книги / Материалы кабельного производства

газом без запаха, с точкой кипения —76,3° С и точкой замерза­ ния —142,5° С. Токсическими свойствами он не обладает.

Формула, описываемого полимера, имеет следующий вид:

F F F F

п

Молекулярный вес данного полимера варьирует в пределах от 140 000 до 500 000.

Полимеризация политетрафторэтилена производится в авто­ клаве из нержавеющей стали, под давлением (до 100 ати), в при­ сутствии водного раствора перекисного катализатора (например, персульфата аммония).

Полимер выпадает в виде зернистого белого порошка. Теплота полимеризации составляет около 20 000—25 000 кал-моль. Если это тепло не отводить, — мономер со взрывом распадается на угле­ род и CF4.

После выгрузки из автоклава и стабилизации полученный продукт подвергают сгущению, что может быть достигнуто раз­ личными способами: выпариванием, центрифугированием, фло­ куляцией и электроосаждением.

С п о с о б э л е к т р о о с а ж д е н и я заключается в том, что через водную коллоидную систему пропускают электрический ток. Вследствие этого частицы ГГТФЭ, несущие на себе отрицатель­ ный заряд, направляются к электроду противоположного знака. На пути движения частиц поставлен ряд пластин, на которых оседает основная масса ПТФЭ. Рыхлая масса с пластин падает на дно ванны, откуда она удаляется через нижнее отверстие. Для ускорения этого процесса направление тока периодически меняют.

Полученный таким образом концентрат состоит из мельчайших частиц, преимущественно круглой формы, размером от 0,05 до 0,5 мк.

Политетрафторэтилен — насыщенный полимер. По Банну и Хауэлсу, макромолекула его имеет вид правильной зигзагообраз­ ной спиральной цепи с периодом идентичности 16,8 \.

Данный полимер негорюч и отличается теплостойкостью; механическая прочность и диэлектрические свойства его сохра­ няются до температуры 280° С. При более высоких температурах его электрические и механические качества резко снижаются.

Интенсивное старение политетрафторэтилена начинается при температуре выше 250° С. Размягчение материала, сопровождаю­ щееся резким падением механических показателей, наступает при 327° С (точка перехода из кристаллического состояния в гель). Материал сохраняет свою форму до 260° С. Данный полимер сохраняет достаточную гибкость до температуры ниже —100° С.

71

Тонкий лист его, согнутый в среде жидкого кислорода, не дает трещин.

Температура плавления политетрафторэтилена повышается с ростом давления. Поэтому, хотя его температура перехода.в геле­ образное состояние при атмосферном давлении равна 327° С, поли­ мер может быть использован в качестве материала для уплотне­ ний при 500° С, если давление равно 1050 кПсм2.

Таким образом, диапазон температур политетрафторэтилена составляет около 770° С (от —269 до +500° С).

Описываемый полимер обладает высокими электрическими характеристиками (см. табл. 5-10).

Под влиянием электрического разряда происходит разложение ПТФЭ и его частичное испарение, но проводящего слоя, как у всех других органических диэлектриков, в данном случае не образуется. Поэтому повреждения поверхности изолятора вследствие образо­ вания проводящего следа не наблюдается.

Необходимо отметить, что короностойкость политетрафтор­ этилена невелика. Кроме того, на полимер действует облучение у-лучами Со60, медленными нейтронами или рентгеновскими лучами в диапазоне 5 105—1 -109 р. Распад сопровождается выделением фтора. Радиационная нестойкость политетрафторэтилена объяс­ няется тем, что при облучении макромолекулы не образуют по­ перечных связей и освобождающийся атом фтора разрушает углеродные связи.

Ориентированный (например, при вытяжке) ПТФЭ в отдель­ ных случаях имеет высокие показатели прочности вдоль линии

личивает его жесткость, но значительно снижает механическую прочность и электрические свойства.

Дисперсия ПТФЭ применяется для пропитки оксидной высо­ котемпературной изоляции проводов (например, оксида алюми­ ния), различных пористых материалов (уголь, графит).

Кроме того, известны случаи применения ПТФЭ для пропитки стеклоткани. При этом пропитанная ткань подвергается обработке на каландре для получения поверхности без трещин и дальнейшему спеканию при температуре 360—400° С.

Стеклоткань, стеклооплетка и стеклообмотка, пропитанные ПТФЭ, могут найти применение в производстве кабелей с жаростой­ кой изоляцией.

Можно получить содисперсные системы из ПТФЭ и различных каучуков (НК, бутилкаучука и т. п.).

Политетрафторэтилен известен под различными т о р г о ­ в ы м и м а р к а м и : фторопласт-4 (СССР, ТУ МХП М-162-54),

72

»стеклования аморфной

73

74

тефлон (США), флюон (Англия). Его выпускают в виде гранул или порошка. Водные суспензии полимера, применяемые для изго­ товления эмальпроводов и пропитки тканей, содержат его до 60%.

Большинство свойств политетрафторэтилена объясняется его химической структурой как фтороуглеродистого соединения.

служат своеобразной броней для углеродной цепочки макромоле­ кулы. Наконец, благодаря полной симметрии в расположении атомов фтора молекулы фтороуглеродов слабо притягивают к себе

Параметры ПТФЭ как полимера тетрафторэтилена приведены на рис. 5-5, 5-6 и 5-7.

Существует несколько способов наложения изоляции из фторо­ пластов.

П е р в ы м с п о с о б о м является нанесение эмали из вод­ ных суспензий до толщины изоляции 0,25 мм (от0,006 мм). Водные

75

суспензии на основе ПТФЭ представляют собой гидрофобные коллоиды с небольшим количеством стабилизатора. Частицы поли­ мера несут отрицательный заряд, и коагуляция системы происхо­ дит или при нагреве выше 70° С, или при длительном хранении. Однако легкое перемешивание восстанавливает дисперсное состояние.

При применении фторопла­ стов для изготовления эмальпроводов максимальная толщи­ на покрытия составляет 0,25 мм при использовании вертикаль­ ных эмальпечей. Эмалирование

Месяцы

ведется из суспензии. Температура эмальпечи должна быть около 400° С. Главная трудность технологии —получение нормально спе­ ченной пленки. Брак обычно выражается или в образовании порош­ кообразной или, наоборот, хрупкой и воскообразной пленки. Рабо­ чая температура проволоки рассчитана на 200—210° С, и на крат­ кий период—до 250° С.

Проволоку с эмалевым покрытием на основе суспензии из ПТФЭ

этилен применяется как добавка к масляным лакам с целью улучшения механических и электрических свойств пленки.

В т о р ы м с п о с о б о м производства проводов с изоля­ цией на основе ПТФЭ является опрессованне на прессах поршне­ вого действия (толщина изоляции 0,25—1,5 мм). В качестве исход­ ного материала применяют порошок с замасливателем. Схема агрегата для наложения изоляции дана на рис. 5-8.

76

Технологический процесс слагается из следующих операций: 1) просев пресс-порошка с замаеливателем в цилиндр 10 для

предварительной формовки; 2) двусторонняя формовка в цилиндре 10 посредством давле­

ния на конечные шайбы (цилиндр снабжен стержнем, проходящим по оси цилиндра — для токоведущей жилы);

3)загрузка полученной заготовки 9 в цилиндрическую ка­ меру 4 (камера не нагревается; нагревается до 60—90° С лишь матрица 5);

4)заправка проволоки через все узлы установки;

Рис. 5-9. Схема червячного пресса для прессования прутков и трубок.

1 — порошок тефлона; 2 — полиметилметакрилатовая загрузочная воронка; 3 — дози­ рующий шнек; 4 — опорный подшипник; 5 — привод; 6 — загрузочная воронка; 7 — мат­ рица для прессования трубок; 8 — нагревательные полосы; 9 — термопара; 10 — готовые лруткн.

5)опрессование токоведущей жилы ПТФЭ при помощи поршня 3, приводимого в действие шнеком пресса 1\

6)пропуск через печь 6 для испарения замасливателя (темпе­ ратура в печи 290° С);

7) запечка изоляции в печи 7 (температура в печи — около 400° С).

Изолированный провод из печи поступает через поворотный

толщиной примерно до 13 мм. Материал подается в пресс в виде гранул. Матрица устанавливается под 45° к оси цилиндра пресса. Запечка производится в матрице. Максимальная скорость состав­

метод применяется при производстве теплостойкого (рабочая

в виде порошка. Опрессование проводится на специальных вал­ ках с последующей запечкой в ванне при температуре 390— 400° С.

77

П я т ы й с п о с о б — наложение изоляции в виде повива лентой, с герметизацией по повивам клеем. Лента может быть изготовлена различным способом:

1)литьем из расплава (толщина ленты 0,006—0,05 мм);

2)формовкой из пресс-порошка (толщина ленты 0,05—1,52 мм);

3)выдавливанием пресс-порошка тонкого помола через щеле­ видную матрицу (толщина ленты 0,05—1,52 мм);

4)каландрированием пресс-порошка (толщина ленты 0,05— 1,52 мм);

5)строжкой.

Лента может выпускаться 14 цветов. Для окраски приме­ няются ацетатные красители.

Теплостойкие радиочастотные кабели с ленточной изоляцией выпускаются в СССР, США, Англии, Франции (фирмы «Жофруа Делор», «Филатекс»).

Большие затруднения, возникающие при переработке фторо­ пластов на обычном оборудовании для пластмасс, явились причи­

(США). В отличие от тефлона, он является не полимером тетрафторэтилена, а сополимером тетрафторэтилена и гексафторпропилена. Его плотность равна 2,2.

Тефлон 100Х хорошо шприцуется при температуре 340—400° С и может быть, поэтому, использован для производства теплостой­ ких проводов.

Деструкция данного полимера не наступает даже после вы­ держки при температуре 200° С в течение 4000 час.

Тефлон 100Х инертен к действию химических реагентов (бен­ зин, бензол, этанол, кислоты и т. п.) при температуре 100° С и обладает высокими механическими свойствами (предел прочности при разрыве 210 кГ/смг, относительное удлинение при разрыве 370%).

По удельным объемному и поверхностному сопротивлениям тефлон 100Х уступает тефлону (QK = 2 • 1015 ом C M ; Q S = 2 ■1015 ом).

Политетрафторэтилен применяется как изоляция в ряде спе­ циальных проводов и кабелей. Обмоточные провода с изоляцией на основе фторопласта-4 находят применение:

а) в самолетном оборудовании (провода марки БПТ и БПТЭ); 6) для производства электродвигателей в химической промыш­

ленности.

ПТФЭ применяется в производстве полугибких коаксиальных кабелей.

Ряд заграничных фирм рекомендует для использования при рабочей температуре до 250—300° С выпускаемые ими провода с керамической изоляцией, пропитанной суспензией на основе полимеров типа фторопласта-4 или его сополимеров. Керамическая изоляция наносится с п о с о б о м э л е к т р о ф о р е з а . На­ пример, американская фирма «Spraque Electric Со.» выпускает

78

обмоточные провода марки CST с тонкой, гибкой керамической изоляцией типа «Сегоз» в комбинации с тефлоном. Для этих проводов длительная рабочая температура равна 250° С, а кратко­ временная 300° С.

Американские фирмы рекламируют для применения при рабо­ чей температуре до 280° С провода с оксидной изоляцией, про­ питанной теми же суспензиями. Медная проволока предварительно покрывается тонким слоем алюминия.

ГЛАВА ШЕСТАЯ

ПОЛЯРНЫЕ КАБЕЛЬНЫЕ ПЛАСТМАССЫ

6-1. Полимеры винилхлорида

Поливинилхлорид (полихлорвинил) является полимером хло­ ристого винила.

Хлористый винил (СН2 = СНС1) при нормальных условиях (760 мм рт. ст. и 20° С) представляет собой бесцветный газ.

Промышленное производство хлористого винила осуществ­ ляется д в у м я с п о с о б а м и :

1) присоединением к ацетилену хлористого водорода: СН = СН + НС1 -> СН2 = СНС1;

2) отщеплением хлористого водорода от дихлорэтана, сырьем для которого служит этилен:

(СН2С1 — СН2С1) — НС1 -►СН2 = СНС1,

Второй способ более распространен, так как исходным сырьем для него является этилен, содержащийся в газах коксовых печей. Этилен также можно получить при переработке этилового спирта. В настоящее время освоено промышленное производство синтети­ ческого этилового спирта из древесины.

Поливинилхлорид получают путем полимеризации по следую­ щей схеме:

способе в реакционной смеси отсутствует эмульгатор, поскольку он ухудшает диэлектрические свойства смолы, инициатор же полимеризации (водорастворимые перекиси) вводится в увеличен­ ном количестве.

С х е м а н е п р е р ы в н о й э м у л ь с и о н н о й п о л и ­ м е р и з а ц и и поливинилхлорида приведена на рис. 6-1.

79

Полимеризация проводится под давлением в автоклаве 6, имеющем рубашку и лопастную мешалку. Внутри автоклав облицован стеклом.

Инициатор через мерник / подается насосом 2 в котел 6. Сюда же поступает мономер, предварительно прошедший кольцевые весы 4,

Рис. 6-1. Схема непрерывной эмульсионной полимериза­ ции хлористого винила.

соединенные с автоматическими регистраторами и регуляторами 5. Эти регуляторы управляют мембранами, командующими регули­ рующими клапанами 3. Вода в рубашку нагнетается насосом 8. Полученный полимер в виде латексной суспензии выходит из ниж-

• 1

О 2

Рис. 6-2. Схема строения молекулы полихлорвинила,

/ —атомы углерода; 2—атомы водорода; 5—атомы хлора.

ней части автоклава на фильтр 7. Отфильтрованный латекс под­ вергается коагуляции, промывке, фильтрации и сушке.

Полимер имеет строение, показанное на рис. 6-2. Катализаторами процесса полимеризации могут быть пере­

киси (водорода, бензоила), озон, тетраэтилсвинец, персульфат

80