Эволюция изоляционных материалов

431
views

На данный момент в качестве изоляции и защитной оболочки кабельно-проводниковой продукции различных марок используют три класса полимерных материалов: резину, классические термопласты и пластичные эластомеры.

Традиционные резины, изготовленные на базе каучуков, широко применялись ранее и активно используются сегодня для изоляции и производства оболочки КПП, рассчитанной на напряжение до 25 кВ. В настоящее время отечественные производители выпускают более 200 марок кабелей и проводов с применением резины.

В число наиболее резиноемких кабелей, производимых в России, входят гибкие силовые провода и кабельная продукция, судовые и шахтные кабели. Тем не менее, с появлением полимеров, в составе которых присутствуют насыщенные углеводородные макромолекулы, что делает вещество более тепло-, озоно- и влагостойким, каучуковые славы всё чаще уступают место полиолефинам.

Полиолефины – это класс полимеров, получаемых из низкомолекулярных веществ. Вырабатываются из нефти или природного газа методом полимеризации мономеров в присутствии катализатора.

Производители начали использовать ПЭ-композиции после ужесточения требований к эксплуатационным свойствам и пожаростойкости кабельно-проводниковой продукции. Однако широкому распространению полимера препятствует высокая стоимость и зависимость от импортного сырья. Поэтому сегодня одним из наиболее часто используемых в кабельной промышленности пластиков остается поливинилхлоридный пластикат (ПВХ).

По физическим свойствам ПВХ – это безвредное вещество белого цвета, устойчивое к окислению. Кроме того, оно не поддается действию влажной среды, кислот, щелочей, жиров, спиртов, промышленных газов и растворов солей. Однако полимер обладает одним существенным недостатком: ему свойственна низкая термическая стойкость.

Выделение хлористого водорода может начаться уже при 70-80 °С. При нагревании ПВХ выше 140 °С процесс становится более интенсивным, что приводит к изменению окраски (от желтой до коричневой) и деструкции полимера с выделением углекислого газа и хлористого водорода. Это затрудняет переработку ПВХ, поскольку температура текучести полимера (150-160 °С) выше температуры разложения.

Трудности с переработкой поливинилхлорида в чистом виде и деструкция полимера при нагревании являются существенными недостатками. Для того чтобы обеспечить переработку ПВХ и наделить его набором полезных свойств, которыми должны обладать продукты, изготовленные из сырья на базе этого полимера, его соединяют с разными добавками.

Материал на основе ПВХ с добавками, обеспечивающими его технологические и эксплуатационные свойства, изготовленный по особой технологии, называется поливинилхлоридной композицией (компаундом).

Мировым трендом последних двух десятилетий является ограничение использования в качестве изоляционного материала для кабельно-проводниковой продукции поливинилхлоридных пластикатов. Из-за проблем с утилизацией ПВХ признаны экологически небезопасными, поэтому их начали заменять безгалогенсодержащими полимерами, не поддерживающими процесс горения.

В 1998 году в Стамбуле состоялся Конгресс Международной федерации производителей кабелей. Он объединил более 100 крупных кабельных предприятий из 51 страны мира. Участники мероприятия констатировали, что с целью защиты экологии производителям следует существенно сократить использование поливинилхлоридных пластикатов. Кроме того, необходимо исключить из серийных рецептур соединения кадмия и свинца, отличающиеся высокой токсичностью.

В дальнейшем в странах ЕС был принят ряд законодательных актов, ограничивающих выпуск такой кабельно-проводниковой продукции. В частности, речь идет о директиве ЕС 2002/95, которая запрещает использование опасных компонентов в составе ПВХ-пластикатов.

В качестве альтернативы поливинилхлоридных соединений можно использовать безгалогенные композиции на базе полиолефинов (например, полипропилена или полиэтилена). Основным недостатком полиэтиленовой изоляции является ползучесть и резкое ухудшение механических свойств при температуре 125-130 °С, близкой к температуре плавления.

Эту особенность ученые объясняют линейным строением макромолекул полиэтилена. В свою очередь, создание трехмерной структуры, где между макроцепями образуются поперечные связи, позволяет значительно улучшить физические свойства полимера. В итоге возник новый класс изоляционных материалов из сшитого полиэтилена.

Несмотря на увеличение спроса на КПП с изоляцией из ПЭ, основным изоляционным материалом все же остается поливинилхлорид. Аналитики утверждают, что существенного снижения использования ПВХ пластикатов в кабельной промышленности в ближайшем будущем не произойдет, поскольку сегодня ведутся разработки новых видов ПВХ с модифицирующими добавками, делающими компаунд более пожаростойким.

Запросы рынка на создание соединений, которые не поддерживают процесс горения и не выделяют токсичных веществ при воздействии высоких температур, способствовали появлению своеобразного гибрида поливинилхлорида и кабельного полиэтилена – безгалогенных композиций. Современные материалы при горении образуют твердый кокс и быстро высыхают. Они горят без дыма, с выделением небольшого количества тепла.

Такие материалы более предпочтительны с точки зрения пожаробезопасности. Европейские стандарты запрещают использование изоляции на базе ПВХ в пользу безгалогенных композиций.

Кроме этого, в числе одного из западных трендов эксперты рынка называют внедрение в производство кабельно-проводниковой продукции мягких полимеров и снижение использования в компаундах гидроокисей. В России выбор безгалогенных композиций отечественного производства пока сравнительно невелик, поэтому производители КПП вынуждены использовать импортные материалы.

Тем не менее, объемы потребления безгалогенных пластикатов быстро увеличиваются. Кабели с безгалогенной изоляцией прокладываются на объектах с массовым пребыванием людей. Например, при строительстве спортивных комплексов, торгово-развлекательных центров, метрополитена, аэропортов, авто- и железнодорожных вокзалов. Кроме того, они нашли применение в атомной энергетике.

Мировая практика разработки, изготовления и использования кабельно-проводниковой продукции на базе термопластичных эластомеров (ТПЭ) сравнительно невелика. Зарубежные компании-производители применяют этот полимер около 30 лет. Первой ласточкой стала замена резиновой оболочки геофизических кабелей на термопластичный полиуретан.

В 80-х годах ХХ века термопластичные эластомеры на базе полиуретанов, полиолефинов и сополиэфиров были запущены в серийное производство и использовались в определенных видах КПП.

Сравнительно недорогие марки термопластичных эластомеров – динамически-вулканизированные (Сантопрены) и изготовленные с применением блоксополимеров стирола (Тефаблоки) сегодня используются в производстве проводов для автомобильной промышленности, телекоммуникационных и силовых кабелей взамен термореактивных резин и поливинилхлоридных пластикатов.

Отечественный рынок полимеров для производства изоляции и оболочек КПП не отличается разнообразием ассортимента. Он намного меньше европейского и среднемирового. Его характерной особенностью является самодостаточность, а если быть точнее, то даже некоторая изолированность, поэтому в среднесрочной перспективе российские производители поливинилхлоридных пластикатов могут быть спокойными за сохранение позиций.

Если говорить о кабельном пластикате с точки зрения имеющегося в распоряжении сырья и производственной базы, каких-либо препятствий для выпуска пластиката, характеристики которого соответствовали бы действующим техническим требованиям, не существует.

Основные компоненты для изготовления поливинилхлорида производятся на территории России. Гидроокиси, которые входят в состав пластикатов марки НПГ (пластикат пониженной горючести) и ПП (пластикат прокладочный) в качестве наполнителя, также выпускаются российскими предприятиями и являются конкурентоспособными по качеству.

Отечественный производитель минеральной гидроокиси магния ООО «Русское горно-химическое общество» полностью обеспечивает этим компонентом внутренний рынок и поставляет ее на экспорт. Российский производитель синтетической гидроокиси магния ГК «НИКОХИМ» большую часть своего продукта экспортирует. Остальные присутствующие в рецептурах добавки, которые входят в состав трудногорючих пластикатов, доступны на внешнем рынке.

В мае 2019 года корпорация «Сибур» сообщила о запуске производства нового для отечественного рынка пластификатора. Речь идет о диоктилтерефталате (ДОТФ), который является бесфталатным пластификатором ПВХ. Продукты на его основе соответствуют самым высоким экологическим требованиям. В отличие от фталатных пластификаторов, ДОТФ не несет угрозу здоровью человека.

Изделия, синтезированные с применением ДОТФ, становятся более прочными и износостойкими. Кроме того, они обладают повышенной морозостойкостью и низкой вязкостью.

Для производства диоктилтерефталата специалисты АО «Сибур-Химпром» –пермской площадки холдинга – используют собственное сырье, что гарантирует стабильность поставок и высокое качество готового продукта.

Пуск нового производства позволит отечественному кабельному рынку преодолеть потенциальную угрозу запрета использования фталатных пластификаторов.

Источник: