книги из ГПНТБ / Князев, В. К. Облученный полиэтилен в технике

Более высокая производительность процесса усадки (в 3 раза) обеспечивается при использовании инфра­ красных обогревателей. Переносной инфракрасный обо­ греватель Райган IR 500 фирмы «Raychem» [553] пред­ ставляет собой бесшумно работающее устройство, про­ изводящее усадку при нагревании инфракрасными лучами. Его электропитание осуществляется от сети пе­ ременного тока промышленной частоты (50 Гц). Уст­ ройство рассчитано на рабочие напряжения от 105 до 120 и 220 В. Генератором инфракрасного излучения яв­ ляется кварцевая галогенная лампа. Излучение фокуси­ руется позолоченным эллипсоидным рефлектором. Для защиты глаз работающего от излучения устройство снабжено оптическим фильтром. В комплект устройства входят сменные рефлекторы для усадки фасонных де­ талей. С помощью инфракрасного обогревателя Райган IR 500 производится также усадка припоечных муфт и трубок. Конструкция подставки позволяет использовать обогреватель в горизонтальном и вертикальном положе­ ниях.

Для усадки отдельных толстостенных термоусажива­ емых трубок большой длины используется инфракрас­ ная усадочная машина IR 1850 [553]. С помощью этой машины достигается наиболее рациональная и рента­ бельная усадка трубок на кабельных линиях. Машина может использоваться как стационарная; она оснаща­ ется специальным механизмом автоматической подачи кабеля. При использовании ее в качестве передвижного устройства обогреватель передвигается по кабелю, не­ подвижно лежащему на рабочем столе. Пульт управле­ ния находится непосредственно на самой машине. Для очехления кабельных разделок с большим числом от­ ветвлений используется усадочная машина IR 1851 [553], которая дает возможность производить одновре­ менную усадку трубок и фасонных деталей на всех ме­ стах разветвлений и штеккерных соединений. Она может использоваться как стационарная и как передвижная установка. Разделка укладывается на специальной ре­ шетке, располагаемой в С-образном зазоре обогревателя машины.

Наиболее быстрое нагревание и высококачественный монтаж припоечных муфт достигаются импульсными на­ гревательными устройствами «Зап Ган» [553]. Плавка

314

припоя в муфтах и усадка изоляционного материала осуществляются в течение нескольких секунд с помощью электронно-управляемых импульсов инфракрасных лу­ чей. Импульсные инфракрасные обогреватели выпуска­ ются в двух исполнениях: как переносное устройство IR 1000 и как настольное — IR 1003. Оба варианта обо­ гревателей имеют позолоченные рефлекторы эллипсоид­ ной формы, где в одном фокусе расположена 500-вольт­ ная йодно-кварцевая лампа, а в другом — приспособле­ ние, удерживающее проводники. Электронный счетчик времени с приспособлением настройки в интервале от 0,5 до 4 с обеспечивает постоянную подачу энергии. При использовании обогревателя монтаж проводят следую­ щим образом: в открытое удерживающее приспособление закладывается проводник с припоечной муфтой; удержи­ вающее приспособление, закрываясь, скрепляет провод­ ник с муфтой; после нажатия пусковой гашетки и отсче­ та времени инфракрасного импульса готовое изделие вынимается.

Переносное устройство IR 1000 предназначено для монтажа припоечных муфт на кабельных стойках и на готовых кабельных разделках. Настольное устройство IR 1003 оборудовано ножной педалью для управления удерживающим приспособлением. Назначение этого устройства — обработка проводов на рабочих местах.

Для автоматической усадки трубки при оконцовке проводов американской фирмой «Varied Industrial Pro­ duct» разработана автоматическая установка произво­ дительностью 1200— 1500 наконечников в 1 ч, что в 4 ра­ за превышает производительность ручной операции [805].

В установке используется вибрационный механизм для подачи отрезков термоусаживаемой трубки в опре­ деленном положении на ременный транспортер, пере­ мещающий заготовки трубок через несколько зон нагре­ вания. Оператор вставляет конец провода в трубку, оса­ живая его до регулируемого упора, чтобы достигнуть определенного взаимного положения трубки и конца про­ вода. При включении ножного переключателя оконцо­ ванный провод перемещается в зону нагревания. Нако­ нечник, зажатый между двумя ремнями, сначала под­ вергается кратковременному действию горячего возду­ ха, при котором происходит основная усадка трубки, а затем, перемещаясь в другие зоны, обдувается воздухом

3 1 5

с более низкой температурой; в результате происходит окончательная усадка трубки. Установка, производящая оконцовку проводов с диаметром жилы от 0,64 до 3,26 мм, получает питание от сети переменного тока с напряжением 115 В. Для усадки используется сжатый воздух давлением около 6 кгс/см2.

Для усадки многих изделий можно применять откры­ тое пламя газовых горелок и паяльных ламп в условиях монтажа или при восстановительных работах. При очехлении изделий, для которых допускается контакт с жид­ ким теплоносителем, усадка может быть достигнута по­ гружением в ванну. Наиболее совершенные устройства этого типа снабжаются автоматической системой регу­ лировки температуры теплоносителя. В качестве тепло­ носителя используются этиленгликоль, глицерин и кремнийорганические масла. При усадке термоусаживаемых трубок и пленок на длинномерных изделиях типа труб, шлангов, проводов, кабелей, профилей нагревательная ванна входит в состав специальной установки, снабжен­ ной системой направляющих и протягивающих роликов и механизмом с приводом для перемещения изделий.

После усадки оболочки в жидком теплоносителе, как правило, возникает необходимость в очистке ее поверх­ ности, что достигается протиркой или промывкой изде­ лия. Так как термоусаживаемые пленки, ленты и трубки из облученного полиэтилена широко используются в про­ мышленности при упаковке массовой и серийной продук­ ции в системе конвейерного производства, все большее значение приобретают установки для термоусаживания туннельного типа, непрерывного и периодического дей­ ствия, сочетающие в себе обогрев изделий конвекцией и тепловым излучением [286, 806]. В зависимости от ви­ да изделий эти установки имеют различные габаритные размеры и проходные проемы, а также устройства для перемещения изделий — конвейеры, рольганги, те­ лежки.

Применяются разные методы упаковки: на поддон, в рукав, обмоткой. Упаковка на поддон осуществляется методом термосваривания двух кусков пленки, охваты­ вающих изделие с обеих сторон. При упаковке в рукав продукцию помещают в отрезок рукава из термоусажи­ ваемой пленки, которую затем заваривают. Обмотка лентой производится поверх жесткой или мягкой оберт­

316

ки или подложки из картона, сетки, пенопласта и дру­ гих материалов. •

Описана схема конвейерной системы, состоящей из транспортера с лентой из металлической сетки и термо­ усадочного туннеля с рециркуляцией горячего воздуха из него к обогревателю и обратно [286].

Различные системы оборудования для термоусадки пленки разработаны американской фирмой «Е. I. Du Pont de Nemours Со.» [806]. Газовые и электрические нагревательные устройства представляют собой враща­ ющиеся камерные или туннельные нагреватели непре­ рывного и периодического действия. Продолжительность нагревания составляет 30—60 с. При этом содержимое упаковки нагревается не более чем на 1— 1,5 °С. Сооб­ щается [807] о разработке высокоэффективной системы упаковки готовой продукции в термоусаживаемую плен­ ку в тепловых туннелях «Rapfast». Для очехления кор­ пусов аэрозольной тары, усадки электротехнических из­ делий и другой продукции используются специальные автоматические инфракрасные обогреватели [808]. Раз­ личные методы усадки (газом и жидким теплоносите­ лем) и используемое для промышленной упаковки в термоусаживаемые пленки оборудование описаны в ра­ боте [809]. Сообщается о применении для этого автома­ тизированных линий, включающих конвейерные систе­ мы и туннельные обогревательные устройства, что поз­ воляет производить высококачественную упаковку в кратчайшее время при минимальных затратах труда.

ГИБКИЕ ТРУБКИ, ШЛАНГИ И ЖЕСТКИЕ ТРУБЫ ИЗ ОБЛУЧЕННОГО ПОЛИЭТИЛЕНА

Наряду с термоусаживаемыми трубками в технике широко используются эластичные и полужесткие облу­ ченные полиэтиленовые трубки. Усиливая эти трубки оплеткой, можно получать армированные трубки и шланги [779]. •

Гибкие трубки и шланги из облученного полиэтилена производятся многими странами. Американской про­ мышленностью они выпускаются в соответствии со стан­ дартами NEM A N V S 1— 1962, ASTM D350, ASTM D876, ASTM D1675 и др. В стандартах содержится перечень основных характеристик, подлежащих определению при

317

оценке качества этих изделий. К таким характери­ стикам относятся: гибкость, хрупкость при низких тем­ пературах (морозостойкость), ползучесть, стойкость к истиранию, механическая прочность, показатели элект­ рических свойств, радиационная стойкость, сопротивле­ ние старению, стойкость к воздействию высоких темпе­ ратур, растворителей, масел, агрессивных сред и другие.

Применение облученных полиэтиленовых трубок весьма разнообразно. Такие трубки могут использовать­ ся для изготовления проводов с натриевой жилой, т. к. обычная полиэтиленовая трубка часто разрывается, если процесс заполнения ее жидким натрием проводится не­ посредственно после экструдирования, и это создает опас­ ность потери натрия. Охлаждение такой трубки во из­ бежание разрывов вызывает другую опасность — контакт жидкого натрия с водой в зоне охлаждения [810].

Эффективно применять двухслойные трубки, внутрен­ ний слой которых изготовлен из облученного полиэтиле­ на, а наружный — из поливинилиденфторида [778]. Та­ кие трубки обладают пониженной горючестью и большей износостойкостью.

В работе [580] приведены характеристики выпускае­ мых отечественной промышленностью облученных поли­ этиленовых трубок диаметром от 2 до 8 мм, применяю­ щихся в медицинской технике и других областях.

Для прокладки герметичных проводок в местах воз­ можного контакта проводов с агрессивными средами ис­ пользуются облученные до 30 Мрад эластичные трубки диаметром от 6 до 35 мм.

Монтажные трубки из облученного полиэтилена вы­ пускает французская фирма «Сіе Francais des Isolants» [551]. Трубки имеют диаметр от 0,5 до 20 мм и элект­ рическую прочность 30 кВ/мм. Их можно длительно экс­ плуатировать при 130°С и кратковременно (несколько часов) при 150—200°С.

Широкое применение в химических производствах, пневмосистемах, транспортных установках, а также в ре­ циркуляционных контурах охлаждения радиоустройств, работающих при повышенных давлениях и температу­ рах, находят дюритовые шланги. Используются также армированные шланги из фторопласта и комбинирован­ ных полимерных материалов. К недостаткам этих изде­ лий (в зависимости от типа материала) относится огра­

318

ниченность сортамента, высокая стоимость, сложность изготовления, загрязнение охлаждающих сред продукта­ ми разложения, низкие радиационная стойкость, тепло­ стойкость и прочность, недостаточная надежность, боль­ шая масса и др. Разработаны гибкие высоконапорные шланги на основе облученного полиэтилена, практически не имеющие указанных недостатков. Они представляют собой конструкцию, состоящую из трех элементов: внут­ ренней облученной полиэтиленовой трубки, слоя армиру­ ющей оплетки из лавсановой нити и наружной армиру­ ющей и защищающей оболочки из термоусаживаемой полиэтиленовой трубки. Гибкость шлангов позволяет производить их монтаж в труднодоступных местах и конструкциях с ограниченным объемом свободного про­ странства. Возможный радиус изгиба при прокладке со­ ставляет 10—20 диаметров. Шланги могут подсоеди­ няться к системам и аппаратуре с помощью ниппелей (при рабочих давлениях 10— 15 кгс/см2) или специаль­ ных штуцеров с накидными гайками. Подсоединитель­ ная арматура изготавливается из металлов и пластмасс (облученного полиэтилена и др.) Штуцеры заделы­ ваются в шланг методом электромагнитного импульсно­ го обжатия металлической втулки на помещенный в нее конец шланга с находящимся в нем штуцером.

шланги сохраняют высокую прочность при опрессовке давлением до 200—250 кгс/см2 при комнатной темпера­ туре. Их можно использовать в качестве гибких элект­ роизоляционных трубок, а также для перекачкц раз­ личных жидких и газообразных сред, включая концент­ рированные кислоты и щелочи, растворители и масла, газы и пары различных химических соединений. При ис­ пытаниях в течение 90 суток в концентрированных азот­ ной, серной, соляной и уксусной кислотах они сохраняют не менее 90% исходной прочности. Высокая прочность (не менее 70% от исходной) сохраняется также при дей­ ствии бензина и керосина.

Шланги могут быть окрашены в различные цвета и выпускаться с внутренним диаметром от 6 до 25 мм в от­ резках длиной до 10 м.

319

На поверхность оплетки может быть нанесена спе­ циальная индикаторная краска, которая меняет цвет при химической реакции со средой, перекачиваемой в шланге. Это позволяет при визуальном осмотре легко обнаруживать малейшие течи еще до того, как шланг получит серьезные повреждения. Многократные переги­ бы и смятия шланга (до 15—20) при его монтаже не влияют на надежность работы под давлением.

Проведенные в различных странах работы показали высокую технико-экономическую эффективность исполь­ зования облученного полиэтилена для промышленных трубопроводов, транспортирующих воду, пар, агрессив­ ные и радиоактивные жидкости и газы [545, 546, 579, 811, 812]. Трубы, фитинги и арматура из облученного полиэтилена начинают применяться в гражданском строительстве для холодного и горячего водоснабжения, а также для канализации. Проблемы выпуска и перспек­ тива применения полиэтиленовых труб, модифицирован­ ных излучением, для горячего водоснабжения и хими­ ческих производств рассматривались на Всесоюзной научно-технической конференции, посвященной двадца­ тилетию производства и применения изотопов и источ­

В работе [579] сообщается о создании радиационно­ химической установки для производства труб произво­ дительностью 600 т/год с использованием радиационно­ го контура при атомной электростанции. Предполага­ ется использовать эти трубы вместо металлических оцинкованных, что дает большой экономический эффект.

Широкие перспективы открывает применение облу­ ченного полиэтилена в качестве поглощающих СВЧ-из- лучение нагрузок, а также в качестве материала труб, фитингов и арматуры для рециркуляционных контуров систем охлаждения радиотехнических устройств, экс­ плуатируемых при давлениях 15—60 кгс/см2 и темпера­ турах воды в них до 100°С. В этих условиях высокая химическая стойкость облученного полиэтилена дает возможность длительно использовать воду высокой чи­ стоты, существенно повышая экономичность и эффек­ тивность всей системы в целом. Усиление трубопроводов из облученного полиэтилена металлической оболочкой методом футерования или оболочкой из стеклопластика,

320

наносимой методом намотки, разрешает вопросы повы­ шения давления в циркуляционных контурах при высо­ кой температуре охлаждающей среды. Аналогичным пу­ тем могут быть усилены трубопроводная арматура и фи­ тинги.

Достоинством труб и других элементов трубопрово­ дов из облученного полиэтилена в этом случае являет­ ся резко возрастающая по сравнению с дюритовыми шлангами долговечность (более, чем в 25 раз) при ра­ боте под давлением, малые гидравлические потери на­ пора, повышенная прочность, устойчивость к растрески­ ванию и деформациям, возможность эксплуатации при более высоких температурах перекачиваемых сред (до 100— 120 °С), радиационная стойкость.

Испытания облученных до дозы 100 Мрад жестких труб диаметром 40 мм в охлаждающих системах пока­ зали возможность повышения температуры их эксплуа­ тации примерно на 40 °С при одновременном увеличе­ нии срока службы в несколько раз.

Изгибание облученных труб должно проводиться на специальных приспособлениях после их разогрева до 150— 180 °С в печи или ванне с кремнийорганической жидкостью. Однако если изогнутые таким образом тру­ бы эксплуатируются при температурах выше 100 иС, возможно проявление «эффекта памяти». Повышенная жесткость труб из облученного полиэтилена и отсутствие ползучести сокращают затраты на монтаж вследствие уменьшения числа опор в 2—3 раза. Трубопроводы мож­ но соединять сваркой и склеиванием. Для сварки ис­ пользуются специальные, расплавляемые при нагрева­ нии электрической спирали муфты или пруток из необлученного полиэтилена. Склеивание производится обыч­ ными клеями горячего или холодного отверждения без химической подготовки поверхности труб.

ПЛЕНКИ ИЗ ОБЛУЧЕННОГО ПОЛИЭТИЛЕНА

В использовании облученной полиэтиленовой пленки наметились три основных направления, которые опреде­ ляют требования к ней и наиболее эффективные методы и режимы ее производства. Такая пленка широко при­ меняется в качестве герметизирующего, электроизоля­ ционного и упаковочного материала. Во многих случаях

пленка может одновременно выполнять несколько функ­ ций. Вводя в состав полимерной пленочной композиции некоторые специальные компоненты, можно придавать пленке специфические свойства. Полученные при этом пленки могут обладать негорючестью, иметь антистати­ ческие, антибактерицидные, полупроводниковые свойст­ ва. Американской фирмой «General Electric Со.», начи­ ная с 1964 г. под торговым названием «иррикон», про­ изводится пленка, обладающая полупроводниковыми свойствами [813]. Пленка имеет электрическое сопро­ тивление 1600 Ом-см. Она стабильна при температурах до 325 °С, проявляет способность к самослипанию при нагревании выше 200 °С. Размягчение пленки иррикон при тепловом воздействии позволяет придавать издели­ ям различную форму, что значительно расширяет обла­ сти ее использования.

Биологически активные облученные упаковочные пленки получают введением в полиэтилен специальных компонентов или радиационной прививкой некоторых полимеров на его поверхность [682]. Такие пленки обла­ дают антимикробными, антигрибковыми свойствами и используются для упаковки продуктов, медикаментов, электронных изделий и т. д. Способность пленок убивать микробы, бактерии, грибки сохраняется в течение 5 лет

иболее при периодической стерилизации. Пленка от­ личается высокой эффективностью против стафилококков.

Взависимости от прививаемого полимера пленку можно использовать в качестве адгезионной прослойки, ионо­ обменной мембраны и т. д. Отечественной, американской

ифранцузской промышленностью осваивается произ­ водство полиэтиленовой пленки с привитой на нее акри­ ловой кислотой, значительно повышающей адгезионную активность.

Во многих странах (ССС Р , СШ А, Япония и др.) раз­ работаны облученные полиэтиленовые пленочные мате­ риалы. Потребление их непрерывно возрастает. В зави­ симости от назначения в качестве исходного полимера можно использовать полиэтилен низкой и высокой плот­ ности. Облученная по оптимальному режиму до дозы 50—80 Мрад пленка из полиэтилена низкой плотности имеет разрушающее напряжение при растяжении 150— 180 кгс/см2 и относительное удлинение при разрыве 450—500%. Пленка из полиэтилена высокой плотности

322

(среднего давления) после облучения до дозы 30— 50 Мрад имеет разрушающее напряжение при растяже­ нии 450—500 кгс/см2 и относительное удлинение при раз­ рыве 15—20%. Облученная пленка из полиэтилена вы­ сокой плотности (низкого давления) при тех же дозах имеет разрушающее напряжение при растяжении 350— 380 кгс/см2 и относительное удлинение при разрыве 50— 80%.

По мнению разработчиков и потребителей облученной ориентированной полиэтиленовой пленки, она имеет ряд преимуществ как герметизирующий и изоляционный ма­ териал по сравнению с пленками из полипропилена и полиэтилентерефталата.

Американской промышленностью производится облу­ ченная полиэтиленовая пленка из материала ирратен [814—816]. Пленку можно длительно эксплуатировать

Американские фирмы [815] выпускают и другие об­ лученные полиэтиленовые пленки, которые применяются для электрической изоляции, проводов и кабелей, защи­ ты жестких и гибких печатных схем, пазовой изоляции электрических машин и т. д. Они имеют толщину от 25 до 250 мкм. Освоен также выпуск комбинированных пле-