книги / Материалы кабельного производства
..pdfП. П. НИКОТИН, А. Н. ПЕРФИЛЕТОВ,
| В. С. КАМИНСКИЙ
МАТЕРИАЛЫ КАБЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
М О С К В А |
1 9 6 3 |
Л Е Н И Н Г Р А Д |
ЭЭ-5 (4)-5 УДК 621.315.2/.6: 677.72/.73 Н 63
В книге дан обзор проводниковых, изоляцион ных и вспомогательных материалов, применяемых непосредственно для изготовления кабелей и про водов, описаны свойства этих материалов и изло жена краткая технология их производства. Кроме того, приведены рекомендации по применению новейших полимерных и других материалов кабельной промышленности.
Книга предназначена в качестве справочного пособия для инженерно-технического персонала, работающего в кабельной промышленности, и может быть использована студентами электро технических вузов и техникумов.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Провода и кабели являются одним из наиболее распростра ненных и многономенклатурных видов промышленной продукции. Поэтому в производстве кабелей и проводов применяются много численные и самые разнообразные по своим свойствам материалы (металлы, сплавы, волокнистые материалы, каучуки, пластмассы, смолы, лаки, растворители, воски, красители, фунгисиды и т. п.). В книге даны краткие сведения о технологии их производства,
описаны их свойства и |
рассмотрены |
области их применения |
|
в кабельной промышленности; в ряде случаев |
рекомендованы |
||
технологические режимы |
наложения |
материалов |
на токопрово |
дящую жилу или кабельную заготовку.
Для более углубленного понимания свойств того или иного материала приведены сведения из физики и химии полимеров.
Книга |
снабжена большим |
количеством таблиц и рисунков. |
||
В |
книге механические |
характеристики материалов |
даны |
|
в старых единицах: |
кПсмг. В новых единицах 1 кг |
равен |
||
0,101972 кгс-мУсек; |
1 кгс = 9,80665 н. |
|
||
Главы 1—10 и 12 написаны П. П. Никотиным. |
|
|||
Глава 11 составлена А. Н. Перфилетовым.
Главы 13 и 15 написаны: § 13-1, 13-2, 13-3 и 15-4 — А. Н. Пер филетовым, § 13-4, 13-5, 13-6, 15-1, 15-2 и 15-3 — П. П. Никотиным.
Глава 14 составлена совместно: § 14-1, 14-2 и 14-3 — В. С. Ка минским, § 14-4, 14-5, 14-6,14-7,14-8 и 14-9 — П. П. Никотиным.
Авторы приносят благодарность Н. И. Белоруссову, проф. Д. М. Казарновскому и 3. И. Голанту за рекомендации и заме чания при просмотре рукописи.
Настоящая книга является первой попыткой изложения боль шого вопроса о материалах с точки зрения требований кабельной промышленности. Поэтому авторы будут благодарны за все заме чания по содержанию книги, которые просят.направлять Ленин градскому отделению Госэнергоиздата — г. Ленинград, Д-41, Марсово поле, д. 1.
|
|
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ |
|
|
|
|
МЕТАЛЛЫ |
|
|
Глава первая. Алюминий и его сплавы ..................................................... |
|
7 |
||
1-1. Технология получения алюминия ............................................. |
|
— |
||
1-2. |
Характеристика алюминия как материала для кабельной про- |
9 |
||
/ мышленности ..................................................................................... |
|
|||
1- |
3. Применение алюминия и его коррозия. Сплавы алюминия . |
. . |
13 |
|
Глава вторая. Медь и ее сплавы ................................................................. |
|
16 |
||
2- |
1. Технология получения м еди ........................................................ |
|
— |
|
2-2. |
Влияние примесей на электрические, механические и технологи |
17 |
||
2- |
ческие |
свойства меди ..................................................................... |
|
|
3. Свойства меди и ее применение в кабельной промышленности |
20 |
|||
Глава третья. Другие металлы и сплавы, применяемые в кабельной про |
23 |
|||
мышленности. Бронелента. Бронепроволока ............................................. |
|
|||
3- |
1. Свинец ............................................................................................. |
|
— |
|
3-2. |
Сплавы |
свинца ............................................................................. |
|
25 |
3-3. |
Олово |
.................................................................................................. |
|
27 |
3-4. |
Сурьма...................................................................................................... |
|
29 |
|
3-5. Цинк |
.................................................................................................. |
|
— |
|
3-6. |
Биметаллические и триметаллические проводники ................ |
|
30 |
|
3-7. Сплавы высокого сопротивления ................................................. |
|
31 |
||
3-8. |
Припои |
.............................................................................................. |
|
32 |
3- |
9. Бронелента. Бронепроволока ................................................. |
|
34 |
|
|
|
ЧАСТЬ ВТОРАЯ |
|
|
СИНТЕТИЧЕСКИЕ (ПОЛИМЕРНЫЕ) СМОЛЫ И ПЛАСТМАССЫ |
|
|||
Глава четвертая. |
Полимеры этилена ......................................................... |
|
36 |
|
4- |
1. Общие свойства полимеров ................................................. |
•. |
— |
|
4-2. Полиэтилен высокого и низкого дав л ен и я ................................. |
|
39 |
||
4-3. Специальные виды полиэтилена..................................................... |
|
52 |
||
4- |
4. Полиэтиленовые пластикаты за рубежом ............................ |
|
54 |
|
Глава пятая. Полимеры изобутилена, пропилена, стирола и фторэтилена |
60 |
|||
5- |
1. Полиизобутилен ......................................................................... |
|
— |
|
5-2. Полипропилен..................................................................................... |
|
64 |
||
5-3. |
Полистирол ..................................................................................... |
|
66 |
|
5- |
4. Политетрафторэтилен ................................................................. |
|
70 |
|
Глава шестая. Полярные кабельные пластмассы............................................. |
|
79 |
||
6- |
1. Полимеры винилхлорида ......................................................... |
|
— |
|
6-2. Политрифторхлорэтилен (фторопласт-3)......................................... |
|
90 |
||
6-3. Эпоксидные пластмассы . . |
|
94 |
||
4
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ
|
КАУЧУКИ И КАУЧУКОПОДОБНЫЕ МАТЕРИАЛЫ |
|
||
Глава седьмая. Каучуки на основе изопрена ................................................. |
|
96 |
||
7-1. Натуральный каучук ............................. |
■..................................... |
|
— |
|
7-2. Гуттаперча и балата ..................................................................... |
|
|
101 |
|
7-3. |
Хлоркаучук ...................................................................................... |
|
|
103 |
7- |
4. Синтетические изопреновые каучуки ..................................... |
|
104 |
|
Глава восьмая. Каучуки на основе бутадиена и хлоропрена. |
Бутилкаучук |
107 |
||
8- |
1. Натрий-бутадиеновый каучук (С К В )......................................... |
|
— |
|
8-2. Бутадиен-стирольные каучуки ................................................. |
|
ПО |
||
8-3. Бутадиен-нитрильные каучуки ..................................................... |
|
117 |
||
8-4. Хлоропреновые каучуки ............................................................. |
|
|
121 |
|
8- |
5. Бутилкаучук ............................................................................. |
|
|
130 |
Глава девятая. Каучуки узкого назначения. Латексы ................................. |
|
137 |
||
9- |
1. Кремнийорганический каучук ................................................. |
|
— |
|
9-2. Полиуретановые каучуки .............................................................. |
Экспериментальные |
синтетиче |
147 |
|
9-3. |
Фторсодержащие каучуки. |
148 |
||
9- |
ские к ауч ук и ..................................................................................... |
' |
|
|
4. Латексы • • .................................................... |
|
156 |
||
|
ЧАСТЬ ЧЕТВЕРТАЯ |
|
ИНГРЕДИЕНТЫ ДЛЯ СМЕСЕЙ НА ОСНОВЕ КАУЧУКОВ, |
|
|
|
КАУЧУКОПОДОБНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПЛАСТМАСС |
|
Глава десятая. Минеральные и органические ингредиенты......................... |
160 |
|
10- |
1. Каолины ...................................................................................... |
— |
10-2. Мела .................................................................................................. |
163 |
|
10-3. Окись цинка (цинковые белила). Тальк ................................. |
164 |
|
10-4. Сажи .................................................................................................. |
166 |
|
10-5. Минеральная изоляция .................................................................. |
171 |
|
10-6. Мягчители (пластификаторы) ..................................................... |
173 |
|
10-7. Вулканизирующие вещества......................................................... |
183 |
|
10-8. |
Ускорители .................................................................................. |
185 |
10-9. Противостарители............................................................................. |
190 |
|
10- |
10. Красители ............................................................................. |
200 |
|
ЧАСТЬ ПЯТАЯ |
|
|
ВОЛОКНИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ |
|
Глава одиннадцатая. Бумаги, применяемые в производстве кабелей . . . |
205 |
|
11- |
1. Кабельные бумаги ................................................................. |
— |
11-2. Характеристики бумаги ......................................................... |
207 |
|
11- |
3. Влияние повышенной температуры на свойства бумаги . . . |
216 |
Глава двенадцатая. Волокнистые материалы ............................................. |
217 |
|
12- |
1. Общие сведения ......................................................................... |
— |
12-2. |
Волокнистые материалы растительного происхождения . . |
219 |
12-3. Хлопчатобумажная пряжа ......................................................... |
220 |
|
12-4. Натуральный шелк ...................................................................... |
222 |
|
12-5. Искусственный шелк ...................................................................... |
225 |
|
12-6. Синтетические волокна ............................................................. |
226 |
|
12-7. |
Капрон .............................................................................................. |
231 |
12-8- Н ейлон ................................................................................................. |
£32 |
|
5
12-9. Нитрон (орлон) ............................................................................. |
233 |
|
12-10. |
Лавсан (терилен) ......................................................................... |
238 |
12-11. |
Асбестовая ровница ................................................................. |
249 |
12-12. |
Стекловолокно ............................................................................. |
240 |
12-13. |
Пленки ......................................................................................... |
243 |
1214. Лакоткани ................................................................................. |
250 |
|
ЧАСТЬ ШЕСТАЯ
ЖИДКИЕ И ВОСКООБРАЗНЫЕ МАТЕРИАЛЫ. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ КАБЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Глава тринадцатая. Изоляционные масла и массы. Воскообразные мате |
252 |
|
риалы ...................................................................................................................... |
|
|
13- |
1. Минеральные масла для низковольтных силовых кабелей . . |
— |
13-2. Кабельные высоковольтные масла ............................................. |
254 |
|
13-3. Свойства масел ............................................................................. |
255 |
|
13-4. Кабельные компаунды ............................................................. |
261 |
|
13-5. Герметизирующие компаунды ..................................................... |
264 |
|
13- |
6. Воскообразные материалы .................................................... |
265 |
Глава четырнадцатая.- Л а к и ............................................................................. |
267 |
|
14- |
1. Растительные масла ............................................................. |
— |
14-2. |
Растворители ................................................................................. |
271 |
14-3. Масляные эмаль-лаки ........................ |
— |
|
14-4. Синтетические лаки. Метальвин и винифлекс.......................... |
277 |
|
14-5. Полиуретановые эмаль-лаки ..................................................... |
279 |
|
14-6. Полиэфирные лаки ..................................................................... |
281 |
|
14-7. Полиамидные лаки ..................................................................... |
285 |
|
14-8. Лаки на основе кремнийорганических соединений................ |
287 |
|
14- |
9. Пропиточные, покровные и подклеивающие л а к и ............ |
292 |
Глава пятнадцатая. Вспомогательные материалы .................................... |
296 |
|
15- |
1. Флюсы .......................................................................................... |
— |
15-2. |
Клеи .................................................................................................. |
298 |
15-3. |
Грибостойкие материалы, фунгисиды,поропласты . . . . |
301 |
15-4. |
Газы ................................................................................................... |
303 |
Л и т е р а т у р а ...................................................................................................... |
306 |
|
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
МЕТАЛЛЫ
ГЛАВА ПЕРВАЯ
АЛЮМИНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ
1-1. Технология получения алюминия
Содержание алюминия в земной коре составляет примерно 7,5%. Основными промышленными рудами, из которых он до бывается, являются бокситы, нефелины, глины и каолины, киа ниты, алуниты.
Бо к с и т ы представляют собой сложную породу, состоящую
восновном из гидратов окислов алюминия и железа, окислов титана, карбонатов кальция и магния. Качество бокситов опре
деляется содержанием А120 3 и S i0 2; чем больше в них |
глинозема, |
||||||||
тем выше их |
качество. |
|
|
соединениям, содержа |
|||||
Н е ф е л и н ы |
относятся к сложным |
||||||||
щим окислы |
натрия |
и калия |
с Al20 3 -2 S i0 2. |
|
|
||||
Г л и н ы |
и к а о л и н ы |
являются очень распространен |
|||||||
ными породами. Алюминий входит в них |
в форме |
каолинита |
|||||||
Al20 3-2Si02*2H20 , |
|
причем |
содержание |
глинозема |
доходит до |
||||
36—40%. |
|
представляют |
собой |
химическое |
соединение |
||||
К и а н и т ы |
|||||||||
А120 3- S i0 2, с содержанием А120 3 свыше 60%. |
|
сульфата |
|||||||
А л у н и т о в ы е |
р у д ы |
состоят |
из |
основного |
|||||
алюминия и калия K2S04-A12 (S 04) 3*4A1(0H)3. |
|
|
|||||||
Главной задачей разработки алюминиевых руд является полу |
|||||||||
чение из них |
г л и н о з е м а , |
который служит исходным про |
|||||||
дуктом для электролитического производства алюминия. |
получе |
||||||||
Наиболее |
распространен |
щ е л о ч н о й |
с п о с о б |
||||||
ния глинозема: руда обрабатывается щелочью (NaOH) или каль цинированной содой (Na2C 03), чтобы перевести глинозем в рас творимый в воде алюминат натрия (N a3Al). Раствор этого алюми ната разлагается с выпадением в осадок чистой гидроокиси алю миния А!(ОН)3, а щелочные растворы возвращаются для обра ботки следующей партии глинозема. Гидроокись подвергается прокаливанию при высокой температуре до полного удаления воды
7
и превращения гидроокиси в сухую негигроскопичную окисЬ алюминия.
Безводный глинозем поступает на электролиз, который про водится в расплаве. Исходными материалами для электролиза алюминия, кроме глинозема, являются криолит и угольные аноды. Ввиду высокой температуры плавления чистого глинозема (2050° С) электролиз производят в расплавленном криолите, который хо рошо растворяет в себе глинозем. Криолит вместе с глиноземом образует расплав с температурой плавления 930—1000° С.
Расплав обладает достаточной жидкостойкостью, что благо приятствует выходу образующегося в процессе электролиза ме таллического алюминия; кроме того, он обладает хорошей элек тропроводностью, малой летучестью и химической нейтральностью по отношению к угольным аноду и катоду.
Процесс электролиза осуществляется в железных футерован ных ваннах, дно и стенки которых покрываются графитовой на бойкой. Катодные шины, заложенные в поду печи, соединяются с катодом, а угольные электроды подвешиваются к анодным шинам.
При включении электродов возникающая вольтова дуга разо гревает угольную набойку дна ванны докрасна. На разогретый таким образом под засыпают криолит, и после его расплавления вводят глинозем: 15—18% от количества введенного криолита. Процесс протекает при температуре 950—1000° С.
Полученный алюминий-сырец подвергают рафинированию пу тем хлорирования или продолжительного отстоя и отливают в чушки.
При необходимости получения более чистых марок алюминия чушковый алюминий вторично подвергают электролизу.
Алюминий, рафинированный электролизом, достигает высокой степени чистоты, порядка 99,998. В таком алюминии содержится
0,0001% |
Fe, 0,002% Si и 0,001% |
Си. |
|
|
Для |
получения |
алюминиевых |
в а й е р б а р с о в (отливок |
|
для производства |
катанки) в настоящее время |
широко приме |
||
няется |
м е т о д |
п о л у н е п р е р ы в н о г о |
л и т ь я . Этот |
|
метод позволяет в одной комплексной установке объединить плавку алюминия и получение из жидкого алюминия твердого слитка.
Процесс полунепрерывного литья имеет такую последователь ность: расплавленный в плавильной печи металл по закрытому желобу поступает в стационарный миксер, который представляет собой футерованный огнеупорной кладкой резервуар. Из миксера жидкий металл через разливную коробку и распределительные клапаны подается в кристаллизаторы, по существу являющиеся формами для будущих слитков. При входе в кристаллизатор ме талл подвергается резкому охлаждению водой. Охлаждаемый таким образом металл доходит до подвижного поддона, соединен ного с механизмом для его плавного спуска и подъема. Освобож дение кристаллизатора производится с помощью поворотных меха низмов. Температура металла в плавильной печи колеблется
8
в пределах 730—760° С, в миксере — в пределах 690—710° С. Машина полунепрерывного литья располагается ниже уровня металла в миксере, чтобы не допустить попадания пленок окислов в будущий слиток.
Для литья полос применяется м а ш и н а Х а ц е л е т т а с кристаллизатором, расположенным под небольшим углом к го ризонту.
Новейшим способом, широко внедряемым в отечественной и заграничной практике (СССР, ЧССР, Англия, США, Италия, Индия), является п о л у ч е н и е а л ю м и н и е в о й и м е д * н о й к а т а н к и н е п о с р е д с т в е н н о и з ж и д к о г о м е т а л л а . Основной отличительный признак этого способа — замена неподвижного кристаллизатора кристаллизатором в виде вращающегося и охлаждаемого водой колеса. Колесо имеет трехгранный или полуовальный вырез на ободе, прикрываемом сталь ной лентой. Сама электроплавильная печь типа «Аякс» состоит из двух камер плавления и раздачи и имеет автоматизированное устройство для контроля температур. Уровень жидкого металла в печи всегда должен быть постоянным. Из печи металл непрерывно поступает в небольшой раздаточный тигель (заменяющий миксер) и из него, при помощи небольшой насадки, в канавку на ободе колеса. Температура поступающего на колесо алюминия колеб лется в пределах 715 -720° С.
По мере вращения колеса металл кристаллизуется и в виде ’стержня сразу же передается в прокатный стан, выдающий ка танку.
Производительность установки— до 1,5 т катанки в час. Оригинальным методом непрерывного литья проволочной заго
товки является с п о с о б В. Г. Г о л о в к и н а . Метод позво ляет исключить кристаллизатор, так как металл кристаллизуется,
не |
теряя |
заданной формы, в свободно |
подвешенном состоянии. |
|
|
1-2. Характеристика алюминия как материала |
|
|
|
для кабельной промышленности |
|
к |
Алюминий — металл серебристого |
цвета; он принадлежит |
|
группе |
легких металлов. |
|
|
|
ГОСТ 3549-55 предусматривает девять марок первичного алю |
||
миния. Для токопроводящих жил проводов и кабелей приме няется алюминий марок А00, АО, А1 (марки АО и А00 исполь зуются, например, для профилированного внешнего провода радиочастотных кабелей). Для алюминиевых защитных оболочек кабелей применяется алюминий марки АВ, так как он обладает большей пластичностью (что важно для процесса опрессования кабеля алюминиевой оболочкой) и высокой устойчивостью против коррозии. В ряде случаев для алюминиевых оболочек возможно применение и менее химически чистого алюминия, при условии защиты оболочек сплошным покрытием из пластмассы.
9
Химический состав алюминия различных марок дан в табл. 1-1. Алюминий как материал для металлических защитных оболо чек кабелей превосходит свинец по ряду своих свойств. Как из вестно, крупным недостатком свинца является его ползучесть. Допустимая нагрузка для чистого свинца составляет всего 0,07—0,10 кГ/мм2 и для свинцово-кальциевого сплава (наиболее
стойкого по сопротивлению ползучести) 0,15—0,20 кГ/мм*.
Для алюминия допустимая нагрузка равна 0,8 кГ/мм2. Алю миний является вибростойким материалом. По стойкости против разрушения от усталости свинец, имеющий прочность на перемен ный изгиб 0,44—0,88 кГ/мм2, во много раз хуже алюминия, имеющего прочность (на переменный изгиб) 2,4 кГ/мм2.
Хорошая электропроводность алюминия дает возможность его применения в кабелях с высоким электромагнитным защитным действием оболочки.
Чистейший алюминий (содержание алюминия 99,99%) имеет прочность при растяжении 3,5—4,8 кГ/мм2, технический алюми ний (99,5%) — 9 кГ/мм2. Поэтому по данному показателю чистей ший алюминий можно скорее отнести к группе свинца, у которого величина прочности при растяжении колеблется в пределах 1,6— 2,5 кГ/мм2.
Алюминий по сравнению со свинцом обладает значительно большей упругостью (7000 кГ/мм2 у алюминия и 1500—2000 кГ у свинца), и поэтому давление осаживания в прессе при наложе нии оболочек (из чистейшего алюминия) будет в 6,5 раза больше, чем для свинца (при температуре 350° С). При применении же технического алюминия значение этого показателя возрастает дополнительно на 75%. Однако при проведении опрессования при более высоких температурах (450° С для чистейшего алюминия и 500° С для технического алюминия) эта разница почти исчезает. Кроме того, применение алюминия позволяет снизить (по срав нению со свинцом) толщину защитных оболочек кабеля.
Электропроводность алюминия зависит от степени чистоты металла и понижается с увеличением содержания в нем примесей. Если электропроводность алюминия чистотой 99,997% состав
ляет 65,45% |
от электропроводности |
меди, то для алюминия чи |
|||||
стотой 99,5% |
эта величина доходит до 62,5%. |
|
|
||||
|
|
|
Химический состав алюминия |
|
Таблица 1-1 |
||
|
|
|
|
|
|||
Марки |
Содержание |
|
Содержание примесей, не более, % |
||||
|
|
|
|
|
|||
алюминия |
AI, не менее, |
Si |
Fe + Si |
Си |
всего |
||
|
|
% |
Fe |
||||
|
|
|
|
|
|
|
примесей |
AB0 |
|
99,93 |
0,04 |
0,04 |
0,26 |
0,01 |
0,07 |
А00 |
|
99,70 |
0,16 |
0,16 |
0,01 |
0,30 |
|
АО |
|
99,60 |
0,25 |
0,20 |
0,36 |
0,01 |
0,40 |
А1 |
|
99,50 |
0,30 |
0,30 |
0,45 |
0,015 |
0,50 |
10