На стол попала спецификация для нефтепромыслового кабеля, рассчитанного на температуру -40°C, и существующий состав изоляции, полностью состоящей из фталатов, не прошел проверку на хрупкость по стандарту ASTM D1043 при -25°C. Добавление большего количества DOP не решит проблему — ароматическое кольцо слишком быстро затвердевает при минусовых температурах, независимо от количества добавки.
Диоктиладипат (DOA) — это сопластификатор для холодной гибкости, который соответствует техническим требованиям, но только при правильном соотношении частей на 100 частей смолы, в правильной последовательности добавления и только когда рабочая температура кабеля остается выше практического предела DOA в ПВХ. Рекомендуемое мной соотношение компонентов зависит от одного параметра, который необходимо установить перед открытием пакета со смолой: целевой температуры холодной гибкости.
Установите целевое значение холодной гибкости для ПВХ-изоляции кабеля.
Целевая температура изгиба при низких температурах соответствует спецификации кабеля, а не является результатом его изготовления. Для кабелей, используемых внутри помещений и в условиях умеренной наружной эксплуатации, целевая температура составляет -25°C, для нефтепромысловых/горнодобывающих/наружных кабелей — -40°C, а для арктических/аэрокосмических кабелей — -55°C. Каждый уровень соответствует различному пороговому значению испытаний — хрупкости по ASTM D1043 или изгибу при низких температурах по BS EN 60811 — и определяет различную нагрузку при достижении заданного значения.
Прежде чем добавлять что-либо в смеситель, запишите целевую температуру, метод испытаний, используемый заказчиком кабеля, и пороговое значение для прохождения испытаний. Рецепт определяется на основе этих трех значений. Если кабель эксплуатируется при температуре 70°C в помещении без требований к изгибу при низкой температуре, DOA — это совершенно неправильное решение. В качестве основного пластификатора для гибких кабелей общего назначения используйте DOTP в концентрации 45 phr и полностью откажитесь от адипатов.
Создайте первичный пластификатор и сопластификатор адип.
DOA действует как сопластификатор, составляя 10-30% от общего количества пластификатора, и никогда не используется в качестве основного пластификатора. Типичные отраслевые руководства по рецептурам сходятся на этом правиле, поскольку адипаты испаряются легче, чем фталаты — использование только DOA приводит к потере веса при старении в печи за счет увеличения жесткости при низких температурах. Основной пластификатор (DOP, DOTP или DINP) обеспечивает основную пластификацию; DOA отвечает за увеличение жесткости при низких температурах.
Таблица уровней Cold-Flex
Поддерживайте общее содержание пластификатора на уровне 45-50 частей на 100 частей смолы и перераспределяйте основной пластификатор относительно продуктов распада на стадии производства по ярусам:
| Цель холодного изгиба | Области применения | Первичная фракция | DOA phr | Пороговое значение теста |
|---|---|---|---|---|
| -25 ° C | В помещении / на улице с умеренным климатом | 40 чел. | 5-8 чел. | Проверочный тест на хрупкость по стандарту ASTM D1043 при температуре -25°C |
| -40 ° C | Нефтедобыча / горнодобывающая промышленность / отдых на природе | 30-35 чел. | 12-15 чел. | ASTM D1043 / BS EN 60811 холодный изгиб при -40°C |
| -55 ° C | Арктика / аэрокосмическая отрасль | DOA недостаточно | Переключитесь на DOS или полимерный адипат. | BS EN 60811, холодная гибка при -55°C |
Дополните рецепт стабилизатором в количестве 6-8 частей на 100 частей смолы (Ca/Zn или Ba/Zn), смазкой в количестве 1-1.5 частей на 100 частей смолы, наполнителем из карбоната кальция в количестве 10 частей на 100 частей смолы и ESO в количестве 5 частей на 100 частей смолы. Добавьте... Проверка соответствия техническим требованиям DOA. — содержание сложных эфиров ≥99.0%, влажность ≤0.1%, удельная плотность 0.925-0.927 — в список поступающих контрольных образцов, поскольку влажный или низкочистый сорт выделяет половину запланированной загрузки.
Правило замещения фракционных остатков
DOA заменяет часть основного количества phr; он не добавляется сверху. Начиная с базового значения в 45 phr DOTP и добавляя 12 phr DOA, получаем общее количество 57 phr — и это будет видно по показателю летучести при старении в печи по стандарту ASTM D1203.
Прирост теплопроводности при низких температурах стабилизируется на уровне около 30 phr DOA, в то время как потери летучести и выделение влаги растут быстрее, чем прирост. Вычитайте, а не прибавляйте.
Триггер принятия решения при температуре -30°C
Эффективная температура сгибания кабеля при низких температурах в ПВХ-трубах, указанная производителем DOA, составляет -30°C, а не -60°C, как это указано на страницах маркетинговых материалов поставщика. При температуре ниже -30°C масло выпадает в осадок из компаунда в процессе эксплуатации, и кабель не соответствует требованиям по устойчивости к изгибанию при низких температурах независимо от нагрузки.
Значение -76°F относится к кабелю DOA в свободном состоянии, а не к кабелю из ПВХ в процессе эксплуатации. Если спецификация кабеля требует устойчивости к изгибу при низких температурах до -55°C, следует перейти на DOS (более морозостойкий, в несколько раз дороже), полимерный адипат (меньшая летучесть, более медленная обработка) или TOTM (высокий температурный предел, меньшая устойчивость к изгибу при низких температурах).
Применяйте метод добавления сопластификатора к сухой смеси ПВХ.
В высокоскоростном сухом смесителе основной пластификатор и DOA находятся в жидком состоянии и поступают одновременно при температуре рубашки 70-80°C — ДО добавления стабилизатора. Добавление DOA после полного впитывания основного пластификатора приводит к неравномерному впитыванию: пластификатор образует капли на смоляных зернах в смотровом стекле смесителя, а скорость потока падает на выходе. Приведенный ниже 5-8-минутный цикл заимствован из стандартной процедуры сухого смешивания DOP в высокоскоростном смесителе, при этом добавление DOA включено в тот же этап добавления жидкости.
- Залейте ПВХ-смола (К65-К70 для изоляции кабелей) при комнатной температуре; запустите миксер.
- Когда температура рубашки охлаждения достигнет 70-80°C, добавьте основной пластификатор и DOA одновременно — обе жидкости сразу.
- Дождитесь полного впитывания смолы (когда смоляные зерна станут сыпучими, поверхность перестанет быть влажной), прежде чем добавлять стабилизатор.
- Добавьте стабилизатор, затем смазку и наполнитель.
- Для плавления необходимо выдержать температуру 100-110 °C, затем произвести разряд.
Если после шага 2 вы видите гранулы пластификатора на смоляных зернах, значит, порядок добавления нарушен. Извлеките партию, очистите стенки смесителя и начните заново с одновременным добавлением.
Проверьте состав ПВХ-изоляции на соответствие техническим характеристикам материала Cold-Flex.
Проведите испытания на изгиб при низких температурах экструдированной изоляции, затем проведите ускоренное старение в печи при 100°C в течение 168 часов и проверьте три параметра: потерю веса, внешний вид поверхности и изменение твердости по Шору А. Правильно составленная изоляция, рассчитанная на температуру -40°C, теряет менее 3% веса, сохраняет чистую поверхность и смещается по Шору А менее чем на 5 пунктов.
Критерии прохождения теста Cold-Flex
Для уровней -25°C и -40°C рецепт считается правильным, если испытание на хрупкость по ASTM D1043 проходит при целевой температуре без растрескивания, а испытание на холодный изгиб по BS EN 60811 проходит без образования поверхностных трещин. Если испытание на хрупкость проходит при -40°C с уровнем 12-15 phr, не следует увеличивать DOA (время начала испытаний) — увеличение летучести приведет к непрохождению испытаний в печи. Сначала перепроверьте первичное значение phr; недогрузка первичного материала, исходя из предположения, что DOA покрывает запас прочности, является распространенной ошибкой.
Признаки передозировки в образцах, подвергшихся воздействию из-за длительного хранения.
Три видимых дефекта указывают на передозировку DOA в стареющем наружном кабеле. Во-первых, экссудация — помутнение, мутность или поверхностное вытекание на образцах, подвергнутых термической обработке в печи, — маслянистая пленка, которую инженеры описывают как «вытекающую из проводов». Во-вторых, миграция пластификатора в слой оболочки, которая размягчает оболочку и затвердевает изоляцию; это наиболее распространенная причина отказа, когда DOA превышает 15 phr на кабеле при температуре -40°C. В-третьих, потеря веса при термической обработке в печи более 5% при 100°C / 168 часах.
Если вы обнаружите что-либо подобное, сначала проверьте общее содержание пластификатора на 100 частей смолы (более 55 указывает на летучесть), повторно проверьте последовательность добавления, а затем повторно проверьте сертификат соответствия требованиям безопасности при эксплуатации. Распространенная ошибка заключается в том, что нагрузка подбирается только в соответствии с показателем термостойкости при низких температурах, игнорируя совместимость с компаундом оболочки и соединителями — одного показателя термостойкости недостаточно для защиты монтажа на месте.
Следующие шаги
Ознакомьтесь со спецификацией на кабель для конкретного применения, запишите целевые значения прочности на изгиб при низких температурах и метод испытаний, и начинайте с диапазона -40°C (12-15 phr DOA, 30-35 phr основного компонента, 45-50 phr всего) только в том случае, если этого требует область применения. Для кабелей с температурой -25°C обычно достаточно 5-8 phr; для -55°C в обсуждение вступают DOS или полимерные адипаты. Перед вводом лабораторной партии в эксплуатацию проверьте марку на соответствие летучести по стандарту ASTM D1203 и проведите первое испытание сухого смешивания с одновременным добавлением основного компонента и DOA при температуре 70-80°C — эта единственная процедурная деталь предотвращает большинство дефектов, связанных с выделением влаги, которые проявляются после отгрузки.