Монтаж полимерной кабельной арматуры - Основные материалы, применяемые для монтажа муфт

Электромонтажники по монтажу кабельных сетей применяют обширную номенклатуру материалов, которые поставляют в специальных комплектах или же в разрозненном виде.
Все материалы, применяемые в электромонтажном производстве, разделяют на основные и вспомогательные. К группе основных относятся материалы, которые после выполнения работ остаются в составе смонтированных изделий, конструкций, оборудования, например, полиуретановая композиция после заливки в корпус муфты и последующего отверждения входит в состав этой муфты.
В отличие от основных, вспомогательные материалы только участвуют в технологических процессах, например растворитель, которым обезжиривают поверхность жил кабелей.
В данном параграфе рассматриваются основные материалы, которые лишь в последние годы нашли применение в полимерной кабельной арматуре.

Полиуретановая композиция.

Из всей номенклатуры полиуретановых компаундов для кабельной арматуры применяют твердый компаунд ВИЛАД-13-1 или ВИЛАД-13-1М. Это, как будет видно из физико-химических данных, обусловлено высокими электроизоляционными, клеящими, герметизирующими и защитными свойствами.
Компаунд состоит из двух компонентов А и Б. Соотношение этих компонентов при смешивании 2,85 : 1 (для ВИЛАД-13-1) и 2 : 1 (для ВИЛАД-13-1М).
Компонент А представляет собой смесь полиэфирных смол с минеральными наполнителями. Из полиэфиров применимы лапрол 503Б и лапрол 3003, относящиеся к классу простых, что придает полимеру эластичность. Поэтому кабельные муфты, выполненные из полиуретана, не боятся динамических ударов, в то время как муфты из эпоксидного компаунда легко ломаются. В качестве наполнителя используется тальк - силикат магния. Он предназначен для снижения внутренних напряжений при отверждении полиуретановой композиции. Кроме основного в компонент А входят еще два наполнителя: цеолит натрия и аэросил. Цеолит натрия — водный алюмосиликат натрия, предназначен Для глубокой осушки и тонкой очистки компонента А, предотвращает пенообразование в ходе процесса отверждения композиции. Аэросил предназначен для поддержания наполнителя - талька - во взвешенном состоянии в компоненте А. Это является большим преимуществом по сравнению с эпоксидным компаундом, в котором в качестве наполнителя используется пылевидный кварц. Оседая на дне тары, кварц образует твердый осадок, размешать который очень нелегко.
В компонент А введен также катализатор - дибутилдиалоуренат олова (ДБДЛО). Цель введения — ускорение отверждения композиции. Особое значение это имеет в зимнее время. Эпоксидные компаунды при отрицательной температуре приходится подогревать до 20-25 °С и поддерживать эту температуру в течение нескольких часов. Полиуретано-вая композиция затвердевает в течение 0,5—1 ч при температуре до -30° С.
Компонент Б представляет собой полиизоцианат марки Б или Д. Полиизоцианат марки Д — смесь дифенилметандиизоцианата и полиизоцианатов большой молекулярной массы, получаемый фосгенированием полиамида под давлением. Полиизоцианаты содержат в своем составе функциональные группы (изоцианатная группа, дифенилметандиизо- цианат, гидролизный хлор, нерастворимые примеси). Эти группы определяют свойства отвержденной композиции. Изоцианатная группа — функциональная, она определяет процесс полимеризации полиуретанов. Дифенилметандиизоцианат определяет эластичность отверждаемой композиции. Гидролизуемый хлор — компонент, повышенное содержание которого (более 0,7% по массе) увеличивает вероятность пенообразования в процессе отверждения. Нерастворимые примеси, если их более 3%, ухудшают технологические свойства полиуретана, затрудняют смешивание компонентов.
Вышеуказанная подробная расшифровка состава полиуретанового компаунда приведена с той целью, чтобы можно было понять, насколько сложны физико-химические процессы, возникающие в процессе полимеризации, т.е. при отвердевании композиции. Можно также сделать вывод, что готовить компоненты для применения в кабельной арматуре можно только в заводских условиях по определенной технологии.
Готовую полиуретановую композицию расфасовывают по следующей схеме (рис. 1). Бочки с компонентом А (ВИЛАД-13-1М) помещают в нагревательную печь 1 и разогревают до температуры 40-50 °С, чтобы компонент был более текучим.

Рис. 1. Схема приготовления полиуретановой композиции
Подогретые бочки выгружают из печи и устанавливают на приспособление 2 для перемешивания компонента А. Это необходимо для того, чтобы можно было равномерно перемещать тальк, который оседает при длительном хранении. Равномерно перемешанный ВИЛАД выливают в реактор 3, откуда компонент А заливают в металлические банки, которые устанавливаются на весовом устройстве .5. После заполнения банки закатывают металлическими крышками.
Компонент Б (полиизоцианат) подогревают в той же печи 1 до температуры 30 °С, после чего сразу же выливают в отдельный реактор 4. Из реактора производят фасовку полиизоцианата по стеклянным пузырькам.
Полиуретановая композиция заводского изготовления имеет стабильные физико-химические свойства (табл. 1). Для сравнения в таблице приведены некоторые свойства эпоксидного компаунда К-176.
На основании вышеперечисленных данных и из практики использования полиуретановых композиций и эпоксидных компаундов можно вывести сопоставление применения этих двух материалов, из которого видно, что полиуретановая композиция имеет ряд важных преимуществ перед эпоксидным компаундом:

Эпоксидный компаунд

Не затвердевает без подогрева при отрицательной температуре
Время отверждения около 1 сут
Слабая адгезия к материалам, из которых изготовлены кабели: свинцу, алюминию, поливинилхлориду, резине
Плохая жидкотекучесть, в результате чего образуются незаполненные полости и раковины
Выпадение в осадок кварцевого песка при его хранении
В связи с большим сроком отвердевания в жаркое время года масло из кабеля поднимается на поверхность заливки, образуя дорожки, по которым может произойти пробой

Полиуретановая композиция

Отверждение происходит при температуре до -30 °С без поддержания положительной температуры
Максимальное время отверждения 30-40 мин
Хорошая адгезия к свинцу, алюминию, резине.
К поливинилхлориду адгезия лучше, чем при применении клея ПЭД-Б с эпоксидным компаундом
В результате низкой вязкости заполнение формы происходит быстро, с отсутствием полостей и раковин
В компаунде наполнителем является тальк, образующий взвесь, которая при хранении не допускает плотного осадка
Ввиду быстроты отвердевания образование масляных дорожек не происходит

Самослипающиеся ленты.

В соединительных и концевых муфтах из полиуретановой композиции широко применяются самослипающиеся ленты. Отличительная их особенность по сравнению с другими изоляционными лентами состоит в том, что при определенной выдержке времени (в зависимости от типа ленты) отдельные слои образуют монолит. Это происходит без дополнительного подогрева. Набор самослипающихся лент в настоящее время весьма разнообразен. По назначению они делятся на электроизоляционные, электропроводящие, полупроводящие, герметизирующие.

Таблица 1. Физико-химические свойства материалов

Лента ЛЭТСАР КФ-0,5 — электроизоляционная, термостойкая, самослипающаяся, резиновая, радиационной вулканизации. Эта лента имеет красный цвет, профиль ее фигурный, максимальная толщина 0,5 мм. Между слоями ленты в ролике проложена полиэтиленовая лента, предотвращающая самослипание слоев. Ширина ленты 26 мм. Она имеет хорошую электрическую прочность, тепло-, влаго- и водостойка, стойка к действию озона и ультрафиолетовых лучей, а также к воздействию масел. Способна к самослипанию в монолит при температуре 20—25 °С в течение 48 ч. Недостаток ленты — низкие адгезионные свойства к материалам.
Лента ЛЭТСАР-ЛПм — герметизирующая, термостойкая, самослипающаяся, резиновая. Обладает хорошей адгезией к металлам, к полиэтилену, стойкая к маслоканифольным составам. Лента имеет хорошую влаго- и водостойкость, стойкость к световому и озонному старению. Эти качества обусловили ее применение в кабельных муфтах для герметизации мест соединений жил и оконцеваний. Недостатком ленты является небольшая прочность при разрыве.
Лента ЛЭТСАР-ЛППм -полупроводящая,термостойкая,самослипающаяся, резиновая. Обладает хорошей адгезией к полиэтилену, стойкая к маслоканифольным составам. Характеризуется хорошей влаго- и водостойкостью, стойкостью к озонному и световому старению. Лента имеет черный цвет.
Все самослипающиеся ленты для кабельных работ следует поставлять в роликах. Каждый ролик упаковывают в полиэтиленовый мешок. Желательно, чтобы этот мешок был заварен и герметичен. Хорошая упаковка обеспечивает качественное самослипание в процессе монтажа.

Лак КО-916 (КО-916К).

Для улучшения адгезии самослипающихся лент к материалу, на который наматываются ленты, применяют лак КО-916 или КО-916 К. Являясь адгезионной прослойкой, он создает в месте намотки лент герметичность. Этот лак кремнийорганический, модифицированный полиэфиром, отличается нагревостойкостью и высокими электрическими характеристиками.
Характеристика лака КО-916 (КО-916К)
Условная вязкость по вискозиметру ВЗ-4 при 20 С, с 45-65
Время высыхания при 200 С, мин, не более            15
Термоэласгичносгь пленки при 200 С, ч, не менее 50
Удельное объемное электрическое сопротивление пленки, Ом * м, не менее:
при 15-35 °С.............. 1012
при 200 С................... 10¹⁰
Электрическая прочность пленки лака, МВ/м:
при 15-35 С................ 70
при 180 С.................... 35
Лак представляет собой прозрачный однородный раствор. Растворителем является этилцеллозольв.
Термоусаживаемые материалы. Сущность применения таких материалов заключается в следующем. Если полиэтиленовую трубку, которая применяется для изоляции жил, облучить гамма- или рентгеновскими лучами, а затем "раздуть" (т.е. увеличить диаметр на специальном приспособлении) , то при нагреве до определенной температуры такая трубка уменьшает свой диаметр до первоначального. Это свойство термоусаживаемых материалов и взято за основу при выполнении кабельных муфт.
В качестве термоусаживаемых материалов применяют специальные полимерные композиции на основе полиэтилена или поливинилхлорида, причем термоусадку полиэтиленовых изделий можно производить только после облучения, а изделия из поливинилхлорида в облучении не нуждаются, их достаточно "раздуть" до необходимых размеров, после чего они готовы к применению.
К термоусаживаемым изделиям, применяемым в кабельной арматуре, относятся трубки для изоляции жил, перчатки для изоляции корешка заделки и манжеты для герметизации брони и оболочки кабеля.
Наиболее широкое распространение получили изделия из радиационно-модифицированного полиэтилена. Этот материал отличается высокими физико-механическими свойствами: термостабильностью, хладостойкостью, стойкостью к агрессивным химическим средам, растворителям, бензину, маслам. Наряду со значительной эластичностью он обладает высокими диэлектрическими свойствами, сохраняющимися при весьма низких температурах. Немаловажным фактором являются хорошие технологические свойства полиэтилена.
Полиэтилен - кристаллический полимер, относится к разряду термопластов. В зависимости от получения он делится на два вида - полиэтилен высокого давления (ПЭВД) и полиэтилен низкого давления (ПЭНД). ПЭВД получают при давлении до 15 МПа (в некоторых случаях до 30 МПа) и при температуре около 200 °С. ПЭНД получают при низком давлении до 0,5 МПа. В атмосфере воздуха при воздействии тепла и солнечных лучей полиэтилен подвергается медленному окислению, в результате этого ухудшаются механические и электрические свойства полимера. Защитным действием против светового старения обладает сажа (вводимая в полиэтилен, до 2%), которая способна экранировать ультрафиолетовые лучи. Сравнительные характеристики полиэтиленов приведены в табл. 2.
Радиационное облучение полиэтилена приводит к получению качественно нового электроизоляционного материала, обладающего уникальными комплексами свойств. Так, его нагревостойкость возрастает с 80 до 300 °С при кратковременной работе и до 150 °С при длительной. Полученный полиэтилен приобретает каучукоподобные свойства, которые сохраняются вплоть до температуры термического разложения.
При изготовлении термоусаживаемых изделий кроме полиэтилена применяют и другие компоненты. Соотношение массовых частей этих компонентов следующее: полиэтилен — 88,9; сэвилен СЭВ - 10; силоксан СКТН-А - 1; стабилизатор давления НН — 0,1.
Таблица 2. Сравнителные характеристики полиэтиленов

В зависимости от базовой марки полиэтилена и введения в композицию негорючих добавок трубки изготовляют четырех исполнений: исполнение 1 -ПЭВД 15303-003
исполнение 2 — ПЭВД 15303-003, но с добавками антипиренов исполнение 3 - ПЭВД 20308-005
исполнение 4 — ПЭНД 20308-005, но с добавками антипиренов Антипирены — вещества, предохраняющие материалы органического происхождения от воспламенения. Это фосфаты, сульфат магния, бура и т.п.
В обозначении исполнений первая цифра указывает на то, что процесс полимеризации протекает при высоком давлении, вторая цифра — на то, что процесс происходит при низком давлении. Две следующие цифры обозначают порядковый номер базовой марки полиэтилена. Четвертая цифра определяет степень гомогенизации, т.е. однородности строения, а пятая соответствует группе плотности (г/см²). Последние три цифры через дефис указывают десятикратное значение показателя текучести расплавов.
Радиационно-модифицированные термоусаживаемые трубки (РМ ТУГ) на основе полиэтилена имеют незначительную массу, совершенны по форме, быстро и просто монтируются с помощью газовой горелки, экономичны при складировании. Использование в нормальных условиях не требует особых мер предосторожности. Трубки можно транспортировать любым видом транспорта; хранить их следует в полиэтиленовых мешках в закрытых складских помещениях, исключая возможность механического повреждения, не ближе 1 м от отопительных приборов. Гарантийный срок хранения не менее 3 лет.
РМ ТУТ выпускаются с интервалом рабочих температур от -60 до +135 С. Изготавливают их с внутренним диаметром от 2 до 200 мм и толщиной стенки от 0,5 до 20 мм после усадки. Трубки выпускают следующих марок: ТТЭ-С — термоусаживаемые электроизоляционные из стабилизированного полиэтилена; ТТЭ-Т - то же, но из термо- стабилизированного полиэтилена; ТТШ - то же шланговые.
Трубки ТТЭ-С и ТТЭ-Т изготавливают красного, зеленого, синего, черного и натурального цветов и обозначают в марке соответственно буквами К, 3, С, Ч и Н.
Усадка по длине указанных трубок диаметром до 18 мм не превышает 10%, а свыше 18 мм 5% исходной длины. Размеры полиэтиленовых трубок приведены в табл. 3.
Трубки из поливинилхлоридного пластиката выпускают двух марок — ТТВ и ТТВу. Условное обозначение трубок: Т — трубка; Т - термоусаживаемая; В - из поливинилхлоридного пластиката; у - усиленная, т.е. имеющая более толстую стенку. Эти трубки масло- и бензостойкие, работоспособны в интервале температур окружающей среды от -50 до +70 °С. Данные трубок до усадки и после нее приведены в табл. 4. Трубки из поливинилхлоридного пластиката изготавливают разных цветов: красные, зеленые, синие, черные, белые и желтые. Пример записи условного обозначения трубки термоусаживаемой из поливинилхлоридного пластиката внутренним диаметром до усадки 8 мм и после усадки в свободном состоянии 4 мм красного цвета: ТТВ-8/4-К по ТУ 17 К 71-022-88.
Эти трубки изготавливают из поливинилхлоридного пластиката марки ИРМ-40 с добавлением 3% термозластопласта марки ДМСТ (Р) и 3% концентрированно окрашенного поливинилхлоридного пластиката.
Электрическая прочность трубок должна быть не менее 25 кВ/мм, удельное сопротивление - не менее 1 * 10¹⁰ Ом * м.
Трубки поставляют в бухтах. Гарантийный срок хранения - 2 года со дня изготовления.
Таблица 3. Размеры термоусаживаемых полиэтиленовых трубок

Таблица 4. Размеры термоусаживаемых поливинилхлоридных трубок

Примечание. Положительный допуск на толщину стенки трубок после полной усадки в свободном состоянии не нормируется.

Клей-расплав ГИПК 14-17 изготавливают на основе сополимера этилена с винилацетатом, полиизобутилена, бутилкаучука, наполнителей и пластификаторов. Используют его в качестве адгезирующего герметизирующего слоя при монтаже кабельных муфт и других электромонтажных изделий с применением термоусаживаемых материалов на основе радиационного полиэтилена.
Клей-расплав имеет однородную каучукоподобную массу светло- коричневого цвета с температурой размягчения 70—100 °С. Хранят его в сухих складских помещениях при температуре от -5 до +30 °С. Гарантийный срок хранения клея 12 мес. со дня изготовления.

Клей-расплав ГИПК 14-16 имеет аналогичные свойства и применяется с термоусаживаемыми материалами на основе поливинилхлорида.