Электропроводящая пероксидносшиваемая композиция

Изобретение относится к области электротехники, а именно кабельной техники, и может быть использовано для экранов силовых кабелей среднего напряжения до 35 кВ.

Производство силовых кабелей среднего напряжения (6-35 кВ) в последние годы имеет тенденцию к вытеснению кабелей с бумажно-пропитанной изоляцией кабелями с полимерной изоляцией.

Конструкция таких кабелей предусматривает наличие трех слоев, наложенных на токопроводящую жилу - электропроводящего полимерного экрана, полимерной изоляции и второго электропроводящего полимерного экрана.

Наличие электропроводящего экрана обусловлено необходимостью создания эквипотенциальной поверхности, предназначенной для существенного снижения вероятности пробоя изоляции в некоторой области пространства, где напряженность электрического поля в отсутствие такого экрана могла бы быть чрезмерно высокой.

Известна электроизоляционная композиция (патент РФ №2394292 «Электроизоляционная композиция», опубл. 10.07.2010), содержащая сополимер этилена с винилацетатом, гидроксид алюминия (Al(ОН)₃ или магния Mg(OH)₂, дополнительно содержит полиэтилен высокой плотности, модифицированный малеиновым ангидридом, полиэтиленовый воск, наноглину, эфир 3,5-дитрет-бутил-4-гидрокси-фенилпропионовой кислоты и пентаэритрита (Ирганокс 1010) или 1,3,5-триметил-2,4,6-трис(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензил)бензол (Ирганокс 1330), бензо-пропионовой кислоты 3,5-бис(1,1-диметиэтил)-4-гидрокси-2-[3-[3,5-бис(1,1-диметииэтил)-4-гидроксифенил]-1-оксопропил]гидразид (Ирганокс MD 1024) при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Недостатком известной композиции является недостаточное значение прочности и относительного удлинения при разрыве.

Известна сшивающаяся электроизоляционная композиция (патент РФ №2440633 «Электроизоляционная сшивающаяся композиция», опубл. 20.01.2012), включающая полиолефин, винилтриметоксисилан или винилтриэтоксисилан, органическую перекись и катализатор сшивки, содержит синергисты - тетра-бис-метилен-(3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионат, бензо-пропионовой кислоты 3,5-бис(1,1-диметилэтил)-4-гидрокси-2-[3-[3,5-бис(1,1-диме-тиэтил)-4-гидроксифенил]-1-оксопропил]гидразид и поли-[[6-[(1,1,3,3-тетраметил-4-пиперидинил)имино]-1,6-гександиил[(2,2,6,6-тетраметил-4-пиперидинил)имино]]) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Данная полимерная композиция обладает изоляционными свойствами, тогда как для создания эквипотенциальных поверхности необходимы слабые электропроводящие свойства. Прочность на разрыв не достигает значений, которые необходимы для экранов кабелей среднего напряжения.

К недостаткам известной сшивающейся электроизоляционной композиции, таким образом, следует отнести недостаточно высокую механическую прочность и невозможность использования в качестве электропроводящего экрана.

Поставленная задача состояла в разработке электропроводящей композиции пероксидной сшивки, которая позволит повысить надежность электросетей и снизить стоимость их содержания и обслуживания при переходе на кабели среднего напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Полимерная композиция должна быть пригодна к переработке на существующих производственных линиях кабельных заводов, обладать высокими механическими свойствами, обладать достаточным для слабой электропроводности значением удельного объемного сопротивления, иметь гладкую поверхность, обладать хорошей адгезией к другим материалам, не подвергаться существенному термоокислительному старению и преждевременной сшивке при наложении. В качестве проводящего наполнителя должен быть использован материал, который позволит обеспечить оптимальные физические свойства конечной композиции. Такой наполнитель должен быть промышленно выпускаемым и недорогим.

Технический результат достигается тем, что электропроводящая пероксидносшиваемая композиция, включающая полиолефин, бензопропионовой кислоты 3,5-бис(1,1-диметилэтил)-4-гидрокси-2-[3-[3,5-бис(1,1-диметиэтил)-4-гидроксифенил]-1-оксопропил]гидразид, тетра-бис-метилен-(3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионат), органическую перекись, дополнительно содержит электропроводящий технический углерод с удельным объемным сопротивлением при содержании в полимере ρ=10±6 Ом* см, технический углерод с удельным объемным сопротивлением при содержании в полимере ρ=5±3 Ом*см, 4,4'-тиабис(6-трет-бутил-м-крезол), стеарат цинка, полиэтиленовый воск, мас.%:

Согласно изобретению, в качестве полимерной основы необходимо использовать полиолефин, например, этиленвинилацетат или полиэтилен высокого давления. Такие полимеры выпускаются как российской, так и иностранной промышленностью.

В качестве инициатора сшивки используется органическая перекись, некоторые типы таких соединений (например, пероксид дикумила) выпускаются российской промышленностью. Выпускаемые перекиси обеспечивают необходимое высокое и стабильное качество сшивки материала.

Используемый в качестве наполнителя технический углерод двух типов обеспечивает полимеру необходимое значение удельного объемного сопротивления (<100 Ом*см при 23°С). Необходимо отметить, что электропроводящие свойства технического углерода определяются при различном наполнении в полимере. Первый технический углерод должен обеспечивать удельное объемное сопротивление ρ=10±6 Ом*см при 35% содержании в полимере, а второй при таком же содержании - ρ=5±3 Ом*см.

Технический углерод с такими характеристиками выпускается отечественной промышленностью.

Стеарат цинка, применяемый в качестве смазывающего агента при переработке материала, также производится российской промышленностью.

Полиэтиленовый воск выпускается на территории СНГ, необходим в качестве внешнего смазывающего компонента.

Указанные три типа антиоксидантов применены для предотвращения нежелательных химических процессов и деструкции материала как при производстве и переработке, так и при дальнейшей эксплуатации в составе кабелей. Материалы известны и массово производятся химической промышленностью стран мира.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующим примером.

Указанные диапазоны содержания компонент следует признать оптимальными. Именно в этих пределах достигается наилучшее качество композиции как с точки зрения физических свойств, так и с точки зрения их стабильности и воспроизводимости (см. таблицу №2).

Предлагаемая электропроводящая пероксидносшиваемая композиция пригодна к переработке на существующих производственных линиях кабельных заводов.

Электропроводящая пероксидносшиваемая композиция по сравнению с аналогами обладает высокими механическими свойствами и достаточным значением удельного объемного сопротивления для слабой электропроводности экранов кабеля, хорошей адгезией к другим материалам, не подвергается существенному термоокислительному старению и преждевременной сшивке при наложении, а также иметь гладкую поверхность.

Предложенная электропроводящая пероксидносшиваемая композиция используемая в качестве проводящего наполнителя позволяет обеспечить оптимальные физические свойства конечной композиции и является технологичным и недорогим.

В целом от использования предлагаемой электропроводящей пероксидносшиваемей композиции в производстве кабелей среднего напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена позволит значительно повысить надежность электросетей, снизить стоимость их содержания и обслуживания.

Электропроводящая пероксидносшиваемая композиция, включающая полиолефин, бензопропионовой кислоты 3,5-бис(1,1-диметилэтил)-4-гидрокси -2-[3-[3,5-бис(1,1-диметилэтил)-4-гидроксифенил]-1-оксопропил]гидразид, тетра-бис-метилен-(3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионат), органическую перекись, отличающаяся тем, что дополнительно содержит электропроводящий технический углерод с удельным объемным сопротивлением при содержании в полимере ρ=10±6 Ом·см, технический углерод с удельным объемным сопротивлением при содержании в полимере ρ=5±3 Ом·см, 4,4'-тиабис(6-трет-бутил-м-крезол), стеарат цинка, полиэтиленовый воск, при следующем содержании компонентов, мас.%: