. В этом
228
Таблица 6.3. Фактические скорости, м/мии, наложении оболочки иа ЛКНВ
Наружный ди- аметр шнура или кабеля, мм	Кабель и шнур с радиальной толщиной обо- лочки до 2 мм включительно	Кабель с ра- диальной тол- щиной оболочки свыше 2 мм	Условия вулканизации
" До 7	80—50	—	Длина вулканизационной каме-
8—10	60—45	40—30	ры 70—90 м. Давление пара
11 — 13	60—45	40—30	3,37—1,57 МПа
14—16	50—45	35—25	
17—20	50—35	35—20	
21—25	40—20	25—15	
26—30	—	20—15	
31—35	—	20—10	
36—40	—	15—8	
41—45	—	13—7	
46—50	—	10—6	
51—55	—	5—3	Длина вулканизационной каме-
56—60		 .	5—3	ры 36—45 м. Давление. пара
61—65	—	4—3	1,27—1,57 МПа
66—70	—	4—2	
71—75	—	3—2	
случае необходимо учитывать длительность плато вулканиза-
ции, которое сокращается с повышением температуры. При
высоких температурах (более 200° С) длительность плато
вулканизации настолько сокращается, что возникает возмож-
ность перевулканизации наружных слоев и недовулканизации
внутренних. Для уменьшения перепада температур при вул-
канизации больших толщин давление в трубе ЛКНВ шлан-
гового типа берется несколько меньше — порядка 1,37—:
1,57 МПа. Данные, характеризующие работу ЛКНВ шлан-
гового типа, приведены в табл. 6.3.
Во время работы агрегата периодически (примерно через
каждый час) производят спуск конденсата в конце трубы.
При появлении воды через сальник заправочной камеры
следует продуть конденсационный горшок.
Наиболее сложными технологическими операциями явля-
ются подготовка, заправка, пуск и остановка линии. Правиль-
ная подготовка и пуск не только сокращают длину бракованных
заправочных концов, но и обеспечивают длительную бес-
перебойную работу линии. Небрежный, неправильный пуск
пинии обычно приводит к выпуску большого количества брака,
простоям линии и может вызвать аварию.
Заправка линии	начинается с того, что экструдер
и головка разогреваются чдо' 60—80 ’С (в зависимости
°т марки резины). Одновременно подбирается и уста-
навливается технологический инструмент для каждой марки
229
изделия. Рекомендуется подобрать комплектный инструмент!
дорнодержатель, дорн и матрицу. В это же время уста|
навливается барабан с жилой на отдающее устройств!
и регулируется натяжение жилы при помощи тормозно»
пружины. На приемнике производится смена приемный
барабанов и регулируется шаг раскладки.	|
Последующими операциями являются заправка и пуск всег!
агрегата.	1
Пустив тяговое колесо со скоростью 15—20 м/мин, а червяг
пресса с частотой 5—10 об/мин и очистив провод на ходу
от возможных утолщений резины, закрывают заправочную
камеру, проворачивая штурвальное колесо до отказа. Затем
можно пускать пар в трубу, постепенно повышая давление.
После стока конденсата в конце трубь! и появления пара из
отводной трубки нужно закрыть спускной вентиль. Когда
давление пара в трубе достигнет 0,7—0,8 МПа, следует
включить водяной насос и пустить воду в охлаждающую трубу.
По мере увеличения давления пара в трубе необходимо
увеличить частоту вращения червяка и тяговой шайбы пример,
но до 50—70% частоты, соответствующей рабочему режиму.
При выходе провода, удовлетворяющего техническим требова-
ниям, устанавливается требуемая скорость опрессования, вклю-
чается аппарат сухого испытания, измеритель диаметра.
В процессе работы линии нужно следить за равномерной
и бесперебойной подачей кабельной заготовки, бесперебойным
питанием экструдера резиновой смесью, его температурным
режимом, давлением пара в камере, непрерывным приемом
готовых изделий и их качеством.
Во время работы ЛКНВ в трубе происходит конденсация
пара, получающийся конденсат необходимо удалять полностью.
Поэтому следует продувать вулканизационную трубу агрегатов
регулярно 3—4 раза в смену, для ЛКНВ-125 8—12 раз в смену,
для агрегатов ЛКНВ-150 и более в зависимости от размеров
ошланговываемого кабеля.
Остановку агрегата при наложении изоляции производят
при сходе жилы с отдающего барабана, не допуская ухода
конца жилы в вулканизационную трубу. В процессе остановки
линии необходимо постепенно остановить пресс и снизить
скорость провода до 40—20 м/мин, а на тяжелых шланговых
ЛКНВ — до 5—2 м/мин.
При появлении неизолированной жилы в охлаждающе^
желобе останавливают тяговое колесо, выключают водяной
насос, закрывают подачу пара в вулканизационную трубУ
и открывают клапан выброса пара в атмосферу. Категорически
запрещается оставлять насос, подающий воду в охлаждаюШУ10
трубу, включенным после спуска пара, так как это моЖеТ
вызвать аварию или несчастный случай. Убедившись в от'|
230
сутствии пара в трубе, можно открыть заправочную камеру,
промежуточный и концевой затворы открывают после того,
как выключают пневматическое устройство.
При остановке агрегата изоляционного типа на продол-
жительное время обязательно удаляют из пресса резину,
закрывают доступ воды и пара, питающих червяк и рубашку
пресса, открывают затворы и выключают электрооборудование
агрегата. При кратковременных остановках нельзя допускать
превышения температуры или полного остывания резины
в головке пресса. При длительной остановке агрегата (более
одного часа) резину из пресса следует удалять.
6.5. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАБЕЛЕЙ И ПРОВОДОВ
С ИЗОЛЯЦИЕЙ И ОБОЛОЧКАМИ ИЗ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКОЙ
РЕЗИНЫ
Как указывалось выше, технология переработки кремнийор-
ганических резин в кабельной промышленности существенно'
отличается от технологии переработки традиционных органи-
ческих резин. В основном эти отличия сводятся к следующему.
Во-первых, кремнийорганические резины поставляются на
кабельные заводы в готовом виде. Это обстоятельство зна-
чительно упрощает весь цикл изготовления кабелей и проводов
и позволяет избежать трудоемкого процесса смешения кабель-
ных резин. В большинстве случаев, особенно для кабелей
и проводов массового назначения, полученные резиновые смеси
не нуждаются в предварительной переработке и поступают
непосредственно на изолирование или ошлангование.
Во-вторых, кремнийорганические резины большинства рецеп-
тур можно подвергать воздушной вулканизации, что сущест-
венно упрощает конструкцию и процесс заправки агрегатов
для непрерывного изолирования и вулканизации.
Таким образом, технология изготовления кабелей и про-
водов с кремнийорганической изоляцией на кабельном пред-
приятии имеет следующие стадии: приготовление окрашенных
резиновых смесей (если необходимо), наложение оболочек
11 первая стадия вулканизации на поточно-механизированных
пиниях, вторая стадия вулканизации, испытание готовой про-
дукции.
В настоящее время наибольшее распространение для из-
готовления проводов и кабелей с изоляцией из кремнийор-
анических резин получили поточно-механизированные линии,
^вмещающие процессы нанесения покрытий и вулканизации.
СССР применяются линии с диаметрами шнеков прес-
со» 25, 32, 45, 63, 90 и 125 мм.
В состав линии входят следующие узлы: отдающие, правиль-
°е (только для линий АНВК-63) и протирочное устройства;
231
два одинарных безосевых отдатчика с плавным регулированием '
натяжения жилы при помощи тормозного устройства; камеры
для предварительного обогрева токопроводящей жилы, чер-
вячный пресс с питающим роликом; вулканизационная камера-
датчики непрерывного контроля и автоматического регулирова-
ния диаметра провода; ванна охлаждения; обдувочное, таль-
кующее и тяговое устройства; компенсатор (только для линии
АНВК-63); измеритель длины провода; аппарат сухого ис-
пытания; приемные устройства; пульт управления; прибор
непрерывного контроля натяжения кабеля или провода; камера
для второй стадии вулканизации.
Отдающее устройство для линии АНВК-63 должно быть
снабжёНо компенсатором и приводом для принудительного ,
отдающего барабана. Привод отдающего устройства связан
с подвижной системой компенсатора и обеспечивает постоянное
регулируемое натяжение провода или кабеля. Иногда применя-
ется непрерывный отдатчик контейнерного типа.
Камера для предварительного нагрева токопроводящей
жилы обеспечивает нагрев до 100—150° С. Предварительный
нагрев токопроводящей жилы увеличивает скорость вулкани-
зации оболочек кабеля, дает возможность удалять влагу,
имеющуюся на жиле, что позволяет избежать пористости
изоляции, кроме того, способствует повышению качества ,
и однородности готовых изделий.	|
В качестве червячного пресса с питающим роликом в при- ।
нципе может быть применен любой червячный резиновый '
пресс, однако наиболее подходящим является пресс с прямо- ।
угольной головкой и шнеком длиной (10—12) Й. При такой
длине шнека не происходит перегревания смеси в процессе
шприцевания. Шнек должен быть однозаходным с компрессией 
3:1. Наилучший способ обработки поверхности шнека — )
хромирование, так как у полированных шнеков иногда ис-
тирается поверхность, что приводит к появлению пятен на
изделии. Для полной гарантии устранения истирания шнека
рекомендуется применение полиамидного покрытия гребешков,
которые .действуют как самосмазывающее уплотнение.
Плавная работа червячного пресса лучше всего обеспечива-
ется при принудительном его питании с помощью питательного
ролика. Питательный ролик для пресса с диаметром шнека
63 мм имеет следующие параметры: диаметр 101, ширина
73 мм, поверхность умеренно рифленая, угловая скорость на
50% выше, чем у шнека, его ось параллельна оси шнека,
зазор между роликом и шнеком 5 мм. На нижней стороне
ролика для поддержания его чистоты имеется шпатель. Кон-
струкция позволяет легко вынимать ролик при чистке пресса-
Головка червячного пресса сконструирована таким образом,
что у входа в нее находятся решетка и две фильтруюШй£
232
сетки. Отверстия решетки круглые (60—120 отверстий на
1 см2). Благодаря этому улучшается гомогенность смеси,
уменьшается скручивание ее шнеком, выравниваются перепады
давления, вызывающие неправильное дозирование смеси, лик-
видируется пористость изделия, а также предотвращается
случайное загрязнение. Конструкция головки пресса дает воз-
можность установить инструмент для жесткой центровки (для
линий АНВК-63) или шарнирное крепление дорнодержателя
с болтовой центровкой (для линий АНВК-125). «Мертвые»
зоны в головке исключены ее конструкцией, вследствие чего
невозможно скапливание и затвердевание резиновой смеси,
приводящие к ухудшению качества поверхности кабеля.
। При выборе формующего инструмента необходимо учиты-
вать увеличение объема смеси при выходе из головки. Поэтому
для данного диаметра провода необходимо применять матрицу
несколько меньшего размера с учетом усадки кабеля после
его вулканизации (обычно 3—7%).
Длина формующей части матрицы при диаметре провода
до 5 мм должна быть равна половине диаметра провода,
при больших размерах проводов — диаметру провода. Для
переработки кремнийорганических резиновых смесей не требу-
ется разогревать червячный пресс, наоборот, его цилиндр,
। червяк и головка должны подвергаться интенсивному водяному
' охлаждению.
1 Температура резиновой смеси не должна превышать 40° С.
j При этой температуре текучесть смеси заметно не меняется,
давление в цилиндре остается постоянным, что гарантирует
стабильность размеров изготовляемого провода. Температуру
шприцевания нужно поддерживать с точностью +3° С. После
j окончания работы пресса необходимо сразу перекрыть подачу
воды во все его части, чтобы исключить конденсацию водяного
пара в цилиндре и шнеке. В цилиндре и головке должны
быть предусмотрены гнезда и металлические чехлы для
установки термометров.
Привод червячного пресса осуществляется от электродвига-
теля постоянного тока с плавной регулировкой частоты
вращения в пределах 5—60 об/мин, что позволяет достаточно
точно регулировать диаметр получаемого изделия.
Непрерывная вулканизация без давления в горячем воз-
духе—наиболее распространенный способ вулканизации кабель-
нЬ1х изделий благодаря малым габаритам установки, простоте
аппаратурного оформления и малым отходам (например,
благодаря сокращению длины заправочных концов). Она
осуществляется, как правило, в горизонтальной вулканизаци- ’
°нйой камере туннельного типа при 250—450° С. Можно
Также применять вертикальные вулканизационные камеры.
Длина камеры может быть различной. В настоящее время
233
наиболее широкое распространение получили четырехсекцион
ные камеры с разрывом между секциями не более 10 м
и общей длиной 8—12 мм. Каждая секция имеет две зон
обогрева с самостоятельной автоматической регулировке
температуры в каждой зоне. Максимальная температура в ка
мере 450° С, точность регулировки +10° С.
Вулканизационную камеру можно обогревать с помощью i
инфракрасных излучателей и других нагревателей. Наибольшее
распространение имеет электрообогрев. Сечение камеры может
быть круглое или прямоугольное. Ее внутренний диаметр для
линий АНВК-63 равен 100, а для АНВК-125 200 мм. Ес
предусмотрен поддув в камеру предварительно подогретог
(обычно до 350° С) воздуха, то скорость вулканизации зна
чительно возрастает (на 100%), так как теплоотдача в это
случае выше, чем в статической среде. После каждой секци
камеры должен быть отсос газообразных продуктов, которы
могут быть токсичными и взрывоопасными. Вулканизационная
камера имеет приспособление для изменения угла наклона
одной секции относительно другой от 0 до 15° для обеспечения
регулировки установки вулканизационной камеры по линии
естественного провиса заготовки, что особенно важно при
изготовлении кабелей крупных сечений.
Время вулканизации и связанные с ним скорости изолирова-
ния определяются толщиной оболочки, температурой, диамет-
ром изолируемого изделия и длиной вулканизационной камеры.
Скорости опрессования кабелей различных сечений при темпе-
ратуре воздуха	“	п
Сеченне токопрово-
дящей жилы, мм2
1 — 1,5
2,5—4
6
 10
16 ,
в вулканизационной камере 350° С составляют:
Скорость опрессо-
вания, м/мин
7—10
5—8
3,5—6
2—5
Сеченне токопрово-
дящей жилы, мм2
25'
35, 50 и 70
95 и-420-
150, 185 и 240
Скорость опрессо-
вания, м/мнн
37—40
26—30
17—21
13—15
10—14
у кабелей с толстыми оболоч-
отметить, что
Необходимо
ками лучшие свойства достигаются при более низких тем-
пературах вулканизации и снижении скорости, поскольку иначе
возможно образование пор.
Как указывалось выше, вулканизацию кабелей и проводов
- можно проводить также в вертикальных камерах. Вертикальные
камеры имеют ряд преимуществ, в том числе дают экономию
производственных площадей, позволяют изготовлять кабели
с толстыми оболочками без «заливов», увеличивают произ-
водительность оборудования (при одинаковой температуре»
циркуляции воздуха и длине вулканизационной камеры произ-
водительность вертикальной установки на 25% выше).
234
Ванна охлаждения находится непосредственно за вулкани-
зационной камерой и служит для охлаждения проводов
колодной водой перед поступлением на приемное устройство.
Длина ванны определяется температурой вулканизации и охла-
ждающей воды, а также толщиной кабельной оболочки и,
как правило, составляет 3—5 м.
Обдувочное устройство служит для удаления влаги с охла-
жденного кабеля. Талькующее устройство предназначено для
нанесения небольшого слоя талька на кабель в целях предот-
вращения слипания его витков на приемной таре. Тяговое
устройство позволяет проводить изолирование и вулканизацию
кабеля без его провисания. На линиях АНВК-63 применяется
тяговое устройство колесного типа с плавной регулировкой
скорости тяги, на линиях АНВК-125—устройство гусеничного
типа.
В аппарате сухого испытания испытательное напряжение
устанавливается в зависимости от типа кабеля.
Приемное устройство для линии АНВК-63 комбинирован-
ное: предусматривает прием провода как на барабаны, так
и виде бухт. Барабаны должны быть металлическими и иметь
отверстия на шейке и щеках для лучшей циркуляции воздуха
во время второй стадии вулканизации. На линиях АНВК-125
прием провода происходит на барабаны и в специальные
поддоны. Количество рядов кабеля на барабане и поддоне
ориентировочно должно быть для сечений 16—35 мм2 не
более трех, для сечений 50—95 мм2 не более двух, для
сечений свыше 95 мм2 не более одного.
Прибор непрерывного контроля натяжения кабеля или
провода служит для предотвращения касания кабелей стенок
вулканизационной камеры при слабом натяжении.
Как уже указывалось, для вулканизации большинства из-
делий из кремнийорганических резин, в том числе и кабельных,
необходима двухстадийная вулканизация. Исключение состав-
ляют изделия, изготовленные из специальных резин, не требу-
ющих второй стадии вулканизации, а также изделия, эксплу-
атирующиеся при температурах до 150° С. Не производится
I аторая стадия вулканизации и в том случае, когда требуется
обеспечить не нагревостойкость, а другие свойства изделий.
Вторая стадия вулканизации осуществляется путем нагрева-
оия кабелей горячим воздухом без давления, причем условия
нагрева зависят от предшествующей переработки смеси
й желаемых свойств кабеля.
Вторую стадию вулканизации (термостатирование) проводят
й° двум причинам. Во-первых, из кабельных оболочек уда-
‘1яЮтся летучие продукты, главным образом продукты раз-
ложения пероксидов (хлорбензойная кислота, углекислота),
|Нага (адсорбированная на поверхности наполнителя или
I	.235
образовавшаяся при частичном окислении органических ра-
дикалов и конденсации остаточных гидроксильных групп),
низкомолекулярные продукты реакции, образующиеся при пе-
реработке резин. Если эти вещества не удалить, то при
эксплуатации в условиях высоких температур, особенно в си-
стемах с ограниченным доступом воздуха, происходит де-
струкция кремнийорганических оболочек, приводящая к их
размягчению и образованию пор. Обычно для удаления
летучих достаточно провести термостатирование в течение
1-3 ч при 200° С.
Во-вторых, улучшаются физико-механические (остаточное
сжатие, твердость, стойкость к растворителям) и диэлектричес-
кие (поверхностное электрическое сопротивление, диэлектричес-
кая постоянная, тангенс угла диэлектрических потерь) свойства,
особенно при экстремально низких и высоких температурах.
Для стабилизации физико-механических и диэлектрических
свойств необходимо термостатирование в течение 6—24 ч при
200—250° С. Естественно, при выборе температуры надо
учитывать ее влияние на материал токопроводящей жилы.
Необходимо отметить, что термостатирование нельзя за-
менить увеличением длительности или повышением темпера-
туры на первой стадии вулканизации.
Вторую стадию вулканизации проводят в специальных
камерах, в которых циркулирует горячий воздух. Размеры
камеры должны соответствовать размерам тары. Камеру
нагревают электрическим током, паром или газом, причем
нагревательные элементы располагают таким образом, чтобы
уменьшить местные превышения температуры, под влиянием
которых возможно в результате сгорания летучих продуктов |
образование белого оксида кремния, осаждающегося на стенках
камеры и кабелях. Температура в камере автоматически^
регулируется с точностью +5° С. Камера имеет также автоЩ
магический выключатель, который при повреждении нагрева^И
тельной системы отключает обогрев, что предотвращает возВН
можность взрыва или порчи изделий. Это особенно необходимо^
при термостатировании кабелей с фторсилоксановыми оболоч-
ками, которые при температуре выше 280° С выделяют ток-
сичные вещества.
Во избежание «теплового удара» подъем температуры до
200° С необходимо проводить плавно или ступенчато в течение
5—8 ч. Важным фактором при термостатировании является
эффективная внутренняя циркуляция воздуха, особенно в начале
процесса, когда летучие продукты выделяются очень интен-
сивно. Скорость обмена свежего воздуха должна составлять |
примерно 125 л/мин на 1 кг резины. Вулканизуемые изделия
располагают в камере горизонтально, поэтому и циркуляция
воздуха должна быть горизонтальной.
236
Бухты проводов мелких сечений, как правило, укладывают
на горизонтальные решетки, покрытые металлической сеткой
(желательно из ванадиевой стали) или стеклотканью, чтобы
на них не оставалось следов от решетки. Эти решетки
размещают на тележках, которые могут въезжать в камеру,
что позволяет быстро менять изделия при непрерывном
процессе. Кабели средних и крупных сечений термостатируют
на специальных барабанах или в поддонах, которые также
помещают на тележки.
После окончания второй стадии вулканизации кабели вы-
гружают из камеры и отправляют на дальнейшие операции —
наложение дополнительных покровов, упаковку и т. п.
Существуют также полуавтоматические линии для современ-
ного наложения изоляционной и шланговой оболочек. Кроме
того, на указанных линиях можно проводить непрерывно обе
стадии вулканизации.
Глава седьмая
ИЗГОТОВЛЕНИЕ СШИТОЙ ПЛАСТМАССОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ
7.1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СШИВАНИЯ ПОЛИМЕРОВ
Изоляции проводов и кабелей, выполненной из термопла-
стичных материалов, присущи некоторые недостатки, предоп-
ределяемые самой природой термопластов, главными из ко-
торых являются ползучесть и резкое ухудшение механических
свойств при температурах, близких к температуре плавления,
вплоть до полной потери формоустойчивости. Кроме того,
внутренние напряжения, «замо-
роженные» в изоляции при ее
изготовлении, проявляют себя
при повышенных рабочих тем-
пературах, приводя к заметной
усадке, а в ряде случаев и к рас-
трескиванию изоляции. Ввиду
этого на практике часто не ис-
пользуется в полной мере на-
гревостойкость термопластичной
изоляции, так как потребители
иногда предпочитают снизить
Допустимую рабочую температу-
ру с целью облегчить условия
эксплуатации и получить благо-
даря этому запас по надежности.
Действительно, даже кратко-
временный случайный нагрев
Рис. 7.1. Зависимость толщины
изоляции Д от температуры Т при
воздействии продавливающей на-
грузки:
1—3—соответственно ПЭНП, ПЭВП
н ЭТФЭ; цифры на кривых—значения
гель-фракции, %
237
изоляции выше температуры плавления, например из-за ко-
роткого замыкания или прикосновения горячего паяльника,
приводит к выходу кабельного изделия из строя.
На рис. 7.1 приведены термомеханические кривые, пока-
зывающие существенное преимущество сшитых материалов,
которые сохраняют способность сопротивляться продавлива-
ющей нагрузке даже при температуре, превышающей тем-
пературу плавления, в то время как несшитая изоляция при
этом продавливается [9]. Кроме того, при применении специ-
альных термостабилизаторов обеспечивается увеличение дли-
тельно допустимой рабочей температуры. Рассмотренные выше
положительные качества сшитых полимеров объясняются воз-
никновением трехмерной структуры благодаря образованию
поперечных связей между макромолекулами по следующей
схеме:
—сн2—сн2—сн2—сн2—	—сн2—сн —сн2^-сн—
—•	I	I +2Н2.
—сн2—сн2—chz—сн2—	. —сн2—СИ —сн2—сн —
Поскольку макромолекулы полимеров довольно стабильны
и не могут реагировать друг с другом, для проведения реакции
сшивания необходимо активировать их тем или иным спосо-
бом. К настоящему времени созданы и нашли промышленное
применение несколько технических способов перевода макромо-
лекул в реакционноспособное состояние, условно разделяемых
- на химические и физические. Для осуществления реакции
сшивания нужно либо создать в молекулах полимера реакцион-
носпособные центры, взаимодействие которых приводит к хи-
мической реакции между отдельными макромолекулами с обра-
зованием поперечных связей, либо ввести в исходные макромо-
лекулы такие реакционноспособные (функциональные) группы,
которые в определенных условиях способны взаимодействовать
между собой и образовывать поперечные связи.
В кабельной технике реализованы три способа сшивания:
химическая реакция между макрорадикалами, образующимися
вследствие взаимодействия молекул полимера с продуктами
распада термически неустойчивых органических пероксидов
(йероксидное сшивание); химическая реакция между привитыми
к макромолекулам силаносодержащими органофункциональ-
ными группами (силанольное сшивание); рекомбинация мак-
рорадикалов, возникающих в полимере в результате воздей-
ствия ионизирующего излучения. Каждый из этих способов
в сравнении с другими имеет свои преимущества и недостатки,
а конкретные технологические приемы их реализации рас-
смотрены в последующих параграфах.
238
Рис. 7.2. Зависимость гель-фракции
Г от поглощенной дозы Д для
ПВДФ:
1 — кайнар-451; 2—кайнар-301; 3—фто-
ропластам (в ацетоне); 4—кайнар-881;
5—фторопласт-2М (в днметилформа-
миде)
Рассмотрим некоторые общие
закономерности сшивания. Неза-
висимо от способа сшивания
в полимере образуется трехмер-
ная структура, и он теряет спо-
собность течь при превышении
температуры плавления. Сшива-
ние происходит преимуществен-
но по аморфным областям, хотя
вид связей и их количество,
а следовательно, и густота об-
разующейся сетки зависят от
способа сшивания.
Независимо от применяемых
способов необходимо контроли-
ровать степень сшивания как ос-
новной результат технологичес-
кого процесса. Вообще говоря,
существует много различных кос-
венных способов- определения
степени сшивания, основанных
на изменении различных свойств
пространственной структуры. Одним из наиболее широко
полимера при образовании
используемых методов контроля является определение содер-
жания гель-фракции, т. е. нерастворимой части, поскольку по
мере сшивания полимера утрачивается его способность рас-
творяться. Исследуемые образцы выдерживают заданное время
при определенной температуре в жидкости, растворяющей
исходный несшитый материал, и вычисляют количество нераст-
ворившейся части. Разумеется, жидкость не должна вступать
в химическое взаимодействие с полимером. Для полиэтилена
растворение проводят в кипящем ксилоле или толуоле в течение
времени до 24 ч, для ПВДФ используют ацетон (12—24 ч),
Для ПВХ-пластиката — тетрагидрофуран.
На рис. 7.2 приведены зависимости гель-фракции Г от
поглощенной дозы Д для различных модификаций ПВДФ
в виде \^Г—А — В/ Д, где А и В—постоянные для данного
материала и условий экстрагирования. Видно, что даже
полимеры с одинаковым химическим строением имеют не-
одинаковые зависимости гель-фракций; кроме того, сравнение
зависимостей 3 и 5 показывает сильное влияние на гель-
фракцию условий экстрагирования. Такой способ контроля
степени сшивания не годится для нерастворимых полимеров,
Например для фторполимеров, он занимает много времени
и не в полной мере характеризует свойства готового изделия.
Широкое распространение получил способ, основанный
На изменении механических характеристик при температуре,
239
Превышающей температуру плавления. Стандартами M3R
№ 540 и 811-2-1 предусмотрено следующее испытание сшитого
полиэтилена на тепловую деформацию: образец длиной 75 мм,
шириной 4 мм и толщиной 0,8—2 мм помещают в термостат
при +200° С, подвешивают к нему груз, чтобы нагрузка
составляла 20 Н/см2. Удлинение образца через 15 мин не
должно превышать 175%, а после снятия груза 15%.
рекомбинация двух макрорадикалов приводит к образованию
поперечной связи:
Z—СМ2—СИ —сн2—
— CH2—CH —снг—
—СНг —сн —сн2—
х	7.2. ПЕРОКСИДНОЕ СШИВАНИЕ
Технологический процесс изготовления сшитой изоляции
из композиций ПЭ, содержащих пероксиды, осуществляют на
ЛКНВ, совмещающих процесс на-
ложения изоляции и процесс сшива-
ния (вулканизации) [44]. По этой
причине такой полиэтилен иногда
называют вулканизующимся, а про-
цесс сшивания—вулканизацией. На
стадии изготовления композиции (а
иногда в процессе экструдирования
изоляции) в ПЭ вводят пероксид
дикумила, период полураспада ко-
торого в зависимости от темпера-
туры показан на рис. 7.3; за время,
равное трем периодам полураспада, |
происходит разложение 87,5% вве- ।
денного количества пероксида ди-
кумила, т. е. при +200° С это со- I
ставляет примерно 35 с. При сши-
вании идут следующие реакции:
во-первых, под воздействием теп-
лоты происходит распад пероксида
с образованием двух радикалов:
Кроме этих полезных реакций следует рассмотреть и побочные
реакции. Образовавшийся на второй стадии кумилалкоголь
ROH при определенных условиях может выделять воду
и образовывать а-метилстирол:
Чс
ю
100
Рис. 7.3. Зависимость периода
полураспада т пероксида дику-
мила от температуры Т
1	170	190
СН3
С— ОН—*-
I
сн3
а образующийся на первой стадии радикал RO может
превращаться в ацетофенон с выделением метилового радикала:
сн3
Здесь 7? есть
СН3
С —
СН3
RO —RO-+2RO.
Затем идет отщепление атома водорода от молекулы
с образованием макрорадикала и кумилалкоголя:
RO Ч—СН2—СН2—CHj
240
сн3
сн3
сн3
Метиловый радикал, отщепляя водород в основной цепи,
образует^ реакционноспособный макрорадикал и метан как
побочный продукт. Таким образом, наличие в изоляции
а-метилстирола будет ухудшать диэлектрические параметры
tg8, а вода и метан будут способствовать образованию в ней
микропустот. Следует также отметить, что на процесс сшивания
заметное влияние оказывает структура основной цепи, так
как способность  атома водорода отщепляться от главной
|Иепи зависит от его положения в ней, а наличие полярных
групп в основной цепи ведет*к захвату радикалов и уменьшает
способность полимера к сшиванию.
Хотя при повышении температуры химические реакции.
Ускоряются, что вызывает желание ускорить процесс вул-
канизации увеличением температуры, к этому надо подходить
Осторожно и применять это надо только после тщательных
исследований свойств готового продукта. Связано это с тем,
’то имеются данные исследований, свидетельствующие о сниже-
нии эффективности сшивания при высоких температурах
16 3>25	241
Рис. 7.4. Влияние температуры (°C)
и длительности сшивания т на от-
носительное удлинение при растяже-
нии £
стоты размером более 10—30
ц
(рис. 7.4), что объясняется хи-
мическими реакциями, веду,
щими к уничтожению при этих
температурах макрорадика-
лов. Кроме того, с увеличе-
нием температуры увеличива-
ется концентрация «-метилсти-
рола и воды в изоляции.
Многочисленными исследо-
ваниями показано, что в по.
лимерной изоляции содержат-
ся микропустоты. Обычно их
размер не превышает 6-
7 мкм при среднем размере
около 2 мкм и не зависит от
способа сшивания, в то время
как количество их определя-
ется способом сшивания. Кро-
ме того, встречаются и пу-
мкм, количество которых воз-
растает как с увеличением давления, так и с увеличением
длительности вулканизации. Таким образом, несмотря на
неоднозначные результаты исследования влияния этих пустот
на образование триингов и срок службы кабелей, это явление
нельзя не учитывать при разработке технологии. В табл. 7.1 j
приведены ориентировочные данные количества микропустот
и влаги в изоляции, изготовленной по различным технологиям.
В целом же кабели со сшитой изоляцией характеризуются
гораздо более высокой надежностью, чем кабели с термо-
пластичной изоляцией; например, анализ отказов силовых ;
кабелей на напряжение 5—30 кВ в США и ФРГ, которые
в числе первых стали применять кабели с изоляцией из
сшитого ПЭ, показывает, что интенсивность отказов кабелей ,
со сшитой изоляцией примерно в 5—10 раз ниже, чем
интенсивность отказов кабелей с термопластичной изоляцией.
Кабельная линия непрерывной вулканизации для переработ-
ки ПЭ, содержащего пероксид, включает экструдер с длиной
червяка от 12 до 20 его диаметра и камеру вулканизации.
Температура расплава в экструдере определяется типом при-
меняемого пероксида, и при использовании пероксида дикумила
во избежание преждевременной вулканизации в экструдере не
должна превышать 130—135° С.
Существует несколько разновидностей конструктивных испо-
лнений вулканизационной камеры, определяющих особенность
технологии вулканизации. Самые первые агрегаты, имеющие i
и в настоящее время наибольшее распространение, осуществля- I
ют вулканизацию в среде перегретого пара высокого давления ;
242
И
Таблица 7.1. Количество микропустот и влаги в сшитой полимервой изоляции
Технология сшивания	Количество микропустот в 1 мм3	Максималь- ный размер пустот, мкм	Максимальное содержание влаги, млн"1
Паровая вулканизация	50104	30	1000—2000
разовая вулканизация й водяное охлаждение	6 -104	15	Не менее 200
разовая вулканизация и газовое охлаждение	104	15	50—100
Вулканизация в кремнийорганиче- ской жидкости	ю4	10	50—100
Сшивание через полифункциональ- ные группы	ю4	15	50—200
Термопластичная изоляция	ю4	15	30—80
Кабель с экструдированным покрытием через специальный
телескопический затвор вводится в вулканизационную камеру,
представляющую собой трубу с теплоизоляцией диаметром
100—200 мм. Давление пара в трубе достигает 2 МПа, что
соответствует его температуре 213° С. Охлаждение производят
в воде, длина вулканизационной трубы равна 100 м, а общая длина
ЛКНВ, расположенной горизонтально, составляет 70—150 м. При
диаметре кабеля более 6 мм из-за его провисания и касания
изоляции о стенку трубы, что может привести к повреждению
изоляции, применяют так называемые наклонные ЛКНВ с трубой
вулканизации в форме свободно висящей цепи или вертикальные
агрегаты, располагаемые в башне высотой от 30 до 80 м.
Недостатками парового способа вулканизации являются
большая длина агрегата, относительно низкая скорость вулканиза-
ции и образование микрополостей в изоляции, заполненных влагой
из-за диффузии в расплавленный полиэтилен водяных паров,
которая происходит особенно интенсивно при высоком давлении.
Этих недостатков нет у относительно новых, так называ-
емых «беспаровых» процессов вулканизации. Вулканизацию
проводят в среде инертного газа (обычно азота) под давлением,
препятствующего окислению ПЭ; требуемая температура со-
здается благодаря поглощению кабелем инфракрасного излуче-
ния стенок трубы, нагреваемой в результате пропускания по
ней электрического тока до 350—450° С, при этом температура
поверхности кабеля составляет 250—300° С. Длина участка
нагрева составляет 15 м, а охлаждения — около 50 м; для
охлаждения используют либо также газовую среду, либо воду.
Обычно участок нагрева состоит из нескольких зон, на-
деваемых отдельно друг от друга таком в несколько тысяч
аМпер от трансформатора с вторичным напряжением не
более 12 В. При интенсификации нагрева производительность
возрастает по сравнению с паровой вулканизацией на 30—70%,
16 *	243
сокращается длина агрегата и уменьшаются количество и раз- ”
мер микропустот в изоляции. При длине трубы 100 м скорость
изолирования жилы сечением 150 мм2 достигает 60 м/миц
при этом производительность экструдера равна 270 кг/ч’
длительность вулканизации—25 с, а охлаждения — 70 с.
Другим видом беспаровой технологии является вулканиза-
ция в среде жидкого теплоносителя, в качестве которого
используют либо кремнийорганическую жидкость, либо эвтек-
тическую смесь водорастворимых неорганических солей (53%
нитрата калия, 7% нитрата натрия и 40% нитрита натрия).
Эта смесь плавится при 142—150° С и может быть даже
нагрета до 540° С. Вулканизацию проводят при 150—250° С
и давлении около 2 МПа. Преимуществом этого способа
является то, что кабель как бы плавает в теплоносителе,
и вероятность повреждения его о стенку уменьшается.
Модификацией этого способа является вулканизация в трубе
длиной 12—15 м, являющейся продолжением матрицы: в зазор
размером 0,2—0,1 мм между стенкой трубы и изоляцией
кабеля под давлением 0,4—0,6 МПа нагнетают кремнийор-
ганическую жидкость или расплавленную смесь солей, которая
выполняет роль смазки и теплоносителя, передавая теплоту
от стенок трубы, нагреваемых до 270—350° С.
Ускорить процесс сшивания благодаря интенсификации
нагрева изоляции можно путем предварительного нагрева
жилы примерно до +200° С.
Еще одной разновидностью процесса является применение
гранул ПЭ, не содержащих пероксид; последний в жидком
виде при помощи специальной дозирующей системы подается
в цилиндр экструдера непосредственно в процессе наложения
изоляции. Преимущества способа—снижение затрат на матери-
алы и облегчение пуска и остановки экструдера, так как при
этом пероксид в него можно не подавать, а недостатками
являются увеличение стоимости оборудования и взрывоопас-
ности.
7.3. СШИВАНИЕ ЧЕРЕЗ ПРИВИТЫЕ ОРГАНОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ
ГРУППЫ
Сущность процесса заключается в следующем. К мак-
ромолекулам ПЭ прививают органофункциональные группы,
в качестве которых применяют органофункциональные силаны:
о —сн,
1	? I
винилтриметоксисилан	сн2=сн — si— о—сн3, I
о —сн,	I
244
О—CH2—CH,
винилтриэтоксисилан сн,=сн —si—о—сн2—сн,;
I
о —сн2—сн3
винилтрис (Р-метоксиэтокси) силан
о —сн,—сн2—о—сн,
I
СН2 —CH — Si—О— СН2—СН2—О— СН, .
I
О —СН2—СН2—О—СН,
Эти вещества выбирают потому, что группы, показанные
слева от Si, при определенных условиях могут легко присо-
единяться к макромолекуле ПЭ, а группы, показанные справа,
легко подвергаются гидролизу. Прививку органофункциональ-
ных групп осуществляют обычно в присутствии небольшого
количества пероксида дикумила при 160—170° С по реакции
I	I
СН2	осн,	сн2 ' осн,
I	I	пероксид I	I
СН, + СН2=СН — Si— ОСН, —•> СН2—СН,—СН,— Si— осн,.
I	I 7	I	I
ср,	OCH,	CH2	OCH,
I	I
В присутствии воды происходит гидролиз привитых макромоле-
кул по органофункциональным группам и последующее сшивание,
что ускоряется присутствием катализатора (дилауратидибутилолово):
I	I
СН2	ОСН,	CHj	ОСН,
I	I	I	I
ZCH—CHj— CHj— Si— 0CHa+ZH20 —*-ZCH—CHj—CHj —Si —OH + 2CH30H—►
II	II
CHj	OCH,	CHj	OCH, .
I	I
1н осн, OCH Jh	J
bnj	UwnJ vuHj	Unj
I	II	I
—*CH —CHj—CHj—Si—0—Si—CHj—CHj—CH + ZCH,OH + H20 .
I	II	I
CHj	ОСН, OCH,	CH2
245
Таким образом, на образование одной поперечной связи
израсходована одна молекула Н2О, при этом образовались две
молекулы СН3ОН. Следует отметить, что связь Si—О—-Si
очень стабильна, так как энергия связи составляет 780 Дж/моль
что заметно выше, чем у связи С—С (630 Дж/моль), образу-
ющейся при пероксидном и радиационном сшивании. Заметим
также, что поскольку у каждого атома Si имеется по три
реакционноспособных группы, то в каждом узле ошибки может
быть соединено до шести макромолекул ПЭ, что отражается
на механических свойствах (при пероксидном и радиационном
сшивании соединяются только по две макромолекулы).
Для протекания реакции сшивания требуется обеспечить
поступление молекул воды к полифункциональным группам, что
осуществляется благодаря диффузии воды в ПЭ, поэтому скорость
реакции сшивания будет зависеть как от коэффициента диффузии,
так и от геометрических размеров кабеля (прежде всего, от
толщины изоляции). На рис. 7.5 показано изменение гель-фракции
ПЭНП от времени сшивания в различных условиях (различный
коэффициент диффузии), а на рис. 7.6 дана зависимость длитель-
ности сшивания в воде при +100° С ПЭНП от толщины
изоляции [45]. Ориентировочно длительность сшивания t, ч,
можно определить по формуле
_ А2
где А—толщина изоляции, м; W—относительная влажность,
%; к—постоянная диффузия, которая для ПЭНП при тем-
(7.1)
длитель-
толщины
Рис. 7.6. Зависимость
ности сшивания т от
изоляции А
Рис. 7.5. Зависимость гель-фракции Г в при-
витом ПЭ (толщина 2 мм) от длительности
контакта с влагой:
1 — вода при 80° С; 2—то же при 60° С; 3— воздух
при относительной влажности 90%, 40° С; 4 —
нормальные атмосферные условия, 20° С
246
Готовая композиция, содержащая как привитой полиэтилен,
так и катализатор сшивания, как видно из рис. 7.5 (кривая 4), не
подлежит хранению свыше нескольких часов, так как даже влаги,
имеющейся в воздухе и в ПЭ, достаточно для протекания реакции
сшивания. Поэтому разработано несколько специальных техноло-
гических схем, позволяющих реализовать этот способ на практике.
По первому способу на первой стадии приготовляют привитой
ПЭ и концентрат катализатора сшивания и антиоксиданта
с полиэтиленом; обычно эта стадия выполняется на химическом
заводе. Оба компонента хранят отдельно и смешивают только,
перед экструзией; на следующей стадии производят смешение
двух компонентов в соотношении 95:5, экструдируют и сшивают
изоляцию. Этот способ, впервые предложенный фирмой Dow
Coming под названием Sioplas Е (патент США № 3.646.155 от
29.02.1972), называют двухстадийным процессом; схема его
представлена на рйс. 7.7. Привитой ПЭ нужно хранить упакован-
I стадия
Смешение «.
Экструзия \
ПЭ о
стабилизированный
Силан
Антиоксидант У
Пероксид
Катализатор
сшивания
Смешение
Экструзия
Прививка
Гранулы
привитого ПЭ
Гранулирование
и упаковка
Гранулирование
и упаковка
• Нстадия
Гранулы концентрата
катализатора
Рис. 7.7. Схема двухстадийного процесса изготовления изоляции из сшитого
полиэтилена (метод Sioplas Е)
'I

247
\
Гранулы ПЭ
t
Сшивание при наличии,
влаги
Рис. 7.8. Схема одностадийного процесса изготовления изоляции из сшитого
полиэтилена (метод MonoSil)
ным в тару, защищающую его от воздействия влаги, срок
хранения 0,5—1 год; после смешения с концентратом катализа-
тора срок хранения составляет не более нескольких часов.
Экструзия изоляции и оболочки производится на обычных
экструдерах с использованием таких же инструмента и режимов,
как и для термопластичного ПЭ.
Существует и другая технологическая схема, где смешение I
всех компонентов совмещают с экструзией. Этот одностадийный
процесс, предложенный впервые фирмами Maillefer и BICC
(патент США №4.117.195 от 26.09.1978) и названный процессом
Monosil, имеет ряд преимуществ перед двухстадийным, но
требует специального экструдера.
Одностадийный процесс идет по схеме, приведенной на
рис. 7.8. Все инградиенты подаются непосредственно в бункер
экструдера; последующие операции производятся так же, как
и в двухстадийном процессе. Преимуществом одностадийного
процесса по сравнению с двухстадийным являются меньшая
стоимость материалов (поскольку не учитываются амортизаци-
онные отчисления от смесительного и экструзионного оборудова-
ния для приготовления компонентов композиции), возможность
длительного хранения материалов и применения композиций,
содержащих гигроскопичные добавки (сажу, мел и т. п.).
Для повышения эффективности процессов можно применять
составы, представляющие собой готовые смеси добавок. Так,
фирма Union Carlide (США) выпускает смеси, состоящие из
винилтриметоксисалана с пероксидом (силокс-7, 13 и 22) для
прививки ПЭ в двухстадийном процессе, с катализатором
сшивания (силкат-17) и с катализатором и пероксидом (силкат-W
для одностадийного процесса.
248	В
Существуют варианты рассмотренных выше двух основных
процессов. Так, фирма Kabelmetal при схеме двухстадийного
процесса смешение силана с ПЭ, а также катализатора и антиок-
сиданта с ПЭ проводит в скоростных смесителях при воздействии
температуры без последующего экструдирования и гранулирова-
ния (патент США 4.289.860 от 15.09.1981). Прививка происходит
как в одностадийном процессе в экструдере для наложения
изоляции обычной конструкции.
Для сшивания необходимо очень небольшое количество влаги,
по крайней мере гораздо меньшее, чем сорбируется ПЭ изоляцией
в процессе паровой вулканизации. Но поскольку скорость
сшивания лимитируется диффузией, то длительность процесса
существенно зависит от толщины изоляции и температуры. Так
как сшиванию подвергают еще термопластичную изоляцию, то
температура не должна приводить к деформации изоляции и не
должна превышать 90—100° С. Хотя в принципе возможно
сшивание даже путем выдержки в нормальных атмосферных
условиях, его обычно проводят, погружая барабаны с проводом
в бак с горячей водой либо в камеры, заполненные водяным
паром.
Поскольку, как указывалось выше, густота образующейся
сетки обычно больше, чем при пероксидном или радиационном
сшивании, то механические свойства изоляции будут лучше при
одинаковом содержании гель-фракции.
Так, относительное удлинение при 150° С и нагрузке 20 Н/см2
(2,05 кгс/см2) составляет, %:
Гель-фракция,
%
60
65
70
75
80
85
90
ПЭ, сшитый
пероксидом
Более 200
170
130
90
70
50
30
ПЭ, сшитый через поли-
функциональные группы
100
70
50
30
20
Аналогичные результаты получаются и при воздействии
продавливающих нагрузок.
Технология сшивания полиэтилена через полифункциональные
группы нашла применение для изготовления проводов и кабелей
различного назначения — прежде всего, монтажных и установоч-
ных проводов с относительно тонкой изоляцией, а также силовых
кабелей низкого и среднего (до 30—35 кВ) напряжения. Поскольку
испытания показали преимущество изоляции, изготовленной по
этому способу сшивания, перед пероксидным сшиванием по
стойкости к электрическому старению, то начаты исследования
возможности создания кабелей на более высокое напряжение.
Кроме того, ПЭ, сшивающийся через полифункциональные
249
группы, оказался наиболее перспективным материалом ддя
изготовления безгалогенных кабелей, не распространяющих^ горе,
ние, так как многие добавки разрушаются при воздействии
высоких температур вулканизации и ионизирующего излучения.
7.4. РАДИАЦИОННОЕ МОДИФИЦИРОВАНИЕ
При воздействии ионизирующего излучения на полимеры
протекают различные физико-химические процессы, практически
полезным из которых является процесс сшивания макромолекул,
реализуемый благодаря рекомбинации свободных радикалов,
возникающих при разрыве связей С—Н. Уравнение химической
реакции приведено в § 7.1. Одновременно с этой полезной
реакцией под воздействием излучений, к сожалению, неизбежно
протекает и вредный процесс деструкции, обусловленный раз-
рывом валентных связей в главной цепи макромолекулы или
в боковых ответвлениях, а также процесс изменения ненасыщен-
ности, т. е. образование и трансформация двойных углерод-
углеродных связей.
Соотношение скоростей этих полезных и вредных процессов,
зависящее как -от строения макромолекулы материала, так и от
условий облучения, определяет возможность осуществления ради-
ационного сшивания. Например,- ПЭ при умеренных дозах, как
правило, сшивается, а поливинилхлорид преимущественно дест-
руктируется.
Фторполимеры на воздействие ионизирующих излучений ре-
агируют по-разному: перфторированные полимеры (ПТФЭ, ФЭП,
ПФА) преимущественно подвержены деструкции, а водород-
содержащие (ЭТФЭ, ПВДФ) преимущественно сшиваются с об-
разованием пространственной сетки. Протекание рассмотренных
реакций сопровождается образованием значительного количества
продуктов деструкции и выделением газа из полимера. Поскольку
количество образующихся радиационных дефектов пропорци-
онально поглощенной дозе, то, уменьшая необходимую для
сшивания дозу, можно сместить баланс рассмотренных реакции
в пользу сшивания. Так, вводя специальные добавки (сен-
сибилизаторы) в ПВХ-пластикаты, можно подвергать их сшива-
нию при малых поглощенных дозах без чрезмерной деструкции;
при повышенных температурах ускоряется процесс сшивания
ФЭП, который начинает преобладать над деструкцией, и т. Д-
Следует подчеркнуть, что для реализации каждого элементарного
акта реакции сшивания макрорадикалов необходимо их о0"
разование в непосредственной близости друг от друга. Поскольку
это условие, разумеется, реализуется не всегда, то и поел
завершения процесса радиационного модифицирования в изоляции
остаются реакционноспособные центры, способные в дальнейш0^
либо из-за миграции валентности, либо из-за подвижности
250
фрагментов макромолекул увеличить степень сшивания, что часто
Практически наблюдают после воздействия повышенной тем-
пературы.
Хотя для радиационного модифицирования полимеров могут
быть использованы различные источники излучений, в кабельной
промышленности нашли применение, главным образом, ускори-
тели электронов и очень ограниченно источники у-излучения [45].
Преимущество у-излучения заключается в большей по срав-
нению с электронами проникающей способности, что позволяет
проводить обработку крупногабаритных изделий; в качестве
источника в этом случае применяют изотоп Со60 (период
полураспада 5,3 года), испускающего два у-кванта с энергиями
1,33 и 1,7 МэВ.
Недостатком изотопных источников у-излучения является
небольшая мощность поглощенной дозы (не более 5—10 кГр/ч),
что приводит к большой длительности процесса облучения для
набора необходимой поглощенной дозы (десятки и сотни часов)
и к необходимости принятия мер по предотвращению окисления
полимера в процессе облучения путем облучения в вакууме или
в среде инертного газа. Поэтому наибольшее распространение
в качестве источников излучения в кабельной промышленности
получили ускорители электронов с мощностью в пучке от 20
до 150 кВт.
Основными технологическими параметрами, определяющими
производительность и качество (степень и равномерность) сшива-
ния, являются поглощенная доза излучения, необходимая для
радиационного модифицирования и выражаемая в греях, радах или
джоулях на килограмм, энергия электронов Е, обычно выражаемая
в джоулях или электрон-вольтах и определяющая глубину
проникновения электронов в материал X, I—ток пучка электронов,
Г гель-фракция (или другой параметр), определяющий степень
сшивания, и степень неравномерности поглощенной дозы АР.
Доза, необходимая для радиационного модифицирования
(технологическая доза), зависящая как от свойств материала,
так и от вида и уровня технических требований, предъявляемых
к готовому изделию, обычно определяется на стадии исследований
Материала и разработки изделия. Например, в табл. 7.2 приведены
Данные зависимости некоторых эксплуатационных свойств фто-
Ропласта-2М от поглощенной дозы излучения; из этих данных
следует, что для снижения усадки в 3 раза достаточно поглощен-
ий дозы 0,05 МГр (5 Мрад), для ликвидации текучести—0,1
МГр (10 Мрад), для снижения деформации в 2 раза—0,3 МГр
W Мрад), а для обеспечения относительного удлинения при
Разрыве на уровне не менее 100% поглощенная доза не должна
Ревышать 0,2 МГр (20 Мрад). Поэтому выбор технологической
Д°зы облучения всегда является результатом компромисса между
Различными свойствами.
251
Таблица 7.2. Зависимость эксплуатационных свойств фторопласта-2М
поглощенной дозы облучения
Поглощенная доза, МГр	Усадка изо- ляции, мм	ПТР, г/10 мни	Деформация при продавливании, %	Относительное удлинение при разрыве, %
0	1,6	3,4	100	380	Л
0,02	—	0,8	—	370 -Я
0,03	1,45	0,3	. —	355 1
0,05	0,45	0,1	—	310	1
0,07	0,36	0,02	—	260	1
0,10	—	0,01	80	200	
0,20	—	—	56	105 Я
0,30	—	—	47	52
0,50		—	38	—
Технологические дозы излучения, необходимые для сшива-
ния различных материалов, МГр, ориентировочно составляют:
ПЭНП	терморадиационностойкий .................. 1,0
ПЭНП	кабельный .......................0,25—0,50
ПЭНП	с добавками,	ускоряющими сшивание ...	0,1—0,20
ПВХ-пластикат .............................. 0,03—0,1
ПВДФ	....................................... 0,05—0,15
ЭТФЭ ................................'........	0,1—0,3
При выборе технологической дозы следует учитывать, что
с ее увеличением резко ускоряется расход антиоксиданта
(стабилизатор), а также разрушение некоторых нерадиацион-
ностойких добавок, вводимых в композицию для придания
специфических свойств. По этой причине в композиции для
радиационного модифицирования обычно вводят повышенное
количество антиоксидантов. Кроме того, как указывалось
в комментарии к рис. 7.2, даже полимеры с одинаковым
химическим строением сшиваются по-разному, особенно если
в состав композиций входят ингредиенты, оказывающие сен-
сибилизирующее воздействие. Поэтому технологическую дозу
выбирают, исходя из особенностей модифицируемого матери-
ала, конструкции и требований к проводу и с учетом вида
излучения и способа облучения.
Энергию электронов, необходимую для облучения, выбира- I
ют, исходя из вида излучения, геометрии провода и плотности
материала изоляции. При облучении, например, у-квантами
с использованием в качестве источника изотопов Со60 глубина
проникновения практически всегда существенно превышает
поперечные размеры кабельного изделия; поэтому его геомет-
рия значения не имеет. Сложнее обстоит дело при облучении
электронами, так как поглощенная доза резко зависит от
глубины проникновения электронов, а предельная глубина
проникновения соизмерима с толщиной изоляции и обратно
пропорциональна плотности материала. Для вещества с единич-
252	J

ной плотностью предельная глу-
бина проникновения в сантимет-
рах примерно равна половине
энергии, выраженной в мегаэлек-
трон-вольтах. На рис. 7.9 пока-
зано распределение поглощенной
дозы по глубине пластины из
материала единичной плотности
для энергий 0,5; 1,0; 1,5 и
2,0 МэВ; за 100% условно при-
нята максимальная доза при од-
ностороннем облучении энергией
1 МэВ. На этом же рисунке
даны построенные графически
кривые распределения поглощен-
ной дозы при двухстороннем об-
лучении пластины толщиной
0,5 мм. Анализ кривых показы-
вает, что при любом режиме
облучения поглощенная доза рас-
пределяется по толщине нерав-
номерно. Если за меру неод-
нородности принять* величину
Рис. 7.9. Распределение поглощен-
ной дозы Д по толщине материала
Д (цифры на кривых—энергия из-
лучения, МэВ):
-----одностороннее облучение;
--------двухстороннее облучение
д ру_Dmax Dmin
^тах “Ь ^min
100%
как рекомендовано в
следующие значения
[46], то она будет иметь примерно
Энергия МэВ
0,5
1,0
1,5
2,0
Неравномерность, %:
при одностороннем при двухстороннем
облучении	облучении
100	100
100	38
76,5	17,1
29,0	16,9
Для снижения неравномерности распределения поглощенной
ддзы можно увеличивать энергию электронов, но при
этом чем выше энергия, тем большая часть электронов
* Правильнее было бы неравномерность определять как
AZ)=^z£^W/b,
' 2Рср
где 7>ср—средневзвешенная величина, определяемая, например, по формуле
/>^=1 дл/£л.-.
253
будет проникать через материал без поглощения, т. е. будет
снижаться степень использования энергии излучения. Таким
образом, выбор энергии электронов будет являться комп-
ромиссом между допустимой степенью неоднородности рас-
пределения поглощенной дозы по глубине и энергозатратами.
Распределение полей поглощенных доз с учетом экранирующего
действия жилы еще более сложно и неоднородно (рис. 7.10).
Как следует из.рисунка, одностороннее облучение не позволяет
получить однородного сшивания (направление пучка электронов
показано стрелками). Благодаря многостороннему облучению
удается повысить однородность,. однако при этом хотя и со-
кращается объем необлученного материала (7), но появляются
участки облучения дважды (2) или даже трижды (3) — при
четырехстороннем облучении. Из рисунка следует, что рост
диаметра жилы увеличивает неоднородность. Идеальным случа-
ем было бы применение радиально направленного пучка
электронов, но технически это реализовать довольно сложно.
Сочетание графоаналитического анализа с эксперименталь-
ными данными позволяет сделать следующие выводы. Неод-
нородность распределения поглощенных доз в изоляции круг-
лого кабеля выше, чем в плоской пластине, и в лучшем
случае достигает 35—40%; она снижается при уменьшении
толщины изоляции и диаметра жилы, увеличении тока пучка
и энергии электронов. Большей равномерности удается достичь
Рис. 7. ТО. Распределение поглощенных доз в изоляции провода при разны
способах облучения
254
при многостороннем облучении. При этом объем изоляции,
получивший дозу в пределах +20% оптимальной, составляет
70—80%; объем недооблученного материала составляет 15—
20%, а переоблученного 3—10%. Значение энергии электронов
рекомендуется выбирать таким, чтобы длина пробега была
примерно в 2 раза выше, чем толщина изоляции.
Расчет скорости облучения ведут следующим образом. Зная'
технологическую дозу, т. е. количество энергии, необходимой
для сшивания единицы массы материала, получаем, что для
сшивания изоляции 1 м провода требуется Dm энергии, где
т — масса 1 м провода; при линейной скорости v полезная
мощность составит Dmv. Учитывая, что полезную мощность
можно записать как Е1х\, где Е—энергия электронов; I—ток
в пучке; г| — коэффициент использования энергии излучения,
получаем Dmv = Eh\. Далее, учитывая, что m — n^R2 — г2)р, где (
R и г — наружный и внутренний радиусы изоляции, а р—
плотность материала изоляции, и что толщина изоляции
Д = Л — г, окончательно получаем
.	1>лД(2г + Д)р
Коэффициент использования энергии г| учитывает, что часть
электронов проходит мимо провода из-за неполного перекры-
тия площади пучка облучаемым изделием, часть электронов
поглощается в токопроводящей жиле, часть проходит изоляцию
без поглощения; коэффициент ц зависит также от технологичес-
ких факторов и изменяется от 35 до 95%.
Следует также учитывать, что выходящий из ускорителя
пучок электронов часть пути до облучаемого провода проходит
по воздуху; на этом пути происходит рассеивание пучка
с уменьшением энергии и изменением распределения интен-
сивности, в результате чего максимальная поглощенная доза
(в центре выпускного окна) уменьшается пропорционально
расстоянию.
При выборе режима облучения нужно помнить, что по-
глощение энергии полимером Связано с выделением в нем
значительного количества теплоты. Из-за низкой теплопровод-
ности полимера это приводит к его разогреву на 3—6° С
на каждый поглощенный мегарад, что ограничивает значение
максимально возможной дозы, поглощаемой за один проход.
Поэтому дозу устанавливают дробными, небольшими порци-
ями, чередуя облучение с охлаждением. Этот же эффект
следует учитывать и при переходных режимах, так как снижение
скорости при неизменных параметрах ускорителя ведет не
только к переоблучению, но и к превышению температуры
Изоляции и ее повреждению.
255
Таблица 7.3. Основные параметры ускорителей, приемлемых в кабельной
технике
Показатель	Зарубежные ускорители	Отечественные ускорители		
		ЭЛВ-1	ЭЛВ-2	ИЛУ-6
Энергия элект-	(1,6-6,4) х	(0,8—1,1)х	' (1,3-2,4) х х /О13	(0,8- 3,2) х"
ронов,	х1013	х 10'13		х /0~13
Дж (МэВ)	(1-4)	(0,5-0,7)	(0,8-1,5)	(0,5-2,0)'
Мощность и пучке, кВт	20—150	20	20	20
Максимальный ток пучка, мА Размеры вы- пускного окна, мм:	20—100	40	25	40
длина	—	980	• 980	980
ширина	—	75	.75	75
Как показано выше, при облучении образуется значительное
количество водорода и других газообразных продуктов ра-
диолиза, которые, не успевая диффундировать в окружающую
среду, могут накапливаться в полимере и образовывать мик-
ропустоты. Это также ограничивает мощность поглощенной
дозы и особенно критично для толстостенной изоляции.
Основные параметры ускорителей, применяемых для ради-
ационного модифицирования кабельных изделий, приведены
в табл. 7.3.
Описание конкретных установок, применяемых для радиаци-
онного модифицирования изоляции проводов и кабелей, и кон-
кретные технологические режимы даны в § 9.4.
Глава восьмая
РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ НАГРЕВАНИЯ
И ОХЛАЖДЕНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ КАБЕЛЕЙ
И ПРОВОДОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЛАСТМАСС И РЕЗИН
8.1.	РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ВУЛКАНИЗАЦИИ <
ПЛАСТМАССОВЫХ ИЛИ РЕЗИНОВЫХ ПОКРЫТИЙ
8.1.1.	Общие положения. Расчет технологических режимов
вулканизации, как правило, сводится к определению скоростИ
движения изолированной токопроводящей жилы или заготовки
кабеля в ЛКНВ. Для выполнения расчета необходимо иметь
конструкцию изготовляемого кабельного изделия или полуФа®
риката (геометрические размеры по элементам, типы примен
256
d
(8.1
емых материалов), знать технические характеристики исполь-
зуемой ЛКНВ (производительность экструдера, длина вул-
канизационной камеры, температурные режимы, диапазоны
линейных скоростей), теплофизические и технологические харак-
теристики применяемых пластмасс и резин.
Полученная при расчете скорость вулканизации должна
обеспечить полное завершение процесса вулканизации, т. е.
вулканизируемый слой пластмассы или резины должен прежде
всего прогреться до температуры вулканизации, а затем
подвергнуться воздействию этой температуры в вулканизаци-
онной камере в течение времени, достаточного для протекания
и завершения сшивания линейных цепей вулканизуемого ма-
териала. Таким образом, необходимо рассмотреть изменение
температурного поля кабельного изделия в зависимости от
времени пребывания в вулканизационной камере. Способы
решения такой задачи приведены в [47—49].
Для расчета температурного поля в полимерном покрытии
можно воспользоваться общим уравнением нагрева однород-
ного бесконечного цилиндра:
а2э(г, t) ias(r, /)_1дэ(л t)
dr2 + г dr a St
В этом выражении Э(г, /)—разность температуры в рас-
сматриваемой точке полимерного покрытия и окружающей
среды; t — время; г—радиус жилы или кабеля; а—коэффициент
температуропроводности изолированной жилы или кабеля:
а = Х/су, где А,— коэффициент теплопроводности изолированной
жилы или кабеля; с—коэффициент теплоемкости изолирован-
ной жилы или кабеля; у—плотность» изолированной жилы
или кабеля.
В дальнейшем для упрощения вместо понятия изолирован-
ной жилы или кабеля введем понятие изделия.
Для решения этого уравнения необходимо задать следующие
граничные условия: а) начальное распределение температуры
в теле; б) условия теплообмена на поверхности тела и окру-
жающей среды. При этом значение коэффициента а принима-
ется постоянным, а также считается, что в слое полимерного
материала источники тепловыделения отсутствуют.
Граничные условия можно задавать несколькими способами,
но в рассматриваемом случае для решения уравнения следует
воспользоваться так называемыми граничными условиями
третьего рода [50], при которых задаются температура окру-
жающей среды Тf и коэффициент теплоотдачи а:
П 3125
257
Здесь d—диаметр изделия, a 9=TW—Tf, где Tw—температура
на поверхности изделия.
Граничное условие третьего рода, по существу, показывает,
что количество теплоты, подводимой из внутренней части
изделия к его поверхности, эквивалентно количеству теплоты,
отводимой с поверхности изделия в окружающую среду.
Начальные условия могут быть сформулированы следу-1
ющим образом: при Г = 0 Э(г) = Э0, где Эо— температура!
окружающей среды.	I
Решение уравнений (8.1) и (8.2) может быть осуществлено!
двумя способами: упрощенным, когда кабель рассматривается]
как сплошной однородный цилиндр, теплофизические харак-1
теристики которого соответствуют теплофизическим харак-1
теристикам вулканизуемого материала; более точным, при
котором учитывается наличие металлической жилы внутри
рассматриваемого цилиндра, а также принимается во внимание!
зависимость теплоемкости вулканизуемого материала от тем!
пературы.	I
8.1.2.	Упрощенный способ расчета технологических режимов
иа ЛКНВ. Упрощенный способ решения (8.1) и последующей]
определения скорости вулканизации [47, 48] дает близкие
к практике результаты, если сечение жилы невелико по1
сравнению с сечением изоляционных и шланговых покрытий,
подвергаемых вулканизации, а также для случаев наложения
вулканизации оболочек на многожильные кабели не слишком
больших сечений.
Аналитическое решение уравнений в этом случае возможно^
при следующих допущениях. Как уже упоминалось, теплофи!
зические характеристики кабеля принимаются равными теп!
лофизическим характеристикам вулканизуемого материала!
Оценка погрешностей, полученных в результате этого допуще™
ния, показывает, что они для массово выпускаемых кабелей
находятся в пределах 10%. Действительно, теплоемкость
единицы длины кабеля С можно рассчитать как
С Рп^п 7*п 4” Рж F*,	(8-3)
где рп, са и Fn—соответственно плотность, удельная теплоем-
кость и сечение покрытия; рж, сж и Гж*—соответственно
плотность, удельная теплоемкость и сечение токопроводящей
жилы.
Теплоемкость единицы, длины цилиндра, замещающего
кабель,
С' = рпсп(Гп + Гж).	(8.4)
Соотношение С/С'^1 для большинства серийно выпуска-
емых кабелей и проводов, особенно для кабелей и проводов
с резиновой изоляцией или шлангом малых и средних сечений.
258
Кроме того, при проведении расчета упрощенным способом
не учитывается зависимость теплоемкости от температуры.
Исходя из того, что скорость движения изделия в вулканизаци-
онной камере постоянна, можно считать температурное поле
в сечении кабеля, движущегося со скоростью v и находящегося
на расстоянии от начала вулканизационной камеры, таким
же, как если бы кабель был неподвижным и нагревался
в вулканизационной камере в течение времени t=x/v (пре-
дельное значение х равно длине вулканизационной камеры).
Допускается также, что начальная температура изделия по
сечению постоянна, а теплоотвод вдоль поверхности изделия
отсутствует (т. е. длина вулканизационной камеры много
больше диаметра изделия). Далее, теплоотдача на поверхности
изделия в вулканизационной камере очень интенсивна; поэтому
принимается, что поверхность обрабатываемого изделия при
входе в вулканизационную камеру мгновенно приобретает
температуру окружающей среды. Считаем также, что тем-
пература в вулканизационной камере постоянна по длине и не
изменяется во времени.
Решение (8.1) может быть получено следующим образом.
Исходное уравнение представляется в форме произведения
двух функций, одна из которых зависит только от времени
t, а другая—только от радиуса изделия г:
Э(г, t)=S(r)»(0.	(8.5)
После ряда преобразований можно получить
3(r, r) = Ae~a”2tJ0(nr),	(8.6)
где А — произвольная постоянная; п—некоторая постоянная,
определяемая из граничных условий; Jo — функция Бесселя
нулевого порядка первого рода.
Величина n = m(R, где т — корень характеристического урав-
нения, a R — наружный радиус изделия.
Так как имеется бесчисленное множество корней харак-
теристического уравнения (шь т2, ..., mt), удовлетворяющих
граничным условиям, то можно представить (8.6) в следующем
виде:
9{г, /)= J	(8.7)
.=1 \
В (8.7) т,— корни характеристического уравнения, a Fo —
критерий Фурье.
Критерий Фурье, или критерий тепловой гомохронности,
характеризует связь между скоростью изменения температур-
ного поля, физическими характеристиками и размерами тела:
Fo = af//2,	(8.8)
17 *	259
где /—линейный размер (в нашем случае /=Л); а—коэф-
фициент температуропроводности вулканизуемого покрытия.
Постоянные коэффициенты А, (/и,) определяются по заданному
распределению температур в изделии [при Г=0 9(r) = 9Ha4j
где Энач—начальная температура кабеля].
Окончательное решение (8.1) в критериальном виде может
быть представлено следующим образом:
©о
Е
i==l
/ f ।
2Ji(nii)Jo
____________\ Л/ „-m? Fo
mi [Jo(wi) + Ji (m)]
(8-9)
Здесь Ji—функция Бесселя первого порядка первого рода;
®(г, г)—разность между температурой внутренней поверхности
вулканизуемого полимерного покрытия Эв и температурой
окружающей вулканизационной среды в момент времени
z[0(r, z) = 0B —Эо]; 0О— разность между начальной темпера-
турой кабеля Энач и температурой окружающей вулканизаци-
онной среды Эо, т. е. ®о = Энач — Эо.
В рассматриваемом случае под г понимается внутренний
радиус вулканизуемого полимерного покрытия, а под R —
наружный радиус.
Выбор температуры вулканизации зависит от типа вул-
канизуемого материала. Так, при вулканизации резиновых
смесей чаще всего используется насыщенный водяной пар при
температуре 200—210° С и давление 1,6—2 МПа. Вулканизация
полиэтилена проводится в среде инертного газа — азота при
340—350° С и давлении 1,1 —1,3 МПа или в жидких теплоноси-
телях (силиконовые жидкости, глицерин, этиленгликоль и т. д.).
Начальная температура кабеля ориентировочно рассчитыва-
ется как полусумма температуры в головке экструдера и тем-
пературы цеха. Это справедливо, если отсутствует предвари-
тельный подогрев жилы. При наличии такого подогрева
необходимо вместо температуры цеха, которая составляет
20—30° С, брать температуру, до которой предварительно
подогрет кабель (90—100° С).
Известно, что корни характеристического уравнения т, мож-
но найти из уравнения
Jo (т) _ т
Ji(w) Bi’
(8.Ю)
где Bi — критерий Био.
Критерий Био, или критерий краевого подобия, харак-
теризует связь между полем температур в твердом теле
и условиями теплоотдачи на его поверхности:
Bi = a//Xno,p,	(8.U)
260
рис. 8.1. Графическое решение харак-
теристического уравнения:
JoQnj _ т1
Bi
где /=Л; а—коэффициент теплоотдачи; А,покр—коэффициент
теплопроводности вулканизуемого покрытия.
Уравнение (8.10) можно решать графически (рис. 8.1). На
рис. 8.1 введены следующие обозначения: 1—зависимость
„ ->	JoH) „
y =	2— зависимость у=~/—Проекции точек пересече-
J1 (mi)
ния зависимостей 1 и 2 на ось абсцисс и определяют значения
искомых корней характеристического уравнения т3, пг2, т3,
..., т{.
Если теплоотдача с поверхности изделия достаточно велика,
то зависимость у = т{/В1 сливается с осью абсцисс и пересекает
график функции	в точках, где 1о(тЛ=0. Следователь-
. Ji(wi)	'
но, если а и Bi достаточно велики, в частности Bi»l, то
уравнение нагрева внутренней поверхности вулканизуемого
цилиндрического покрытия упрощается:
0(г, 0
0о
СО
1 = 1
/ г \
2Jo( w;- I
_k__ Z e — Fo
№(Jl(w,)
(8-12)
Как правило, для получения необходимой точности расчетов
достаточно использовать первые четыре корня характеристичес-
кого уравнения (2,405; 5,520; 8,654; 11,792).
Уравнение (8.9), относящееся к общему случаю нагрева
изделия, когда нагрев изделия происходит не очень интенсивно
и теплоотдача с поверхности изделия не очень велика, может
261
Рис. 8.2. Зависимость между температурами в цилиндрическом изделии и кри-
териями Bi и Fo:
а—на наружной поверхности цилиндрического изделия; б—по оси цилиндрического
изделия
быть решено графически. Соотношения между температурами
в цилиндрическом изделии и критериями Bi и Fo для этого
случая показаны на рис. 8.2.
При вулканизации в паровой среде нагрев поверхности
изделия может происходить в условиях частичной конденсации
пара на поверхности, что улучшает теплоотдачу. В любом
случае для выполнения расчета необходимо определить значе-
ние коэффициента теплоотдачи а. Это требуется и для решения .
вопроса о том, каким расчетным выражением — (8.9) или
(8.12) — следует пользоваться, и для определения критерия Bi i
в соответствии с (8.11).	|
Известно, что критерий Нуссельта	|
Nu = a//X	(8.13) ’
представляет собой безразмерный коэффициент теплоотдачи
и характеризует связь между интенсивностью теплоотдачи
и температурным полем в пограничном слое потока. В качестве
определяющего размера для каналов круглой формы принима-
ется диаметр канала, т. е. в нашем случае
Nu=ad/X и a = NuX/</.	(8.14)
262
Значения теплопроводности X, как и других теплофизических
параметров вулканизационной среды, определяются при сре-
дней температуре этой среды Тт:
Тт^,	(8.15)
где Э„0Кр.Ср—средняя температура вулканизуемого покрытия,
приближенно определяемая как Sn0Kp.cp = (SHa4 + SK0H)/2 (в качест-
ве 9нач используется температура головки экструдера Эг,
а в качестве Эк011 — температура, до которой нагревается изделие
в вулканизационной среде); 7} = S0 — температура вулканизаци-
онной (окружающей) среды.
Таким образом, необходимо определить критерий Nu, после
пего, зная X и d, можно определить и величину а.
Критерий Нуссельта определяется на основе уравнений
подобия. Теория подобия основывается на том принципе, что
решение физических задач, в частности, в области теории
теплообмена не должно зависеть от серийного выбора системы
мер. Уравнения процесса, представленные в безразмерном
виде, одни и те же для различных систем мер [51, 52].
Упрощенный смысл теории подобия в области теплообмена
можно выразить следующим образом: процессы теплообмена
подобны, если соответствующие критерии подобия для них
равны или лежат в каких-то определенных пределах. В этом
случае закономерности тепловых процессов, установленные
экспериментально для одного смоделированного процесса,
можно распространить на другие, подобные ему процессы.
Уравнения подобия представляют собой зависимости кри-
терия Нуссельта от тех или иных определяющих критериев,
которые характеризуют рассматриваемый процесс. В общем
виде эти уравнения могут быть представлены следующим
образом:
Nu=/(Re, Pr, Gr),	(8.16)
где Re—критерий Рейнольдса, или режима течения; Рг—кри-
терий Прандтля, или подобия температурных и скоростных
процессов; Gr — критерия Грассгофа, или мера отношения сил
Молекулярного трения и тяжести в потоке.
Критерий Рейнольдса характеризует гидродинамический ре-
*им потока и является мерой отношения в последнем сил
ииерции и молекулярного трения:
Re=v//v.	(8.17)
В (8.17) v—скорость течения; v—коэффициент кинематичес-
ки вязкости; /—определяющий размер (l=d).
263
Критерий Прандтля является мерой подобия температурных
и скоростных полей в потоке:	1
Pr = v/a.	(8.18)
Критерий Грасгофа характеризует взаимодействие моле-
кулярного трения и подъемной силы, обусловленной различием
плотностей в отдельных точках неизотермического потока:
gl3	»
Gr = ^-rpAT,	(8.19J
v	?
где g—ускорение свободного падения;	/—определяющий	раз-
мер (/=с?); Р—коэффициент объемного расширения; АГ—тем-
пературный напор, или разность температур.
Уравнения подобия для определения Nu различны для
различных режимов движения жидкости или газа. Рассмотрим
три основных режима такого движения: турбулентный, лами-
нарный и переходный.
Турбулентный режим. Это такой режим, при котором
отдельные частицы жидкости или газа при установившемся
усредненном течении двигаются по случайным траекториям.
При этом поток имеет нестационарный характер с развитым
вихревым движением и активным перемешиванием жидкости
или газа, увеличивающим интенсивность теплоотдачи. Для
турбулентного режима значение Re находится в пределах
10 - 5-106.
Для турбулентного режима движения газов значение кри-
терия определяется следующим образом:
Nuz=0,023 Рг?’4 Re?’8 (1,27 - О,270пов/Э0)	(8.20)
при 0,5<ЭПОВ/90< 1;
Nu/ = 0,023Pr?’4Re?’8(9noB/00)-°’55	(8.21)
при 1,0<9ПОВ/90<3,5.
В выражениях (8.20) и (8.21) 9ПОВ и Эо — средние температуры,
К, поверхности вулканизуемого кабельного изделия и потока
газа, продольно омывающего кабельное изделие. Теплофизичес-
кие характеристики газа относятся к температуре Тт.
Для турбулентного режима неметаллических жидкостей
могут быть использованы следующие выражения:
Nuz=0,023 Pr?-4 Re?’8	(8.22)
при эпов>9о;
NU/=0,023 Pr?’4Re?’8f^°'25	(8’23)|
f	f f \PrJ	I
при 9„OB<9o-	J
264	
Здесь Ргп—значение критерия Прандтля при температуре
поверхности вулканизуемого изделия.
В (8.22) и (8.23) отношение Prz/Prn отражает направление
теплового потока. При нагревании интенсивность теплоотдачи
несколько повышается по сравнению с охлаждением. Поэтому
при нагревании Prz/Prn>l, а при охлаждении Ргг/Ргп<2.
Ламинарный режим. Это такой режим, при котором частицы
жидкости или газа при установившемся течении следуют по
плавным и устойчивым траекториям, а возникающие в потоке
случайные нерегулярности течения не развиваются, а самопро-
извольно затухают. Фактически частицы жидкости или газа
движутся вдоль линий тока и не перемешиваются с соседними
слоями. При ламинарном потоке значение Re <2300. С точки
зрения теплоотдачи ламинарный режим гораздо менее интен-
сивен, чем турбулентный.
Для ламинарного режима
.	/Рг \ О 25
Nuz = 0,17 Rez 33 Рг°лз GrW—) ’
(8-24)
Переходный режим. Этот режим характеризуется тем, что
значения критерия Re находятся в пределах 2300—10 000.
Критерий Нуссельта может быть определен следующим об-
разом:
Nuz=*0PrWW’25
\ * Гп/
(8.25)
Значения коэффициента k0 находятся в			следующей зави-
симости от Rez:			
Re,	*0	Re,	ло
2300	3,6	5000	16,5
2500	4,9	6000	20
3000	4,5	7000	24
3500	10	8000	27
4000	12,2	9000	30
Таким образом, определив в зависимости от режима
движения жидкости или газа по одной из формул (8.20)—(8.25)
значение критерия Нуссельта, можно в соответствии с (8.14)
вычислить значение коэффициента теплоотдачи.
Следует учитывать, что в изогнутых трубах, применяемых
в наклонных ЛКНВ, теплоотдача выше, чем в прямых участках
вулканизационной трубы. Причиной этого является поперечная
Циркуляция, вызывающая дополнительную турбулизацию пото-
ка. Поэтому теплоотдача увеличивается, и рассчитанный по.
формулам для прямолинейного канала коэффициент теплоот-
265
дачи необходимо умножить на поправочный коэффициент ав>
определяемый как
ек =1 + 1,88^/^,	(8.26)
где dK—диаметр канала; RK—радиус кривизны канала по оси.
Если вулканизация протекает в условиях конденсации влаги
на поверхности вулканизуемого изделия, например при вул-
канизации в среде насыщенного пара, то теплоотдача воз-
растает, и коэффициент теплоотдачи можно рассчитать сле-
дующим образом:
г
j п лп ' п__
— Q 1
Н.П ^nOKp.Cpj
(8.27)
где уп—плотность пара; Х„— коэффициент теплопроводности
пара на линии насыщения; гп—скрытая теплота парообразова-
ния; |лп — вязкость пара; Эн п—температура насыщенного пара;
9покр, ср—средняя температура поверхности вулканизуемого из-
делия.
В качестве температуры кабельного изделия на выходе
может быть принята температура вулканизующей среды с по-
следующим уточнением по результатам определения фактичес-
кого изменения температуры изделия в процессе движения
внутри вулканизационной трубы
Рис. 8.3. Зависимость температуры на
наружной и внутренней поверхностях ре-
зинового шланга при его вулканизации
от времени
Далее с использованием
(8.9) или (8.12) в зависимо-
сти от интенсивности теп-
лоотдачи определяется за-
висимость температуры на-
грева внутреннего слоя
Эв от времени нагрева
t в вулканизационной ка-
мере. Такая зависимость
для резинового шланга тол-
щиной 5 мм при внутрен-
нем диаметре 40 мм пока-
зана на рис. 8.3. Необхо-
димость определения этой
зависимости применительно
к температуре внутреннего
слоя понятна, так как внут-
ренние слои прогреваются
значительно медленнее, чем
наружные. Технологический
режим вулканизации ДоЛ‘
жен быть выбран таким,
чтобы внутренние слои п°‘
димерного покрытия были ву-
лканизованы полностью, а на-
ружные не были перевулкани-
зованы, так как они большее,
время находятся в условиях
повышенной температуры
л вулканизационной среды.
Поэтому степень вулканиза-
ции в любой точке покрытия
должна быть такова, чтобы
физико-механические характе-
ристики вулканизированного
материала удовлетворяли
предъявляемым техническим
требованиям.
Для оценки степени вул-
канизации различных слоев
покрытия необходимо опреде-
лить эффекты вулканизации
для этих слоев и сравнить
С допустимыми значениями, Рис-8.4. Зависимость /=/(т), постро-
вычисляемыми для эталонного енная по данным рис. 8.3
образца применяемого полимерного материала, что делается,
как правило, в лабораторных условиях.
Известно, что степень вулканизации количественно харак-
теризуется эффектом вулканизации:
t
E=$IBdt,	(8.28)
t
1
где IB—интенсивность вулканизации.
Если рассматривать эталонный образец, для которого
значение интенсивности вулканизации равно 1, то допустимые
эффекты вулканизации для эталонного образца будут состав-
лять:
min
Emin J dt - t mini
0
max
Етах~ j dt~tmax'
О
Эффекты вулканизации внешних и внутренних слоев можно
Рассчитывать графоаналитически, для чего перестраивается
зависимость температуры слоя от времени	(рис. 8.4).
267
266
Площадь, ограниченная кривой /=/(/), на том или ином
участке будет численно равна эффекту вулканизации данного
слоя. Площадь фигуры 0В{В равна эффекту вулканизации
внутренней поверхности, а площадь фигуры ООгАхА— эффекту
вулканизации внешней поверхности.
Следует учитывать, что покрытие подвергается допол-
нительной вулканизации в охлаждающей трубе, так как !
в течение некоторого времени температура внутренних слоев
еще достаточна для протекания процесса вулканизации. Эф. <
фекты вулканизации внутреннего и внешнего слоев покрытия
должны быть не менее Emin и не больше Етах. Если это
условие не соблюдается, необходимо изменить условия вул-ч
канизации, в частности время нахождения кабеля в вул-
канизационной трубе, и вновь повторить расчет. Чем ближе
эффект вулканизации внутреннего слоя к tmin и эффект
вулканизации наружного слоя к tmax, тем ближе время
вулканизации 1В к оптимальному.
Зная время вулканизации и длину вулканизационной камеры
L, можно определить скорость движения v вулканизуемого
изделия:
v = Lftv	(8.29)
8.1.3.	Способ расчета технологических режимов ЛКНВ с уче-
том теплоемкости токопроводящей жилы. При этом способе
расчета принимается во внимание теплоемкость металлической
жилы. Температура по всему сечению жилы практически
одинакова, так как ее температуропроводность исключительно
велика.
На границе полимерного покрытия и жилы при г — г0, где
г0 радиус токопроводящей жилы, имеем [49]
сж^ = 2лг0Х^+Рж, .	(8.30)
ot	or
где Рж—тепло, которое выделяется в жиле и идет на нагрев
жилы и на теплопередачу в окружающую среду; X—тепло-
проводность полимерного покрытия.
Приведем (8.1), (8.2) и (8.30) к безразмерным координатам:
x=r/R и Fo = <H/7?2.	(8.31)
Тогда имеем
а2э 1 аэ
дх2 х дх dFo
Соответственно на границе г — г0
х=х, х = г0//?,
268
а при отсутствии источников тепла в жиле
им——
dFo
дх'
(8.32)
где М—постоянная.
На границе г = R, х = 1
-^=(3-S0)Bi.
дх
(8.33)
Уравнение (8.31) может быть решено аналитически (если
теплоемкость полимерного материала практически не зависит
от температуры), а также с помощью ЭВМ.
Рассмотрим аналитическое решение задачи. Если начальная
температура полимерного покрытия Энач по всему сечению
покрытия одинакова, то в соответствии с [49] это решение
в общем виде выглядит следующим образом:
(со
1- У
k = i
Bi [YJo(pitx)-LYo(ptx)]	Fo \
)V
ж. нач/ /
-FJ0(nltx)+gY0(Htx)c_u2Fo

•где щ —корни характеристического уравнения LF—NH—0 или
ь(ц)_я(р)
Y(p) F(n)’
(8.3?)
при этом вводим обозначения
V=Jy/p;
L=Мхр J о (* и)—J1 (х ц);
^MxpY0(xp)-Y1(xp);
я=вн0(и)-иШ;
Лк. нач — начальная температура жилы; Jo, Jb Yo,
Yt — цилиндрические функции Бесселя соответственно нулевого
и первого порядков, первого и второго рода.
Если радиус жилы мал по сравнению с радиусом изделия
по полимерному покрытию (х<0,5), то для расчета можно
использовать- формулы, полученные для сплошного цилиндра.
269
(8.3
Если теплоотдача достаточно велика (Bi»l), что харак
терно, например, для нагревания изделия в среде насыщенног
пара или охлаждения водой, то с учетом наличия токо
проводящей жилы уравнение (8.35) примет следующий вид:
L_'Jo(n)
Y Y0(M)’
так как
F=BiY0(n), a Я=ВП0(р),
при этом (8.34) для расчета температуры может быть прео
разовано следующим образом:
Э-Э. = (»О-»на,) 1-1
4=1
MJ0(gtx)-£Y0(ntx) е_^о
[£Yo(n)-NYo(n)]H=M,
? Yo(^)Jo(fex)-J(pt)Yo(ntx)	37^
"-1	[^¥о(ц)-Мо(ц)]и=и,
ар
Продифференцировав выражения в знаменателях слагаемых
формулы (8.37), можно привести ее к следующему виду:
Э-Эн = (%-М^(ро)+(ГнаЧ- Гжнач)Г(Ео),	(8.38)
где G(Fo) и F(Fo)— некоторые функции от критерия Fo.
Графический метод решения уравнения (8.35) и определение
корней Цц приведены в [49].
Если радиус жилы по сравнению с радиусом вулканизуемого
покрытия достаточно велик (х>0,5), то при большом значении
Bi процесс нагревания протекает значительно быстрее. В этом
случае, особенно при х, близких к 1, можно с успехом
использовать для приближенных расчетов метод сосредоточен-
ных теплоемкостей. С увеличением значений критерия Bi
точность этого метода снижается, однако он незаменим для
случая, когда теплоемкость вулканизуемого материала заметно
зависит от температуры.
Метод такого расчета изложен в [49]. Прежде всего,
предполагается, что вся теплоемкость изоляции сосредоточена
на окружности, радиус которой равен среднегеометрическому
радиусу изоляции rcp~y/Rr0. Тогда можно составить схему
замещения тепловых процессов, показанную на рис. 8.5. Эта
схема составляет по аналогии с электрической цепью, в которой
электрические сопротивления заменены тепловыми S, источники
270
Рис. 8.5. Схема замеще-
ния тепловых процессов
при нестационарном ре-
жиме нагрева
тока—источниками тепловыделения Р и электрические ем-
кости—теплоемкостями элементов конструкции кабельного
изделия V.
Затем для каждого элемента конструкции составляется свое
дифференциальное уравнение теплового баланса:
=	(8.39)
di S„ .
где 5П—тепловое сопротивление покрытия; Сж — полная теп-
лоемкость жилы (Сж = сжРжУ,
9ж = Нж —	6п=Нп — По-
следует учитывать, что 0в относится к среднему радиусу
покрытия.
Уравнение (8.39) показывает, что теплота, выделяемая
в жиле, расходуется на нагрев жилы (в единицу времени)
и теплоту, поступающую от жилы к среднему радиусу
покрытия.
Аналогично для полимерного покрытия можно записать
Рп=Сп^ + 2^ + -^-,	.	(8.40)
dt	Stt S” V
2+S°
где Рп—количество теплоты, выделяющейся в покрытии в еди-
ницу времени; Сп—полная теплоемкость покрытия (Сп = спРп).
Так как Рж и Рп равны 0, то, решая совместно уравнения
(8.39) и (8.40), получаем
ot2 —
Q _______л \
0ЛГ ।	ип.нэн I „ t .
ж.нач ®2 4“	„ I &
Сж5,
(8-41)
271
где
1
а =-------*---
1 СЖСП5,
с +2С -Sn+-^-
п+ Ж5П+25О
/- ।	^п+^° \ — 4 С С —
Cn+2C4 + 2sJ	ПЖ5п+5о,
1
а2=“ СЖСП5,
с +2С 5п —
п+ ж5п+250
Sn+So\ —4С с —
СП + 2СЖ ——I чспсж
5 +250/	-г
о,
(8.42)
/с 1
Sa—тепловое сопротивление окружающей среды
v	\	Z7lT\Ct J
5П—тепловое сопротивление покрытия
удельное тепловое сопротивление покрытия, равное 1 /Хп; индекс
«нач» обозначает начальную температуру.
Если выражение (8.41) для 0ж подставить в (8.39), то*
получим
Онз=——
«2-а1
а1С>5Л Л . 2e> Ha4 6пяа-^ е'
Г I I v«. начЧЛ,2	/-» о /
2 / V	. /
а2Сж5,
2~
'ж. нача1 + г Q $	)
из ниже приведенного
Таким образом, по (8.42) моя ю определить температуру
по среднему радиусу покрытия Температура поверхности
изделия может быть рассчитана из	при^пенного
выражения:
25о
©нов - $пов - Эо = ®П $ + —
(8.43}
Аналитическое решение уравнений (8.41—8.43) довольно
сложно. Поэтому наиболее эффективно использовать для их
решения ЭВМ, применяя, например, метод решения парабо-
лических уравнений, приведенный в [53].
272
8.2.	СПОСОБЫ РАСЧЕТА ОХЛАЖДЕНИЯ КАБЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ
ПОСЛЕ ЭКСТРУДИРОВАНИЯ ИЛИ ВУЛКАНИЗАЦИИ ПОКРЫТИЯ
8.2.1.	Расчет режима охлаждения кабельных изделий с то-
нкослойным покрытием. Если охлаждаемое покрытие тонкослой-
ное, как, например, при изолировании жил городских телефон-
ных кабелей, то перепадом температуры по толщине изоляции
можно пренебречь. В этом случае расчет производится на
основе уравнения теплового баланса количества теплоты,
поступившей с кабельным изделием, и теплоты, отводимой
в окружающую изделие охлаждающую среду.
С кабельным изделием в охлаждающую ванну поступает
количество теплоты Qt, которое рассчитывается как
(8.44)
где Ск — теплоемкость кабельного изделия на единицу длины;
Вг— температура изделия при входе в охлаждающую ванну;
90ХЛ— температура, до которой охлаждается изделие.
Ск = с1т1 + с2т2 + ... + с„т„, /=1, ..., п, (8.45)
где 1=1, 2, 3, ..., п — число элементов конструкции кабельного
изделия (жила, изоляция жил, заполнение и т. д.);
т2, ..., т„—массы элементов конструкции кабельного изделия;
с1; с2, ..., с„ — удельные теплоемкости элементов конструкции
кабельного изделия.
Величина т рассчитывается как
m = vyF.	,	(8.46)
Здесь F—площадь поперечного сечения элемента конструкции
кабельного изделия; v—скорость движения изделия через
охлаждающую ванну; у — плотность материала элемента кон-
струкции кабельного изделия.
За величину Вг принимается температура головки экст-
рудера, т. е. считается, что поверхность изделия входит в охла-
ждающую ванну с той температурой, какую имеет расплав
в головке экструдера; Вохл составляет обычно 40—50° С.
При охлаждении кабельное изделие отдает с поверхности
теплоту
Q2 = crndl (Вср - 90),	(8.47)
где d—диаметр изделия по покрытию; /—длина охлаждающей
ванны; а — коэффициент теплоотдачи; Вср—средняя темпера-
тура охлаждаемого изделия.
При определении 9ср принимается, что температура изделия
по длине охлаждающей ванны меняется линейно от Вг до
90хл, тогда
Эср=(Вг + Вохл)/2.	(8.48)
18 3125	273,
Очевидно, что 61=62, т-е-
(ciFiYi + с2Г2у2 +... + c„Fnyn) v (»г-Зом) = andl(Зср-»0). (8-49)
Следовательно, если задана скорость движения кабельного
изделия через охлаждающую ванну, то длину ванны можно
определить следующим образом:
(Clf 1Y1 +С2^2?2 + - + СЛ?Я) Р (Эг ~ Эохл)
аЫ(ЭСр-Э0)
(8.50)
Если охлаждающая ванна, как и при наложении полиэтиле-
нового покрытия, состоит из нескольких секций с различной
температурой охлаждающей воды, то длина каждой секции
в соответствии с (8.50) рассчитывается отдельно, а полученные а
значения длин секций /ь /2 и т. д. суммируются.	|Н
Наоборот, если длина ванны известна, то скорость определи- И
ется	так:	'И
v=__________оиий(Эср-Э0)________	
(С1ЛГ1+С2/;’2Т2 + - + С„Л>ТП)(9г-9охЛ)’	
Следует	отметить,	что	на	практике скорость	движения кабель- Н
ного изделия, как правило, лимитируется производительностью Н
экструдера для данного типа экструзионной линии.	
8.2.2.	Расчет режима охлаждения кабельных изделий с учетом И
изменения температуры по толщине покрытия. Этот расчет ’
делают в том случае, если перепадом температуры по толщине
изоляции пренебречь нельзя. Расчет проводится на основе
теории нестационарной теплопроводности с использованием
графических зависимостей безразмерных температур от кри-
териев Fo и Bi, приведенных на рис. 8.2 [48]. Основное
допущение при проведении этого ориентировочного расчета
заключается в том, что охлаждаемое изделие рассматривается
как однородный цилиндр, хотя в связи с наличием токо
проводящей жилы изменяется характер теплоотвода.
При проведении расчета определяется длина охлаждающей
ванны, так как, как уже указывалось, скорость движения
охлаждаемого кабельного изделия v определяется, как правило,
производительностью экструдера. В этом случае обычно зада-
ются начальная температура полимерного покрытия Энач,
принимаемая равной температуре головки экструдера 9Г>
и температура охлаждающей среды 30. Кроме того, известны
диаметр провода D и толщина полимерного покрытия Д.
Расчет осуществляется в следующей последовательности.
1)	©пределяются теплофизические параметры, характеризу-
ющие материал покрытия (Хпокр, спокр, упокр, апокр) и охлажда-
ющую среду (X, v, с, у, р). Параметры среды определяются при
। ее температуре Эо, а параметры покрытия — при ее средней
274
gj|'
температуре. В принципе эти параметры изменяются, так как
в процессе охлаждения температура покрытия изменяется от
Эг до Зохл. Приближенно теплофизические параметры определя-
ются при
»Покр.ср = (Зг + М/2’
а теплофизические параметры среды—при
л _ (^похр. ср + $о) _ (»г + $охл) q
уо ср —	—	2	h а°'
2)	Зная теплофизические параметры покрытия и охлажда-
ющей среды, можно определить критерии Re, Рг, Gr.
Затем с помощью уравнений подобия, выбираемых в за-
висимости от режима течения, определяемого критерием Рей-
нольдса, вычисляется критерий Нуссельта Nu = ad/X и далее
коэффициент теплоотдачи а.
3)	По коэффициенту теплоотдачи а рассчитывается
критерий Био:
В1 = аЖПокр-
4)	Затем рассчитываются значения безразмерных температур
по графическим зависимостям, приведенным на рис. 8.2. На
поверхности изделия в конце охлаждающей ванны
Если задать допустимую температуру на оси иЭделия, то
в конце рхлаждающей ванны
^ОС _ ^ОХЛ. ОС V0	/О
©о ~ Эг-эо ’	1 •
где Эохл.ос—температура, до которой нужно охладить изделие
по оси полимерного слоя.
5)	Так как 0пов/®о и 0ОС/0О являются функциями от
критериев Био и Фурье, то по их графическим зависимостям,
приведенным на рис. 8.2, определяем критерий Фурье, а по
критерию Фурье вычисляем время движения изделия в охла-
ждающей ванне г.
t-FoR2/^*?.	,	(8.54)
6)	Последний этап — определение длины охлаждающей ван-
ны как l=vt. Следовательно, можем определить, достаточна
ли при рассматриваемых условиях длина ванны для охлаждения
как поверхности кабельного изделия, так и любого его
элемента, в частности расположенного по оси цилиндрического
изделия.
18*	275
При расчете охлаждения кабельного изделия на ЛКНВ
можно пользоваться вышеприведенной методикой, однако
необходимо учитывать, что изделие входит в охлаждающую
камеру с температурой полимерного покрытия, различающейся
по сечению. Поэтому, как правило, делается допущение, что
температура охлаждаемого слоя при входе в охлаждающую
камеру постоянна и равна полусумме температур внешней
Эвш и внутренней поверхностей Эвт шланга:
»нач = (»Вш + М2-	(8‘55)
Если построить зависимость температуры внешней и внут-
ренней поверхностей вулканизуемого охлаждаемого покрытия
от времени, то можно количественно оценить степень допол-
нительной вулканизации этого покрытия при охлаждении.
Учитывая эту дополнительную степень вулканизации при
охлаждении, можно увеличить линейную скорость движения
изделия через вулканизационную камеру.
Глава девятая
НЕТРАДИЦИОННЫЕ СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ПОЛИМЕРНОЙ ИЗОЛЯЦИИ И ОБОЛОЧЕК
9.1.	ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕНТОЧНОЙ ПЛАСТМАССОВОЙ
ИЗОЛЯЦИИ
Ленточная полимерная изоляция кабелей и проводов из-
готовляется методом обмотки токопроводящей жилы. Как
правило, такой метод используется, если не представляется
возможным наложить пластмассовую изоляцию методом эк-
струзии. В частности, методом обмотки приходится изолиро-
вать проводники лентами из политетрафторэтилена (фторо-
пласта-4) или полиимидно-фторопластовыми лентами. Для
изолирования используются вертикальные обмоточные машины
с центральными обмотчиками или горизонтальные обмоточные
машины с полутангенциальными обмотчиками.
Принцип действия всех этих машин одинаков. Проволока
или токопроводящая жила от датчика направляется через
протиры (иногда через правильные приспособления) в устрой-
ства (обмотчики), где происходйт наложение изоляции методом
обмотки с последующим приемом изготовленной продукции
или полуфабриката  на барабаны (катушки). Более подробно
принципы действия и конструкции обмоточных машин изло-
жены в [4].
Обмотка ориентированными и неориентированными лента-
ми из фторопласта-4, изготовленными методом строжки цилин-
дрических полимерных заготовок, производится с перекрытием.
276	I
Рис. 9.1. Схема горизонтальной обмоточной машины типа ГИМ-ЗА:
отдающая катушка; 2- изолирующая жила; 3 — обмотчики; 4 — тяговое устройство; 5 —приемное устройство
277
В отличие от «строганых» лент так называемые «давленые»
ленты фторопласта-4, изготовляемые методом раскатки на
валках корделя, полученного в свою очередь из смеси фторо-
пласта-4 с вазелиновым маслом, накладываются не только
с перекрытием, но и встык. При обмотке строганой неориенти-
рованной или давленой пленкой к обмоточному оборудованию
предъявляются очень жесткие требования, так как механическая
прочность их невысока, а способность удлиняться из-за растяги-
вающих усилйй значительно больше, чем у ориентированных
пленок из фторопласта-4 или пленок из других полимерных
материалов. Поэтому обмоточные машины для полимерной
ленточной изоляции снабжаются специальными устройствами
для регулирования и поддержания в заданных пределах
ограниченного по значению натяжения, исключающими вытяги-
массовой изоляции:
1—отдающее устройство; 2—протир; 3—обмотчик; 4—поворотиое колесо; 5 — генератор;
6—индуктор; 7—рукоятка управления индуктором; 8—печь; 9— ванна; 10—калибр
11—тяговое устройство; 12—приемное устройство; 13—пульт управления
278
вание или обрыв пленки. Так, на двухходовой обмоточной
машине типа ГИМ-ЗА (рис. 9.1), предназначенной для обмотки
неориентированными строгаными или давлеными пленками из
фторопласта-4 при частоте вращения обмотчиков до 500
об/мин, натяжение ленты регулируется в пределах от 1 до
15 Н(0,1—1,54 кг) с точностью поддержания заданного значения
±10%.
Для того чтобы из лент фторопласта-4 или полиимидно-
фторопластовых лент получить монолитную изоляцию, после
обмотки производится тепловая обработка, обеспечивающая
необходимую степень герметизации и заключающаяся в нагреве
изоляции до 380—400° С. Спекание изоляции производится
путем нагрева либо в электропечах в атмосфере воздуха или
азота (провода малых диаметров), либо с помощью высоко-
частотного нагрева (провода средних и больших диаметров).
При высокочастотном .нагреве теплота выделяется в токо-
проводящей жиле, что создает более благоприятные условия
для спекания ленточной изоляции [4]. На рис. 9.2 показан
агрегат для наложения пленочной изоляции на проводе с по-
следующей высокочастотной запечкой. Рабочая частота гене-
ратора 67 кГц, сечение токопроводящих жил—до 60 мм2,
линейная скорость — до 8 м/мин.
9.2.	ТЕХНОЛОГИЯ НАЛОЖЕНИЯ РЕЗИНОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ МЕТОДОМ
ХОЛОДНОГО ОПРЕССОВАНИЯ
Метод холодного опрессования основан на свойстве невул-
канизированных резиновых лент соединяться между собой под
давлением при нормальной температуре. Наложение изоляции
таким методом производится на продольно-покрывательных
прессах, которые выполняются многоходовыми (число ходов
от 6 до 24, чаще всего 6—12). Схема шестиходового пресса
для холодного опрессования показана на рис. 9.3 Г54].
Опрессование может быть двухшовным и одношовным. При
двухшовном опрессовании две параллельные резиновые ленты
проходят под и над жилой между двумя вращающимися
вальцами, на поверхности которых имеются канавки по
профилю жилы. При одношовном опрессовании перед каждой
парой вальцов устанавливаются направляющие калибры, обес-
печивающие охват жилы резиновой лентой перед попаданием
ее краев в вальцы. 'Заданная толщина изоляции обеспечивается
путем последовательного наложения нескольких слоев ленты,
число которых может составлять от 2 до 20. При одношовном
опрессовании при наложении нескольких слоев ленты образу-
ющийся шов каждый раз смещается на 180°.
После каждой пары вальцов имеются дисковые ножи,
разделяющие опрессованные жилы между собой.
279
Рис. 9.3. Схема шестиходового пресса
1—отдающее устройство; 2—счетчик длины жилы; 3— гребенка; 4—диски с кружками)
с установочным винтом; 8—отборочные ролики; 9— направляющий калибр для лентьи
13 — приемное устройство]
Для обеспечения монолитности изоляции слои резины!
накладываются с некоторым обжатием h, значение которого!
определяется как	|
/г = й?+28-Рк,	(9.11
где d—диаметр токопроводящей жилы или заготовки кабеля
после наложения предыдущего слоя изоляции; 8 — толщина!
резиновой ленты; Ок—диаметр канавки вальцов.	|
Значение обжатия увеличивается от первой пары вальцов!
к последующим, при двухшовном опрессовании — приблизите-!
льно на 0,1 мм в каждой паре. При одношовном опрессовании
вытяжки ленты не происходит, поэтому значение обжатия
должно быть значительно больше (0,7—1,4 мм).	|
9.3.	ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ИЗ ПТФЭ I
В данном параграфе рассмотрены способы изготовления
изоляции из порошка и суспензий ПТФЭ [9]. Поскольку!
ПТФЭ при температуре даже выше температуры плавления
не переходит в вязкотекучее состояние, то для его переработки
непригодны методы, обычно применяемые для термопластич-1
пых материалов. Поэтому изготовление изоляции производят!
по специальной технологии путем экструзии пасты по следу-1
ющей схеме: просев порошка, введение смазки, смешение!
порошка со смазкой, созревание смеси, предварительное фо-1
рморацие заготовки, изолирование кабельного изделия на]
илуцйсфном прессе, удаление смазки и спекание изоляции. |
Просев осуществляют через сито с отверстиями размером около]
2 мм для отделения скомковавшихся частиц, способных вызвать]
дефекты в изоляции. Из-за высокой способности электризоваться
и притягивать частицы пыли из воздуха как просев порошка, тан
и все последующие технологические операции следует проводить]
в специальных помещениях повышенной чистоты.	]
280	I
для холодного опрессования:
резиновых лент; 5—стойка с вальцами; 6—дисковые ножи; 7—верхняя часть стойки
резины; 10 — станина пресса; 11—тяговое устройство; 12—талькирующее устройство;
14—электродвигатель
В качестве смазки применяют легколетучий бензин марки
БР-1. Компоненты должны быть строго дозированы, так как
нарушение дозировки не позволяет получить качественную
изоляцию. Дозировка бензина зависит от коэффициента сжатия
и имеет следующие значения:
Коэффициент Количество
сжатия	бензина в смеси,
%
20	19
50	19,8
100	20,4
Коэффициент Количество
сжатия	бензина в смеси, %
250	21,2
500	22
1000	23,5
2000	25
Смещение производят в герметичном сосуде вместимостью
4 л на 1 кг смеси. После заливки бензина сосуд слегка
встряхивают и вращают на роликовых валках со скоростью
около 0,25 с-1 в течение 15—20 мин. Увеличение частоты
вращения недопустимо, так как может привести к ориентации
частиц материала. Затем для созревания пасты сосуд выдер-
живают в неподвижном состоянии 12—25 ч при температуре
23—25° С.
Готовую пасту подвергают предварительному формованию
для увеличения насыпной плотности, при этом объем заготовки
становится примерно в 3 раза меньше, чем объем загружаемой
пасты. Предварительное формование проводят в цилиндре
специального плунжерного пресса. В зависимости от диаметра
цилиндра давление предварительного формования составляет
0,7—3,5 МПа, скорость движения плунжера — примерно
0,0002 м/с. Уплотненная заготовка обретает формоустойчи-
вость, и ее переносят для хранения в герметичную емкость.
Последующие технологические операции — изолирование,
удаление смазки и спекание — производят на плунжерных
прессах за одну операцию. Заготовку загружают в цилиндр
плунжерного пресса. При движении плунжера осуществляется
281
Рис. 9.4. Схема головки
плунжерного пресса:
1—цилиндр;	2—матрица;
3—дорн с трубкой; 4—до-
рнодержатель; 5—плунжер
выдавливание пасты в головку (рис. 9.4),
где и происходит формирование изо-]
ляции на жиле. Процесс изолирования!
является периодическим, а длина отрезка!
провода, получаемого из одной заготов-1
ки, тем больше, чем больше объем]
заготовки. Отношение сечения заготовки]
к сечению изоляции называют коэф-]
фициентом сжатия, с увеличением ко-]
торого возрастает производительности
процесса. Различные сорта порошка
ПТФЭ допускают коэффициент сжатия
не более 1000—2000. Превышение пре-
дельно допустимого коэффициента сжа-
тия приводит к вытеснению бензина из
пасты, что ведет к нарушению стабиль-
ности процесса.
Экспериментально установлен опти-
мальный угол входа в матрицу, равный
примерно 20°. Для толщины изоляции
0,18—0,45 мм применяют диаметр матрицы, превышающий
наружный диаметр готового провода на 0,1—0,2 мм. Длина
цилиндрической части больше диаметра матрицы в 6—10 раз.
Меньшая длина цилиндрической части не позволяет получить
гладкую поверхность изоляции, а большая из-за увеличения
ориентации приводит к возникновению в изоляции продольных
трещин. Концентричность изоляции обеспечивается путем са-
моцентровки потоком материала тонкостенной направляющей
трубки, которой заканчивается дорн; оптимальное расстояние
от конца трубки до входа в цилиндрическую часть матрицы
устанавливается экспериментально и обычно составляет 8—
15 мм.
После выхода из головки провод поступает в печь сушки,
где при 120—300° С происходит испарение бензина. Превыше-
ние температуры может приводить к закипанию бензина
в изоляции, приводящему к ее растрескиванию. Чрезмерная
скорость не позволяет удалить бензин из изоляции, что ведет
к возникновению дефектов при последующей операции спека-
ния. Для спекания изоляцию прогревают до 370—400° С, для
чего температуру печи поднимают до 400—450° С. Скорость
процесса обычно составляет 5—20 м/мин. При правильно
установленном температурно-скоростном режиме получают од-
нородную прозрачную изоляцию без поверхностных трещин.
Суспензии на основе ПТФЭ наносят методом окунания i
с последующей сушкой и термообработкой полученного слоя. !
Поэтому основными частями установок являются ванна для <
пропитки, печь сушки и запечки; конструктивное исполнение (
282	,j
М I
установки зависит от конкретной технологической операции:
изолирование жилы, пропитка стеклонитей, стеклоленты или
оплетки кабельного изделия, а также нанесение электропро-
водящих слоев поверх изоляции. Обычно нанесение суспензии
производят за несколько проходов, получая покрытие нужной
толщины. В ряде случаев для увеличения толщины изоляции
жилы, наносимой за один проход, используют метод элект-
рофоретического осаждения.
Пропитку стеклопрядей осуществляют суспензией с оп-
тимальной концентрацией 33—37% (плотность 1230—
1270 кг/м3); для стеклооплетки применяют большую концент-
рацию (плотность 1360—1370 кг/м3); для нанесения электро-
проводящих слоев используют суспензию 20—30%-ной кон-
центрации (плотность 1120—1210кг/м3). В процессе работы
следует поддерживать концентрацию суспензии в заданных
пределах, так как при испарении воды возможна коагуляция.
После выхода из ванны излишки суспензии удаляют в от-
жимном устройстве. Сушку осуществляют в печи при 220—
300° С, а термообработку — при 320—500° С. Скорость нанесе-
ния суспензии ПТФЭ составляет от 1 до 7 м/мин.
9.4.	ТЕХНОЛОГИЯ РАДИАЦИОННОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ
ПОЛИМЕРНОЙ изоляции
Радиационное модифицирование полимерных покрытий по-
зволяет существенно улучшить характеристики кабельных из-
делий (см. гл. VIII). Обязательным элементом радиационного
модифицирования является облучение покрытий с использова-
нием различных ионизирующих излучений. При взаимодействии
быстродвижущихся заряженных частиц с веществом происходит
перевод электронов вещества на возбужденные уровни соот-
ветствующих атомов и молекул. В результате облучения
происходит сшивание линейных молекул облученного вещества,
которые приобретают принципиально новые свойства, сохраня-
ющиеся в процессе эксплуатации при условии введения в рецеп-
туры полимерных веществ соответствующих добавок.
Существуют различные источники ионизирующих излучений:
ядерные реакторы, изотопные источники, ускорители различных
типов. В промышленности получила применение технология
радиационного модифицирования на изотопных источниках
и на ускорителях заряженных частиц.
Использование изотопных источников основано на воздей-
ствии на покрытие у-излучения, возникающего после радиоак-
тивного распада возбужденного ядра. В качестве источников
у-излучения обычно используются препараты из Со60 или
отработавшие тепловыделяющие элементы (твэлы) из реак-
торов с большим потоком нейтронов. Изотопные источники
283
обеспечивают возможность получения равномерного поля по-
глощенных доз в большом объеме гомогенного материала,
возможность облучения объектов сложной конфигурации с при-
емлемой неравномерностью на поглощенной дозе, относитель-
ную простоту ведения процесса, высокую надежность [55].
Однако при использовании изотопных источников трудно
получить высокую мощность дозы в достаточно большом
объеме, необходимо периодически восполнять естественную
убыль активности у-источника вследствие радиоактивного рас-
пада. Самое главное, в этом случае существует радиационная
опасность, даже если источник не используется, и возможность
радиоактивных загрязнений.
Поэтому в кабельной технике получила широкое распрост-
ранение технология радиационного модифицирования с ис-
пользованием электронных ускорителей. Использование элек-
тронных ускорителей обеспечивает получение высоких мощ- ||
ности дозы и коэффициента использования излучения, от- |
носительную простоту регулирования параметров поля излуче- й
ния. Самое главное, что электронным ускорителям присуща
высокая безопасность. При использовании существующих уско-
рителей в облучаемых материалах практически не образуются
радиоактивные элементы, и поэтому радиационная защита
необходима только в период работы ускорителя.
Основой установок радиационного модифицирования ка-
бельной изоляции являются электронные ускорители. В кабель-
ной технике, как правило, используются ускорители типа ЭЛВ,
представляющие собой ускорители прямого действия, рабо-
тающие в непрерывном режиме. Принцип действия электронных
ускорителей типа ЭЛВ основан на использовании генератора
ускоряющего напряжения, в качестве которого используется
повышающий трансформатор без железного сердечника с сек-
ционированной вторичной обмоткой [56]. Переменное напряже-
ние каждой секции преобразуется в постоянное по схеме
с удвоением напряжения. Обмотки этого трансформатора
расположены коаксиально. Внутри обмоток и колонны из
выпрямительных секций установлена вакуумированная ускори-
тельная трубка. Фокусировка выпускаемого электронного луча
осуществляется с помощью магнитного поля. Для повышения
электрической прочности генератор и ускорительная трубка
помещаются в котел, заполненный элегазом под давлением.
Ток в трубке регулируется путем изменения напряжения на
питающем электроде инжектора.
Конструкция ускорителя типа ЭЛВ показана на рис. 9.5
[56]. Первичная обмотка повышающего трансформатора со-
стоит из двух частей, каждая из которых выполнена конической.
В качестве проводника используется медная трубка, по
которой циркулирует охлаждающая вода. Выпрямительные
Рис. 9.5. Конструкция электронного ускорителя типа ЭЛВ:
/ — котел; 2- первичная обмотка; 3, 4, 25 — выпрямительные секции; 5 — ускорительная
трубка; 6—вакуумные насосы; 7—раструб; 8 — высоковольтный электрод; 9— блок
управления инжектором; 10—12—магнитопроводы; 13—автотрансформатор: 14— катуш-
ка питания; 15—электропровод; /6—ввод; 17, 18 — отклоняющие электромагниты;
19—пучок; 20—выпускное окно; 21 — удлинитель; 22—сопло; 23—переходник; 24 — вал
управления; 26— экраны секций вторичной обмотки; 27—предохранительные разрядники;
28—делитель сопротивления; 29—магнитные линзы; 30—радиационные экраны; 31 —
электроды ускорительной грубки; 32 — шаровая опора трубки; 33 - уплотнение трубки;
34—радиационная защита; 35—радиатор охлаждения; 36—вентилятор
285
Рис, 9.6. Схемы выпускных устройств:	|
а—линейная развертка: 1—электромагниты поперечной Вх и продольной В, разверток; г
3—фольга выпускного окна; 4—облучаемое изделие; б—квазикольцевая развертка: |
1—переключающий магнит; 2—развертывающее устройство; 3—поворотный магнит; j-
4—фольга; 5—облучаемое изделие
секции находятся друг над другом и образуют вертикальную
колонку. Сверху находится вертикальный электрод с блоком
управления инжектором. Рабочий магнитный поток замыкает-
ся магнитопроводами. Ускорительная трубка имеет раструб,
расположенный в нижней части котла. Выпускное устройство
состоит из двух электромагнитов для регулировки элект-
ронного пучка. Энергия электронного пучка ускорителей типа
ЭЛВ, используемых в отечественной кабельной промышлен-
ности, равна 0,4—1,5 МэВ при мощности 20 кВт. Ускорители
предназначены для эксплуатации в непрерывном режиме ,|
работы.	I
Зона облучения зависит от применяемых типов развертки |
электронного пучка. Обычно используют два типа устройств
такого рода: линейную развертку и квазикольцевую развертку
[57]. Такие развертки показаны на рис. 9.6. Линейная развертка
распределяет пучок равномерно по всей площади титановой
фольги, которая охлаждается воздухом и через которую пучок
электронов выпускается в воздушную среду к облучаемому
изделию. Линейная развертка с успехом используется при
производстве проводов малых диаметров. Квазикольцевая i
развертка обеспечивает трехстороннее облучение изделий и по» j
зволяет обрабатывать кабельные изделия больших диаметров. .1
Выпущенный за пределы фольги пучок электронов формируют I
при помощи электромагнитных систем (рис. 9.7).	|
При облучении изделий, транспортируемых через зону |
облучения в несколько ветвей, используется электромагнитная
система зеркального типа. В этой системе электроны пучка,
286	3
1
1
1
Рис.. 9.7. Схемы электромагнитных систем:
а—зеркального типа; 6—для облучения изделий большого диаметра; 1 — выходное окно
ускорителя; 2—облучаемое изделие; 3—электромагнитная система
не попавшие непосредственно на поверхность движущегося
кабельного изделия, возвращаются в зону облучения магнит-
ным полем с равномерным распределением излучения по
поверхности. При облучении кабельных изделий большого
диаметра электромагнитная система равномерно распределяет
поток электронов по поверхности изделия. Технические данные
ускорителей типа ЭЛВ, применяемых в кабельной промыш-
ленности, приведены в табл. 9.1.
В настоящее время на кабельных заводах начинают ис-
пользовать импульсные высокочастотные электронные ускори-
тели типа ИЛУ с местной защитой. Источником ускоряющего
напряжения служит вакуумный тороидальный резонатор, воз-
буждаемый генератором на промышленной генераторной лам-
пе. Максимальная энергия ускорителя типа ИЛУ-8 равна
0,7 МэВ. Выбор тороидальной формы резонатора позволит
обеспечить малые потери в резонаторе и более полно ис-
пользовать ускоряющее напряжение.
Конструктивно высокочастотная система, включающая ге-
нератор и резонатор вместе с системой инжекции электронов
(электронной пушкой), представляют собой единую конструк-
цию, показанную на рис. 9.8 [58, 59]. Резонатор выполняется
из двух изолированных половин, которые частично входят
одна в другую и боковые поверхности которых образуют
емкость. Между боковыми стенками верхней и нижней половин
резонатора устанавливается определенный зазор. Размер этого
зазора выбирается таким, чтобы максимальная напряженность
электрического поля в этом цилиндрическом конденсаторе не
превышала напряженности поля в основном ускоряющем
зазоре. Нижняя половина резонатора изолирована от корпуса,
и на нее через реактор подается напряжение смещения 5—10 кВ
для подавления высокочастотного резонансного разряда и от-
соса электронов из ускоряющего зазора.
287
Таблица 9.1. Технически,? данные электронных ускорителен
типов ЭЛВ-1 и ЭЛВ-2 
Показатель
ЭЛВ-1
0,4—1,0
20
77
26
0,49 (5)
________„ _____ д	выполняемый
лантана, помещается непосредственно в зазор
на (
объединена с ускоряющим зазором и
Энергия частиц, МэВ
Средняя мощность пучка, кВт
КПД, %
Потребляемая мощность, кВт
Давление элегаза, МПа (атм)
Катод электронной пушки,
ЭЛВ-2
Рис. 9.9. Схема устройства элект-
ронной пушки:	I
1 — анод; 2—управляющая сетка; 3 — элек-
трод; 4—катод; 5 — коническая спираль;
6 — магнитная линза для корректировки
поперечного размера пучка /
0,8—1,5
20
75
27
1,07 (11)
из гексаборида
и располагается
его верхней половине. Электронная пушка, или инжектор,
„ образует триод, состоящий
9
10
Рис. 9.8. Конструкция электронного ускорителя типа ИЛУ:
1—стальной вакуумный бак; 2—тороидальный резонатор; 3—реактор; 4 — магнитораз-
рядный насос; 5—инжектор электронов; 6 — выпускное устройство; 7—контрольная
петля для опенки амплитуды напряжения на ускоряющем зазоре; 8—лампа автогене-
ратора; 9 индуктивная петля для связи анодного контура генератора с резонатором;
10—конденсатор настройки анодного контура; 11 — емкость для обратной связи в ав-
тогенераторе; 12—катодный шлейф настройки коэффициента обратной связи в автоге-
нераторе
из катода и управляющей сетки (рис. 9.9). Роль анода выполняет
электрод ускоряющего зазора, другой его электрод соединен
с сеткой. Вся система располагается в стальном вакуумном баке.
Технологическая линия для радиационного модифицирова-
ния изоляции кабельных изделий с использованием элект-
ронного ускорителя показана на рис. 9.10. Она состоит из
приемного и отдающего устройств, системы направляющих
роликов для транспортирования изделия через технологические
отверстия в радиационной биологической защите и многоро-
ликовой системы (или системы другого типа) для транспор-
тирования изделия в зоне облучения. Несмотря на применяемые
электромагнитные системы развертки электронного луча, по-
зволяющие повысить равномерность облучения поверхности
изделия, следует учитывать, что даже заправка изделия при
транспортировании изделия в зоне облучения «восьмеркой»,
Рис. 9.10. Схема технологической линии для радиационной обработки гибких
протяженных изделий с помощью электронного ускорителя:
1 — ускоритель; 2 - электромагнитная система; 3—биологическая защита; 4—блоки
роликов; 5—направляющие ролики; 6 — технологические отверстия в защите; 7—об-
рабатываемое кабельное изделие; 8— приемно-отдающие блоки; 9—пульт управления
19 3125	289
288
Злектронный
пучок
Рис. 9.11. Схема облучения элект-
ронным потоком поперечного сечения
провода
т. е. двустороннее облучение,
не исключает неравномерности
поля поглощенных доз.
Действительно, из анализа
рис. 9.11 следует, что в раз-
ных местах изделия элект-
ронный поток проходит через
покрытие различной толщины:
от минимальной толщины,
равной (D — d)/2, до макси-
мальной, равной ^/2(D2 — d2),
где D—наружный диаметр ка-
бельного изделия, a d—диа-
метр токопроводящей жилы.
Существуют технологичес-
кие устройства для транспор-
тирования изделий в зоне об-
ручения, обеспечивающие
укладку изделий в ряд, виток
к витку. При транспортировке
изделие непрерывно вращается
вокруг своей оси, что обеспечивает равномерность облучения
и увеличивает линейную скорость движения изделия. Одно-
временно сокращается время заправки, исключаются растяги-
вающие усилия, характерные для многороликовой системы,
что особенно важно для миниатюрных проводов.
Дальнейшее повышение эффективности использования тех-
нологического оборудования может быть достигнуто путем
создания автоматической системы управления технологическим
процессом (АСУТП) на базе современных ЭВМ. Один из
возможных вариантов АСУТП состоит из четырех этапов [57].
Первый этап представляет собой автоматизацию управления
работой ускорителя, второй — введение управления скоростью
перемотки изделий, третий — введение в память ЭВМ про-
граммы вычисления оптимальных значений регулирующих
параметров, четвертый — выделение параметров обратной свя-
зи. Как конечный результат можно рассматривать полностью
автоматизированный комплекс на базе АСУТП с ЭВМ для
управления складскими и погрузочно-разгрузочными работами,
представляющий собой замкнутый технологический процесс
без участия обслуживающего персонала.
9.5.	ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕНТОЧНЫХ (ПЛОСКИХ) ПРОВОДОВ
К ленточным, или плоским, проводам и кабелям относятся
кабельные изделия с поперечным сечением прямоугольной или
близкой к ним формы, имеющие одну или несколько жил,
290
расположенных параллельно или’ в несколько слоев, и легкую
пластмассовую оболочку, обмотку или оплетку из волокнистых
материалов [60]. Существует несколько методов изготовления
ленточных проводов, каждый из которых имеет свои преиму-
щества и недостатки.
Один из первых методов, который использовался для
производства ленточных проводов и сохранил свое значение
и в настоящее время — изготовление ленточных проводов
методом экструдирования. Он используется для наложения
изоляции и (или) оболочки из полиэтилена и поливинил-
хлоридного пластиката, при этом для изготовления ленточных
проводов обычно используются экструзионные линии с диамет-
ром червяка 60—120 мм, которые имеют специализированные
узлы: отдающее и приемное устройства, головку, технологичес-
кий инструмент.
Отдающее устройство многокатушечного типа представляет
собой раму, на которой может быть размещено до 60 отдающих
катушек с проволокой. Специальное тормозное устройство
позволяет автономно регулировать натяжение каждой проволо-
ки. Сборка проволок перед экструдером в одной плоскости
производится t помощью двух или более розеток. Дорн
и матрица совмещаются в едином блоке, трудоемкость которых
очень велика. Дорновая часть инструмента имеет отверстия для
токопроводящих жил, расстояние между которыми должно
иметь исключительно малые допуски, связанные с высокой
точностью шага укладки проводников в ленточный провод.
19
Рис. 9.12. Схема экструзионной линии для изготовления ленточных проводов:
1 — отдающее устройство рамного типа; 2—катушки с проволокой; 3 — проволока;
4 — розетка; 5—экструдер; 6 — головка экструдера; 7—загрузочная воронка; 8—выдвига-
ющаяся приставка к охлаждающей ваине; 9 — охлаждающая ванна; 10—теплообменник
для охлаждения воды: 11 — сушильное устройство; 12—тяговое устройство; 13 — приемное
устройство кассетного типа
291
Рис. 9.13. Технологическая линия для изготовления ленточных
1—отдающее устройство; 2—экструдер с двухщелевой головкой; 3 — охлаждающая
на пробой; 5—тяговое
Выходные отверстия матрицы соответствуют форме про-
филя изготовляемого ленточного провода. Приемное устрой-
ство— кассетного типа с регулировкой натяжения изготовля-
емого провода при приеме. Схема экструзионной линии для
изготовления ленточных проводов показана на рис. 9.12.
Преимущества изготовления ленточных проводов экстру-
дированием те же. что и у процесса экструзии вообще!
в кабельной технике: непрерывность и, как следствие, большие!
строительные длины проводов, высокая производительность,!
возможность автоматизации. Недостатки метода — исключи-!
тельная сложность изготовления технологического инструмента,
сложность заправки, трудности, связанные с учетом нерав-
номерности усадки материала по ширине провода. Необходимо
также учитывать, что методом экструдирования получить
часто требуемую толщину изоляции менее 0,1 мм практически
невозможно.
Более прогрессивным является изготовление ленточных
проводов методом экструдирования с последующим каланд-
рованием. Метод заключается в экструдировании двух лент
расплава полимера с двух сторон плоскости, которую образуют
параллельно уложенные токопроводящие жилы. Затем эти
ленты каландруются совместно с жилами профилированными
валками, которые и определяют профиль изоляции ленточного
провода. Экструдирование с каландрованием осуществляется
на стандартном экструзионном оборудовании, отдельные узлы
которого имеют специальную конструкцию. Так, головка
экструдера — двухщелевая, что позволяет экструдировать две
ленты полимерного материала. Узел каландрования с двумя
профильными валками устанавливается па подвижной в трех
плоскостях платформе.
На рис. 9.13 представлена схема получения ленточных
проводов методом экструдирования, совмещенного с каланд-
рованием. Отдающее устройство имеет индивидуальные тор-
мозные устройства на каждую катушку, а также датчики
обрыва жил со световой сигнализацией. Экструзионная голов-
292	
6
проводов методом экструзии, совмещенной с калаидроваиием:
ванна; 4— платформа с механизмом резки, отбора кромок, маркировки и испытание
устройство; 6—приемное устройство
ка— двухкамерная, для перехода с одной ширины экструдиру-
емых лент на другую предусмотрена замена губок вместо
всей полу камеры. В каждой полу камере предусмотрены ре-
гуляторы потоков расплава полимера.
Узел каландрования представляет собой два профилирован-
ных валка с пневмоприводом, обеспечивающим их смыкание
и размыкание. Валки выполнены полыми с возможностью
протекания теплоносителя с обеспечением поддержания задан-
ной температуры. Узел резки обеспечивает обрезку кромок
и при необходимости разделение ленточного провода по
перемычке вдоль жил. Линия обеспечивает одновременное
изготовление проводов минимум двух типоразмеров. Линия
имеет узел маркировки, наносящий краску на край провода,
и устройство для испытания напряжением с маркировкой
дефектных мест. Приемное устройство — кассетного типа. Ме-
тод экструдирования, совмещенного с каландрованием, повы-
шает точность шага укладки токопроводящих жил, обеспечи-
вает изготовление экранированных ленточных проводов
и устойчивость процесса.
Метод контактно-тепловой сварки основан на разогреве
термопластичного электроизоляционного материала до вяз-
котекучего состояния с одновременным его сдавливанием
и последующим склеиванием вокруг токопроводящих жил. На
границе соединяемых поверхностей протекает взаимная диф-
фузия молекул соединяемых материалов. Такой метод ис-
пользуется при изготовлении ленточных проводов с изоляцией
из дублированных полиимидно-фторопластовых, полиэтилен-
лавсановых и других пленок.
Схема установки для изготовления ленточных проводов
методом контактно-тепловой сварки показана на рис. 9.14.
Узел сварки представляет собой одну или несколько пар
валков, один из которых металлический и имеет встроенный
нагреватель. Остальные валки имеют эластичное покрытие,
например из кремнийорганической резины. Металлический
валок предназначен для разогрева склеиваемой пленки, а валки
293
Рис. 9.14. Схема установки для изготовления ленточных проводов методом
контактно-тепловой сварки:
1—отдающее устройство; 2—плющильное устройство (для ленточных проводов с жилами
прямоугольного сечения); 3—компенсатор; 4— отдающее устройство для пленок; 5-
направляющие для токопроводящих жил; 6 — узел коитактио-тепловой сварки; 7-
устройство для продольной резки провода; 8—приемное устройство кассетного типа;
9 — контрольно-измерительная аппаратура
с полимерным покрытием обеспечивают их равномерное об
жатие. Узел продольной резки
со сменными ножами. Таким
представляет собой
образом,
каретку
можно разрезать
ленточный провод в продольном направлении на несколько
проводов с заданным количеством жил. Следовательно, обес
печивается возможность многоручьевого изготовления прово
дов. К недостаткам способа контактно-тепловой сварки можш
отнести
невысокие производительность и
точность
укладки
жил

Широкое распространение получила также технология из
готовления ленточных проводов методом склеивания отдельны;
изолированных проводников в ленту. Схема установки такой
типа показана на рис. 9.15. Изолированные проводники с от
дающего устройства поступают в ванну с клеящей композиций
Рис. 9.15. Схема установки для изготовления ленточных проводов мето до:
1 — отдающее устройство;
устройство; 5 — ванна; 6 —
барабан; 9 — поворотный
склеивания:
2—изолированные проводники; 3—розетка; 4—
клеящая композипия; 7—уплотняющий ролик;. 8—
ролик; 10— тяговое устройство; 11—приемное
кассетвого типа
прямильное
- сушильный
устройство
294
с использованием в качестве растворителя тетрагидрофурана.
После нанесения клея на поверхность изоляции проводники
сдавливаются с помощью уплотняющего ролика и поступают
на сушильный барабан. Приемное устройство кассетного типа
имеет отдельный электропривод с регулируемым тяговым
усилием. С использованием метода склеивания обычно изготов-
ляются ленточные провода с поливинилхлоридной изоляцией,
хотя можно, безусловно, изготовлять провода с любым типом
изоляции, поддающейся склеиванию. К недостаткам метода
следует отнести наличие в производстве токсичных раствори-
телей и невысокую точность шага укладки изолированных жил.
Ограниченное применение находит также метод изготовле-
ния тканых и плетеных ленточных проводов, заключающийся
в переплетении изолированных проводников, расположенных
в виде основы параллельно в одной плоскости, тонкими
высокопрочными нитями из различных натуральных или по-
лимерных материалов.
Глава десятая
ОСНОВЫ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ И ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Основные положения техники безопасности и охраны окру-
жающей среды регламентируются соответствующими законо-
дательными актами, государственными стандартами, а также
нормами и правилами, утверждаемыми органами государст-
венного надзора. Они направлены на создание безопасных
условий труда и оптимальной экологической ситуации. На'
основе требований этих основополагающих документов раз-
рабатываются как разделы «Требования безопасности» в стан-
дартах на конкретные объекты, содержащие опасные и вредные
производственные факторы, так и отраслевые и подотраслевые
стандарты и инструкции по технике безопасности предприятий.
Для обеспечения безопасных условий труда следует соблюдать
предельно допустимый уровень производственных факторов,
т. е. уровень, при котором работа установленной продол-
жительности не приводит к травмам, заболеваниям или
отклонению в состоянии здоровья.
Рассмотрим вредные и опасные производственные факторы
при производстве проводов и кабелей с резиновой и пластмас-
совой изоляцией. Вредным называют производственный фактор,
воздействие которого на работающего может привести к сниже-
нию работоспособности или заболеванию; при высоком уровне
или большой продолжительности воздействия вредный фактор
может стать опасным и привести к травме или другому резкому
ухудшению здоровья. Опасные и вредные производственные
295
факторы при производстве проводов и кабелей с пластмассовой ^Я
и резиновой изоляцией можно классифицировать в соответствии Я
с [64] следующим образом.	Я
Физические факторы создаются наличием подвижных частей Я
оборудования (приемно-отдающие и тяговые устройства) и пе- Я
ремещающимся кабелем или заготовкой, повышенной запылен- 1
ностью (резиноделательные отделения) и загазованностью воз- .
духа (выделение вредных веществ из перерабатываемого ма-
териала), повышенной температуры поверхностей оборудования
и материала (головки экструдера, трубы вулканизации, печи
термообработки), повышенного электрического напряжения (ап-
параты сухого испытания); повышенного уровня ионизирующих
излучений (при радиационном модифицировании); в ряде
случаев может возникать повышенный уровень шума и виб-
раций, повышенная температура и влажность воздуха и уровень
его ионизации, а также недостаточная освещенность рабочей
зоны.	аЯ
Химически вредные и опасные производственные факторы^И
обусловлены наличием и выделением различных химических^И
вредных веществ, которые могут оказывать токсическое, раз-^И
дражающее и прочее воздействие на организм человека. Эти^И
вещества могут проникать в организм человека через органья^И
дыхания, кожные и слизистые оболочки, а также через^И
желудочно-кишечный тракт. Ввиду ограниченного объема рас-^И
смотрим из всей совокупности вредных факторов только^И
наиболее специфичные для переработки резин и пластмасс —
химические факторы.
В принципе токсичные газообразные продукты могут вы-
деляться из полимеров и при нормальных температурах
хранения и эксплуатации, например из-за десорбции легколе-
тучих компонентов, остатков мономеров и т. д. При переработ-
ке из-за термомеханических воздействий, во-первых, облегчается
десорбция летучих компонентов, а во-вторых, увеличивается
их количество благодаря возможной деструкции. Поэтому для
выбора эффективной системы защиты необходимо иметь
данные как о качественном, так и о количественном составе
выделяющихся при переработке газообразных продуктов. Важ- |
но также учитывать кинетику их выделения в зависимости |
от интенсивности и длительности термических воздействий. |
Количество вредных веществ в воздухе рабочей зоны
определяется концентрацией и не должно превышать значений 1
предельно допустимых концентраций (ПДК) [65]. Если дли-
тельность работы в контакте с вредными веществами меньше
рабочей смены, то значение ПДК иногда может быть повы-
шено, например ПДК оксида углерода составляет при длитель-
ности работы не более 1; 0,5 и 0,25 ч соответственно 50, 100
и 200 мг/м3. При наличии в воздухе одновременно нескольких
296
вредных веществ однонаправленного действия с концентрацией
Clt С2,—,С„ должно соблюдаться соотношение
ПДК! пдк2 пдк„
(10-1)
При отсутствии кислорода ПЭ за время переработки
практически не выделяет в заметных количествах вредных
газов при температурах до 290° С [66]. При больших тем-
пературах, особенно выше 350° С, наблюдается деструкция,
усиливающаяся с увеличением длительности воздействия, с об-
разованием летучих продуктов. Полная деструкция происходит
при 450—470° С. Такое повышение температуры возможно
при неисправности системы регулирования температуры экст-
рудера, что может привести к «взрыву», т. е. к резкому
выбросу из экструдера смеси из газообразных и жидких
продуктов разложения. При воздействии кислорода или воздуха
окислительная деструкция заметна при более низких тем-
пературах (начиная с 250° С). Таким образом, при нормальных
режимах переработки количество выделяющихся из ПЭ продук-
тов незначительно; при увеличении температуры наблюдается
выделение следующих веществ (в скобках даны значения ПДК,
мг/м3): непредельные углеводороды (50), альдегиды, оксид
углерода (20), формальдегид (0,5), ацетальдегид (5), органичес-
кие кислоты (5). В экстремальных условиях при температурах
выше 400° С могут выделяться водород, ацетон (200), насыщен-
ные и ненасыщенные углеводороды —С23 и др. На состав
газовыделений сушественное влияние оказывает рецептурный
состав композиций; в этом случае наблюдается выделение
акролеина (0,2), хлорорганических и других продуктов. Из
вспенивающегося ПЭ могут выделяться аммиак (20), ацетон
(200), бром (0,5) и др. Температуры воспламенения равны
300—350° С, а самовоспламенения — около 400° С.
При нормальных режимах переработки композиций на основе
ПВХ выделения невелики и в основном обусловлены легколетучи-
ми продуктами. Выделения увеличиваются при возрастании
степени термомеханического воздействия, а состав выделяющихся
продуктов зависит как от рецептуры и технологии получения
ПВХ, так и от глубины протекающих физико-химических
процессов, при этом можно обнаружить выделение следующих
продуктов (мг/м3): хлористый винил (30), бензол (5), толуол (50),
ксилол (50), стирол (5), нафталин (20), дихлорэтан (10),
трихлорэтилен (10), дибутилфталат (0,5), тетрахлорэтилен (10),
2-этилгексеноль (3), хлористый водород (5), хлор (1), дифенилол-
пропан (5), оксид углерода (20), диоксид углерода, уксусная кислота
(5), углеводороды С7—С20, фталевый ангидрид (1), ацетальдегид
(5), фенол (0,3), пары пластификаторов, соединения свинца (0,01).
297
До температуры около 300° С основной реакцией является
дегидрохлорирование и основными летучими продуктами яв-
ляются пары пластификатора и НО. Температура воспламене-
ния составляет 300—500° С, а самовоспламенения—400—
750° С; пластикат не является пожаровзрывоопасным продук-
том. Вдыхание вредных газообразных продуктов вызывает
раздражение верхних дыхательных путей, головную боль,
а в ряде случаев тошноту и сердцебиение. Наиболее сильные
отравления вызываются соединениями свинца, обладающими
кумулятивным действием.
Большинство фторполимеров при нормальной температуре
химически устойчивы и физиологически инертны, благодаря
чему они находят широкое применение как в пищевой
промышленности, так и в медицине, в том числе для
изготовления органов, трансплантируемых в организм [67].
Исследования показали, что в водных вытяжках после
многомесячного контакта с фторполимерами содержание ионов
фтора не превышает 0,03 мг/л, что в 500 раз ниже значения
ПДК. Однако известны случаи выделения вредных газообраз-
ных продуктов даже при хранении их в нормальных складских
условиях, что может привести к их накоплению при длительном
хранении некоторых фторполимеров в герметичной таре.
Нагревание фторполимеров до температур переработки
приводит к увеличению количества выделяющихся вредных
газообразных продуктов, часть из которых являются весьма
токсичными. К наиболее опасным продуктам относится пер-
фторизобутилен (ПДК равна 0,1 мг/м3, класс опасности 1),
количество которого быстро возрастает с увеличением тем-
пературы. Выделяется также гексафторпропилен (ПДК = 5)
и мономеры, которые, окисляясь на воздухе, образуют фтор-
фосген. Гидролиз последнего приводит к образованию фто-
ристого водорода (ПДК = 0,5). Кроме того, в выделяющихся
продуктах наблюдаются тетрафторэтилен, октафторциклобутан,|
октафторизобутилен, диоксид углерода. При переработке со-1
полимера винилиденфторида с гексафторпропиленом наряду]
с фтористым водородом и тетрафторэтиленом обнаруживаются]
трифторпропилен и др. При термодеструкции ПТФЭ могут]
образовываться также аэрозоли, состоящие из мельчайшим
пылевидных частиц фторопласта размером порядка 0,1 мкм]
(ПДК равна 10 мг/м3).	I
Таким образом, при переработке фторорганических поли!
меров могут быть образованы сложные многокомпонентные
парогазоаэрозольные смеси, некоторые составляющие которых"
вступая в реакцию с кислородом и влагой воздуха, образуют
вторичные продукты. Некоторые образующиеся соединения,
особенно перфторизобутилен, фторфосген, фтористый водород,
относятся к чрезвычайно токсичным и высокотоксичным^
298	I
Количество образующихся продуктов возрастает с повышением
температуры и длительности работы; газовыделение фтор-
полимеров при различных температурах составляет:
Материал	Темпера- Газовыделение, % за 1 ч
тура, °C
Фторопласт-4 .........370	0,004—0,008
400	0,03—0,08
425	0,15
Фторопласт-4МБ ......... 300	0,05—0,15
Фторопласт-40 .......... 275	0,2—1,2
Фторопласт-2 ........... 275	0,3—1,0
Фторопласт-2М .......... 275	0,2—0,5
Указанные выше токсичные продукты могут вызвать как
острые, так и хронические отравления. Первые симптомы
легкого отравления проявляются через несколько часов после
поражения в виде так называемой фторопластовой лихорадки:
сухость в горле, недомогание, слабость, высокая температура,
одышка, повышенное потоотделение, у особо чувствительных
лиц наблюдается покраснение кожи. Эти симптомы обычно
исчезают через 1—2 сут.
Повторные отравления приводят к развитию утомляемости,
снижению уровня глобулинов и повышению лейкоцитов в кро-
ви, длительное воздействие высоких концентраций может
вызвать отек легких. Систематические отравления, а также
тяжелое отравление приводят к изменениям печени, почек,
органов пищеварения и сердечно-сосудистой системы. Следует
отметить, что отравления в подавляющем большинстве случаев
наблюдаются только при грубых нарушениях техники безопас-
ности: неисправной или неработающей местной или общей
вентиляции, чрезмерных перегревах оборудования, курении
в местах переработки, пожарах.
Для обеспечения безопасных условий работы производст-
венные помещения оборудуют общей приточно-вытяжной вен-
тиляцией, а оборудование — местными отсосами для удаления
газообразных продуктов (над головкой экструдера, у загрузоч-
ного бункера и т. д.). Производительность местных отсосов
зависит от вида, массы и температуры перерабатываемого
материала. Например, для переработки тефзела фирма Du
Pont рекомендует следующие условия:
Температура Производитель-
переработки, °C ность вентиля-
ции, л/с на 1 кг
пластмассы
300 ’	5,5
320	4,2
Температура Производитель-
переработки, °C ность вентиля-
ции, л/с на 1 кг
пластмассы
340	220
350	550
299
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Белоруссов Н. И., Саакян А. Е., Яковлева А. И. Электрические кабели,
провода и шнуры: Справочник / Под ред, Н. И. Белоруссова. М.: Энергия, 1987.
2.	Кранихфельд Л. И., Рязанов И. Б. Теория, расчет и конструирование
кабелей и проводов. М.: Высшая школа, 1972.
3.	Бабицкий О. Ш., Лехтмаи Л. Я. Технология скрутки кабелей. М.: Энергия,
1978.
4.	Производство кабелей и проводов / Под ред. Н. И. Белоруссова
и И. Б. Пешкова. М.: Энергоиздат, 1981.
5.	Тагер А. А. Физико-химия полимеров. М.: Химия, 1978.
6.	Каргян В. А., Слонимский Г. Л. Краткие очерки по физико-химии по-
лимеров. М.: Химия, 1967.
7.	Боев М. А., Брагинский Р. П. Методика определения долговечности и со-
храняемости кабелей и проводов // Электротех. пром-сть. Общеотраслевые
вопросы. 1982. № 10 (521). С. 10—12.
8.	Бортников В. Г. Основы технологии переработки пластических масс. Л.:
Химия, 1983.
9.	Дикерман Д. Н., Кунегин В. С. Провода и кабели- с фторопластовой
изоляцией. М.: Энергоатомиздат, 1982.
10.	Синтетический каучук / Под ред. И. В. Гармонова. Л.: Химия, 1983.
11.	Гармонов И. В. Развитие исследований в СССР по созданию промыш-
ленного производства цис-1,4 полиизопрена // Каучук и резина. 1973. № 5.
С. 6-15.
12.	Догадкнн В. А. Химия эластомеров. М.: Химия, 1972.
13.	Когаи Л. М., Кроль В. А. Химическая модификация полимеров диенов:
Тем. обзор. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1976 (Промышленность синтетического
каучука).
14.	Когаи Л. М., Кроль В. А. Химическая модификация диеновых полиме-
ров на стадии их получения // Журнал Всесоюз. хим. о-ва им. Д. И. Менделеева!
1981. № 3. С. 272—280.	I
15.	Ковтунепко Л. В., Моисеев В. В., Кашкнна Н. К., Малюгина А. Л. 1
Нестерова С. И. Современное состояние и перспективы развития производства
растворных бутадиен-стирольных каучуков: Тем. обзор. М.: ЦНИИТЭнефтехим!
1980. 56 с. (Промышленность синтетического каучука).	I
16.	Rubber statistical Bulletin / IRSG. 1986. № 7. P. 40.	I
17.	Говорова О. А., Фролов A. E., Сорокин Г. А. Свойства резин на ochobJ
этиленпропиленовых каучуков: Тем. обзор. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1986. 62 с.
18.	Dutral- Ethylene-propylene elastomers. Techn. Inform. Брошюра фирмы
Montedison, Italy. 1985. 16 c.
19.	Свойства резин из терполимеров этилена с пропиленом, различающихся
типом третьего мономера / Н. И. Троицкая, Л. А. Коршунова, В. Ф. Евстратов.
В. И. Гусева // Промышленность синтетического каучука. 1972. № 2. С. 11 — 14.
20.	Гибкий трехжильный экскаваторный кабель с резиновой изоляцией на
напряжение 35 кВ. Теория, материалы, конструирование и технология произ-
водства кабельных изделий / П. М. Глупушкин, А. Г. Ершова, В. А. Калинин,
300
В. С. Цехмистро // Сб. науч, трудов ВНИИКП. М.: Энергия, 1975. Вып 18
С. 97—104.
21.	Захаров Н. Д. Хлоропреновые' каучуки и резины на их основе. М.:
Химия, 1978.
22.	Термоэластопласты / Под ред. В. В. Моисеева. М.: Химия, 1985.
23.	Коран А. И., Пател Р. П. Последние разработки в области термоэла-
стопластов // В кн: Последние достижения в области технологии резины
и латекса. Препринты стендовых докладов. Международная конференция по
каучуку и резине. Киев, 1978. Препринт Сзо.
24,	Глупушкии П. М., Саакяи А. Е., Щербаков Д. П. Кабельные резины.
М.— Л.: Энергия, 1966.
25.	Андрашииков Б. И. Механизация и автоматизация процессов приготов-
ления резиновых смесей. М.: Химия, 1975.
26.	Кошелев Ф. Ф., Кориев А. Е., Букаиов А. М. Общая технология резины.
М.: Химия, 1978.
27.	Уральский М. Л., Горелик Р. А., Букаиов А. М. Контроль и регулирова-
ние технологических свойств резиновых смесей. М.: Химия, 1983.
28.	Вострокиутов Е. Г., Новиков М. И., Новиков В. И., Прозоровская Н. В,
Переработка каучуков и резиновых смесей. М.: Химия, 1980.
29.	Freakly Р. К. Rubber processing and production organization. New York,
London: Plenum Press. 1985. Vol. XV. 455 c.
30.	Dizon E. S., Papazian L. A. The processing of Filler-Reinforced Rubber.
Rubb. / Chem. and Technol. 1977. Vol. 50, № 4. P. 765—779.
31.	Кузьминский А. С., Кавуя С. M., Кирпичев В. П. Физико-химические ос-
новы получения, переработки и применения эластомеров. М.: Химия, 1976.
32.	Приборы для определения технологических свойств материалов // В
кн.: Последние достижения в области технологии резины и латекса. Препринты
докладов. Международная конференция по каучуку и резине. Киев, 1978.
Препринт С27.
33.	Губер Ф. Б., Тамаркин В. Ф., Кришталь И. В. Прогнозирование свойств
резиновых смесей при их изготовлении // В кн.: Прогнозирование свойств
резин и резинотехнических изделий: Сб. науч, трудов НИИРП. М.: ЦНИ-
ИТЭнефтехим, 1978. № 4 (11). С. 54—70.
34.	Whitaker Р. Parameters affecting Mixing in an Internal Mixer // Kautschuk
und Gummi. Kunststoffe. 1981. Bd 34. № 4. S. 295—300.
35.	Рыбаков И. Ф., Шепелев И. М. Автоматизация производства кабелей,
проводов и кабельных резин. М.: Машиностроение, 1977.
36.	Элвуд X. Новейшие достижения и перспективы в приготовлении
резиновых смесей, технологии их переработки и оборудовании // В кн.:
Й Материалы и технология резинового производства. Препринты докладов.
Международная конференция по каучуку и резине. Москва, 1984. Препринт С31.
37.	Бернхардт Э. Переработка термопластичных материалов. М.: Химия,
1965.
38.	Шенкель Г. Шнековые, прессы для пластмасс. Л.: Госхимиздат, 1962.
39.	Тернер Р. В. Теоретические основы переработки полимеров. М.: Химия,
1977.
40.	Атабекян Л. Г., Датуряя Б. М., Казанчаи Г. П. Снижение материало-
емкости и повышение надежности кабельных изделий при использовании
многослойной изоляции // Электротехн. пром-сть. Сер. Кабельная техника.
1982. № 10 (211). С. 12—14.
41.	Разработка и применение новых выводных проводов с многослойной
изоляцией класса нагревостойкости В и пути повышения эффективности их
производства / Г. П. Казанчян, К. Г. Оганесян, Б. М. Датурян и др. // Докл.
VII Всесоюз. науч.-техн. конф., г. Владимир, 1985 г. Владимир: ВНИИТИЭМ,
1985.
42.	Пути повышения ресурса кабельных изделий с двухслойной поливинил-
хлоридной изоляцией / Р. М. Адамян, Р. П. Брагинский, Г. П. Казанчян,
И. Б. Пешков // Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. совещания «Разработка,
301
исследования и эксплуатационные испытания изоляции кабельных изделий»,
г. Ереван, ноябрь 1986 г. М.: Информэлектро, 1986.
43.	А. с. 1319085 AI СССР. Экструзионная головка / А. С. Адамян,
Н. Р. Арутюнян, Р. С. Восканян и др.//Открытия. Изобретения. 1987. № 23.
1 44. Кабели и провода для ядерных энергетических устано- ;
вок / Д. Н. Дикерман, Г. И. Мещанов, А. А. Поляков, Э. Э. Финкель // Под ред.
Э.	Э. Финкеля. М.: Энергоатомиздат, 1983.
45.	Финкель Э. Э., Брагинский Р. П. Нагревостойкие провода и кабели
с радиационно-модифицированной изоляцией. М.: Энергия, 1975.
46.	Финкель Э. Э., Карпов В. Л., Берлянд С. М. Технология радиационного
модифицирования полимеров / Радиационно-химическая технология. Вып. 15.
М.: Энергоатомиздат, 1983.
47.	Чудаков П. И. Графоаналитический метод расчета времени вулкани-
зации шланговых оболочек кабелей на АНВ // Кабельная техника. 1959. № 3
(10). С. 38—44.
48.	Ларина Э. Т., Рязанов И. Б., Холодный С. Д. Расчет технологических
режимов и проектирование оборудования для производства кабелей и проводов.
Ч. Г М.: МЭИ, 1976.
49.	Голодный С. Д. Пособие по курсовому проектированию для специ-
ализации кабельной техники. М.: МЭИ, 1977.
50.	Михеев М. А. Михеева И. М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1973. г
51.	Теплотехнический справочник. Т. 2.— 2-е изд., перераб. М.: Энергия, >
1976.	?
52.	Лыков А. В. Тепломассообмен. М.: Энергия, 1972.	‘ ,
53.	Ботииа М. А. Лекции по вычислительной математике для студентов :
старших курсов. М.: МЭИ, 1971.	*
54.	Производство электрических проводов и кабелей с резиновой и пласт- ''
массовой изоляцией / И. Д. Троицкий, Л. С. Лахман, О. Ш. Бабицкий, :
Н. Ш. Берин. М.: Высшая школа, 1972.
55.	Финкель Э. Э., Лещенко С. С., Брагинский Р. П. Радиационная химия '
и кабельная техника. М.: Атомиздат, 1968.
56.	Сдвоенные ускорители типа ЭЛВ / А. И. Грищенко, Б. М. Корабель- 
ников, Г. С. Крайнов и др. // ИЯФ СО АН СССР, препринт ИЯФ 79-54. 12 с.
57.	Технологическое оборудование для производства кабельных изделий
с облученной изоляцией / Г. И. Мещанов, Е. И. Миронов, А. М. Пазомов
и др. // Сб. докл. Международной конференции «Новые технологические
процессы, перспективное оборудование и комплексная автоматизация кабель-
ного оборудования», ноябрь 1987, г. Ереван. М.: Информэлектро, 1987.
58.	Ускорители Института ядерной физики СО АН СССР для промыш-
ленных радиационно-технологических процессов // ИЯФ СО АН СССР, пре-
принт ИЯФ 79-29, 20 с.	,
59.	Ускоритель ИЛУ-6. Институт ядерной физики СО АН СССР. Ново-
сибирск: 1985. 30 с.
60.	Ларин Ю. Т., Плетнева И. М. Ленточные провода. М.: Энергоиздат,
1982.
61.	Городецкий С. С., Лакериик Р. М. Испытание кабелей и проводов. М.:
Энергия, 1971.
62.	Пешков И. Б., Каменский М. К. Оьнестойкие и не распространяющие
горение кабели и провода // Электротехнические материалы, электрические
конденсаторы, провода и кабели. М.: ВИНИТИ, 1987.
63.	Надежность кабелей и проводов для радиоэлектронной аппарату-,
ры / Под ред. Л. И. Кранихфельда и И. Б. Пешкова. М.: Энергоиздат, 1982.
64.	ГОСТ 12.0.003-74. Опасные и вредные производственные факторы. !
65.	ГОСТ 12.1.005-76. Воздух рабочей зоны. ГОСТ 12.1.007-76. Вредные i
вещества.
ч 66. ГОСТ 12.3.030-83. Переработка пластических масс. Требования безопас-
ности.
67.	Токсикология и санитарная химия полимеризационных пластмасс //
Сб. науч, трудов ОНПО «Пластополимер», 1984. •	t
302	tdNI
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ......................................................... 3
Глава первая. Основные типы кабельных изделий с применением
пластмасс и резин .............................................   S
1.1.	Классификация кабелей и проводов с применением пластмасс
и резин ........................................................ 5
1.2.	Конструктивные элементы кабельных изделий с применением
пластмасс и резин. Особенности конструкций токопроводящих
жил ............................................................ 8
1.3.	Оборудование для скрутки токопроводящих жил ............. \ 10
Глава вторая. Пластмассы, применяемые в кабельном производстве	15
2.1.	Современные представления о структуре полимеров ........... 15
2.2.	Композиции на основе полиэтилена .........................  19
2.3.	Поливинилхлоридные пластикаты ............................. 29
2.4.	Фторопласты .............................................   39
2.5.	Полиамиды ................................................. 43
2.6.	Пленочные материалы .............................;......... 46
Глава третья. Ингредиенты резиновых смесей и кабельные резины 50
3.1.	Натуральные каучуки .....................................   50
3.2.	Синтетические	каучуки	общего назначения .................. 53
3.3.	Синтетические	каучуки	специального	назначения ..........   63
3.4.	Синтетические	каучуки	повышенной	нагревостойкости ...... 68
3.5.	Ингредиенты резиновых смесей .............................. 76
3.6.	Классификация и назначение кабельных резин ................ 84
3.7.	Физико-механические свойства кабельных резин .............. 89
3.8.	Электроизоляционные характеристики кабельных резин ........ 91
3.9.	Морозостойкость кабельных резин .....................:...	91
3.10.	Стойкость к воздействию пламени, маслостойкость и бен-
зиностойкость кабельных резин ............................,..... 93
3.11.	Стойкость кабельных резин к старению ..................... 94
Г;лава четвертая. Технология изготовления кабельных резиновых
смесей .......................................................   98
4.1.	Подготовка исходных материалов ......................;.... 100
4.2.	Смешение резиновых смесей ................................  105
4.3.	Характеристики резиносмесителей ........................... 106
4.4.	Режимы изготовления смесей ................................ 109
4.5.	Дополнительная обработка и хранение резиновых смесей	112
4.6.	Поточно-автоматизированная линия для изготовления смесей	113
Г,л ава пятая. Технология изготовлении изоляции и оболочки из
пластмасс методом экструзии ............................,...... 118
5.1.	Основные требования к технологическому процессу и парамет-
ры технологического режима ..........:......................... 118
/.	303
5.2.	Основные сведения о реологических свойствах расплавов по-
лимеров .....................................................  122
5.3.	Принцип действия и расчет производительности экструдера	132
5.4.	Классификация экструдеров и их конструктивные особенности	144
5.5.	Особенности технологии наложения многослойных покрытий	151
5.6.	Экструзионные агрегаты и поточные кабельные линии ........ 159
5.7.	Выбор и расчет технологического инструмента .............. 171
5.8.	Выбор и расчет температурных и скоростных режимов ........ 177
5.9.	Некоторые особенности изготовления изоляции и оболочки	190
5.10.	Особенности переработки термопластичных фторполимеров
и полиамидов ................................................. 194
5.11.	Особенности переработки вспенивающихся композиций ....... 198
Глава	шестая. Наложение резиновое изолиции и оболочек .......... 205
6.1.	Способы наложения резиновой изоляции и оболочек .......... 205
6.2.	Вулканизации резин ....................................... 211
6.3.	Устройство и принцип работы кабельных линий непрерывной
вулканизации ................................................. 219
6.4.	Технология наложения резиновой изоляции и оболочки ....... 227
6.5.	Технология изготовления кабелей и проводов с изоляцией
и оболочками из кремнийорганической резины ................... 231
Глава седьмая. Изготовление сшитой пластмассовой изолиции ....	237
7.1.	Физико-химические основы сшивания полимеров .............  237
7.2.	Пероксидное сшивание ..................................... 240
7.3.	Сшивание через привитые органофункциональные группы .....	244
7.4.	Радиационное модифицирование ............................. 250
Глава восьмая. Расчет технологических режимов нагревании и охла-
ждении в производстве кабелей и нроиодов с нримеиеиием нластмасс
и резни ....................................................... 256
8.1. Расчет технологических режимов вулканизации пластмассовых
или резиновых покрытий .................................... 256
8.2. Способы расчета охлаждения кабельных изделий после экст-
рудирования или вулканизации покрытия ..................... 273
Глава девятая. Нетрадиционные способы изготовлении полимерной
изолиции и оболочек ........................................... 276
9.1.	Технология изготовления ленточной пластмассовой изоляции 276
9.2. Технология наложения резиновой изоляции методом холодного
опрессования .................................................. 279
9.3.	Технология	изготовления	изоляции из	ПТФЭ ................ 280
9.4.	Технология радиационного модифицирования полимерной изо-
ляции ........................................................ 283
9.5.	Технология	изготовления	ленточных (плоских) проводов ..... 290
Глава десятая. Основы техники безопасности и охраны окружающей
среды ......................................................   295
Список литературы ................................................  300
304