Термопластичный полиуретан (ТПУ) является полимерным эластомером, относящимся к широкому классу полимерных материалов. Жесткий полиуретан и различные виды гибкого вспененного полиуретана были разработаны в конце 1930-х годов и, с коммерческой точки зрения, являются доминирующими на рынке материалов продуктами. ТПУ был разработан в компании Lubrizol (в то время BFGoodrich) и под маркой Estane® его различные виды были запатентованы и начали применяться с 1959 г. Современные марки ТПУ существенно отличаются от более ранних полиуретановых материалов тем, что они являются по сути термопластичными, а не термореактивными. Хотя они изготавливаются из сырья тех же классов, степень их кристаллизации невелика и они плавятся при температурах, типичных для многих термопластических материалов. Следовательно, они растворимы во многих растворителях и могут быть расплавлены и далее переработаны с использованием стандартного литьевого или экструзионного оборудования. Основные свойства ТПУ Существуют два основных класса ТПУ: на основе простого и сложного полиэфиров. Для ТПУ на основе простого полиэфира характерны отличные низкотемпературные свойства, устойчивость к гидролизу, стойкость к ультрафиолету, а также устойчивость к микробному воздействию. ТПУ на основе сложного полиэфира являются маслостойкими, устойчивыми к химическому воздействию и износу. Твердость материалов находится в диапазоне от 65 по Шору А до 85D. На данный момент более 90% марок ТПУ, используемых в качестве материала оболочек проводов и кабелей на основе простого полиэфира. ТПУ в конструкциях проводов и кабелей Оценки характеристик ТПУ в производстве проводов и кабелей были сделаны в начале 1960-х годов. Выбор в пользу ТПУ основывался на необходимости улучшить один или более параметров конечного изделия. | Материал | Твердость по Шору | Растягивающие нагрузки, МПа | Прочность на разрыв, МПа | Удлинение, % | | Estane®ТПУ | 80А-95А | 21-55 | 2,0-5,5 | 500-800 | | ПЭНП | 90А-95А | 7-17 | 0,3-1,4 | 100-600 | | Пластифицированный ПВХ | 60А-95А | 7-24 | 0,7-2,8 | 200-400 | | Натуральный каучук | 30А-95А | 7-28 | 0,7-2,8 | 100-800 | | Нитриловая резина | 40А-95А | 7-28 | 0,7-28 | 100-7000 | Таблица 1. Сравнение ТПУ с другими пластиками и резинами Основной функцией оболочки в конструкциях проводов и кабелей является защита первичной изоляции от вредного воздействия окружающей среды, будь то вредное воздействие атмосферных условий, гидролиз или механические нагрузки. Почти во всех современных случаях ТПУ применяется в качестве внешней защитной оболочки, редко этот материал используется как первичный электрический изолятор. Компания Lubrizol Advanced Materials разработала широкий ряд полиэфирных термопластичных материалов под торговой маркой Estane®, оптимизированных специально для производства проводов и кабелей. К характерным особенностям этих материалов относятся высокая прочность и эластичность. Для изготовления оболочек обычно используются ТПУ с твердостью по Шору А в диапазоне от 80 до 90. Существуют также и более твердые марки, они используются в кабелях, к которым прикладывается динамическая нагрузка. Оболочки, изготовленные из ТПУ, могут обеспечить требуемую по условиям эксплуатации кабелей долговременную защиту. Оболочка из ТПУ позволяет выдерживать самые жесткие условия эксплуатации кабеля: динамические перегибы при низких температурах, воздействие морской воды, постоянное трение, контакт с агрессивными химикатами, гидролиз и т.д. Во всех этих случаях ТПУ значительно превосходят по свойствам обычные резиновые компаунды. Превосходное сопротивление истиранию обусловливает существенное преимущество ТПУ над полиолефинами и ПВХ. На оболочки проводов и кабелей, сделанных из ТПУ, вредное воздействие оказывает солнечный свет и другие источники ультрафиолетового излучения. Однако в большую часть марок на стадии производства добавляется ультрафиолетовый стабилизатор, который препятствует изменению характеристик материала. Кроме того, во многие пигментированные маточные смеси, используемые для окраски оболочек, в ходе процесса экструзии могут быть введены дополнительные стабилизаторы, оптимизированные по составу в соответствии с конкретным цветом оболочки. Оболочки проводов и кабелей черного цвета, изготовленные из ТПУ, обладают очень хорошей устойчивостью к воздействию ультрафиолетового излучения, поскольку углерод сам является прекрасным поглотителем УФ-излучения. Для оболочек проводов и кабелей рассчитанных на долговременную эксплуатацию и высокую износоустойчивость материалы ТПУ, обеспечивают превосходную защиту от физических повреждений. Эти марки ТПУ достаточно прочны для большинства видов жестких условий эксплуатации. Замена оболочки провода или кабеля, поврежденной в результате воздействий жестких внешних условий, является дорогостоящей операцией. ТПУ является одним из наилучших эластомеров с точки зрения прочности на разрыв. Он лучше ПЭНП или пластифицированного ПВХ и обладает высоким сопротивлением надрезу, что важно во многих практических условиях работы. Не распространяющие горение марки ТПУ, используемые при изготовлении проводов и кабелей Стандартные марки ТПУ сами по себе не являются огнестойкими. Они легко загораются при воздействии пламени подобно другим полимерам, основой которых является углерод, водород, кислород и азот. Первые, не распространяющие горение марки ТПУ в компании Lubrizol были созданы в середине 1970-х годов. В основе решений лежала галогеновая технология. Продолжение разработок нг-полимеров привело к созданию большого набора материалов, в том числе и не содержащих галоген. Значение кислородного индекса для этих материалов может быть от 24 до 37, так кабели с оболочкой из нг-ТПУ прошли испытания по МЭК 60332 (1 и 2) и МЭК 60332-3 (A-D), и их твердость лежит в пределах от 80А до 95А (Таб.2). | Продукт/ Свойства | 58370 | 58202 | ZHF80AT3 | ZHF85AT5 | ZHF90AT0 | ZHF92AT3 | ZHF95AT3 | | Твердость по Шору | 83A | 88A | 82A | 84A | 90A | 92A | 96А | | Уд. вес | 1,18 | 1,24 | 1.12 | 1.15 | 1,24 | 1,22 | 1,24 | | Предел прочности на разрыв, МПа | 38 | 33 | 46 | 54 | 30 | 20 | 15 | | Удлинение при разрыве, % | 660 | 585 | 600 | 555 | 520 | 530 | 400 | | Стойкость к износу, мм3 | 105 | 150 | 38 | 47 | 38 | 98 | 142 | | Вертикальное горение | V2 | V0 | V2 | V2 | V2 | V0 | V0 | | КИ, % | 25 | 30 | 25 | 24 | 25 | 33 | 37 | | Особенности | Галогенсодержащий | Не содержит галоген | Таблица 2. Не распространяющие горение марки ТПУ Оболочки проводов и кабелей, изготовленные из нг-ТПУ Estane®, обладают теми же физико-механическими свойствами, как и стандартные марки, к ним относятся: высокая прочность на разрыв, высокое сопротивление истиранию и хорошая гибкость при низких температурах. Переработка ТПУ при изготовлении оболочек проводов и кабелей Компаунды Estane® являются полностью прореагировавшими материалами и в упакованном виде практически не содержат влаги. Однако все полиуретаны являются гигроскопичными и будут впитывать влагу из атмосферы. Следовательно, их необходимо сушить до или во время процесса экструзии. Оболочки, экструдированные из стандартных полиэфирных ТПУ, обладают блестящей поверхностью. Для уменьшения степени блеска необходимо изменить температурный режим процесса. Для уменьшения клейкости горячих оболочек из ТПУ необходимо принудительное охлаждение, такое как водная ванна. Всем кабелям и проводам из материала Estane® придаются антиадгезионные свойства для того, чтобы практически исключить их прилипание друг к другу и облегчить условия размотки. Большинство экструдированных оболочек нг-кабелей имеет матовый вид, который может меняться при варьировании условий переработки материала. Большая часть марок нг-ТПУ перерабатывается на одношнековых экструзионных линиях. www.polymery.ru |
