Электропроводящая полимерная композиция
ELECTROCONDUCTIVE POLYMER COMPOSITION

Изобретение относится к кабельной технике и может быть использовано для производства электропроводящего компаунда, обладающего свойствами пониженной горючести для контрольного электропроводящего слоя по оболочке силовых кабелей среднего и высокого напряжения.
Конструкция силовых кабелей предусматривает наличие электропроводящего слоя, нанесенного по оболочке кабеля и предназначенного для проверки целостности оболочки после прокладки. Данный слой должен обладать пониженной горючестью.
Для контроля за целостностью проложенного кабеля поверх его оболочки накладывается электропроводящий слой. В случае прокладки кабеля, не распространяющего горения, необходимо использовать электропроводящую композицию, обладающую пониженной горючестью.
Из области техники известны электропроводящие композиции на основе полиолефина и технического углерода, используемые для контроля целостности кабеля.
Известна сшивающаяся электроизоляционная композиция (патент РФ №2440633. «Электроизоляционная сшивающаяся композиция». Опубл. 20.01.2012), включающая полиолефин, винилтриметоксисилан или винилтриэтоксисилан, органическую перекись и катализатор сшивки, содержащая синергисты - тетра-бис-метилен-(3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионат, бензо-пропионовой кислоты 3,5-бис(1,1-диметилэтил)-4-гидрокси-2-[3-[3,5-бис(1,1-диме-тиэтил)-4-гидроксифенил]-1-оксопропил] гидразид и поли-[[6-[(1,1,3,3-тетраметил-4-пиперидинил)имино]-1,6-гександиил[(2,2,6,6-тетраметил-4-пиперидинил)имино]]) при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Винилтриметоксисилан или винилтриэтоксисилан
1,0-3,0
Органическая перекись
0,1-0,4
Тетра-бис-метилен-(3-(3,5-ди-трет-бутил-
-4-гидроксифенил) пропионат
0,05-0,3
Бензопропионовой кислоты 3,5-бис(1,1-диметилэтил)-
-4-гидрокси-2-[3-[3,5-бис(1,1-диметиэтил)-4-
-гидроксифенил]-1-оксопропил] гидразид
0,1-0,5
Поли-[[6-[(1,1,3,3-тетраметил-4-пиперидинил)имино]
-1,6-гександиил[(2,2,6,6-тетраметил-4-пиперидинил)
имино]])
0,1-5,0
Катализатор сшивки
0,05-1,0
Полиолефин
остальное
К недостаткам известной сшивающейся электроизоляционной композиции следует отнести недостаточную стойкость к воздействию пламени, поддержанию и распространению горения. При этом достигаемые механические характеристики, а также характеристики электропроводности, являются удовлетворительными.
Наиболее близким к предлагаемой композиции является электропроводящая пероксидносшиваемая композиция (патент РФ №2500047. «Электропроводящая пероксидносшиваемая композиция». Опубл. 27.11.2013), включающая полиолефин, бензопропионовой кислоты 3,5-бис(1,1-диметилэтил)-4-гидрокси-2-[3-[3,5-бис(1,1-диметиэтил)-4-гидроксифенил]-1-оксопропил]гидразид, тетра-бис-метилен-(3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионат), органическую перекись, которая дополнительно содержит электропроводящий технический углерод с удельным объемным сопротивлением при содержании в полимере ρ=10±6 Ом⋅см, технический углерод с удельным объемным сопротивлением при содержании в полимере ρ=5±3 Ом⋅см, 4,4'-тиабис(6-трет-бутил-м-крезол), стеарат цинка, полиэтиленовый воск, мас. %:
Полиолефин
49-62
Технический углерод с удельным объемным сопротивлением при
содержании в полимере ρ=10±6 Ом⋅см
29-34
Технический углерод с удельным объемным сопротивлением при
содержании в полимере ρ=5±3 Ом⋅см
2,5-5
4,4'-тиабис(6-трет-бутил-м-крезол)
0,05-0,25
Тетра-бис-метилен-(3-(3,5-ди-трет-бутил-4-
гидроксифенил)пропионат)
0,05-0,20
Бензопропионовой кислоты 3,5-бис(1,1-диметилэтил)-4-гидрокси-
2-[3-[3,5-бис(1,1-диметиэтил)-4-гидроксифенил]-1-
оксопропил] гидразид
0,05-0,20
Стеарат цинка
0,15-1,0
Органическая перекись
0,2-1,9
Полиэтиленовый воск
3-9
Основным недостатком известных электропроводящих пероксидносшиваемых композиций является повышенная горючесть, обусловленная применяемой полимерной основой и отсутствием в составе антипиренов, усиливаемая наличием сшивающего агента (органической перекиси).
Соответственно, известная электропроводящая пероксидносшиваемая композиция для наложения проводящего экрана кабеля удовлетворяет требованиям по механическим характеристикам (прочность и удлинение на разрыв), но не удовлетворяет требованиям пониженной горючести, а также по наличию сшивающего агента (органической перекиси).
Следует отметить, что требования к качеству полупроводящих экранов силовых кабелей достаточно высокие. Такие же требования распространяются и на описываемый материал. Концентрация и размеры поверхностных дефектов в композициях для экранов должны быть минимальны, а материал должен иметь повышенную физическую чистоту и тепловую устойчивость, а также высокую механическую прочность и низкую горючесть.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение качества электропроводящей полимерной композиции для экранов силовых кабелей среднего и высокого напряжения, как с точки зрения электрофизических характеристик электропроводящих покрытий, так и с точки зрения снижения горючих свойств, путем исключения инициаторов сшивки и снижения горючести за счет введения в состав антипиренов. В целом, предлагаемое изобретение обеспечивает повышение эксплуатационных свойств силовых кабелей высокого напряжения.
Поставленная задача достигается тем, что в электропроводящую полимерную композицию для экранов силовых кабелей высокого напряжения, включающую полиолефин, технический углерод с удельным объемным сопротивлением при содержании в полимерной основе ρ=10±6 Ом⋅см, технический углерод с удельным объемным сопротивлением при содержании в полимере ρ=5±3 Ом⋅см, 4,4'-тиабис(6-трет-бутил-м-крезол), тетра-бис-метилен-(3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионат), бензопропионовой кислоты 3,5-бис(1,1-диметилэтил)-4-гидрокси-2-[3-[3,5-бис(1,1-диметиэтил)-4-гидроксифенил]-1-оксопропил]гидразид, стеарат цинка, полиэтиленовый воск, дополнительно введена гидроокись магния, при следующем содержании компонентов, мас. %:
Полиолефин
36-51
Технический углерод с удельным объемным сопротивлением при
22-29
содержании в полимере ρ=10±6 Ом⋅см
Технический углерод с удельным объемным сопротивлением при
3-5
содержании в полимере ρ=5±3 Ом⋅см
4,4'-тиабис(6-трет-бутил-м-крезол)
0,1-0,25
Тетра-бис-метилен-(3-(3,5-ди-трет-бутил-4-
гидроксифенил)пропионат)
0,05-0,15
Бензопропионовой кислоты 3,5-бис(1,1-диметилэтил)-4-гидрокси-
2-[3-[3,5-бис(1,1-диметиэтил)-4-гидроксифенил]-1-
оксопропил]гидразид
0,05-0,20
Стеарат цинка
0,2-1,0
Полиэтиленовый воск
10-13
Гидроокись магния
7-25
Отличительным признаком является введение в электропроводящую полимерную композицию для экранов силовых кабелей среднего и высокого напряжения на стадии смешивания гидроокиси магния и исключения из композиции органической перекиси, которая значительно усиливает способность материала к поддержанию и распространению пламени, а также определения оптимальных вариантов соотношений ингредиентов, входящих в состав композиции, обеспечивающих максимально возможное сохранение механических и электрофизических характеристик электропроводящего покрытия.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».
Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующим примерами, которые представлены в таблице 1.
Образцы 2-5. В Z-образные смесители согласно указанной рецептуре загружаются необходимые материалы, где осуществляется плавление и первичная гомогенизация предложенной рецептуры за счет разогрева и перемешивания сырья. Далее получаемая пластичная масса поступает в приемный бункер экструдера. В экструдере при вращении шнека и работе электронагревателей происходит дальнейший разогрев и гомогенизация расплава, после чего пластичная масса проходит наборы фильтрующих металлических сеток. При выдавливании массы через решетчатую матрицу, установленную в головке экструдера, происходит гранулирование (резка в водной среде), после чего гранулы пневмотранспортом по трубам подаются в осушитель.
Указанные диапазоны содержания компонентов в электропроводящей полимерной композиции для электропроводящего контрольного слоя силовых кабелей высокого напряжения следует признать оптимальными. Именно в этих пределах достигается наилучшее качество композиции, как с точки зрения физических свойств, так и с точки зрения их стабильности и воспроизводимости.
При составлении рецептуры электропроводящей полимерной композиции ниже предела заявленной не обеспечивается пониженная горючесть композиции, а при составлении вышезаявленного предела существенно снижаются механические свойства.
В таблице 2 приведены технические параметры предлагаемых примеров электропроводящей полимерной композиции для экранов силовых кабелей высокого напряжения, такие как прочность при разрыве, относительное удлинение при разрыве, удельное объемное сопротивление, плотность, время горения по выносу из открытого пламени и содержание влаги.
Как можно видеть в таблице 2, при увеличении содержания гидроокиси магния свыше предложенных в рецептуре данного изобретения границ отмечается заметное ухудшение механических характеристик.
Огнестойкость (устойчивость к горению) определяли по ГОСТ 28157-89, который соответствует международному стандарту UL94. Стандарты ГОСТ 28157-89 и UL94 имеют три шкалы горючести материалов: ПВО (V0), ПВ1 (V1), ПВ2 (V2).
По сравнению с аналогами предлагаемая композиция обладает достаточными механическими свойствами и достаточным значением удельного объемного сопротивления, а также обеспечивает стабильность параметров по горению за счет введения гидроокиси магния и исключения из композиции органической перекиси, что в целом позволяет значительно повысить эксплуатационные свойства силовых кабелей высокого напряжения.
Предлагаемая электропроводящая полимерная композиция для электропроводящего контрольного слоя силовых кабелей среднего и высокого напряжения пригодна к переработке на существующих производственных линиях кабельных заводов и является технологичной и недорогой.
В целом использование предлагаемой электропроводящей полимерной композиции для контрольного электропроводящего слоя силовых кабелей среднего и высокого напряжения позволит повысить надежность электросетей, снизить стоимость их содержания и обслуживания.