RU2664872C1 - Электропроводящая полимерная композиция - Google Patents

Электропроводящая полимерная композиция Download PDF

Info

Publication number
RU2664872C1
RU2664872C1 RU2017125418A RU2017125418A RU2664872C1 RU 2664872 C1 RU2664872 C1 RU 2664872C1 RU 2017125418 A RU2017125418 A RU 2017125418A RU 2017125418 A RU2017125418 A RU 2017125418A RU 2664872 C1 RU2664872 C1 RU 2664872C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ohm
bis
specific volume
volume resistance
butyl
Prior art date
Application number
RU2017125418A
Other languages
English (en)
Inventor
Анатолий Васильевич Бузлаев
Сергей Владимирович Глушкин
Original Assignee
Акционерное общество "Лидер-Компаунд"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Лидер-Компаунд" filed Critical Акционерное общество "Лидер-Компаунд"
Priority to RU2017125418A priority Critical patent/RU2664872C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2664872C1 publication Critical patent/RU2664872C1/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02Elements
    • C08K3/04Carbon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00Use of organic ingredients
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
    • H01B3/44Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes vinyl resins; acrylic resins

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

Изобретение относится к кабельной технике и может быть использовано для производства муфт для кабелей с пластмассовой и бумажной изоляцией, а также антистатических покрытий. В электропроводящую полимерную композицию для экранов силовых кабелей, включающую себя полиолефин, полиэтиленовый воск, дистеарат цинка, 2',3-бис[[3-[3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил]пропионил]]пропионогидразид (синоним: бензопропионовой кислоты 3,5-бис(1,1-диметил-этил)-4-гидрокси-2-[3-[3,5-бис(1,1-диметиэтил)-4-гидрокси-фенил]-1-оксопропил]гидразид), дополнительно введены неполярный полиолефин, электропроводный технический углерод с удельным объемным сопротивлением ρ=8÷12 Ом*м (при содержании в полимере), электропроводный технический углерод с удельным объемным сопротивлением не выше ρ=0,40÷0,60 Ом*м (при содержании в полимере), первичный антиоксидант тиодиэтилен бис[3-(3,5-ди-терт-бутил-4-гидроксифеил)пропионат], вторичный тиоэфирный антиоксидант дистеарил тиодипропионат, при следующем соотношении компонентов, мас. %: полиолефин 73-87, неполярный полиолефин 1-5, технический углерод с удельным объемным сопротивлением ρ=8÷12 Ом*м 5-10, технический углерод с удельным объемным сопротивлением ρ=0,40÷0,60 Ом*м 1-5, 2',3-бис[[3-[3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил]пропионил]]пропионогидразид 0,05-0,25, тиодиэтилен бис[3-(3,5-ди-терт-бутил-4-гидроксифенил)пропионат] 0,05-0,25, дистеарил тиодипропионат 0,04-0,25, дистеарат цинка 0,15-1,0, полиэтиленовый воск 1-8. Технический результат – обеспечение удельного объемного сопротивления не менее 1000 Ом*см, но не более 100000 Ом*см, а также увеличение относительного удлинения при разрыве до уровня 400 до 900%, обеспечение пригодности к формованию экструзионным и литьевым методом в широком диапазоне температур, более высокой технологичности в процессе формования, а именно отсутствие нежелательной подсшивки и гель-фракции. 2 табл.

Description

Изобретение относится к кабельной технике и может быть использовано для производства муфт для кабелей с пластмассовой и бумажной изоляцией, а также антистатических покрытий.
Полимерные электропроводящие материалы нашли широкое применение во многих отраслях техники, в том числе кабельной-проводниковой. Активное внедрение полимерных изоляционных материалов в кабельной промышленности началось в XX в., а к 1980-1990 гг. полимерные изоляционные материалы по мере их совершенствования и развития стали применяться и в весьма ответственных продуктах - силовых кабеля среднего и высокого напряжения.
В настоящее время общепринятая пластмассовая изоляция силовых кабелей состоит из трех слоев: 1) электропроводящий слой, накладываемый на токопроводящую жилу; 2) изоляционный слой; 3) внешний электропроводящий слой. Электропроводящие слои предназначены для снижения напряженности электромагнитного поля, воздействующего на изоляцию при протекании электрического тока по кабелю, что повышает надежность изоляции и, соответственно, срок службы всего кабеля в целом.
Развитие пластмассовой изоляции послужило толчком появлению новых сопутствующих устройств - соединителей, муфт и др. Подобные устройства в составе своей конструкции имеют материалы, в целом близкие к применяемым в составе кабеля, однако имеющие и заметные отличия по некоторым техническим характеристикам.
Большинство полимеров, включая полиолефины, представляют собой диэлектрические материалы, т.е. являются изоляторами, не проводят электрический ток. Электропроводящие полимерные материалы представляют собой композиционные материалы, состоящие из полимерной основы и наполнителя в количестве, достаточном для придания всей композиции токопроводящих свойств.
Существуют электропроводящие композиции (также называемые компаундами), предназначенные для применения в качестве электропроводящих полимерных экранов и контрольных слоев в кабельной технике. Однако требования по удельному объемному сопротивлению, предъявляемые к ним, отличаются от требований к материалам для кабельной арматуры (муфт и др.).
Электропроводящие полимерные композиции для арматуры должны обладать повышенной эластичностью (предпочтительно - свыше 300% относительного удлинения при разрыве) и показателями удельного объемного сопротивления 103-104 Ом*см при содержании в полимерной основе.
Известна электропроводящая композиция (патент США US №6277303 В1, опубл. 21.08.2001 г.), при следующем соотношении компонентов, мас. %:
этиленвинилацетат (ЭВА) 50-60
полиэтилен высокой плотности (низкого давления) 30,8-44,0
высокопроводящий технический углерод
со средним размером частиц 300 Å нм или
менее, активной поверхностью 254 м2/г и
абсорбцией дибутилфталата 174 см3/100 г 4-6.
Значения удельного объемного сопротивления (УОС) составляют до 6,700*105 Ом*см при минимальном содержании электропроводных технических углеродов и 1,416*103 Ом*см при максимальном содержании.
Недостатками описанной в данном патенте композиции является применение кристалличного полиолефина, что может приводить к сниженной технологичности материала при переработке, а также использование дорогостоящей специализированной марки технического углерода, что приводит к общему удорожанию композиции и изделий из нее.
Известна электропроводящая пероксидносшиваемая композиция (патент РФ №2500047 «Электропроводящая пероксидносшиваемая композиция», опубл. 27.11.2013), при следующем соотношении компонентов, мас. %:
полиолефин 49-62
технический углерод с удельным объемным
сопротивлением ρ=10÷6 Ом*см 29-34
технический углерод с удельным объемным
сопротивлением ρ=5÷3 Ом*см 2,5-5
4,4'-тиабис(6-трет-бутил-м-крезол) 0,05-0,25
тетра-бис-метилен-(3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)
пропионат) 0,05-0,20
бензопропионовой кислоты 3,5-бис(1,1-диметил-
этил)-4-гидрокси-2-[3-[3,5-бис(1,1-диметиэтил)-4-гидрокси-
фенил]-1-оксопропил]гидразид (синоним: 2',3-Бис[[3-[3,5-ди-
трет-бутил-4-гидроксифенил]пропионил]]пропионогидразид) 0,05-0,20
стеарат цинка 0,15-1,0
полиэтиленовый воск 3-9
органическая перекись 0,2-1,9.
Недостатками данной композиции являются показатель удельного объемного сопротивления при комнатной температуре ρ=15÷25 Ом*см, т.е. менее 102 Ом*см, наличие сшивающего агента (органической перекиси), что нежелательно для предлагаемого изобретения, т.к. затрудняет переработку материала на неспециальном экструзионном оборудовании и при литьевом формовании на термопласт-автоматах. Кроме того, известная композиция демонстрирует относительное удлинение при разрыве в диапазоне 200÷250%, что также недостаточно для применения в составе кабельной арматуры.
Известно, что заданные физико-механические свойства получаемого продукта (ЕА 009363 В1, опубл. 28.12.2007) обеспечивают использованием смесей, включающих «неполярный полимер». Неполярным полимером может быть полиолефиновый полимер, предпочтительные неполярные полиолефины (полимеры) включают, в частности, полиэтилен низкой плотности.
Целью предлагаемого изобретения является создание электропроводящей полимерной композиции, обладающей более высоким удельным объемным сопротивлением (УОС) по сравнению с известными аналогами.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение показателя удельного объемного сопротивления (УОС) электропроводящей полимерной композиции до уровня не менее 1000 Ом*см, но не более 100000 Ом*см, а также увеличение относительного удлинения при разрыве до уровня от 400% до 900%, обеспечение пригодности к формованию экструзионным и литьевым методов в широком диапазоне температур (110-200°С), более высокой технологичности в процессе формования (отсутствию нежелательной подсшивки и гель-фракции), а в целом - созданию электропроводящей полимерной композиции, пригодной для применения в качестве материала для изготовления кабельной арматуры и муфт.
Поставленная задача достигается путем введения в состав известной композиции неполярного полиолефина, электропроводных технических углеродов и введением первичных и вторичных антиоксидантов.
В электропроводящую полимерную композицию для экранов силовых кабелей, включающую себя полиолефин, полиэтиленовый воск, дистеарат цинка, 2',3-Бис[[3-[3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил]пропионил]]пропионогидразид (синоним: бензопропионовой кислоты 3,5-бис(1,1-диметил-этил)-4-гидрокси-2-[3-[3,5-бис(1,1-диметиэтил)-4-гидрокси-фенил]-1-оксопропил]гидразид), дополнительно введены неполярный полиолефин, электропроводный технический углерод с удельным объемным сопротивлением ρ=8÷12 Ом*м (при содержании в резиновой смеси), электропроводный технический углерод с удельным объемным сопротивлением не выше ρ=0,40÷0,60 Ом*м (при содержании в резиновой смеси), первичный антиоксидант тиодиэтилен бис[3-(3,5-ди-терт-бутил-4-гидроксифеил)пропионат], вторичный тиоэфирный антиоксидант дистеарил тиодипропионат, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
полиолефин 73-87
неполярный полиолефин 1-5
технический углерод с удельным объемным
сопротивлением ρ=8÷12 Ом*м 5-10
технический углерод с удельным объемным
сопротивлением ρ=0,40÷0,60 Ом*м 1-5
2',3-бис[[3-[3,5-ди-трет-бутил-4-
гидроксифенил]пропионил]]пропионогидразид 0,05-0,25
тиодиэтилен бис[3-(3,5-ди-терт-бутил-4-гидроксифенил)
пропионат] 0,05-0,25
дистеарил тиодипропионат 0,04-0,25
дистеарат цинка 0,15-1,0
полиэтиленовый воск 1-8.
Отличительным признаком предлагаемого изобретения является введение в композицию неполярного полиолефина в количестве 1-5 мас. %, тиоэфирного антиоксиданта дистеарила тиодипропионата, первичного антиоксиданта тиодиэтилен бис[3-(3,5-ди-терт-бутил-4-гидроксифеил)пропионат], электропроводного технического углерода с показателем удельного объемного сопротивления при содержании в резине 0,40÷0,60 Ом*м до уровня 1-5 мас. %, электропроводного технического углерода с удельным объемным сопротивлением ρ=8÷12 Ом*см до уровня 5-10 мас. %.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественным всем существенным признакам заявленного изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».
Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими примерами, приведенными в таблице 1.
В таблице 2 приведены технические параметры предлагаемых примеров электропроводящих композиций. Определялись механические свойства, такие как прочность при разрыве и эластичность (относительное удлинение на разрыв), показатель текучести расплава (ПТР), удельное объемное сопротивление (УОС). Образцы для испытаний были приготовлены путем прямого прессования из гранул на лабораторном прессе.
Для оценки вязкотекучих характеристик использовался пластометр ИИРТ-5М, для оценки прочностных характеристик - универсальная испытательная машина UTM-2020. Показатели удельного объемного сопротивления определялись при помощи моста сопротивлений Уитстона PWB-2.
Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000003
Исходя из анализа приведенных примеров, определен оптимальный интервал введения электропроводных марок технического углерода и неполярного полиолефина. Он составляет от 5 до 10% марки с ρ=(8÷12) Ом*м и от 1 до 5% для марки с ρ=(0,40÷0,60) Ом*м (Обр. №3). При концентрации ниже этих значений показатели удельного объемного сопротивления (УОС) намного выше предпочтительного диапазона значений (Обр. №4). При увеличении содержания электропроводных техуглеродов значения УОС существенно ниже предпочтительных значений (Обр. №2 и Обр. №5).
При увеличении содержания неполярного полиолефина сверх предпочтительных пределов (1-5 мас. %) и технических углеродов (Обр. №5) отмечено ухудшение пластичности материала, снижение показателя текучести расплава, прочности, при этом удельное объемное сопротивление такой композиции снижается до 101 Ом*см.
Кроме того, даже минимальное содержание органических перекисей в составе (Обр. №1) приводит к нежелательной сшивке материала.
Указанные выше (Обр. №3) диапазоны следует считать оптимальными и предпочтительными при дополнительном введении электропроводных технических углеродов, полиолефионов и антиоксидантов в композицию.
Полученная композиция (Обр. №3) демонстрирует высокие показатели удельного объемного сопротивления, а именно, в 103÷104 Ом*см, что является наиболее предпочтительным для поставленной задачи. Кроме того, отмечена высокая эластичность материала (свыше 600%) при сохранении хороших показателей прочности на разрыв (свыше 16 МПа).
Полученная композиция продемонстрировала высокий показатель текучести расплава, чем обеспечивается более высокая технологичность материала при экструзии.
Полученные показатели электропроводности позволяют использовать электропроводящую композицию для применения в качестве материала для изготовления кабельной арматуры.
Предлагаемая электропроводящая композиция с высоким удельным объемным сопротивлением пригодна для переработки экструзией и литьевым формованием, является при этом недорогой за счет применения недорогих электропроводных технических углеродов, технологичной.
В целом использование предлагаемой композиции с высоким удельным объемным сопротивлением позволяет повысить надежность кабельных изделий, арматуры и прочих технических изделий, снизить стоимость их производства и эксплуатации.

Claims (2)

  1. Электропроводящая полимерная композиция, включающая в себя полиолефин, полиэтиленовый воск, дистеарат цинка, 2',3-бис[[3-[3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил]пропионил]]пропионогидразид, отличающаяся тем, что дополнительно введены неполярный полиолефин, электропроводный технический углерод с удельным объемным сопротивлением ρ=8÷12 Ом*м, электропроводный технический углерод с удельным объемным сопротивлением не выше ρ=0,40÷0,60 Ом*м, первичный антиоксидант тиодиэтилен бис[3- (3,5-ди-терт-бутил-4-гидроксифенил) пропионат], вторичный тиоэфирный антиоксидант дистеарил тиодипропионат, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
  2. полиолефин 73-87 неполярный полиолефин 1-5 технический углерод с удельным объемным сопротивлением ρ=8÷12 Ом*м 5-10 технический углерод с удельным объемным сопротивлением ρ=0,4÷0,6 Ом*м 1-5 2',3-бис[[3-[3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил]пропионил]]пропионогидразид 0,05-0,25 тиодиэтилен бис[3-(3,5-ди-терт-бутил-4-гидроксифенил)пропионат] 0,05-0,25 дистеарил тиодипропионат 0,04-0,25 дистеарат цинка 0,15-1,0 полиэтиленовый воск 1-8
RU2017125418A 2017-07-14 2017-07-14 Электропроводящая полимерная композиция RU2664872C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017125418A RU2664872C1 (ru) 2017-07-14 2017-07-14 Электропроводящая полимерная композиция

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017125418A RU2664872C1 (ru) 2017-07-14 2017-07-14 Электропроводящая полимерная композиция

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2664872C1 true RU2664872C1 (ru) 2018-08-23

Family

ID=63286882

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017125418A RU2664872C1 (ru) 2017-07-14 2017-07-14 Электропроводящая полимерная композиция

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2664872C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2720190C1 (ru) * 2019-09-26 2020-04-27 Денис Александрович Чурзин Электропроводящая композиция для нанесения токопроводящих линий для использования в детских играх

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU883095A1 (ru) * 1978-01-09 1981-11-23 Предприятие П/Я В-2913 Электропровод ща полимерна композици
SU979424A1 (ru) * 1980-05-13 1982-12-07 Новополоцкое Отделение Предприятия П/Я В-2913 Электропровод ща полимерна композици
RU2107079C1 (ru) * 1992-05-29 1998-03-20 Монтелл Норт Америка Инк. Ударопрочная композиция
US6277303B1 (en) * 1998-07-10 2001-08-21 Pirelli Cable Corporation Conductive polymer composite materials and methods of making same
EA009363B1 (ru) * 2004-01-20 2007-12-28 Апонор Инновэйшн Аб Пластиковая труба
RU2500047C1 (ru) * 2012-05-03 2013-11-27 ЗАО "Лидер-Компаунд" Электропроводящая пероксидносшиваемая композиция
RU2606380C1 (ru) * 2015-07-13 2017-01-10 Акционерное общество "Лидер-Компаунд" Электропроводящая пероксидносшиваемая композиция для экранов силовых кабелей высокого напряжения

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU883095A1 (ru) * 1978-01-09 1981-11-23 Предприятие П/Я В-2913 Электропровод ща полимерна композици
SU979424A1 (ru) * 1980-05-13 1982-12-07 Новополоцкое Отделение Предприятия П/Я В-2913 Электропровод ща полимерна композици
RU2107079C1 (ru) * 1992-05-29 1998-03-20 Монтелл Норт Америка Инк. Ударопрочная композиция
US6277303B1 (en) * 1998-07-10 2001-08-21 Pirelli Cable Corporation Conductive polymer composite materials and methods of making same
EA009363B1 (ru) * 2004-01-20 2007-12-28 Апонор Инновэйшн Аб Пластиковая труба
RU2500047C1 (ru) * 2012-05-03 2013-11-27 ЗАО "Лидер-Компаунд" Электропроводящая пероксидносшиваемая композиция
RU2606380C1 (ru) * 2015-07-13 2017-01-10 Акционерное общество "Лидер-Компаунд" Электропроводящая пероксидносшиваемая композиция для экранов силовых кабелей высокого напряжения

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2720190C1 (ru) * 2019-09-26 2020-04-27 Денис Александрович Чурзин Электропроводящая композиция для нанесения токопроводящих линий для использования в детских играх

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2816568C (en) Energy cable having a voltage stabilized thermoplastic electrically insulating layer
US4526707A (en) Semiconducting compositions and wires and cables using the same
US8383012B2 (en) Electric article comprising at least one element made from a semiconductive polymeric material and semiconductive polymeric composition
JPS6320266B2 (ru)
JP2000357419A (ja) ケーブルの半導電性遮蔽
US20230192969A1 (en) Reactive compounding of ethylene vinyl acetate
US10501645B2 (en) Semiconductive shield composition
RU2664872C1 (ru) Электропроводящая полимерная композиция
CA3047755A1 (en) Curable semiconducting composition
JPS632290B2 (ru)
KR20100012591A (ko) 반도전성 차폐를 갖는 전력케이블
RU2500047C1 (ru) Электропроводящая пероксидносшиваемая композиция
KR102409093B1 (ko) 신규한 가교결합형 폴리머 조성물, 구조화된 층 및 케이블
DE60133119T2 (de) Polyolefin-isolierungszusammensetzung mit verbesserter stabilität gegen oxidation
RU2664873C1 (ru) Электропроводящая полимерная композиция с низким удельным объёмным сопротивлением
TW201942235A (zh) 極性有機共聚物及超低潤濕性碳黑之複合物
EP3478760B1 (en) Semiconductive shield free of weld lines and protrusions
EP3648118B1 (en) Water tree resistant cables
KR20200078402A (ko) 용이하게 박리가능한 반도전층을 포함하는 케이블
KR20040082835A (ko) 고압 케이블용 반도전성 조성물
KR20230158047A (ko) 반도전성 중합체 조성물
TW202348643A (zh) 半導體化合物組成物及其製備方法
EP4237487A1 (en) Polyaminosiloxane water tree repellant for electrical insulation
KR20230158049A (ko) 반도전성 중합체 조성물