способ изготовления электрического провода

Формула изобретения

Способ изготовления электрического провода, включающий подачу радиационно-сшиваемой композиции на основе сополимера тетрафторэтилена и этилена, используемой в качестве изоляции, в экструдер и нанесение по меньшей мере одного слоя изоляции на токопроводящую жилу с последующим облучением, отличающийся тем, что перед подачей радиационно-сшиваемой композиции в экструдер в нее дополнительно вводят добавку, состоящую из смеси термостойкой кремнийорганической жидкости и термостойкого фторорганического соединения, в количестве 0,3-1,5 мас.%, при этом соотношение термостойкой кремнийорганической жидкости и термостойкого фторорганического соединения составляет от 1:3 до 3:1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам изготовления электрических проводов и может быть использовано в авиационной, аэрокосмической, судостроительной и других отраслях промышленности.

Известен способ изготовления электрического провода, включающий экструзию и нанесение фторполимерной композиции на основе сополимера тетрафторэтилена и гексафторпропилена на токопроводящую жилу (US, патент № 7723615, H01B 7/00, 2010).

Недостатком данного способа является низкая технологичность и производительность процесса из-за высокой температуры переработки, низкой скорости процесса, что приводит к выделению летучих газообразных продуктов во время экструзии

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ изготовления электрического провода, включающий подачу радиационно-сшиваемой композиции на основе сополимера тетрафторэтилена и этилена, используемой в качестве изоляции, в экструдер и нанесение по меньшей мере одного слоя изоляции на токопроводящую жилу с последующим облучением (RU, патент № 63110, H01B 11/00, 2007).

Недостатком данного способа является низкая технологичность и производительность процесса изготовления электрического провода и его качества за счет деструкции и частичной сшивки радиационно-сшиваемой композиции из-за высокой температуры и низкой скорости процесса экструзии.

Предлагаемым изобретением решается задача изготовления электрического провода с высокими техническими характеристиками. Техническим результатом является повышение технологичности и производительности процесса изготовления электрического провода и его качества за счет исключения деструкции радиационно-сшиваемой композиции путем снижения температуры в экструдере и увеличения скорости нанесения радиационно-сшиваемой композиции на токопроводящую жилу.

Технический результат достигается в способе изготовления электрического провода, включающем введение в радиационно-сшиваемую композицию на основе сополимера тетрафторэтилена и этилена, используемую в качестве изоляции, добавки, состоящей из смеси термостойкой кремнийорганической жидкости и термостойкого фторорганического соединения, в количестве 0,3-1,5% масс., подачу радиационно-сшиваемой композиции в экструдер, нанесение по меньшей мере одного слоя изоляции на токопроводящую жилу с последующим облучением, при этом соотношение термостойкой кремнийорганической жидкости и термостойкого фторорганического соединения составляет от 1:3 до 3:1.

Отличительными признаками предлагаемого способа изготовления электрического провода являются введение перед подачей в экструдер в радиационно-сшиваемую композицию на основе сополимера тетрафторэтилена и этилена добавку, состоящую из смеси термостойкой кремнийорганической жидкости и термостойкого фторорганического соединения, в количестве 0,3-1,5% масс., соотношение термостойкой кремнийорганической жидкости и термостойкого фторорганического соединения составляет от 1:3 до 3:1. Введение в радиационно-сшиваемую композицию добавки, состоящей из термостойкой кремнийорганической жидкости и термостойкого фторорганического соединения, позволяет повысить скорость экструзии и снизить температуру процесса экструзии за счет использования соединений с более высоким показателем текучести расплава. Термостойкая кремнийорганическая жидкость представляет собой низкомолекулярный силиконовый каучук, имеющий консистенцию масла и обладающий высокой химической стойкостью. Эти качества кремнийорганической жидкости позволяют увеличить смачиваемость гранул радиационно-сшиваемой композиции, повысить химическую стойкость композиции при режиме нагрева и получить смазку внутренних стенок экструдера. Термостойкое фторорганическое соединение представляет собой фторэластомер (сополимер тетрафторэтилена с диеном и/или олефином), имеющий близкую природу к полимерной основе (сополимер тетрафторэтилена и этилена) радиационно-сшиваемой композиции, что приводит к большей совместимости фторорганического соединения и полимерной основы композиции и позволяет устранить раздел фаз между этими компонентами и повысить однородность смеси. Количество добавки, равное 0,3-1,5% масс.n является оптимальным для процесса экструзии. Выбор соотношения термостойкой кремнийорганической жидкости и термостойкого фторорганического соединения составляет от 1:3 до 3:1, что является оптимальным для получения электрического провода с высокими показателями физико-механических, термических и электрических свойств, в частности, высокая стойкость к истиранию, высокая прочность при разрыве после сшивки 45 МПа, высокая термостойкость (отсутствие отслоения и усадки изоляции после выдержки при 200°C в течение 500 часов), отсутствие пробоя изоляции при напряжении 1500 В переменного тока частотой 50 Гц, высокая электрическая прочность более 70 кВ/мм.

Способ изготовления электрического провода осуществляется следующим образом.

В гранулят радиационно-сшиваемой композиции на основе сополимера тетрафторэтилена и этилена, используемой в качестве изоляции, вводят добавку, состоящую из смеси термостойкой кремнийорганической жидкости (КО) и термостойкого фторорганического соединения (ФО), в количестве 0,3-1,5% масс.Соотношение термостойкой кремнийорганической жидкости и термостойкого фторорганического соединения составляет от 1:3 до 3:1. Полученную смесь гранулята и добавки подают в загрузочную воронку экструдера. После чего проводят нанесение по меньшей мере одного слоя полученной смеси (изоляции) на токопроводящую жилу с последующим облучением.

Пример

В 1 кг гранулята радиационно-сшиваемой композиции на основе сополимера тетрафторэтилена и этилена вводили добавку в количестве 10 г. Радиационно-сшиваемая композиция представляет собой гранулы, содержащие полимерную основу - сополимер тетрафторэтилена и этилена, сшивающий агент - триаллилизоцианурат и неорганический наполнитель - двуокись титана. Добавка состоит из смеси 5 г термостойкой кремнийорганической жидкости Dow Corning 550 и 5 г термостойкого фторорганического соединения Dynamar FX 5922. Количество добавки составляет 1% масс, а соотношение термостойкой кремнийорганической жидкости и термостойкого фторорганического соединения составляет от 1:1. Полученную смесь перемешивали в смесителе со скоростью вращения не более 50 об/мин и подавали в загрузочную воронку экструдера, являющегося основным узлом экструзионной линии Kuhne, в котором осуществляется непосредственное нанесение изоляции. Основной частью экструдера является рабочий цилиндр с 7 зонами обогрева, внутри которого размещается втулка, выполненная из специальных износоустойчивых легированных сталей, которая плотно запрессована в цилиндр и обогревается при помощи нагревателей электрического или индукционного типа. Основным рабочим инструментом экструдера является шнек, который расположен внутри втулки цилиндра, закреплен консольно, имея опоры в подшипниках, рассчитанных на большие осевые нагрузки. Шнек приводится во вращение электродвигателем через редуктор. Он имеет спиральную винтовую нарезку, которая расположена на рабочей части, занимающей значительную длину. В зависимости от типа экструдера и вида перерабатываемого материала рабочая длина шнека в 20-35 раз превышает его диаметр.

Полученную смесь периодически подавали в загрузочную воронку экструдера. Вращающийся червяк захватывает подаваемый материал, который нагревается, уплотняется, расплавляется, гомогенезируется и, продвигаясь по винтовой нарезке шнека, поступает в головку экструдера, где расположен формующий инструмент (дорн и матрица), который обеспечивает наложение заданного слоя покрытия на токопроводящую жилу

В качестве токопроводящей жилы использовали медную многожильную луженую оловом проволоку номинальным сечением 0,35 мм². На токопроводящую жилу наносили два слоя изоляции общей толщиной 0,2 мм с толщиной первого и второго слоев, соответственно, 0,098 мм и 0,102 мм. Отклонение от номинальной толщины +10%.

В таблице 1 приведены температуры по зонам обогрева для каждого слоя изоляции.

Таблица 1
№	Количество добавки и соотношение КО и ФО	Зоны обогрева, °C							Скорость процесса, м/мин	Примечание
п/п		1	2	3	4	5	6	7
1	0,2	250	260	270	280	280	290	300	20	1 слой
	0,5:3	250	250	270	280	280	290	290	20	2 слой
2	0,3	250	250	260	270	270	270	260	35	1 слой
	1:1	250	250	260	270	270	260	260	35	2 слой
3	1,0	250	250	260	260	260	260	260	35	1 слой
	1:3	250	250	260	260	260	260	250	35	2 слой
4	1,5	250	250	260	260	260	260	250	35	1 слой
	3:1	250	250	260	260	260	260	250	35	2 слой
5	1,7	250	260	260	280	280	290	290	23	1 слой
	3,5:1	250	260	260	280	280	290	290	23	2 слой

Из таблицы 1 видно, что при оптимальных значениях количества добавки и соотношения термостойкой кремнийорганической жидкости и термостойкого фторорганического соединения, соответственно, 0,3-1,5% масс. и 1:3 до 3:1 (примеры 2-4) процесс экструзии проходит при более низких температурах и высоких скоростях по сравнению с примерами 1 и 5, где количество добавки и соотношение КО и ФО выходят за верхний и нижний пределы.

Полученный электрический провод с изоляцией подвергали облучению для сшивки изоляции на технологической линии, включающей в себя ускоритель ИЛУ-8 с энергией 1 МэВ. Доза облучения составляла 8-12 Мрад, преимущественно 9-10 Мрад.

В таблице 2 приведены результаты испытаний электрического провода после сшивки, обосновывающие выбор количества добавки.

Таблица 2
№ п/п	Кол-во добавки, масс.%	Соотношение КО и ФО	ПТР сшитого материала г/10 мин 300°C/5 кг	Внешний вид изоляции	Электр. прочность, кВ/мм	Стойкость к истиранию (игла диаметром 0,6 мм при прижимном усилии 5,9 Н)	Стойкость к изгибу, число циклов	Скорость процесса, м/мин
1	0,2	1:1	0	цвет изоляции белый, поверхность изоляции гладкая, встречаются отдельные утолщения в виде шишек	68	750	900	20
2	0,3	1:1	0	цвет изоляции белый, поверхность изоляции гладкая без изъянов и включений	72	950	1100	35
3	1,0	1:1	0	цвет изоляции белый, поверхность изоляции гладкая без изъянов и включений	73	1000	1100	35
4	1,5	1:1	0	цвет изоляции белый, поверхность изоляции гладкая без изъянов и включений	73	1000	1100	35
5	1,7	1:1	0	цвет изоляции белый, поверхность изоляции гладкая, встречаются небольшие наплывы	70	900	900	23

Из таблицы 2 видно, что при введении добавки в количестве 0,3-1,5% масс. скорость процесса увеличивается на 40%-50%, улучшаются физико-механические и электрические свойства провода, поверхность изоляции гладкая без изъянов и включений. При введении добавки в количестве меньше 0,3 и больше 1,5% масс. скорость процесса уменьшается, физико-механические и электрические свойства провода значительно ниже, а поверхность изоляции имеет дефекты.

В таблице 3 приведены результаты испытаний электрического провода после сшивки, обосновывающие выбор соотношения кремнийорганической жидкости и фторорганического соединения.

Таблица 3
№ п/п	Соотно шение КО и ФО	Кол-во добавки, масс.%	ПТР сшитого материала г/10 мин 300°C/5 кг	Внешний вид изоляции		Электр, прочность, кВ/мм	Стойкость к истиранию (игла диаметром 0,6 мм при прижимном усилии 5,9 Н	Стойкость к изгибу, число циклов	Скорость процесса, м/мин
1	1:3	1,0	0	цвет изоляции белый, поверхность изоляции гладкая без изъянов и включений		71	820	1020	35
2	1:1	1,0	0	цвет изоляции белый, поверхность изоляции гладкая без изъянов и включений		74	950	1100	35
3	3:1	1,0	0	цвет изоляции белый, поверхность изоляции гладкая без изъянов и включений		73	980	1100	35
4	0,5:3	1,0	0	цвет изоляции белый, поверхность изоляции гладкая, встречаются отдельные утолщения в виде шишек		69	780	940	19
5	3,5:1	1,0	0	цвет изоляции белый, поверхность изоляции гладкая, встречаются небольшие наплывы	70		790	980	22

Из таблицы 3 видно, что при соотношении термостойкой кремнийорганической жидкости и термостойкого фторорганического соединения от 1:3 до 3:1 скорость процесса увеличивается на 35%-45%, улучшаются физико-механические и электрические свойства провода, поверхность изоляции гладкая без изъянов и включений. При соотношении термостойкой кремнийорганической жидкости и термостойкого фторорганического соединения ниже 1:3 и выше 3:1 скорость процесса уменьшается, физико-механические и электрические свойства провода значительно ниже, а поверхность изоляции имеет дефекты.

Предлагаемый способ изготовления электрического провода позволяет получить провод с высокими техническими характеристиками, повысить технологичность и производительность процесса изготовления электрического провода и его качества. Изготовленный электрический провод со сшитой изоляцией отличается высокой химической и радиационной стойкостью и может быть использован при температурах от минус 65 до 200°C.