СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРОВОДА
METHOD OF ELECTRIC CONDUCTOR MANUFACTURING

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